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1、摘要热电厂锅炉的燃烧控制对整个发电过程的安全性与经济性起着重要的作用，所以对它高效率的控制是现在热电厂的一个重要任务。本文通过对整个燃烧系统的分析和研究，分别确定了锅炉燃烧控制系统中的主蒸汽压力控制系统和炉膛负压控制系统的控制方案，然后对其控制规律及参数进行选择和整定。在仪表选型时，采用了先进的数字式仪表，并利用AT89S51单片机设计了一套智能燃烧控制系统,给出了硬件电路和软件流程图。该控制器以新型的AT89S51单片机为核心,采用模糊PID算法进行运算和控制,不但可以实现对模拟、数字信号进行采样和处理,而且还可以完成状态检测和控制、报警以及故障处理等功能。该控制系统具有速度快、精度高、可靠
2、性高和硬件结构简单的特点。最后可达到锅炉安全、经济、高效的运行。关键词:热电厂；锅炉燃烧；单片机；控制AbstractThermal power plant boiler combustion control plays an important role in security and economy of the entire power generation process, the control of its high efficiency thermal power plant is an important task. In this paper, the analysis an
3、d study of the entire combustion system, the boiler combustion control system, main steam pressure control system and the furnace pressure and control system control program, then its control law and parameter selection and tuning. Instrument selection, using advanced digital instrument, and using t
4、he AT89S51 microcontroller design an intelligent combustion control system, given the hardware and software flow chart. The controller to the new AT89S51 MCU as the core, the use of fuzzy PID algorithm for computing and control, not only can be analog, digital signal sampling and processing, but als
5、o to complete the state detection and control, alarm and fault handling functions. The control system has a fast, high precision, high reliability and a simple hardware structure. Finally, you can reach the boiler safe, economical and efficient operation.Keywords: heat and power plant; boiler combus
6、tion; microcontroller; controlII目录1 绪论11.1 研究背景11.2 研究意义11.3 国内外研究现状21.4 主要研究内容32 燃煤锅炉系统的总体设计方案42.1 锅炉燃烧的生产工艺42.2 燃煤锅炉系统控制设计方案52.2.1 汽包水位控制62.2.2 炉膛负压控制82.2.3 蒸汽压力控制82.2.4 炉膛温度控制系统93 温度控制系统硬件电路设计113.1 单片机的介绍和芯片的选型113.1.1 单片机简介113.1.2 芯片的选型123.2 AT89S51单片机的基本结构123.2.1 AT89S51单片机的主要特征123.2.2 AT89S51单片
7、机的引脚介绍133.3 DS18B20温度传感器153.4 系统硬件电路设计173.4.1 单片机最小系统电路173.4.2 显示电路183.4.3 温度控制及报警电路193.4.4 DS18B20温度传感器电路194 温度控制系统软件设计204.1 系统软件设计整体思路204.2 系统程序流图214.2.1 系统主程序214.2.2 读出温度子程序224.2.3 复位、应答子程序234.2.4 写入子程序244.3 系统调试255 总结26致谢27参考文献28附录：2934西京学院本科毕业设计（论文）1 绪论1.1 研究背景我国的火力发电厂以煤为主要燃料，煤的成本占整个发电成本的70%以上。
8、锅炉作为电厂实现能量转换的主要设备，是火力发电机组的一个重要组成部分，其运行水平和效率对整个火力发电厂的运行经济性具有重大影响。以一台300MW的机组为例，其锅炉每小时燃煤约120吨，若使燃烧效率提高1%，以年运行7000小时计算，共可节煤8400吨，若每吨煤按220元计算，则一年可节约184.8万元。同时由此产生的有害气体和烟尘等污染物的排放所产生的环境效益更是无法用金钱衡量的。目前我国发电厂中仍存在大量中、高压参数的高能耗锅炉，虽然在300MW和600MW的主力机组中以亚临界和超临界压力的大容量锅炉为主，但由于设备本身以及运行控制等方面的原因，在供电耗煤和燃煤效率等主要经济指标上与世界先进
