內蒙古科技大學
本科生過程控制課程設計說明書
題目：熱電廠鍋爐爐膛溫度
控制系統的設計
學生姓名：何棟
學號：0705112337
專業：測控技術與儀器
班級：測控07-3班
指導教師：孫採鷹講師
鍋爐是熱電廠重要且基本的裝置 ,其最主要的輸出變數之一就是主蒸汽溫度。主汽溫度自動調節的任務是維持過熱器出口汽溫在允許範圍內 ,以確保機組執行的安全性和經濟性。如果該溫度過高 ,會使鍋爐受熱面及蒸汽管道金屬材料的蠕變速度加快 ,降低使用壽命。
若長期超溫 ,則會導致過熱器爆管 ,在汽機側還會導致汽輪機的汽缸、 汽閥、 前幾級噴嘴和葉片、高壓缸前軸承等部件的壽命縮短 ,甚至損壞;假如該汽溫過低 ,會降低機組的迴圈熱效率 ,一般汽溫每降低5 ℃～10 ℃,效率約降低1 % ,同時會使通過汽輪機最後幾級的蒸汽濕度增加 ,引起葉片磨損;當汽溫變化過大時 ,將導致鍋爐和汽輪機金屬管材及部件的疲勞 ,還將引起汽輪機汽缸和轉子的脹差變化 ,甚至產生劇烈振動 ,危及機組的安全 ,所以有效精準的控制策略是十分必要的
鍋爐爐膛溫度的控制效果直接影響著產品的質量，溫度低於或者高於要求時都不能達到生產質量指標，有時甚至會發生生產事故，此設計控制以鍋爐爐膛溫度為主控引數、燃料和空氣並列為副被控變數設計熱電廠鍋爐溫度控制系統，以達到精度在正負5 ℃範圍內。
關鍵詞：熱電廠；鍋爐；爐膛溫度；串級控制
隨著現代工業生產的迅速發展 ,對工藝操作條件的要求更加嚴格 ,對安全執行及對控制質量的要求也更高 。而單迴路控制系統往往不能滿足生產工藝的要求 ,在這樣的情況下 ,串級控制系統應運而生 。
鍋爐溫度串級控制系統的生產工藝要求 :
(1) 可以實現對整個鍋爐系統工藝流程的控制 。
(2) 能夠自動控制鍋爐溫度 ,並達到所需精度 。
(3) 有良好的人機介面 ,能方便地**修改引數 ,並以動畫實現資料和流程的「視覺化 。
工程控制是工業自動化的重要分支。幾十年來，工業過程控制獲得了驚人的發展，無論是在大規模的結構複雜的工業生產過程中，還是在傳統工業過程改造中，過程控制技術對於提高產品質量以及能源的節約都起著重要的作用。
生產過程是指物料經過若干加工步驟而成為產品的過程。該過程中通常會發生物理化學反應、生化反應、物質能量的轉換與傳遞等等，或者說生產過程表現為物流過變化的過程，伴隨物流變化的資訊包括物流性質的資訊和操作條件的資訊。
生產過程的總目標，應該是在可能獲得的原料和能源條件下，以最經濟的途徑，將原物料加工成預期的合格產品。為了打到目標，必須對生產過程進行監視和控制。因此，過程控制的任務是在了解生產過程的工藝流程和動靜態特性的基礎上，應用理論對系統進行分析與綜合，以生產過程中物流變化資訊量作為被控量，選用適宜的技術手段。
實現生產過程的控制目標。
1.1 熱電廠生產工藝
原煤經過製粉系統將大塊的煤轉化成可供鍋爐燃燒的煤粉，生水經過水處理系統再經過除鹽處理而除去水質裡的鈣、鎂、鈉等鹽分子，然後通入鍋爐，鍋爐裡的煤粉和通入的熱空氣經過一定比例的混合後燃燒使得鍋爐產生蒸汽，這些高溫的蒸汽通過汽輪機，使得汽輪機高速運轉產生的旋轉機械能，發電機連線著汽輪機，發電機將汽輪機產生的旋轉機械能轉化成電能，這些電壓不定的電力在主變壓器的作用下變成一定電壓的電量，經過高壓遠端輸電送入各個電網輸送到全國各地
熱電廠是聯合生產電能和熱能的發電廠。熱電廠供熱系統是利用汽輪機同時生產電能和熱能的熱電系統作為熱源。以熱電廠作為熱源不僅熱能利用效率高，同時有利於環保。
以熱電廠作為熱源的供熱系統稱為熱電廠集中供熱系統。集中熱水**系統主要由熱媒系統，熱水**系統和附件三個部分組成。
熱媒系統由熱源，換熱器和熱媒管網組成。由鍋爐生產的蒸汽通過熱媒管網送到換熱器加熱冷水，變成高溫水通過熱媒管網供暖。經過熱交換蒸汽變成冷凝水，大部分和新補充的軟化水經冷凝迴圈幫浦再送回鍋爐加熱成蒸汽，如此迴圈完成熱傳遞過程。
