【正文】 用的熱力除氧器。 ⑺ 盡量采用連續(xù)進(jìn)水和自動控制，以保持工況穩(wěn)定。保證補水(即除鹽水)的溫度，由于補水(除鹽水)的水溫低，將使得除氧器的運行工況發(fā)生波動而影響其除氧效果。水的沸點隨水面上壓力的變化而變化，運行中應(yīng)根據(jù)除氧器內(nèi)的壓力檢查其沸點。 ⑸ 能很可靠地將水加熱到除氧器工作壓力下的沸騰溫度。除氧器內(nèi)壓力一般為 ～，在此壓力下的沸騰溫度為 102～104℃。 ⑷ 必須迅速將水面上的氣體除去，以免它們的分壓力增高，阻礙除氣。 ⑵ 保持在整個水面上水中溶解氣體的分壓力與水面上氣體中該氣體的分壓力之間有壓力差。這種水流不能被蒸汽加熱到需要的溫度，因此不能使氧完全除去。⑴ 水與蒸汽的接觸面積要大，水流分配要均勻，不可波動。熱力除氧的實質(zhì)是除氣，在除氧的同時可以除掉溶解于水中的其他氣體，而且不會生成任何殘留物質(zhì)；另外，熱力除氧可作為一級回?zé)峒訜崞?，除氧工藝的成本又很低廉，故被火電廠廣泛采用。為保證除氧效果，熱力除氧必須具備兩個條件：第一，必須把水加熱到除氧器壓力對應(yīng)的飽和溫度；第二，必須及時排出水中分離逸出的氣體。本課題的研究對象采用的是熱力除氧。既然水面上沒有氧的分子存在，氧的分壓力就為零，水中氧的溶解度就為零，水中的氧氣就不斷逸出；⑶ 使水中的溶解氧在進(jìn)入鍋爐前就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c金屬或其他藥劑的穩(wěn)定化合物而消耗干凈。這些氧化物中的氧就不再與金屬化合，故實際上起腐蝕作用的，都是水中的溶解氧。氧氣是很活潑的氣體，它能跟很多非金屬直接化合，而且能跟絕大多數(shù)金屬（金、銀、鉑等少數(shù)金屬除外）直接化合。根據(jù)氣體溶解定律，水中溶解氣體量將隨水溫度升高而減少。氣體在液體中的溶解度，決定于液體溫度及液面上這種氣體的分壓力，也就是說，汽水界面上某種氣體的分壓力越小，水中溶解的該氣體量就越小，分壓力等于零時，則溶解氣體的量就為零。氣體溶解定律（亨利定律）指出：任何氣體在水中的溶解度與該氣體在水界面上的分壓力成正比。 水中氣體的溶解特性及除氧的途徑各種氣體在不同壓力和溫度下，其飽和含量都不相同，、溫度下水的飽和含氧量[14]，空氣中氧較多，水與空氣接觸后，其含氧量很容易達(dá)到飽和或接近飽和，因此工業(yè)企業(yè)鍋爐房一般不分析生水、軟水或除氧前給水的含氧量，而按該壓力及溫度下水的飽和含氧量作為除氧前水的含氧量。熱力除氧的機理是基于分壓定律、亨利定律、傳熱方程和傳質(zhì)方程[13]，即用蒸汽加熱給水，提高水的溫度，當(dāng)水被加熱至相應(yīng)壓力下的飽和溫度時，溶解于水中的氣體就從水中全部逸出而除去，從而保證給水含氧量達(dá)到給水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。化學(xué)除氧技術(shù)采用氧化還原樹脂除氧，物理化學(xué)除氧技術(shù)采用膜分離除氧。常用的除氧方法有熱力除氧、真空除氧、解析除氧、化學(xué)除氧、海綿鐵除氧（過濾除氧）、加藥除氧等。物理化學(xué)除氧原理是根據(jù)亨利定律Cn=kPn，在達(dá)到平衡條件下，水中溶解氧含量Cn，與水上方氧氣的摩爾分壓Pn成正比，如果水上方氧氣的摩爾分壓Pn=0，溶解氧就向水上方無氧氣體中擴散，如果設(shè)法使水上方氣體中氧氣摩爾分壓始終保持為零，擴散達(dá)到平衡，水中溶解氧含量就為零，即成無氧水。 除氧的方法與原理若水中含有溶解氧或游離的二氧化碳，或者pH值小于7呈現(xiàn)酸性水，或水中氯化物存在較多，都會使給水管道、省煤器、水冷壁、鍋筒及對流管束等發(fā)生或加劇腐蝕。 