摘要
锅炉是一种应用最广的热能装置，人们通常将燃料比喻做工业的“粮食”，那么锅炉就相当于工业的“肠胃”。目前，工业锅炉是能源转换和能源消耗的重要设备。为了保证锅炉的安全、经济运行,锅炉的水位、温度、压力、流量都要严格的控制，不应该有较大的波动，应该严格控制在一个精确的范围内，只有这样才能安全生产。工业锅炉是能源转换和消耗的重要设备，对锅炉的水位、温度、压力、流量都要严格的控制，不仅能够提高产品质量，改善操作人员的工作环境和条件，而且可以使锅炉燃烧效率最佳。 我国各行各业广泛使用着大量中小型工业锅炉。锅炉工艺复杂、控制要求较高。若用微机技术进行改造,使之实现自动化,不仅可加强运行安全可靠性、提高供汽质量、减轻劳动强度,有利于环境保护和节能;而且也不必对锅炉作大幅度改造、不需要增添过多设备;是一项利国利民、经济实惠的理想举措。为了保证锅炉的安全、经济运行,锅炉的水位、温度、压力、流量都需要监控,97sdd
锅炉在正常运行时，为了保证其安全和经济，必须维持主要运行参数在规定值。主要运行参数为水位、压力、温度等。随着蒸汽负荷极其因素的变化，水位、压力、温度将发生变化偏离设定值。此时，应及时调整给水量，燃料供给量和通风量，使主要参数返回到规定值。 在这次设计中，主要考虑锅炉过热蒸汽温度控制对其他的变量不加考虑。为改善调节品质，引入导前汽温微分信号，组成汽温调节系统的又一种策略。由汽温被调对象的动态特性可知，导前汽温可以提前反映扰动，取其微分信号引入调节器后，由于微分信号动态时不为零稳态时为零，所以动态时可使调节器的调节作用超前，稳态时可使过热器出口汽温等于给定值，从而改善调节品质。将减温器出口温度的微分信号作为前馈信号，与过热器出口温度相加后作为过热器温度控制器测量，当减温器出口温度有变化时，才引入前馈信号。稳定工况下，该微分信号为零，与单回路控制系统相同。
关键字：过热蒸汽控制 串级控制 反馈控制 影响因素 系统参数
一.课程设计任务与要求
1.1内容
（1）.介绍工业过程控制系统设计的基本原则及方法
（2）.根据所提供的工艺设备的主要工艺流程图设计一套控制系统
1.2任务
蒸汽过热系统则是锅炉系统安垒正常运行，确保蒸汽品质的重要部分。本设计主要考虑的部分是锅炉过热蒸汽系统的控制，要求保证过热蒸汽温度稳定；
1.3要求
根据下列所提供的设备主要工艺流程图，对工艺热工参数进行检测显示,完成所要求的控制系统, 画出控制系统图;在设计说明书中分析方案设计的理由、控制器控制規律的选择、控制器正反作用的选择、选择器类型的选择。对锅炉设备热工参数进行检测，要求上盘显示。
（1）.锅炉给水压力，15MPa
（2）.饱和蒸汽压力，12MPa
（3）.过热蒸汽压力，11MPa
（4）.炉膛负压，－70Pa
（5）.鼓风机出口压力，4KPa
企业信用评分
（6）.一级过热器出口蒸汽温度，540℃
（7）.一级过热器前烟气温度，960℃
(8).上级省煤器后烟气温度，470℃
(9).下级空气预热器后烟气温度。160℃
(10).引风机入口烟气温度，150℃
(11).给水流量，150t/h
(12).过热蒸汽流量，143t/h
(13).锅炉汽包水位，±300mm
二．锅炉设备介绍
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。随着工业生产规
模的不断扩大，作为动力和热源的过滤，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。
锅炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和名称，工艺流程多种多样，常用的锅炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。
燃料与空气按照一定比例送入锅炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，形成一点观其文的过热蒸汽，在汇集到蒸汽母管。过热蒸汽经负荷设备控制，供给负荷设备用，于此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风送往烟囱，排入大气。
锅炉设备主要工艺流程图
锅炉设备的控制任务是根据生产负荷的需要，供应一定压力或温度的蒸汽，同时要使锅炉在安全、经济的条件下运行。为达到这些控制要求，锅炉设备将有多个不同的控制系统，如下：（1）.供给蒸汽量适应负荷变化需要或保持给定负荷。
（2）.锅炉供给用汽设备的蒸汽压力保持在一定范围内。
（3）.过热蒸汽温度保持在一定范围。
（4）.汽包水位保持在一定范围内。
（5）.保持锅炉燃料的经济性和安全性。
