【正文】 ......................... 12 系統(tǒng)控制電路的設計 .......................... 14 補水泵控制系統(tǒng) .............................. 16 給水泵控制系統(tǒng) .............................. 18 變頻器的選型 ................................ 19 傳感器的選型 ............................... 22 第 5 章 鍋爐自動控制系統(tǒng)的軟件設計 ............... 24 PLC 控制流程圖 .............................. 24 第 6 章 全文總結 ................................. 30 參考文獻 ....................................... 31 致謝 ........................................... 32 畢業(yè)設計小結 ................................... 33 附錄 ........................................... 34 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 1 第 1 章 前言 選題背景及意義 由于我國總的能源特征是“富煤、少油、有氣 ，擁有豐富的煤炭資源，到2021 年已探明的煤炭儲量達 1145 億噸。煤炭因其儲量大和價格相 對穩(wěn)定，在本世紀 50 年內，在我國的一次能源構成中仍將占主導地位。由此可見，在未來相當長的一段時期內，燃煤工業(yè)鍋爐仍將是我國工業(yè)鍋爐的主導產品。這與目前國外的情況相差很大。如：日本燃煤工業(yè)鍋爐僅占總數的 1％，美國和西歐國家約占 1％～ 3％ (石油危機后燃煤工業(yè)鍋爐略有增加 )，俄羅斯燃煤工業(yè)鍋爐較多，約占 40％。 工業(yè)鍋爐是我國主要的熱能動力設備，使用面廣，需求量大，在工業(yè)生產和軍民生活中扮演重要角色。據不完全統(tǒng)計，我國現有中、小鍋爐 30 多萬臺，每年耗煤量占我國原煤產量的三分之一以上，堪稱大耗能動力設備。隨著國民經 濟的不斷發(fā)展和人民生活的不斷改善，鍋爐臺數還在不斷增加。作為能源轉換的重要設備，其工作情況的好壞直接關系到能源的利用率高低。目前我國中、小型鍋爐以燃煤鏈條鍋爐為主，燃料主要是煤炭，而且鍋爐房管理水平不高，一直沿用間斷運行方式，鍋爐技術含量低，鍋爐的自動化控制技術落后，處于能耗高、浪費大、環(huán)境污染嚴重的生產狀態(tài)，尤其是燃煤排放的 C02氣體所引起的溫室效應，早己引起國際關注。為了將我國建設成資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，工業(yè)鍋爐的節(jié)能降耗、減少污染物生成和排放具有重大意義。為此對工業(yè)鍋爐推廣應用各種新技術、新工藝 、新管理是實現節(jié)能降耗、減少污染的重要途徑。其中實現鍋爐的自動化控制不僅可大大節(jié)約能源，促進環(huán)保，而且可以提高生產自動化水平。具體來講，實現鍋爐自動化控制的意義在于： (1)提高鍋爐運行的安全性； (2)提高鍋爐運行的經濟性； (3)改善勞動條件； (4)減少運行人員，提高勞動生產率。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 2 今后，隨著工業(yè)鍋爐市場技術競爭的日趨激烈，鍋爐自動控制系統(tǒng)的好壞己成為決定鍋爐性能的重要砝碼。研究與開發(fā)功能完備、性能可靠的鍋爐自動控制系統(tǒng)，是適應鍋爐生產發(fā)展需要，具有廣闊的發(fā)展前景與研究價值。 第 2 章 鍋爐的基本構造及其 工作原理 概述 隨著生產的發(fā)展，鍋爐日益廣泛的應用于工業(yè)生產的各個領域，成為發(fā)展國民經濟的重要熱工設備之一。