熱力除氧的原理與途徑鍋爐給水中往往溶解有氧、氮、二氧化碳等氣體，其中二氧化碳和氧氣的存在，對鍋爐和汽輪機更容易發(fā)生腐蝕。這些氣體中的氧和二氧化碳能引起給水系統(tǒng)和鍋爐受熱面腐蝕，特別是氧的腐蝕最為嚴(yán)重，腐蝕量達(dá)到 2~5%時，就足以使設(shè)備管路遭到破壞，輕則造成設(shè)備管道內(nèi)壁出現(xiàn)點坑，粗糙度大增，既增加流動阻力，又易積聚沉淀物，加速垢下腐蝕，最終導(dǎo)致暴裂穿孔報廢。第二章 熱力除氧器的除氧原理及其數(shù)學(xué)模型工業(yè)鍋爐用水經(jīng)過預(yù)處理和離子交換處理除去了水中的懸浮物、膠體和溶解在水中的鈣、鎂離子，使水得到了澄清和軟化。因此，提出了一種采用傳統(tǒng)的PID控制結(jié)合模糊控制理論的設(shè)計思想，采用MATLAB對設(shè)計的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。為了達(dá)到除氧目的，必須保證溫度和壓力的恒定。雖然國內(nèi)外對鍋爐以及除氧器的控制研究很多，也取得了一些成果，但都主要偏重于除氧器的壓力和水位的控制方面，而本課題主要從除氧器的溫度變化方面考慮，以達(dá)到除氧的目的。曲延濱、潘毅等人發(fā)表的題為除氧系統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計與實現(xiàn)的論文中，設(shè)計了基于模糊控制理論的多維模糊控制器來控制除氧器壓力和水位，為了消除多臺除氧器并聯(lián)工作時相互間的影響,控制各除氧器平穩(wěn)運行,結(jié)合人工控制經(jīng)驗設(shè)計了智能控制器,其控制效果達(dá)到了預(yù)期要求[9]。 國內(nèi)狀況東南大學(xué)呂劍虹等人采用模糊控制方法對電站除氧器水位和凝汽器水位進(jìn)行控制，通過對國內(nèi)200MW火電機組除氧器及凝汽器水位控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，他們采用模糊控制技術(shù)對除氧器水位進(jìn)行多變量控制，仿真了機組負(fù)荷變化，除氧器水位也發(fā)生相應(yīng)階躍變化響應(yīng)的幾種情況[7]。②能適應(yīng)可能發(fā)生的一些故障。美國Ben—Abdennour，Adel提出用高斯線性二次型(LQG/LTR)的魯棒性控制器對實驗增值反應(yīng)堆(EBRII)進(jìn)行了控制，在這篇文章中提到了當(dāng)運行條件改變，系統(tǒng)受到擾動，或發(fā)生故障時，傳統(tǒng)的PID控制器是不能維持它的理想性能，并反過來會影響其它設(shè)備的性能，上述魯棒性控制器能適應(yīng)系統(tǒng)故障,并能在一定范圍內(nèi)，模型的不確定性仍有較好的控制性能。由于該模型是完全基于物理特性，所以很容易應(yīng)用于不同尺寸的同類裝置。該文中提出運用策略控制的方法來控制除氧器，通過仿真研究證明該方法對除氧器的啟動和過渡過程控制效果良好[4]。 國外狀況加拿大的Chou，Q本文是以包鋼熱電廠的除氧器為控制對象，采用智能控制技術(shù)來設(shè)計除氧器的控制系統(tǒng)。為了保證除氧器能達(dá)到很好的除氧效果，就需要采用先進(jìn)的控制方法，所以，須采取智能化控制技術(shù)控制除氧器。因此，除氧器在熱力發(fā)電過程中起著非常重要的作用。這種惡性循環(huán)會迅速導(dǎo)致鍋爐爆管事故的發(fā)生，結(jié)果會造成人的傷亡和設(shè)備的破壞[2]。