课程设计 锅炉炉膛负压控制系统.docx

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1、课程设计锅炉炉膛负压限制系统内蒙古科技高校过程限制课程设计论文题目：锅炉炉膛负压限制系统学生姓名：严合学号：0867112335专业：测控技术与仪器班级：测控2008-3指导老师：左鸿飞2011年08月31日书目一、概述In二系统要求及组成V2.1系统的要求V2.2炉膛负压的动态特性V2.3引风限制J系统的工况V2.4系统的组成VI三应留意的问题vm3.抗积分饱和及外反馈法VID3.2采纳死区非线性环节.IX3.3引风机1和2的双速调整IX3.4炉膛压力的测量X3.5内爆爱护X四、仪表选型及参数整定XI4.1前馈-反馈限制系统XI4.3传感器的选择XI4.4选择限制系统设计XI五课程设计体会X

2、n六参考文献XIII-概述锅炉是指利用各种燃料、电或者其他能源，将所盛装的液体加热到肯定的参数(2.45Mpa-27MPa,400-570),并对外输出热能的特种设备。锅炉限制的主要目的是调整锅炉出口的蒸汽压力、流量和温度，使其达到所希望的数值。为此，须要对燃料、空气和水三者的量进行调整。锅炉是一个困难的系统，对锅炉工况造成影响的因素之一是来自外部和内部的扰动，如燃料发热量的变更或热力系统工况的变更等。限制器或限制系统依据锅炉出口蒸汽参数实际值偏离其设定值的大小和方向，调整燃料量、空气量和水量，使锅炉出口参数与其所希望的值相一样。锅炉除配有相应的仪表系统外，主要有以下限制系统：汽包液位限制系统

3、；燃料限制系统；过热器和再热器出口蒸汽温度的限制系统；燃烧器程序限制系统等等。不同类型的锅炉，尽管其限制系统不尽相同，但是它们的工作原理大体是相同的。而其中最重要的系统是燃烧限制系统。其主要功能是限制炉膛的燃料的空气的输入量，或限制燃烧率，以适应锅炉负荷的变更。对锅炉运行和限制系统来说，锅炉出口蒸汽压力的变更常常作为燃料量的输入和蒸汽量的输出之间不平衡的一个标记。引起蒸汽压力变更的因素很多，其中主要的扰动量是燃料量（内扰）和蒸汽量的变更（外扰）。燃烧限制系统的基本要求是：快速适应外界负荷需求的变更；刚好消退锅炉燃料侧的自发扰动；维持调整过程中各被调量在允许的范围内；保证锅炉运行的平安性和经济性

4、。燃料限制系统一般包括燃料限制、引风限制和鼓风限制三个子系统。燃料限制子系统中，蒸汽压力的实际值相对于其设定值的偏差输入到蒸汽压力限制器，经限制运算后输出调整锅炉燃烧率的指令信号；燃烧限制器依据锅炉燃烧率的指令信号的变更调整入炉燃料量。同时，锅炉燃烧率的指令信号也加入到鼓风限制子系统中，对鼓风量进行调整。为保证燃烧的过程的经济性，即保证燃烧过程合适的燃料和风量的比值，常采纳具有烟气氧量校正调整的鼓风限制系统，形成有燃料量前馈调整的串级限制系统，在保证送风量与燃料量基本成比例的粗调的基础上，进一步通过氧量校正对送风量进行调整，保证烟气含氧量等于设定值，实现经济燃烧的细调。引风限制子系统的任务是通

5、过调整锅炉引风量，保证炉膛负压（除卧式内燃炉）在规定的范围内。由于蒸汽量的波动和送风量是引起负压变更的主要缘由，可将蒸汽量或送风量作为前馈信号引入调整器，提高引风系统的稳定性,减小炉膛负压的动态偏差。锅炉限制首要任务是保证设备稳定运行，对于大多数锅炉保证其平安运行的最基本条件是维持合适的炉膛负压，相对平安而言,引风限制比燃料限制更重要。而且炉膛负压对经济燃烧影响较大，他影响着燃烧状况和排热量损失。所以实际锅炉限制系统中，把负压限制（引风限制）回路定义为第一限制回路，给燃料限制回路反而是第四限制回路，以表示负压限制平安级别最高。例如煤粉锅炉若引风机故障导致无引风时，接着往炉内输入燃料，可能导致炉

