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1、毕 业 设 计(论文)系 别动力工程系专业班级自动化专业06K1班流化床锅炉床温主汽压控制系统的设计与仿真题 目 二一年六月II华北电力大学科技学院本科毕业设计（摘要）流化床锅炉床温与主汽压控制系统的设计与仿真摘要循环流化床锅炉(简称CFB锅炉)具有燃烧效率高、燃烧适应性广、低污染等独特优点，受到世界各国的广泛重视并得到迅速发展。但CFB锅炉在理论和实践两方面仍有许多不完善之处，尤其在床温主汽压控制系统方面，大多数CFB锅炉自动化水平不高，有的至今仍采用手动操作，其原因是由于CFB锅炉是一个多参数、非线性、时变及变量紧密耦合的复杂系统。CFB锅炉很难建立精确的数学模型，如果采用固定参数的常规控
2、制器，当工况发生较大变化时，很难保证控制系统的控制品质。相关研究设计结果表明，要想取得较好的控制效果必须将有耦合关系的系统经行解耦，因此本文针对CFB锅炉的特殊性，寻找到被控对象的传递函数，对传递函数应用对角矩阵经行解耦，将解耦后的被控对象看做是两个彼此独立的系统，进而设计PID控制器。通过仿真分析结果表明该方法能够在完成床温主汽压系统解耦的前提下，方便地实现循环流化床锅炉控制优良的静动态特性。解耦后的控制系统具有较好的抗干扰能力、鲁棒性等。关键字：循环流化床锅炉（CFB）；床温主汽压；对角矩阵解耦；PID控制；Fluidized bed boiler main steam pressure
3、control system design and simulationAbstractfluidized bed boiler (CFB boiler for short) has a high combustion efficiency, combustion and wide adaptability, low pollution and other unique advantages are the world wide attention and rapid development. But the CFB boiler both in theory and in practice
4、there are still many imperfections, in particular, the main steam pressure in the bed temperature control system context, most of CFB boiler automation level is not high, some are still using manual operations, the reason is due to CFB Boiler is a multi-parameter, nonlinear, time-varying and variabl
5、e system of closely coupled complex. CFB boiler is difficult to establish accurate mathematical model, if the conventional controller with fixed parameters, significant changes occur when the condition was difficult to ensure quality control system of control. Research design results show that, in o
6、rder to obtain better control effect relationship must be a coupled line system has been decoupled, so the particularity of this paper CFB boiler, to find the transfer function of the object and, on the application of the transfer function of the angle matrix by row decoupling, the decoupling of the
7、 plant is seen as two separate systems, then design PID controller. The simulation results show that the method can complete the bed temperature in the main steam pressure system is decoupled under the premise of convenience Germany to achieve good control of circulating fluidized bed boiler static
8、and dynamic characteristics. Decoupled control system has good anti-jamming capability, robustness.Keywords:circulating fluidized bed boiler (CFB); bed temperature of main steam pressure; diagonal matrix decoupling; PID control;华北电力大学科技学院本科毕业设计（目录）目录华北电力大学科技学院本科毕业设计（目录）摘要IAbstractII1 引言11.1 循环流化床锅炉在