⑵ 金屬腐蝕產(chǎn)物轉(zhuǎn)入水中，使水中雜質(zhì)增多，又加劇受熱面上的結(jié)垢過程。腐蝕降低了設(shè)備工作的可靠性并嚴(yán)重影響鍋爐壽命，其主要危害如下：⑴ 產(chǎn)生腐蝕后，鍋爐的省煤器、水冷壁、對流管束、鍋筒等金屬構(gòu)件遭到破損而變薄，或局部點狀腐蝕而凹陷甚至穿孔，嚴(yán)重的腐蝕會使金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，甚至發(fā)生爆管事故。主要用來除去鍋爐給水中的氧和二氧化碳等非凝結(jié)氣體，其次是用汽機中壓側(cè)抽汽及其他方面的余汽、疏水等，將鍋爐給水加熱至除氧器運行壓力下的飽和溫度，從而提高了機組的熱經(jīng)濟性，并將符合含氧量標(biāo)準(zhǔn)的飽和水，儲存于除氧器水箱中，隨時滿足鍋爐的需要，以保證鍋爐的安全運行?；痣姀S是由化學(xué)水處理系統(tǒng)、鍋爐、汽輪發(fā)電機組、輸變電設(shè)備及其他輔助設(shè)備組成的龐大的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備群[1]。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）除氧器溫度模糊控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真研究畢業(yè)設(shè)計目 錄摘要 IAbstract II第一章 緒論 1 鍋爐除氧的意義與目的 1 國內(nèi)外研究概況和發(fā)展趨勢 2 國外狀況 3 國內(nèi)狀況 3 本課題主要完成的任務(wù) 4第二章 熱力除氧器的除氧原理及其數(shù)學(xué)模型 6 熱力除氧的原理與途徑 6 除氧的方法與原理 6 水中氣體的溶解特性及除氧的途徑 7 熱力除氧器的工作條件和特點 9 熱力除氧器動態(tài)特性測定 11 建模綜述 11 被控對象的數(shù)學(xué)模型 12 本章小結(jié) 14第三章 熱力除氧器控制系統(tǒng)設(shè)計 15 熱力除氧器控制系統(tǒng)現(xiàn)狀 15 熱力除氧器控制系統(tǒng)的設(shè)計思路 16 控制方案的確定 17 本章小結(jié) 19第四章 控制理論簡介 20 PID控制 20 PID控制概述 20 PID參數(shù)整定 22 模糊控制 23 模糊控制系統(tǒng)概況 24 模糊控制的基本思想 24 模糊控制特點 25 模糊控制系統(tǒng)組成 26 模糊控制的基本原理 28 本章小結(jié) 29第五章 模糊控制器設(shè)計 30 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 31 精確量的模糊化 32 模糊控制規(guī)則設(shè)計 35 模糊推理與模糊判決 38 論域、量化因子、比例因子的選擇 40 模糊查詢表的建立 43 本章小結(jié) 44第六章 MATLAB仿真研究 45 PID控制系統(tǒng)仿真 45 模糊控制系統(tǒng)仿真 47 FUZZY工具箱的簡介 47 模型圖與仿真結(jié)果分析 47 模糊PID控制系統(tǒng)仿真 49 本章小結(jié) 50第七章 總結(jié)與展望 51參考文獻(xiàn) 52致謝 5557內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）第一章 緒論 鍋爐除氧的意義與目的電力生產(chǎn)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它是將自然界中的一次能源（如煤、天然氣、水能、核能、風(fēng)能、太陽能等）轉(zhuǎn)換為電能?