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1、锅炉设备的控制,2020/7/31,1,4.6 锅炉设备的控制,4.6.1 概述 重要动力设备。 耗能大户,节能研究的重点; 污染大户,环保治理的重点。,1、作用：,动力源,热源,2、组成：,2020/7/31,2,2、组成：,3、工作原理,燃料 空气,混合燃烧发热,汽包,饱和蒸汽,过热蒸汽,母管输出,燃烧烟气,饱和蒸汽,过热蒸汽,省煤器 （给水）,空气预热器（给风）,过热器,引风机排出,采用了哪些节能措施?,饱和蒸汽,2020/7/31,3,4、对象分析,特点：,锅 炉,给水量,燃料量,送风量,引风量,减温水,汽包水位,蒸汽温度,蒸汽压力,烟气氧含量,炉膛负压,负荷,锅炉的主要输入、输出,多
2、入多出（MIMO） 变量之间关联,蒸汽负荷 汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度,燃料量 蒸汽压力、汽包水位、蒸汽温度、过剩空气、炉膛负压,给水量 汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度,2020/7/31,4,多输入多输出问题 转化为若干单输入单输出问题: （为什么不用现代控制理论解决？） 汽包水位控制(物料平衡) 燃烧系统控制(能量平衡) 过热蒸汽系统控制(质量控制) 炉膛负压系统控制(安全控制),工业锅炉控制方案的特点,2020/7/31,5,任务：安全、合理的运行条件下， 提供一定温度和压力的蒸汽,要求：,蒸汽量应适合负荷变化的需要，或保持给定的负荷,蒸汽压力保持一定的范围,蒸汽温度保持一定的范
3、围,汽包水位保持一定的范围,炉膛负压保持一定的范围,保持燃烧的经济性和安全运行,2020/7/31,6,6、主要控制系统,(1) 汽包水位控制,受控变量：汽包水位(保证安全运行的重要指标之一),(2) 燃烧系统控制,操纵变量：给水流量,使给水适应锅炉的蒸发量，保持水位在一定范围内,目的：使燃烧产生的热适应蒸汽负荷的变化,受控变量：蒸汽压力、烟气氧含量、炉膛负压,操纵变量：燃料量、送风量、引风量,(3) 过热蒸汽系统控制,目的: 维持过热器出口温度、保证管壁温度不超过允许的温度,受控变量：蒸汽温度,操纵变量：减温水量,2020/7/31,7,4.6.2 汽包水位控制,汽包水位：锅炉运行的主要指标
4、,水位过低：负荷加大时，汽化速度加快，控制不及时会全部汽化,水位过高：影响汽水分离，产生汽带液，影响后序设备的正常运行,1、汽包水位的动态特性,(1) 蒸汽负荷对水位的影响（干扰通道）,H：实际可视水位,H1：不考虑水下面汽泡容积变化时的水位,H2：只考虑水面下汽泡容积变化所引起的水位,假水位与锅炉的工作压力和蒸汽量有关,虚假水位,100t/h300t/h的中高压锅炉，负荷变化10%时，假水位可达3040mm,2020/7/31,8,(2) 给水流量对位的影响（控制通道）,水位特性：纯滞后过程或反向特性过程,2、单冲量控制,缺点：负荷变化时，控制不 及时，不能克服假水 位现象,水位 给水量的单
5、回路控制,适用场合：小型锅炉 负荷较稳定的场合,2020/7/31,9,3、双冲量控制,避免虚假水位造成控制器误动作，设计负荷变化的前馈控制,加法器的输出：,：初始偏置差(阀位的初值),、 ：加法器的系数。 的正、负取决于阀的特性,气关阀：负荷 给水量 应取“-”,气开阀：负荷 给水量 应取“+”,：根据阀的特性数据计算 现场凑试，在只有负荷干扰的条件下， 调整到水位基本不变,：可取1，也可小于1,：在正常负荷下， 与 近似或正好抵消,2020/7/31,10,方框图,缺点：因控制阀的非线性，很难做到稳态补偿,不能克服给水量的扰动,4、三冲量控制,水位、负荷、给水流量的复合控制系统,方案一：