9、国外的发展11.2 循环流化床锅炉在国内的发展11.3 国内引进流化床技术的主要类型11.4 循环流化床锅炉(CFBB)的优缺点21.4.1循环流化床锅炉的主要优点21.4.2循环流化床锅炉的缺点31.5 论文的选题背景及意义41.6 本课题研究的主要内容42 循环流化床锅炉原理52.1 循环流化床锅炉的结构52.2 循环流化床锅炉被控对象特点及控制的难点62.2.1多变量输入、多变量输出62.2.2 输入变量、输出变量之间的非线性62.2.3循环流化床形成理论基础流化态理论62.3 循环流化床锅炉控制系统72.3.1主汽压力调节系统72.3.2一次风量调节系统72.3.3二次风量调节系统82
10、.3.4引风量调节系统82.3.5给水调节系统82.3.6主汽温度调节系统92.3.7料层差压控制93循环流化床床温主汽压控制系统103.1 影响床温变化的因素103.1.1 给煤与床温103.1.2 一次风与床温113.2 影响主汽压变化的因素123.2.1给煤量对主汽压的影响123.2.2一次风对蒸汽压力的影响133.3循环流化床床温主汽压被控对象133.3.1对角矩阵解耦143.3.3PID控制器的设计173.3.4扰动试验测试193.3.5鲁棒性试验测试213.4 结论224结束语24参考文献25致谢27华北电力大学科技学院本科毕业设计（正文）281 引言1.1 循环流化床锅炉在国外的
11、发展1921年12月德国人温克勒发明了第一台流化床，该流化床使用的是粗颗粒床料。1938年l2月麻省理工学院的刘易斯和吉里兰发明了快速流化床。循环流化床真正成为具有工业实用价值的新技术是在20世纪50、60年代。60年代末，德国鲁奇公司(Lurgi)发展并运行了LurgiVAW 循环流化床锅炉的氢氧化铝焙烧反应器。1979年芬兰奥斯龙(Ahlstrom)公司生产了20th的循环流化床锅炉，1982年德国鲁奇(Lurgi)公司的第一台50th的商用循环流化床锅炉投入运行，这标志着作为煤燃烧设备的循环流化床锅炉诞生了。通常把第一代流化床锅炉称为鼓泡床锅炉(又称沸腾床)；循环流化床锅炉称为第二代流化
12、床锅炉。两者之间既有联系，也有差别。随后，循环流化床技术迅速发展起来，尤其在国外发展很快，并向大型化方向发展。目前国外主要开发研制单位和生产厂家有德国鲁奇公司、芬兰奥斯龙公司、美国巴特尔研究中心、美国福斯特惠勒公司、德国巴布科克和斯坦缪勒公司、瑞典斯图特斯维公司。1.2 循环流化床锅炉在国内的发展我国的循环流化床燃烧技术的发展相对较晚，但进步很快。早在20世纪60年代初就开始发展鼓泡(流化)床锅炉，但循环流化床锅炉的起步却较晚，1981年国家计委下达了“煤的流化床燃烧技术研究”课题，标志着我国循环流化床锅炉的研究和产品开发技术正式启动。直到1989年11月第一台由中科院与济南锅炉厂共同研制的3
13、5 th循环流化床锅炉在山东明水电厂投入运行。近几年国内在开发和研制循环流化床锅炉技术方面发展迅速。中国科学院、清华大学、浙江大学、西安热工研究所、西安交通大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学等科研单位和高校与锅炉厂合作开发和研制出多种技术的35 th、65 th、75 th、120th、220th中压、次高压及高压循环流化床锅炉。1991年，锦西热电厂的75 th循环流化床锅炉投人运行。1992年哈尔滨锅炉厂与美国PPC公司合作设计和生产国内首台220 th循环流化床锅炉。到目前为止，已经投运的最大机组是装在四川内江的进口410th(100 MW)奥斯龙循环流化床高压电站锅炉。1.3 国内引进
14、流化床技术的主要类型主要类型：(以135MW/440T/H机组为例)芬兰奥斯龙技术（如东锅等）水冷式布风板,双炉膛结构,双旋风筒,高温圆型汽冷式分离器,J阀返料器,T型风帽,四台给煤机前墙给煤,锥型阀放渣技术,选择性小流化态风水冷渣方式,旋风筒与大床之间采用双非金属膨胀节连接,循环倍率为20-30。法国阿尔斯通技术（如上锅等）水冷式布风板,单炉膛结构,双旋风筒,高温圆型绝热式分离器,U阀自平衡返料器,钟罩式风帽,四台给煤机前墙给煤,锥型阀放渣技术,选择性小流化态风水冷渣方式,旋风筒与大床之间采用三个非金属膨胀节连接,分离器锥管,直管段装有防堵风管,循环倍率为20-30。德国EVT福斯特惠勒技术
15、（如哈锅等）水冷式布风板,双炉膛结构,双旋风筒,高温圆型绝热式分离器, L阀返料器,钟罩式风帽,二台给煤机后墙给煤,锥型阀放渣技术,选择性小流化态风水冷渣方式,旋风筒与大床之间采用双非金属膨胀节,（3个非金属膨胀节）循环倍率为33-40,快速床,薄床压控制。1.4 循环流化床锅炉(CFBB)的优缺点1.4.1循环流化床锅炉的主要优点(1) 燃料适应性广这是循环流化床锅炉的主要优点之一。循环流化床锅炉中按质量百分比计，燃料仅为床料的13，其余是不可燃的固体颗粒。如脱硫剂、灰渣或砂。循环流化床锅炉的特殊流体动力特性使得气一固和固一固混合非常好。因此，即使是很难着火燃烧的燃料，进入炉膛后由于很快与灼热的床料混合所以能被迅速加热至高于着火温度，这就决定了循环流化床锅炉不需辅助燃料丽燃用任何燃料。循环流化床锅炉既可燃用优质煤，也可燃用各种劣质燃料，如高灰煤、高硫煤、高灰高硫煤、高水分煤、煤矸石、煤泥，以及油页岩、泥煤、石油焦、尾矿、炉渣、树皮、废木头、垃圾等。（2) 燃烧效率高在循环