6、膛爆炸这样的恶性事故，所以在锅炉连锁报系统设计中，引风限制回路的级别最高，即引风故障导致低级别的给煤限制产生联锁爱护，而给煤故障并不会触发引风限制联锁爱护。同时炉膛负压的测量易受到锅炉正常维护操作（热水锅炉打开锅炉正面的小门视察燃烧状况，打开锅炉侧面小门清理灰渣）的干扰，也简单受到负压取样管堵塞（煤粉锅炉的灰渣易堵塞取样管）而给出错误信号。因此，本次课程设计的内容须要考到很多工厂实际问题，非常具有实践性和挑战性。二系统要求及组成2.1系统的要求（1）炉膛负压（除卧式内燃锅炉）保持在-78.4Pa到T9.6Pa,通常状况负压应维持在-20Pa左右。（2）负压系统应有相应的防护措施（抗积分饱和、防

7、回火和脱火）。2.2炉膛负压的动态特性炉膛负压的限制对象是引风机挡板所限制的引风量，成为内扰。送风量变更会影响炉膛负压，称为外绕。炉膛负压的动态特性是引风量阶跃变更时，炉膛负压随时间变更的特性，如图2-1所示。由于炉膛负压反应很快，可做比例特性来处理。图2-1炉膛负压的动态特性2.3引风限制系统的工况引风限制系统逻辑有3种工况，即引风挡版开度硬手操、软手操和自动。（1）引风机挡板开度硬手操。引风机挡板开度硬手操的条件为选择引风机挡板硬手操。（2）引风机挡板开度软手操的条件。引风机调整电源故障；引风自动调整失灵；引风机掉闸；引风机挡板速率大；引风机挡板硬手操；选择引风机挡板软手操。（3）引风机挡

8、板限制回路处于自动。当全部手动条件不存在时，系统就可以投自动。自动时由人工手动给给定值。同时只有软手动切换到硬手动，须要进行预平衡后才能实现无扰动切换；其他状况都可干脆实现无扰动切换。2.4系统的组成如下图2-2所示为锅炉燃烧过程炉膛负压及平安爱护系统。可知，该限制系统由三个子系统组成。图2-2锅炉炉膛负压限制系统原理图2.4.1炉膛负压限制炉膛负压限制一般可通过限制引风量来调整。鉴于引风量落后于燃料量和鼓风量的限制，可能引起系统大的波动，造成不稳定因素。所以，将汽包出口蒸汽压力作为前馈信号与以引风量为反馈信号共同组成前馈反馈复合限制系统，如图2-3o图2-3炉膛负压前馈-反馈限制框图及原理图

9、2.4.2防脱火限制系统流程图如下图2-4所示，燃料为自然气。PC1和PC2为反作用调整器，调整阀为气开型（A.0）o调整器采纳P1D调整规律（M）DIdeuKeedtTTdt）。PC1与PC2调整器都为压力调整器，都选择PI规律PC1为正常工况运用的调整器，PC2为取代调整器。系统正常运行电磁阀失电，PC3系统不起作用，而PCI调整器工作。当压力下降时，调整器PCI输出增加（反作用），调整阀开度增加，自然气流量增大，蒸汽压力增加至正常值，从而使复原正常工况；但当蒸汽压力减小到某一下限值时，导致调整阀阀后压力（燃料气压力）过于增加而可能产生脱火危急，PC2调整器的输出大幅度减小，且低于PCI的

10、输出值时。低值选择器选通PC2的系统，使调整阀的开度减小，降低了阀后压力，从而避开了脱火事故的产生。当工况复原正常后，PC1调整器的输出又低于PC2的输出,PC2自动切除，PC1再次投入运行。图2-4锅炉防回火及脱火原理图2.4.3防回火限制原理图如上图2-4所示，PC3为带下限节点的压力调整器，选择PI规律。它与电磁三通阀，继电器共同组成防回火自动连锁硬件爱护系统。系统在正常运行时，PC3下限节点是断开的，该限制回路不起作用。但是当蒸汽压力增加时，如上分析，低通选择器的选择使调整阀的关小，燃料气的压力减小，由于工艺缘由，当燃料气的压力减小到某一下限值达到有可能产生回火时，PC3下限节点接通,

