1、2022-4-241鍋爐設(shè)備的控制2022-4-2424.6 鍋爐設(shè)備的控制4.6.1 概述 重要動力設(shè)備。 耗能大戶,節(jié)能研究的重點(diǎn); 污染大戶,環(huán)保治理的重點(diǎn)。1、作用：動力源熱源2、組成：2022-4-2432、組成：燃料熱空氣煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)排出過熱器減溫器爐膛汽包過熱蒸汽過熱蒸汽空氣預(yù)熱器冷空氣給水熱空氣送爐膛省煤器由給水泵來3、工作原理燃料 空氣混合燃燒發(fā)熱汽包飽和蒸汽過熱蒸汽母管輸出燃燒煙氣飽和蒸汽過熱蒸汽省煤器（給水）空氣預(yù)熱器（給風(fēng)）過熱器引風(fēng)機(jī)排出采用了哪些節(jié)能措施?飽和蒸汽飽和蒸汽2022-4-2444、對象分析特點(diǎn)：鍋 爐給水量燃料量送風(fēng)量引風(fēng)量減溫水汽包水位蒸汽溫度蒸汽壓

2、力煙氣氧含量爐膛負(fù)壓負(fù)荷鍋爐的主要輸入、輸出多入多出（MIMO）變量之間關(guān)聯(lián)蒸汽負(fù)荷 汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度 燃料量 蒸汽壓力、汽包水位、蒸汽溫度、過剩空氣、爐膛負(fù)壓 給水量 汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度燃料空氣煙氣過熱器減溫器爐膛汽包過熱蒸汽過熱蒸汽空氣預(yù)熱器冷空氣給水熱空氣送爐膛省煤器由給水泵來2022-4-245多輸入多輸出問題 轉(zhuǎn)化為若干單輸入單輸出問題: （為什么不用現(xiàn)代控制理論解決？）汽包水位控制汽包水位控制( (物料平衡物料平衡) )燃燒系統(tǒng)控制燃燒系統(tǒng)控制( (能量平衡能量平衡) )過熱蒸汽系統(tǒng)控制過熱蒸汽系統(tǒng)控制( (質(zhì)量控制質(zhì)量控制) )爐膛負(fù)壓系統(tǒng)控制爐膛負(fù)

3、壓系統(tǒng)控制( (安全控制安全控制) ) 工業(yè)鍋爐控制方案的特點(diǎn)2022-4-246任務(wù)：安全、合理的運(yùn)行條件下， 提供一定溫度和壓力的蒸汽要求：蒸汽量應(yīng)適合負(fù)荷變化的需要，或保持給定的負(fù)荷蒸汽壓力保持一定的范圍蒸汽溫度保持一定的范圍汽包水位保持一定的范圍爐膛負(fù)壓保持一定的范圍保持燃燒的經(jīng)濟(jì)性和安全運(yùn)行2022-4-2476、主要控制系統(tǒng) (1) 汽包水位控制 受控變量：汽包水位(保證安全運(yùn)行的重要指標(biāo)之一) (2) 燃燒系統(tǒng)控制 操縱變量：給水流量 使給水適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，保持水位在一定范圍內(nèi) 目的：使燃燒產(chǎn)生的熱適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的變化 受控變量：蒸汽壓力、煙氣氧含量、爐膛負(fù)壓 操縱變量：燃料量、

4、送風(fēng)量、引風(fēng)量 (3) 過熱蒸汽系統(tǒng)控制 目的: 維持過熱器出口溫度、保證管壁溫度不超過允許的溫度 受控變量：蒸汽溫度 操縱變量：減溫水量2022-4-2484.6.2 汽包水位控制汽包水位控制 汽包水位：鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo) 水位過低：負(fù)荷加大時(shí)，汽化速度加快，控制不及時(shí)會全部汽化 水位過高：影響汽水分離，產(chǎn)生汽帶液，影響后序設(shè)備的正常運(yùn)行 1、汽包水位的動態(tài)特性 (1) 蒸汽負(fù)荷對水位的影響（干擾通道）HtHDt0H1H2HH：實(shí)際可視水位H1：不考慮水下面汽泡容積變化時(shí)的水位H2：只考慮水面下汽泡容積變化所引起的水位 假水位與鍋爐的工作壓力和蒸汽量有關(guān)虛假水位 100t/h300t/h的中