熱水供水系統由熱水配水管網和回水管網組成。被加熱到一定溫度的冷水，從換熱器出來，經配水管網送至各個熱水配水點，而換熱器冷水由高位水箱或給水管網補給。供熱後的熱水經迴水管使一定量的熱水經過迴圈水幫浦再流回換熱器。
熱電廠包含有火力發電廠車間、水處理車間和熱力車間三個部分。其中火力發電廠流程為燃料的化學能→蒸汽的熱勢能→機械能→電能。在鍋爐中，燃料的化學能轉變為蒸汽的熱能；在汽輪機中，蒸汽的熱能轉變為輪子旋轉的機械能；在發電機中機械能轉變為電能。
水處理系統就是為了產出電導率<0.6 us/cm的鍋爐用水。熱電廠主要是有兩個陰床，兩個陽床和兩個混床，在其工作的時候，分別就乙個工作，另乙個主要是備用。
另外，熱力車間燃氣蒸汽聯合迴圈發電裝置一般由燃氣輪機、原料氣壓縮機、蒸汽輪機、餘熱鍋爐、熱交換器、發電機等組成。燃氣輪機的燃料主要有油、高爐煤氣、水煤氣、煉油長氣等，如下圖（1-1）
圖（1-1）熱電廠生產工藝流程圖
1.2 熱電廠的特點及執行特性
熱電廠由於即發電又供熱，鍋爐容量大於同規模火電廠。熱電廠必須比一般火電廠多增設鍋爐容量以備用，水處理量也大。熱電廠必須靠近熱負荷中心，往往又是人口密集區的城鎮中心，其用水、徵地、拆遷、環保要求等均大大高於同容量火電廠，同時還建熱力管網。
在發電的同時，還利用汽輪機的抽汽或排汽為使用者供熱的火電廠。一般發電廠都採用凝汽式機組，只生產電能向使用者供電。工業生產和人們生活用熱則由特設的工業鍋爐及採暖鍋爐房單獨**。
這種能量生產方式稱為熱、電分產。在熱電廠中則採用供熱式機組，除了**電能以外，同時還利用作過功（即發了電）的汽輪機抽汽或排汽來滿足生產和生活上所需熱量。這種能量生產方式稱為熱電聯產。
在熱電聯產中燃料化學能則轉變為高位熱能先用來發電（高品位熱能），然後使用做過功的低品位熱能向使用者供熱，這符合按質用能和綜合用能的原則。所以熱電廠的特點是,一次能源利用得比較合理,做到按質供能，梯級用能，能盡其用，使地區的整個能量**系統節約了能源。
以熱電聯產為基礎的熱電廠，其執行特點與許多因素有關，如熱負荷特性、供熱機組形式、連線電網的特性等。
在裝有背壓式供熱機組的熱電廠中，其執行特點是：
①生產的熱量與電量之間相互制約，不能獨立調節。一般是按熱負荷要求來調節電負荷。
②熱負荷變化時，電功率隨之變化，難以同時滿足熱負荷和電負荷要求。當滿足不了電負荷時，就要依靠電力系統的補償容量來承擔熱電廠發電不足的電量。
在裝有抽汽、凝汽式供熱機組的熱電廠中，由於機組相當於背壓式和凝汽式機組的組合，所以它的執行特點是：
①熱、電生產有一定的自由度，在規定範圍內熱、電負荷可以各自獨立調節。所以它對熱、電負荷變化適應性較大。
②雙抽汽式供熱機組對工業用熱、採暖及電負荷之間的獨立調節範圍更大，所以它對熱、電負荷變化的適應性更強。
由於鍋爐裝置使用的燃料、燃燒裝置、爐體形式、鍋爐功用和執行要求的不同，鍋爐有各種各樣的流程。常見流程如圖2.1所示。
由圖可知，蒸汽發生系統由給水幫浦、給水調節閥、省煤器、汽包及迴圈管組成。燃料和熱空氣按照一定的比例進入燃燒室燃燒，產生的熱量傳遞給蒸汽發生系統，產生飽和蒸汽,然後經過熱器，形成一定汽溫的過熱蒸汽，匯集至蒸汽母管。壓力為的過熱蒸汽，經負荷裝置調節閥供給生產負荷使用。
與此同時，燃燒過程中產生的煙氣，將飽和蒸汽變成過熱蒸汽後，經省煤器預熱鍋爐給水和空氣預熱器預熱空氣，最後經引風機送往煙囪排入大氣。
圖2.1 鍋爐系統工藝流程圖
根據生產負荷的不同需要，鍋爐需要提供不同規格（壓力和溫度）的蒸汽，同時，根據安全性和經濟性的要求，是鍋爐安全執行和完全燃燒，鍋爐裝置的主要控制要求如下。
熱電廠鍋爐爐膛溫度控制課程設計說明書
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