；痣姀S是一個龐大而又復(fù)雜的生產(chǎn)電能與熱能的工廠，火電廠基本生產(chǎn)過程是：燃料在鍋爐中燃燒，將其熱量釋放出來，傳給鍋爐中的水，從而產(chǎn)生高溫高壓蒸汽；蒸汽通過汽輪機又將熱能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)動力，以驅(qū)動發(fā)電機輸出電能。 除氧器是火電機組給水加熱系統(tǒng)中的主要設(shè)備之一。鍋爐給水中的溶解氧是造成熱力設(shè)備腐蝕的主要原因之一。這樣會縮短鍋爐的使用年限，或者停爐停產(chǎn)，直接影響工廠的經(jīng)濟效益。含有高價鐵的水垢，容易引起垢下金屬鐵的腐蝕，而鐵的腐蝕又容易重新結(jié)成水垢。所以，鍋爐和熱力設(shè)備的氧腐蝕是鍋爐安全運行的一大隱患，為防止和減輕熱力設(shè)備的氧腐蝕，保證熱力設(shè)備能安全經(jīng)濟運行，就需要對鍋爐給水進(jìn)行除氧處理。除氧器是將溶解在水中的有害氣體，尤其是水中的溶解氧從水中除去，避免這些有害氣體進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)造成設(shè)備的腐蝕，從而影響鍋爐和汽輪機系統(tǒng)的壽命。其主要目的是在滿足經(jīng)濟性、實用性、科學(xué)性的條件下設(shè)計一套穩(wěn)定、可靠的熱力除氧器控制系統(tǒng)，使除氧器能起到良好的除氧效果。 國內(nèi)外研究概況和發(fā)展趨勢除氧器在電站發(fā)電設(shè)備中起著重要作用，關(guān)系著鍋爐系統(tǒng)的安全運行，所以人們用了許多辦法來對除氧器進(jìn)行控制，在這方面國內(nèi)外都做了許多研究工作，同時也取得了一些較好的效果。B等人在新型除氧器水位壓力控制系統(tǒng)一文中提出了用控制策略和容錯算法來控制除氧器水位和壓力，這種新的控制方法并入了不相互矛盾的控制方法，適用于不同的運行狀態(tài)，很大程度地提高了系統(tǒng)性能，在系統(tǒng)受到嚴(yán)重干擾時降低了除氧器的噪聲，提高了設(shè)備的可靠性和安全性[3]。澳大利亞Bell，Rodney等人在題為除氧器建模與控制的論文中提出了適用于預(yù)測除氧器裝置的瞬態(tài)狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型是基于能量和質(zhì)量平衡方程，建立了除氧器、給水泵、吸水泵的模型。并在該模型的基礎(chǔ)上應(yīng)用于不同的控制方法，對除氧器的水位進(jìn)行了控制仿真，其結(jié)果表明很理想[5]。該魯棒性控制器具有以下幾個優(yōu)點：①即使在運行條件發(fā)生很大的變化時，控制器仍有理想的控制性能。③通過選擇加權(quán)系數(shù)，使一個變量比另一個變量起更大的控制作用[6]。郝吉廷和王莉在除氧器水位及溶氧的控制一文中，提出在原有的除氧器水溫和水位的單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)中增加前饋控制回路，實現(xiàn)除氧器水溫和水位控制的穩(wěn)定和快速作用[8]。馬海林、劉軍還針對除氧器水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入難的問題，定性分析其癥結(jié)所在，提出在常規(guī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用協(xié)調(diào)控制策略進(jìn)行控制，并將其運用在黃島發(fā)電廠125MW和210MW火電機組上，取得了較為理想的效果[10]。 