5、高壓鍋爐，負(fù)荷變化10%時(shí)，假水位可達(dá)3040mm2022-4-249 (2) 給水流量對位的影響（控制通道） 水位特性：純滯后過程或反向特性過程HtHGt0H1H2H2、單沖量控制給水鍋爐氣包蒸汽LC101LI101缺點(diǎn)：負(fù)荷變化時(shí)，控制不 及時(shí)，不能克服假水 位現(xiàn)象水位 給水量的單回路控制適用場合：小型鍋爐 負(fù)荷較穩(wěn)定的場合2022-4-24103、雙沖量控制 避免虛假水位造成控制器誤動作，設(shè)計(jì)負(fù)荷變化的前饋控制加法器的輸出：0210CPCPCPFc0C：初始偏置差(閥位的初值)1C2C 、 ：加法器的系數(shù)。 的正、負(fù)取決于閥的特性2C氣關(guān)閥：負(fù)荷 給水量 應(yīng)取“-”0P2C氣開閥：負(fù)荷

6、給水量 應(yīng)取“+”0P2C鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101cPFP ：根據(jù)閥的特性數(shù)據(jù)計(jì)算 現(xiàn)場湊試，在只有負(fù)荷干擾的條件下， 調(diào)整到水位基本不變2C ：可取1，也可小于11CFPC2 ：在正常負(fù)荷下， 與 近似或正好抵消0C0C2022-4-2411方框圖-+YcG1C2CffGVGPCGPDGmGRU鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101+- 缺點(diǎn)：因控制閥的非線性，很難做到穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償 不能克服給水量的擾動 4、三沖量控制 水位、負(fù)荷、給水流量的復(fù)合控制系統(tǒng)鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT102FC102方案一： 前饋與串級組成的復(fù)合控制系統(tǒng) 特點(diǎn)：克

7、服虛假水位現(xiàn)象克服給水量的擾動雙沖量控制的另一種形式2022-4-2412鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT102方案二：前饋加反饋控制 綜合信號的單回路系統(tǒng)鍋爐氣包蒸汽LC101LI101給水FT101FT1021C2C3C 特點(diǎn)：儀表少容易實(shí)現(xiàn) 系數(shù)設(shè)置不當(dāng)、水位可能有余差 受控變量：WFLPCPCPC321方案三：前饋-串級控制系統(tǒng)-+YcG1C3C2mGVGpcGPDG1mGRDF3mG-2CWF 副回路純比例控制器，比例度為100% 特點(diǎn)：水位無余差在現(xiàn)代廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制的時(shí)代還有意義嗎2022-4-24134.6.3 燃燒系統(tǒng)控制燃燒系統(tǒng)控制 1、控制系統(tǒng)的目的

8、保證鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定 保持燃料良好地燃燒 保持爐膛負(fù)壓不變 維持噴嘴背壓在一定范圍內(nèi) 2、蒸汽壓力控制和燃料與空氣的比值控制 壓力對燃料量的單回路控制適用于負(fù)荷及燃料波動較小的場合 燃料量波動較大時(shí)，可采用壓力對燃料量的串級控制為什么選蒸汽壓力控制？ 為什么選燃料與空氣的比值控制？2022-4-2414 基本控制方案 壓力控制器輸出同時(shí)作為燃料和空氣流量控制器的設(shè)定值 特點(diǎn)：蒸汽壓力恒定 燃料和空氣的比值恒定燃料燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空氣閥FT102空氣燃料燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空氣閥FT102空氣 壓力對燃料

9、量的串級， 送風(fēng)量隨燃料變化的比值控制。 特點(diǎn)：送風(fēng)量滯后于燃料量2022-4-2415 改進(jìn)的控制方案改進(jìn)的控制方案 當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，先加大空氣量，后增加燃料；當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，先加大空氣量，后增加燃料； 當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，先減燃料，后減空氣。當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，先減燃料，后減空氣。 3、煙氣氧含量控制燃料量燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽量 FC102空氣閥FT102空氣量LSHSAC101AI101含氧量 直接指標(biāo)：使燃料量與送風(fēng)量的比值在各種情況下均為最優(yōu)煙氣氧含量(間接指標(biāo))（邏輯提量？）（邏輯提量？）（節(jié)能控制？）（節(jié)能控制？）討論兩個(gè)問題：2022-4-2416邏輯提量過程分析

10、:燃料量燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽量 FC102空氣閥FT102空氣量LSHSAC101AI101含氧量反作用過程分析:蒸汽量PPC空氣量燃料量當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，先加大空氣量，后增加燃料；當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，先加大空氣量，后增加燃料；蒸汽量PPC燃料量空氣量當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，先減燃料，后減空氣。當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，先減燃料，后減空氣。反作用HSHSLSLS反作用LSLSHSHS作業(yè)作業(yè): :畫出上圖的原理框圖畫出上圖的原理框圖, ,并且分析它的工作過程。并且分析它的工作過程。2022-4-2417節(jié)能控制思路節(jié)能控制思路: 熱效率熱效率(儀表?) 熱損失熱損失q q不完全燃燒的熱損失不完全