11、电磁阀关闭，于是便切断了低值选通器到调整器的回路，兵士调整阀的膜头与大气接通，调整阀关闭，实现硬爱护。三应留意的问题3.1抗积分饱和及外反馈法鉴于选择限制系统中，两个调整器都有积分作用，当低选器选通一个调整器时，另一个限制器处于开环，可能会出现积分饱和，影响系统的正常运行。所以，必需采纳抗积分饱和的措施，通常抗积分饱和的方法大体上分为硬件和软件两种方法。软件上，采纳输出限幅法和去积分法的方式；硬件上，实行选择器的输出信号作为两个限制器共同的反馈信号的措施（即外反馈法），该措施原理图如下图3-1：图3-1积格外反馈法原理图外反馈法是指调整器处于开环状态下不选用调整器自身的输出做反馈，而是用其他相

12、应的信号做反馈以限制其积分作用的方法，如图为外反馈的系统原理。在选择限制系统中，设两台比例积分调整器的输出分别为P1P2o选择器选中之一后，一方面送至调整阀，同时有反馈到两台调整器的输入端，以实现积格外反馈。若选择器为低值选择器，设PI小于P2,调整器1被选中，其输出为I111OIukeTedt,由上图可见，积格外反馈信号就是其本身的输出P1o因此，调整器1仍保持P1调整规律。此时，调整器2处于备用状态，其输出为2221OIukeTedt,上式积分项的偏差为e1,并非其本身的偏差e2的积累而带来的积分饱和问题。当系统处于稳态时，e1=0,调整器2仅有比例作用。所以，处在开环状态的备用调整器不会

13、产生积分饱和。一旦生产过程出现出现异样，而该调整器的输出又被选中时，其输出反馈到自身的积分环节，马上产生P1调整动作，投入系统运行。3.2 采纳死区非线性环节炉膛压力信号与给定值的偏差经死区非线性环节送入炉膛压力限制器，假如炉膛压力的偏差在死区（不灵敏区）内，限制器不动作；假如炉膛压力的偏差超过死区（不灵敏区），限制器将输出。采纳死区非线性环节的目的是避开因炉膛压力常常有微小波动而频繁动作调整机构，增加机械磨损和动力损耗。3.3 引风机1和2的双速调整为了减小引风机进口动叶节距变更的节流（流体在管道里流淌时，有时流经阀门、孔板等设备，由于局部阻力，使流体压力降低，这种现象称为节流）损失，采纳两

14、台双速离心式引风机的单回路系统限制炉膛压力，方框图如图3-2,其中被控参数为引风机的引风流量，限制参数为引风机进口动叶节距。引风机有凹凸两种速度。当炉膛负荷较高时，引风量也相应的增加，这时可采纳引风机的高速档；当锅炉负荷较低时，引风量也相应的要较小，这时可以采纳引风机的低速档。图3-2引风机限制回路原理图在高速档和低速档切换时，为了不使引风量产生突然地变更，达到无扰动切换，可采纳变更限制系统闭环增益的方法。当引风机有低速变更到高速时，闭环限制系统使引风机的进口动叶节距减小，从而使引风量基本不变，达到无扰动切换的目的。3.4 炉膛压力的测量炉膛压力的测量采纳3个差压变送器，3个差压变送器的输出分

15、别送到3个小值选择器，3个小值选择器的输出再送到大值选择器，大值选择器的输出为3个差压变送器的输出(测量)值的中间值。采纳3个差压变送器的目的是为了防止因变送器故障或信号管路堵塞而影响测量值的牢靠性，从而影响炉膛压力限制的牢靠性。测量的中间值与差压变送器的输出(测量)值进行比较，假如偏差超出肯定范围，则将发出报警信号。3.5 5内爆爱护当发生主燃料跳闸时，由于熄火将会使炉膛压力大幅度下降，进一步会引起炉膛发生内爆事故。因此，炉膛压力限制系统应进行相应的爱护设计，例如关闭引风机进口动叶节距到预定开度。当发生主燃料跳闸时，执行器将引风机1和2的进口动叶节距减小到相应开度，当达到预定整定时间(一般为IOS)后，增大节距开度，是引风机进口动叶渐渐开大，到主燃料跳闸发生后20s,引风机进口动叶节距又复原到原来的开度。四、仪表选型及参数整定4.1前馈-反馈限制系统系统在负荷的干扰下，对被控参数实现完全补偿的条件：Gff(S)=-GPd(S)/Gpc(s).前馈限制系统的模型中，静态参数Kf的整定是很重要的。正确的选择kf,也就能精确地确定阀位。假如kf选的过大，相当于对反馈限制回路施加了干扰，