6、前馈与串级组成的复合控制系统,特点：克服虚假水位现象克服给水量的扰动,双冲量控制的另一种形式,2020/7/31,11,方案二：前馈加反馈控制,综合信号的单回路系统,特点：仪表少容易实现 系数设置不当、水位可能有余差,受控变量：,方案三：前馈-串级控制系统,副回路纯比例控制器，比例度为100%,特点：水位无余差,在现代广泛应用计算机控制的时代 还有意义吗,2020/7/31,12,4.6.3 燃烧系统控制,1、控制系统的目的,保证锅炉出口蒸汽压力稳定,保持燃料良好地燃烧,保持炉膛负压不变,维持喷嘴背压在一定范围内,2、蒸汽压力控制和燃料与空气的比值控制,压力对燃料量的单回路控制适用于负荷及燃料
7、波动较小的场合,燃料量波动较大时，可采用压力对燃料量的串级控制,为什么选蒸汽压力控制？ 为什么选燃料与空气的比值控制？,2020/7/31,13,基本控制方案,压力控制器输出同时 作为燃料和空气流量控制器的设定值,特点：蒸汽压力恒定,燃料和空气的比值恒定,压力对燃料量的串级， 送风量随燃料变化的比值控制。,特点：送风量滞后于燃料量,2020/7/31,14,改进的控制方案,当负荷增加时，先加大空气量，后增加燃料；,当负荷减小时，先减燃料，后减空气。,3、烟气氧含量控制,直接指标：使燃料量与送风量的比值在各种情况下均为最优,烟气氧含量(间接指标),（逻辑提量？）,（节能控制？）,讨论两个问题：,
8、2020/7/31,15,逻辑提量过程分析:,反作用,过程分析:蒸汽量,P,PC,空气量,燃料量,当负荷增加时，先加大空气量，后增加燃料；,蒸汽量,P,PC,燃料量,空气量,当负荷减小时，先减燃料，后减空气。,反作用,HS,LS,反作用,LS,HS,作业:画出上图的原理框图,并且分析它的工作过程。,2020/7/31,16,节能控制思路:,热效率(仪表?) 热损失q不完全燃烧的热损失(机械和化学)、烟气热损失、散热损失,2020/7/31,17,热效率(热损失q) 与空气过剩系数的关系,2020/7/31,18,节能控制思路:,热效率(仪表?) 热损失q不完全燃烧的热损失(机械和化学)、烟气热
9、损失、散热损失 （无法测量）,2020/7/31,19,由燃料的性质可以确定完全燃烧所需要的空气量 理论量,实际燃烧时应有一定的剩余空气 实际量,过剩空气量通常用过剩空气系数来描述,：烟气氧含量,过剩空气系数,2020/7/31,20,空气过剩系数 与烟气氧含量 的关系,2020/7/31,21,小结：节能控制思路:,热效率(仪表?) 热损失q不完全燃烧的热损失(机械和化学)、烟气热损失、散热损失 （无法测量） 空气过剩系数（无法计算） 烟气氧含量 （氧化锆氧分析仪）,2020/7/31,22,重温：改进的控制方案,当负荷增加时，先加大空气量，后增加燃料；,当负荷减小时，先减燃料，后减空气。,
10、3、烟气氧含量控制,直接指标：使燃料量与送风量的比值在各种情况下均为最优,烟气氧含量(间接指标),2020/7/31,23,工程实例:,青岗糖厂燃煤工业锅炉计算机控制系统 工艺:蒸汽 汽轮机发电 制糖 特点:制糖是间歇操作,负荷变化相当大。 失败的教训：满足不了工况变化的要求。 成功的尝试：观察人工操作； 编制计算机控制程序。,2020/7/31,24,启示：,一切从实际出发， 具体问题具体分析， 灵活创新是永恒的主题。,2020/7/31,25,参考文献:,蒋慰孙过程控制工程(第2版) 中国石化出版社 金以慧过程控制 清华大学出版社 王锦标计算机控制系统 （P200 交叉控制） 清华大学出版
11、社,2020/7/31,26,4、炉膛负压控制,炉膛负压的操作手段:引风量,负荷变化较大时，单回路难于满足要求，可采用前馈反馈控制，在引风量回路中引入送风量的前馈或蒸汽压力前馈。,金以慧过程控制清华大学出版社 P248,2020/7/31,27,4.6.4 蒸汽系统控制,目的：蒸汽出口温度在允许范围内，过热器管壁温度不超过允许的工 作温度。,采用控制减温水量的方法,时滞和时间常数较大，单回路控制不能满足要求,控制方案,(1)以减温器出口温度为副参数的串级控制,(2)双冲量控制,2020/7/31,28,参考文献:,蒋慰孙过程控制工程(第2版) 中国石化出版社 金以慧过程控制 清华大学出版社 王锦标计算机控制系统 （P200 交叉控制） 清华大学出版社,2020/7/31,29,
