研究课题

名称

锅炉过热蒸汽温度控制系统设计

起止年月

2010年2月  至  2010年6月

成果形式

毕业设计说明书

申请者

姓名

 

性别

 

班级

自动化2007

指导教师

姓名

 

性别

 

职称

 

课题组成员

学号

姓名

性别

班级

在本项目中的分工

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

研

 

究

 

（设

 

计）

 

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容    

 

 

锅炉是石油化工、发电等工业过程必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。蒸汽过热系统的控制任务是使过热蒸汽出口温度维持在允许范围内，并保护过热管管壁温度不超过允许的工作温度。

1.查阅相关资料，了解锅炉的工作原理.

2. 进行对象分析，确定初步的控制方案.

3. 完成控制系统的设计工作，用Matlab进行仿真验证.（模糊Pid控制）

4. 检测仪表及控制仪表设计选型.

5．系统控制流程图.

 

拟采取的研究（设计）方法和技术路线（包括研究（设计）工作的总体安排、步骤和各时间段的工作任务等）

通过查阅锅炉温度控制系统相关资料，主要锅炉和当前工业自动化技术的发展，影响过热蒸汽温度的因素很多，其中主要的有：过热器是一个多容且延迟较大的惯性环节，设备结构设计与控制要求存在若矛盾，各种扰动因素之闻相互影响，如蒸汽量、燃烧工况、锅炉给水温度、进入过热蒸汽的热焓，流经过热器的烟气温度及流速的变化等。而对各种不同的扰动，过热蒸汽温度的动态特性也各不相同。因此，过热蒸汽温度控制的主要任务就是(1)克服各种干扰因素，将过热器出口蒸汽温度维持在规定允许的范围内，从而保持蒸气品质合格(2) 保护过热器管壁温度不超过允许的工作温度。

总体安排        

    

 

最终成果描述：

设计说明书及其电子文档

本研究（设计）项目的背景、意义和应用前景，国内外研究（设计）概况，发展趋势，立论依据，本项目的特色或创新之处，研究（设计）方案的可行性分析和已具备的研究（设计）条件以及主要的参考文献、软件等）：

1.背景、意义和应用前景

锅炉是过程工业中必不可少的动力设备。它所产生的蒸汽不仅可供生产过程中作为热源，而且还可作为蒸汽透平的动力源。随着工业生产过程规模的不断扩大，生产过程的不断强化，作为全厂动力和热源的锅炉设备，亦向大容量、高参数、高效率方向发展。为确保锅炉生产的安全操作和稳定运行，对锅炉设备的自动控制也提出了更高的要求。锅炉过热蒸汽温度控制是生产工艺的一项重要指标，温度控制是否准确直接影响产品的质量。如果过热蒸汽温度过高，过热器易损坏，造成汽轮汽轮机内部器件过度热膨胀，严重影响运行安全。过热蒸汽温度过低，设备效率下降，汽轮机最后几级蒸汽湿度增加，造成汽轮机叶片磨损。因此需将过热器出口温度控制在允许范围内。随着社会的发展，温度的测量及控制变的越来越重要。温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数。在工业生产过程中为了高效的进行生产，必须对成产工艺过程中的主要参数，如温度，压力，流量速度等进行有效的控制。其中温度的控制再生产过程中占有相当大的比例。准确测量和有效控制温度是优质，高产低耗和安全生产的重要条件。

随着现代工业生产的迅速发展，对工艺操作条件的要求更加严格，对安全运行及对控制质量的要求也更高。实际中过热蒸汽控制系统常采用减温水流量作为操纵变量，但由于控制通道的时间常数及纯滞后均较大，组成单回路控制系统往往不能满足生产的要求。串级控制由于副环的存在，改善了对象的特性，是等效副对象的时间常数减小，系统的工作频率提高。同时，由于串级系统具有主、副两只控制器，使控制器的总放大倍数增大，系统的抗干扰能力增强，因此，一般来说串级控制系统的控制质量要比单回路控制系统高。在锅炉过热温度控制系统中，为了获得更好的控制精度，所以采用串级控制系统以得到良好的控制特性。

在当今各种工业企业的动力设备中，锅炉仍然是一重要的组成部分。随着现代化工业的飞速发展，对能源利用率的要求的越来越高，作为将一次能源转化为二次能源的重要设备之一的锅炉，其控制和管理随之要求越来越高。但在我们国家，除了一些大中型锅炉采用了先进的控制技术外，绝大多数中小企业所用的锅炉，如10T/h、20T/h锅炉，大部分还在采用仪表/继电器控制，甚至还是人工操作，已无法满足要求。PLC 不仅具有传统继电器控制系统的控制功能，而且能扩展输入输出模块，特别是可以扩展一些智能控制模块，构成不同的控制系统，将模拟量输入输出控制和现代控制方法融为一体，实现智能控制、闭环控制、多控制功能一体的综合控制。现代PLC 以集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定受到普遍欢迎，在传统工业的现代化改造中发挥越来越重要的作用。

2.国内外温度控制系统的发展情况

自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。它们主要具有如下的特点[8]：

（1）适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。

（2）能够适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。

（3）能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制。

（4）这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛。

    温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比仍然有着较大的差距。

    随着我国经济的发展及加入 WTO，我国政府及企业对此都非常重视，对相关企业

进行了重组，相继建立了一些国家、企业的研发中心，并通过合资、技术合作等方式，组建了一批合资、合作及独资企业，使我国温度等仪表工业得到迅速的发展[8]。

近年来，锅炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制协同，温度是工业生产过程中的被控参数之一，冶金、机械、食品、化等各类工业生产过程中广泛使用的各种锅炉，对工件的处理均需要对温度进行控制。因此，在工业生产过程中常需要对温度进行检测和控制。由于许多实践现场对温度的影响是多方面的，使得温度的控制比较复杂，传统的锅炉控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产。随着我国经济的不断发展，锅炉应用的范围及单位密度逐步增长，尤其在中小型热电项目中更为突出。

 

3.设计方案的可行性分析

 

 

参考文献

[1].胡松涛.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2001.1-5.

[2].林敏.计算机控制技术及工程应用[M].北京：国防工业出版社，2008.168-170. 

[3].何衍庆.工业生产过程控制[M].北京：化学工业出版社，2004.248-255.

[4].李士勇.模糊控制神经控制和智能控制论[M].哈尔滨工业大学出版社，2003.6-9.

[5].何希才.传感器及其应用电路[M].北京： 电子工业出版社，2001.2-5.

[7].曾纬西.锅炉设备及运行[M]。北京中：国电力出版社，1998.123-125.

[8].丁利 楼波.过热蒸汽温度变化对锅炉经济和安全影响研究[J].节能技术，2010，28（162）：294-297.

[9].张波.串级模糊控制器在过热蒸汽温度控制中的应用[J].锅炉技术，2010,41（2）：5-9.