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锅炉过程控制方案设计
班 级: 自1201 学 号: 1501120121 学生: 向朋 指导教师: 薄翠梅
2015年7月9日
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电气工程与控制科学学院 第一章 自然循环锅炉分析
1被控对象工艺流程
1. 1 工艺流程
赛题的被控对象是流程工业领域常见的自然循环锅炉。锅炉是用于生产蒸汽的装置，生产的蒸汽用于发电和提供热能。
去大气过热蒸汽XV1104减温器E1101汽包V1102过热蒸汽XV1105炉膛F1101燃油燃油泵P1102M空气风机K1101省煤器E1102烟气软化水上水泵 P1101设备位号设备名称汽包V1102减温器E1101省煤器E1102炉膛F1101风机K1101上水泵P1101燃油泵P1102
软化水经给水泵P1101泵出，分成两路，一路给水去减温器E1101，与过热蒸汽换热，然后与另一路给水混合进入省煤器E1102。去减温器E1101的锅炉给水用于调整过热蒸汽的温度，同时也对锅炉给水进行预热。正常工况时，大部分锅炉给水直接流向省煤器，小部分锅炉给水流向减温器。省煤器E1102由多段盘
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管组成，燃料燃烧产生的高温烟气自上而下通过管间，与管的锅炉给水换热，回收烟气中的余热，并使锅炉给水进一步预热。
被烟气加热成饱和水的锅炉给水全部进入汽包V1102，再经过对流管束和下降管进入锅炉水冷壁，吸收炉膛辐射热在水冷壁里变成汽水混合物，然后返回汽包V1102进行汽水分离。锅炉汽包为卧式圆筒形承压容器，部装有给水分布槽、汽水分离器等。汽水分离是汽包的重要作用之一，汽包V1102顶部设放空阀XV1104，分离出的饱和蒸汽再次进入炉膛F1101进行汽相升温，成为过热蒸汽。出炉膛的过热蒸汽进入减温器E1101壳程，进行温度微调并为锅炉给水预热，最后以工艺所要求的过热蒸汽压力、过热蒸汽温度输送给下游生产过程。过热蒸汽出口管线上设开关阀XV1105。
燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101的燃烧器，空气经变频鼓风机K1101送入燃烧器。燃料与空气在燃烧器混合燃烧，产生热量使锅炉水汽化。燃烧产生的烟气带有大量余热，对省煤器E1102中的锅炉给水进行预热。烟气经由烟道，靠烟囱的抽力抽出，通入大气。
1.2 仪表及操作设备说明
系统中用到的检测仪表及执行机构具体说明见下表。
设备位号 V1101 E1101 E1101 设备说明 汽包 减温器 省煤器 页脚
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F1101 K1101 P1101 P1102
炉膛 风机 上水泵 燃油泵 1.3 锅炉系统控制要求
（1）燃烧控制，需要控制燃料和空气的配比，以达到充分燃烧； （2）给水控制，需要与蒸汽产量匹配，以控制锅炉汽包水的储量； （3）过热蒸汽出口压力控制，要求能够根据负荷的变化控制蒸汽压力； （4）过热蒸汽出口温度控制，需要根据工艺要求精确控制蒸汽温度。
第二章 锅炉控制方案设计
2.1 汽包水位控制方案
汽包液位是蒸汽锅炉运行中一个非常重要的控制参数，它可以间接反映锅炉负荷与给水平衡的关系。维持汽包水位正常时保证锅炉和下级设备安全运行的必要条件，如果汽包液位过高，使蒸汽带液，影响汽包汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽水分含量过多，导致过热器管壁结垢而被烧坏，也使过热蒸汽温度急剧变化，直接影响下级设备的稳定运行；汽包液位过低会影响汽水循环，严重时甚至可使加热水管局部受热而导致严重的事故。而且汽包的给水量也不应该剧烈波动，以免影响省煤器和进水管道的安全。
2.1.1 汽包水位影响因素
(1) 给水流量
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如果汽包的给水量突然出现扰动而增加，一方面由于给水温度低于汽包的饱和水温度，刚刚进入汽包的给水会吸收原有饱和水的一部分热量，从而减少蒸汽量，水面下的气泡总体积也相应减小，汽包水位下降。但是，从单容系统的角度考虑，不考虑气泡的影响，则给水量增加势必使汽包水位上升。两种情况叠加即得到给水量增加时，汽包水位经过一段迟延后趋于单容系统规律而上升，迟延的时间随着给水的过冷度越大而越大。 (2) 锅炉负荷
如果过热蒸汽流量（即锅炉负荷）突然出现扰动而增大，一方面汽包的物质平衡状态被打破使水位下降；另一方面，由于锅炉出口的过热蒸汽量增加，迫使锅炉的气泡增加，而燃料量不可能瞬间随之增加，这使汽包的压力减小，水面下的气泡膨胀，总体积增大，导致水面上升，出现“虚假水位”。两种情况共同影响汽包水位，使汽包中出现“虚假水位”现象，导致锅炉负荷增大时汽包水位先上升一段时间后才开始下降。虚假水位会导致给水调节机构的误操作，使汽包水位波动剧烈，严重影响设备的安全和寿命。这说明蒸汽流量扰动是影响汽包水位至关重要的因素之一。 (3) 燃料流量
如果燃料量出现扰动增加，则饱和水吸收的热量增大，使锅炉负荷的蒸汽量增加，同样会导致出现“虚假水位”。但水循环系统中的水量比较大，且汽包和水冷壁有一定的储热能力，使系统有一定的热惯性，蒸汽量增加缓慢。且蒸汽量缓慢增加的同时汽包的压力也会随之缓慢增大，使水面下的气泡体积变小，汽包水面下降。两种情况综合考虑，则燃料量的增加出现的汽包“虚假水位”较蒸汽流量扰动下要缓和得多。因此汽包水位控制过程中可认为燃料量是间接扰动。
2.1.2 被控变量与操纵变量的选择
被控变量：汽包水位 操纵变量：给水流量
给水流量可以直接影响汽包水位，调整控制方便。
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锅炉控制方案设计