9、水平还有较大差距。在所有发电方式中，火力发电是历史最久的，也是最重要的一种，且火力发电在近几年还是主流的，因为我国的经济状况决定了我国采用什么样的能源措施。1.2 研究意义热力电厂的一系列系统和生产流程和生产工艺，这些大致可以分为水处理系统、锅炉燃烧系统、汽轮机发电系统、供配电系统、这样大的四个系统，其中锅炉是发电过程中必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可以驱动透瓶，又可以作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断增大，作为动力和热源的锅炉，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。锅炉的控制主要分为两大部分:燃烧控制系统和汽包水位控制系统。汽包水位一般采用三冲量控
10、制，能达到较好的控制效果，而锅炉的燃烧过程，是一个多参数、多回路、非线性、大滞后、强祸合的控制系统，较难控制。因此，自二十世纪九十年代以来，随着超大型可编程控制器的出现和模糊控制，国外就将自适应控制等智能控制算法技术应用于锅炉的控制。使锅炉控制水平大大提高，实现了锅炉优化控制。国内研究锅炉自动控制虽然现在也比较成熟，但主要是仪表显示、报表打印等功能，控制水平有限，可靠性不够高。和国外锅炉自动控制比较仍存在一定的差距。1.大多数现有的锅炉控制系统可控制的主要还是开关量设备，如风机、炉排和水泵的开关或者阀门控制。不能对它们精确连续调节，使控制手段单一，控制精度低。2.锅炉控制系统的的控制方案不够合
11、理，锅炉控制器一旦出现故障，只能采取系统断电处理，进行人工操作。若锅炉系统中的传感器、变送器等设备出现故障时，温度、压力等参数就无法达到设定值。因此，本文根据热电厂锅炉控制流程，以AT89S51单片机为核心设计了一种火电厂锅炉燃烧煤空比的控制系统。目的是提高电厂燃煤锅炉的控制水平。节约能源，降低环境污染。系统采用模糊PID算法进行运算和控制,不但可以实现对模拟、数字信号进行采样和处理,而且还可以完成状态检测和控制、报警以及故障处理等功能。该控制系统具有速度快、精度高、可靠性高和硬件结构简单的特点。最后可达到锅炉安全、经济、高效的运行。1.3国内外研究现状锅炉的自动化控制从上世纪三、四十年代就开
12、始了，当时大都为单参数仪表控制，进入上世纪五十年代后，美国、前苏联等国家都开始进行对锅炉的操作和控制的进一步研究。但由于当时科技发展的局限性，对锅炉的控制主要停留在使用汽动仪表(泡括汽动单元组合仪表和汽动基地式仪表)的阶段，而且大多数锅炉只是检测工艺参数，不进行自动控制。到上世纪六十年代，在发达国家，锅炉的控制主要以电动单元组合仪表(相当于我国的DDZ-II, DDZ-III仪表)检测与控制，还是以检测报警为主，控制为辅助功能。到了上世纪七十年代，随着计算机技术和自动控制技术理论的发展，使得锅炉的计算机控制成为可能。尤其是近一、二十年来，随着先进控制理论和计算机技术的飞速发展，加之计算机各种性
13、能的不断增强，价格的大幅度下降，使锅炉应用计算机控制很快得到了普及和应用。许多发达国家都相继开发出了锅炉计算机控制系统。如 今在 国 外，锅炉的控制己基本实现了计算机自动控制，在控制方法上都采用了现代控制理论中的最优控制、多变量频域、模糊控制等方法，因此，锅炉的热效率很高、锅炉运行平稳，而且减少了对环境的污染。在国内，由于经济技术条件的限制，中小企业锅炉设备水平一直比较落后，大多数中小型锅炉水平基本上停留在手动和简单仪表操作的水平。国内供热锅炉燃烧系统自动控制大多在燃油和燃气锅炉上实现的，对于燃煤锅炉，在自动控制研究方面总是得不到满意的效果，存在的主要问题是滞后问题。近几年变频技术在我国的应用
14、领域越来越广，在锅炉控制方面也有应用，主要有三种形式，全自动变频定压；锅炉鼓、引风机变频控制；循环泵变频控制，对系统进行质调节。三种形式均有独立应用的范例，也有组合应用，但主要是以人工控制为主，节能效果仍然取决于司炉人员的经验，水平和责任意识。1.4 主要研究内容此系统主要以单片机为控制器，并对显示电路，温度检测电路，报警电路，执行电路等进行具体设计，以实现锅炉温度的控制。（1）燃煤锅炉燃烧控制系统总体方案设计。（2）选用合适的单片机，设计出功能结构图。（3）设计燃煤锅炉燃烧控制系统程序流程图。（4）进行相应的程序编制。2 燃煤锅炉系统的总体设计方案2.1 锅炉燃烧的生产工艺热力发电厂是利用煤
15、燃烧的化学能产出电能的工厂，即为燃料的化学能蒸汽的热势能机械能电能。在锅炉中，燃料的化学能转变为蒸汽的热能，在汽轮机中，蒸汽的热能转变为轮子旋转的机械能，在发电机中机械能转变为电能。炉、机、电是火电厂中的主要设备，亦称三大主机。辅助三大主机的设备称为辅助设备简称辅机。主机与辅机及其相连的管道、线路等称为系统，如图2.1锅炉燃烧流程图所示。磨煤系统处理后的水 给煤机 汽包 炉膛热空气 加热空气加强鼓风机初步鼓风机过热器 汽轮机发电机电网 燃烧净化系统烟筒冷凝 泵排汽水处理系统 图2.1锅炉燃烧流程图热力发电厂的原料就是原煤。原煤用车运送到发电厂的储煤场，再用输煤皮带输送到煤斗。再从煤斗落下由给煤机送入磨煤机磨成煤粉，并同时输送热空气来干燥和输送煤粉。最后送入锅炉的炉膛中燃烧。燃料燃烧所需要的热空气由送风机