在現代化的建設中，能源的需求是非常大的，然而我國的能源利用率極低，所以提高鍋爐的熱效率，具有極為重要的實際意義。 鍋爐的基本構造 鍋爐是一種產生蒸汽或熱水的熱交換設備。它通過燃料的燃燒釋放大量熱能，并通過熱傳遞把能量傳遞給水，把水變成蒸汽或熱水，蒸汽或熱水直接供給工業(yè)和生活中所需要的熱能。所以鍋爐的中心任務是把燃料中的化學能有效的轉化為蒸汽的熱能。 鍋爐的主要設備包括 汽鍋、爐子、爐膛、鍋筒、水冷壁、過熱器、省煤器、燃燒熱備、引風設備、送風設備、給水設備、空氣預熱器、水處理設備、燃燒供給設備以及除灰除塵設備等。 汽鍋：由上下鍋筒和三簇沸水管組成。水在管內受管外煙氣加熱，因而管簇內發(fā)生自然地循環(huán)流動，并逐漸氣化，產生的飽和蒸汽積聚在上鍋筒里面。 爐子：是使燃燒從充分燃燒并釋放出熱量的設備。 爐膛：保證燃料的充分燃燒，并使水流受熱面積達到規(guī)定的數值。 鍋筒：使自然循環(huán)鍋爐各受熱面能適應負荷變化的設備。（需指出，直流鍋爐內無鍋筒。） 水冷 壁：主要是輻射受熱面，保護爐壁的作用。 過熱器：是將氣鍋所產生的飽和真氣急需加熱為過熱蒸汽的換熱器。過熱器西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 3 一般都裝在爐膛出口。 省煤器：是利用余熱加熱鍋爐給水，以降低排出煙氣溫度的換熱器。采用省煤器后，降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率，節(jié)省了燃料。同時，由于提高了進入氣飽的給水溫度，減少了因溫差而引起的汽包壁的熱適應力，從而延長了汽包的使用壽命。 燃燒設備：將燃料和燃燒所需的空氣送入爐膛并使燃料著火穩(wěn)定，充分燃燒 . 引風設備：包括引風機、煙道和煙囪等幾部分。用它將鍋爐中的煙氣連 續(xù)排出。 送風設備：包括有鼓風機和分道組成。用它來供應燃料所需的空氣。 給水設備：由水泵和給水管組成。 空氣預熱器：是繼續(xù)利用離開省煤器后的煙氣余熱，加熱燃料燃燒所需要的空氣，是一個換熱器。省煤器出口煙溫度高，裝上空氣預熱器后，可以進一步降低排煙溫度，也可以改善燃料著火和燃燒條件，降低不完全燃燒所造成的損失，提高鍋爐機組的效率。 水處理設備：其作用是為清除水中的雜質和降低給水溫度，以防止在鍋爐受熱面上結水垢或腐蝕。 燃料供給設備：由運煤設備、原煤倉和儲煤斗等設備組成， 保證鍋爐所需燃料供應。 除灰塵設備：是鍋爐灰渣并運往儲灰場地的設備。 此外，除了保證鍋爐的正常工作和安全，蒸汽鍋爐還必須裝設安全閥、水位表、高低水位報警器、壓力表、主氣閥、排污閥和止污閥等 ,還有用來消除受熱面上積灰的吹灰器，以提高鍋爐運行的經濟性。圖 為鍋爐控制系統(tǒng)硬件組成圖 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 4 圖 鍋爐的工作原理及工作過程 鍋爐是一種生產蒸汽的換熱設備。它通過沒有或燃氣等燃料的燃燒釋放化學能，并通過傳熱過程將能量傳 遞給水，使水轉變?yōu)檎羝?，蒸汽直接供給工業(yè)生產中所需的熱能，或通過蒸汽動力機轉變?yōu)殡娔?，或通過汽輪電機轉變?yōu)殡娔?。所以鍋爐的中心任務是把燃料中的化學能最有效地轉變?yōu)檎羝臒崮?。因此，近代鍋爐亦成為蒸汽發(fā)生器。 鍋爐的工作過程概括起來應該包括三個同時進行的過程：燃料的燃燒過程，煙氣向水的傳熱過程，水的汽化過程。 第 3 章 燃煤鍋爐控制系統(tǒng)及其選擇的控制方式 蒸汽溫度控制系統(tǒng) 因為鍋爐的運行環(huán)境不可能使理想的狀態(tài)，蒸汽的溫度總是會受到某些干擾煤斗 鍋爐引風機 鼓風機 鍋爐給水閥 給水調節(jié)閥 省煤器 蒸汽出 口 空氣 預熱器 除塵器 汽水分界面 爐排 煙囪 蒸汽調節(jié)閥 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 5 的影響，所以必須對蒸汽的溫度加以控制，以在一定范圍內 得到溫度相對恒定的蒸汽。