11、燃燒的熱損失( (機(jī)械和機(jī)械和化學(xué)化學(xué)) )、煙氣熱損失、散熱損失、煙氣熱損失、散熱損失 2022-4-2418熱效率熱效率(熱損失熱損失q)q) 與空氣過剩系數(shù)與空氣過剩系數(shù)的關(guān)系的關(guān)系020-204060總能量總能量損失損失最高最高效率區(qū)效率區(qū)煙氣煙氣熱損失熱損失化學(xué)不完全化學(xué)不完全燃燒的燃燒的熱損失熱損失能量損失%過剩空氣率 %2022-4-2419節(jié)能控制思路節(jié)能控制思路: 熱效率熱效率(儀表?) 熱損失熱損失q q不完全燃燒的熱損失不完全燃燒的熱損失( (機(jī)械和機(jī)械和化學(xué)化學(xué)) )、煙氣熱損失、散熱損失、煙氣熱損失、散熱損失 （無法測量）（無法測量）2022-4-2420 由燃料的性

12、質(zhì)可以確定完全燃燒所需要的空氣量由燃料的性質(zhì)可以確定完全燃燒所需要的空氣量 理論量理論量TQ 實(shí)際燃燒時(shí)應(yīng)有一定的剩余空氣實(shí)際燃燒時(shí)應(yīng)有一定的剩余空氣 實(shí)際量實(shí)際量PQTPQQ 不同的燃料對過剩空氣都有一個(gè)最優(yōu)值不同的燃料對過剩空氣都有一個(gè)最優(yōu)值%158%100TTPQQQ 液體燃料液體燃料 過剩空氣量通常用過剩空氣系數(shù)來描述過剩空氣量通常用過剩空氣系數(shù)來描述TPQQ /OA2121：煙氣氧含量：煙氣氧含量OA21.08 1.17, (1.6 3%)OAO過剩空氣系數(shù)2022-4-2421空氣過剩系數(shù)空氣過剩系數(shù) 與煙氣氧含量與煙氣氧含量 的關(guān)系的關(guān)系040203010過剩空氣率 %10006

13、00400200800PPMCOCOO2鍋爐效率鍋爐效率0246O2%0A2022-4-2422小結(jié)：小結(jié)：節(jié)能控制思路節(jié)能控制思路: 熱效率熱效率(儀表?) 熱損失熱損失q q不完全燃燒的熱損失不完全燃燒的熱損失( (機(jī)械和化學(xué)機(jī)械和化學(xué)) )、煙氣熱損失、散熱損失煙氣熱損失、散熱損失 （無法測量）（無法測量） 空氣過剩系數(shù)空氣過剩系數(shù)（無法計(jì)算）（無法計(jì)算） 煙氣氧含量煙氣氧含量 （氧化鋯氧分析儀）（氧化鋯氧分析儀）OA2022-4-2423 重溫：重溫：改進(jìn)的控制方案改進(jìn)的控制方案 當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，先加大空氣量，后增加燃料；當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，先加大空氣量，后增加燃料； 當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，先減燃料，

14、后減空氣。當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，先減燃料，后減空氣。 3、煙氣氧含量控制燃料量燃料閥FC101FT101PC101PI101蒸汽量 FC102空氣閥FT102空氣量LSHSAC101AI101含氧量 直接指標(biāo)：使燃料量與送風(fēng)量的比值在各種情況下均為最優(yōu)煙氣氧含量(間接指標(biāo))2022-4-2424工程實(shí)例工程實(shí)例: 青崗糖廠燃煤工業(yè)鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 工藝:蒸汽 汽輪機(jī)發(fā)電 制糖 特點(diǎn):制糖是間歇操作,負(fù)荷變化相當(dāng)大。 失敗的教訓(xùn)：滿足不了工況變化的要求。 成功的嘗試：觀察人工操作； 編制計(jì)算機(jī)控制程序。2022-4-2425啟示：一切從實(shí)際出發(fā)，一切從實(shí)際出發(fā)，具體問題具體分析，具體問題具體分析，靈活創(chuàng)新是永恒的主題。靈活創(chuàng)新是永恒的主題。2022-4-2426參考文獻(xiàn): 蔣慰孫過程控制工程(第2版) 中國石化出版社 金以慧過程控制 清華大學(xué)出版社 王錦標(biāo)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) （P200 交叉控制） 清華大學(xué)出版社2022-4-2427 4、爐膛負(fù)壓控制 爐膛負(fù)壓的操作手段:引風(fēng)量 負(fù)荷變化較大時(shí)，單回路難于滿足要求，可采用前饋反饋控制，在引風(fēng)量回路中引入送風(fēng)量的前饋或蒸汽壓力前饋。金以慧過程控制清華大學(xué)出版社 P2482022-4-24284.6.4 蒸汽系統(tǒng)控制蒸汽系統(tǒng)控制 目的：蒸汽出口溫度在允許范圍內(nèi)，過熱器