本課題主要完成的任務(wù)本課題是以包鋼熱電廠的除氧器為研究對象，除氧系統(tǒng)具有多輸入、多輸出、大滯后、時變性、非線性等一系列特點，除氧器的溫度和壓力相互影響，是一種強耦合系統(tǒng)，其精確數(shù)學(xué)模型難以建立。而采用傳統(tǒng)的PID控制方法，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷變化較大時，實際運行結(jié)果很不理想，很難達(dá)到工業(yè)要求。本課題主要的工作有：⑴ 了解熱電單元機組系統(tǒng)組成及工作原理，重點是熱力除氧器的結(jié)構(gòu)、原理、特點和運行特性；⑵ 根據(jù)查閱的大量資料，分析研究除氧器的結(jié)構(gòu)與運行特性，明確熱力除氧器的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，選定控制方案；⑶ 根據(jù)除氧器的參數(shù)變化特性及控制要求，設(shè)計適用于除氧器溫度控制的模糊控制算法及PID控制算法；⑷ 運用MATLAB對控制算法進(jìn)行仿真研究，確定模糊控制器及PID控制器的最佳參數(shù)，并比較模糊控制和PID控制的控制效果 ；⑸ 對仿真結(jié)果進(jìn)行相關(guān)的分析，根據(jù)常規(guī)PID控制和模糊控制的各自優(yōu)點，把二者結(jié)合起來構(gòu)成模糊—PID復(fù)合控制，利用MATLAB進(jìn)行仿真實驗研究，并與常規(guī)PID控制和模糊控制的效果進(jìn)行比較。但水中溶解的氣體還沒有除掉。因此，要保證鍋爐安全、正常的運行，不使工藝過程遭受破壞，即在正常使用年限內(nèi)，鍋爐不因腐蝕過于劇烈而引起機械強度的過大損失而不安全，或腐蝕產(chǎn)物過多而引使水循環(huán)發(fā)生故障，鍋爐的給水除氧就顯得十分關(guān)鍵[11]。尤其是氧的存在，腐蝕特別嚴(yán)重，因此，我們有必要研究氣體在水中的特性，特別是氧在水中的特性及除氧的根本途徑?；瘜W(xué)除氧是把游離氧分子轉(zhuǎn)變成金屬氧化物或非金屬氧化物，氧化還原樹脂除氧即為當(dāng)前除氧技術(shù)最為先進(jìn)的一種，它的關(guān)鍵就是合成一種適合工業(yè)上應(yīng)用的氧化還原樹脂，能提供大量的廉價活性氧。無氧氣體為蒸氣就是熱力除氧，無氧氣體為氮氣和二氧化碳混合氣體就是解吸除氧，如果把水上方空氣抽盡，僅留下水蒸氣就是真空除氧[12]。除氧技術(shù)基于化學(xué)原理和物理化學(xué)原理，在國際上，發(fā)達(dá)國家工業(yè)鍋爐補給水除氧，除了一些特殊保留熱力除氧（熱電廠除氧）和真空除氧（海水除氧）外，大多數(shù)采用化學(xué)除氧。雖然氧化還原樹脂除氧耗能小，但我們是以熱電廠的除氧器為研究對象，該除氧器一般采用的是熱力除氧的方法。該廠的熱力除氧器是淋水式熱力除氧器，~，工作溫度為104℃。很顯然，以飽和含氧量來代替水的含氧量，其數(shù)值比實際情況偏高，因為水與空氣接觸，其含氧量不一定就真正達(dá)到飽和，尤以混有大量回水的給水，由于回水中含氧量較低，故這種給水的含氧量都未達(dá)到飽和。所謂分壓力，就是在液面上的空間中，如果沒有其它氣體或蒸汽，僅有這種氣體單獨存在時的壓力，稱為這種氣體的分壓力。：在加熱水時，汽水分界面上水蒸汽的分壓力將增加，其他氣體的分壓力就會相應(yīng)減少。當(dāng)水被加熱至沸騰時，汽水界面上的壓力就是水的飽和蒸汽壓，此時，氣體在水中的溶解度也應(yīng)等于零。當(dāng)其與非金屬或金屬化