影響蒸汽溫度的主要因素是給煤量以及給風量。另外，影響蒸汽溫度的因素還有給水量、蒸汽流量以及引風量等，又考慮到了控制系統(tǒng)相應的快速性，我們又將給水量和蒸汽流量作為蒸汽溫度控制的前饋量構成前饋控制系統(tǒng)。即采用前饋比值串級控制系統(tǒng)對蒸汽溫度進行控制，其控制系統(tǒng)的結構框圖見圖 所示。 圖 蒸汽溫度控制系統(tǒng)結構框圖 蒸汽壓力控制系統(tǒng) 如果鍋爐內壓力過低，將會降低蒸汽質量；反之，如果鍋爐內壓 力過高，有可能導致爆炸等安全事故的發(fā)生。所以必須保證鍋爐的壓力處于一個適中的范圍，即必須對鍋爐壓力加以控制。上述蒸汽溫度控制系統(tǒng)在控制蒸汽溫度的同時就直接影響了蒸汽壓力。 壓力控制系統(tǒng)分為安全壓力控制系統(tǒng)和超壓控制系統(tǒng)。安全壓力控制系統(tǒng)是鍋爐壓力在安全壓力范圍之內的控制系統(tǒng)，其主要完成的功能是在安全的基礎上對壓力進行調節(jié)，使壓力維持在一定的范圍內，以得到需要的蒸汽壓力，保證蒸汽質量；超壓控制系統(tǒng)是鍋爐壓力超壓時所采用的壓力控制系統(tǒng)，其主要完成的功能是當壓力超出某一壓力上限的設定值時，迅速打開安全閥， 使壓力迅速降低，直到降到安全范圍內后又迅速關閉安全閥。其中安全壓力控制系統(tǒng)采用串級控制，而超壓控制系統(tǒng)采用單回路控制，所以蒸汽壓力控制系統(tǒng)采用串級控制，而超壓控制系統(tǒng)采用單回路控制，所以蒸汽壓力控制系統(tǒng)是綜合的控制系統(tǒng)，從某蒸汽溫度 控制器 給煤 控制器 給煤 調節(jié)器 給煤 執(zhí)行器 給煤量 給煤量檢測，變送器 比值控制器 蒸汽溫度 給風 控制器 給風 調節(jié)器 給風 執(zhí)行器 給風量 給風量檢測，變送器 蒸汽溫度檢測，變送器 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 6 種意義上講，可以將其歸入分成控制系統(tǒng)一類，其結構框圖見圖 所示 圖 汽包液位控制系統(tǒng) 如果汽包液位過高，可能會影響蒸汽質量，甚至會導致水滿溢出等安全事故；反之，如果汽包液位過低，鍋爐 很可能會被燒壞，甚至導致爆炸等安全事故。 能夠影響汽包液位的主要有兩大變量，那就是給水量和蒸汽流量，在其他條件不變的情況下，蒸汽流量越大，液位越低，而給水量越大則液位越高，反之則越低。其中蒸汽流量是由工業(yè)的需要所決定的，給水的主要作用就是用以維持汽包液位的，所以我們選擇給水量作為操縱量對汽包液位進行控制，又因為考慮到系統(tǒng)相應的平穩(wěn)性和快速性，除采用串級控制外，還將蒸汽流量引入前饋通道， 對系統(tǒng)進行前饋 反饋串級控制，其控制系統(tǒng)的結構框圖如圖 所示。 圖 爐膛負壓控制系統(tǒng) 爐膛負壓是反映燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數，是運行中要控制和監(jiān)視的重要參數之一。爐內燃燒工況一旦發(fā)生變化，爐膛負壓隨即發(fā)生相應變化。在原鍋爐控制系統(tǒng)中，如果煙囪擋板開度過大，則會使爐膛負壓增加，造成空氣大量進汽包液位 控制器 汽包液位 設定值 給水 控制器 給水 調節(jié)器 給水 執(zhí)行器 給水量 汽包液位 給水量檢測，變送器 汽包液位檢測，變送器 蒸發(fā)流量 蒸汽壓力 控制器 蒸汽壓力 設定值 蒸汽流量 控制器 蒸汽流量 調節(jié)器 蒸汽流量 執(zhí)行器 蒸汽流量 蒸汽 壓力 蒸汽流量檢測，變送器 蒸汽流量檢測，變送器 安全閥 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 7 入爐內，熱效率降低，同時也增加了引風機的功耗。而且負壓過大容易使爐管氧化爆皮而減少爐管壽命。負壓過小或者正壓則是由于煙囪擋板開度過小或鍋爐超負荷運轉，使爐膛產生正壓，鍋爐悶燒，甚至向外噴火，容易發(fā)生不安全現象。