（6）.炉膛负压保持在一定范围。
三．设计原理
3.1锅炉过热蒸汽温度控制系统，
要求保证过热蒸汽温度稳定；
检查井井座
锅炉蒸汽出口压力控制系统，要求保证蒸汽出口压力保持在一定范围内，同时实现逻辑提量和逻辑减量；
锅炉蒸汽出口压力控制系统，要求保证蒸汽出口压力保持在一定范围内，同时实现燃烧过程的经济运行；锅炉炉膛负压控制系统，要求保证炉膛负压在一定范围内，以保证锅炉的安全运行。锅炉安全连锁控制系统，以防止回火和脱火。
本设计根据任务要求主要对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行设计与分析。
3.2过热蒸汽温度控制任务
过热蒸汽温度控制的主要任务是维持过热器出口温度在允许的范围之内，并保护过热 器 ，使其管壁温度不超过允许的工作温度。过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度最高点， 蒸汽温度过高会使过热器管壁金属强度下降，以至烧坏过热器的高温段，严重影响安全；过热蒸汽温度偏低，则会降低发电机组能量转换效率。据分析，气温每降低5℃，热经济性将 下降 1 ％；且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽湿度增大,甚至使之带水，严重影响汽轮机的安全运行。该机组要求控制过热蒸汽温在5 3 8～ 5 4 8℃ 的范围内。
锅炉过热器出口蒸汽温度称为主蒸汽温度，主蒸汽温度和再热蒸汽温度统称为蒸汽温度。正常运行中，蒸汽温度应维持在额定值，允许波动范围一般为+5℃～-10℃。过热蒸汽温度的控制任务是维持过热器出口汽温在允许范围内，并且保护过热器使管壁温度不超过允许的工作温度.过热蒸汽温度是锅炉给水通道中温度最高的地方.过热器正常运行时的温度一般接近于材料所允许的最高温度.因此，过热蒸汽温度的上限一般不应超过额定值5℃(额定值为450℃ ).如果汽温偏低，则会降低全厂的热效应和影响汽轮机的安全运行，因而过热蒸汽温度的下限一般不低于额定值10℃。
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。
本次设计以控制减温水流量的变化来阐述对过热蒸汽温度的自动调节
3.3 影响过热蒸汽的主要因素
3.3.1蒸汽量扰动
磺酸酯当蒸汽量扰动时，沿过热器管道整个长度各点的温度几乎同时变化 其特点是有迟延，有惯性，有自平衡能力，且包边角钢较小。当锅炉的蒸汽量增加时，对流式过热器和辐射式过热器的出口汽温随蒸汽量变化的方向是相反的。蒸汽量增加时，通过对流式过热器的烟量增加，烟温也随之升高，这两具因素都使对流过热器汽温升高。但是，由于蒸汽量增加时，炉膛温度升高较少，辐射传热量的增加比蒸汽量增加所需的吸热量增加要少，因此，当蒸汽量增加，辐射式过热器出口汽温是下降的。 通过对流过热器的受热面积大于辐射过热器的受热面积，对流方式比辐射方式吸热量为多，因此，总的汽温将随蒸汽量增加而升高。蒸汽量扰动时过热蒸汽温度动态特性，但不用蒸汽量作为过热蒸汽温度的调节量，这里的蒸汽量代表锅炉负荷，其大小由外部负荷决定。
3.3.2.给水温度
正常情况下，给水温度一般不会有大的变动；但当高压加热器因故障退出运行时，给水温度就会降低。对于直流锅炉，若燃料不变，由于给水温度降低时，加热段会加长、过热段缩短，因而过热汽温会随之降低，负荷也会降低 。
3.3.3. 过剩空气系数
过剩空气系数的变化直接影响锅炉的排烟损失。影响对流受热面与辐射受热面的吸热 比例。当过剩空气系数增大时，除排烟损失增加、锅炉效率降低外炉膛水冷壁吸热减少，造成过热器进口温度降低、屏式过热器出口温度降低；虽然对流过热器吸热量有所增加，但在煤水比不变的情况下，末级过热器出口汽温会有所下降。过剩空气系数减小时的结果与增加时的相反。若要保持过热汽温不变，则需重新调整煤水比。
马蹄削皮机3.3.4.烟气侧扰动
由于过热器是一个热交换器，过热器出口汽温反映了工质从过热器中带走的热量和从烟气侧吸收的热量之间的平衡关系。当烟气流量或烟气温度发生扰动时，过热蒸汽温度发生变化。 其特点是：有迟延、有惯性、有自平衡能力。由于烟气侧扰动是沿过热器整个长度使烟气传热量发生变化，所以过热蒸汽温度响应较快，其迟延和惯性比其它扰动要小，但一般不用烟气侧作为调节手段来调节过热蒸汽温度。改变烟量或烟温时，会影响燃烧工况，与燃烧控制互相干扰，另外，烟气侧扰动也将影响再热蒸汽温度。现有电厂热控系统仅用烟气侧作为调节再热蒸汽温度的手段，而利用减温水量来调节过热蒸汽温度。
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