基于dcs的锅炉优化控制系统设计与开发

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1、基于DCS的锅炉控制系统设计姓名：邱玉泉指导老师：刘福荣摘要：由于燃煤锅炉，它的燃烧过程是一个耦合严重、具有严重非线性、时变特性、扰动变化激烈且幅值大的多变量系统，其中送风量、引风量、给煤量、热网负荷、环境温度等参数的变化都将对燃烧系统产生直接的影响，所以锅炉燃烧控制不仅直接影响锅炉供热工况的稳定，而且对节能降耗，保护环境，提高链条锅炉的热效率有着重要的意义。然而，目前的热电厂锅炉的燃烧优化主要依靠调试人员进行多种工况和常用煤种试验，以获取不同工况下的最佳风/煤比，运行人员参照运行，这种方法费时费力，而且由于链条锅炉使用的煤种变化以

2、及运行工况变化频繁，实际工况往往偏离实验工况，同时这种燃烧调整方法不能根据运行条件的变化实时的调整控制方案，使链条锅炉处于最佳运行状况，造成资源浪费。本文对目前供热系统普遍存在的锅炉燃烧控制系统进行Y研究，针对目前锅炉普遍存在的煤质多变，负荷多变，锅炉常偏离最佳燃烧状况造成资源浪费且过滤自控率低等问题，设计开发了-套基于DCS的锅炉控制系统。本系统在原有浙大中控JX-300XPDCS基础上，釆用监控组态软件控制系统，利用OPC技术实现DCS与力控组态软件之间的动态数据交互，在保证了系统精确性的前提实现节能，看似损失了一定的优化量，但

3、是整个控制系统的自控率得到了保证，在供热锅炉控制上做到了”恶劣吋保稳定，稳定吋求最优”。关键词:DCS;监控系统第一章绪论1.1问题的提出工业锅炉【1-21是利用燃料(包括煤、气、汕等)的热能将工质加热到一定温度和压力的换能设备。锅炉生产在我国国K经济发展中占据着$要的地位。然而锅炉的燃烧换热过程足一个复杂的工业过程。它主要包括煤的燃烧氧化释放热暈和交换热S两人过程，两者都存在多相化学和物理反应过程，这些反应过程的宏观时滞性和非线性是影响锅炉燃烧过程丨控制稳定性的首要问题。研究分析锅炉燃烧过程等生产环节的特性，是实现锅炉燃烧优化控制

4、的关键。工业锅炉的能源主耍以煤为主，其它燃料，例如油、气等仅占极小部分。研究锅炉燃烧的实质足研究煤在空气屮燃烧的过程。然而锅炉内部的各种过程人多是同时进行，相互影响。由锅炉燃烧的热平衡可知输入热呈为冇效利用热、排烟损失热、化学不完全燃烧热损失、机械不燃烧损失、锅炉散热以及灰渔物理热损失的总和。在输入热朵一定的情况K，通常通过减少化宁不完全燃烧热损失来增加有效利用热。而炉内换热过程又存在以下几个方面的特点：(1)换热方式分为辐射和对流两种，主要以前荞为主，后荞-般不超过5%;(2)辖射特性根据燃料的不同而波动；(3)山于火焰温度分布不

5、同，火焰中辐射成分也不同，带来特性的不稳定；总之,在实际生产巾，锅炉的燃烧换热过程存在诸多闷题:辖射换热異有非线性，燃烧换热过程具有吋滞性，负载以及设备性能M•有吋变性。而工业锅炉燃烧系统控制的酋要任务足使燃料燃烧所产卞的热量适放负荷的耑求，与此M时还要保证锅炉的经济燃烧和安全运行具体调节任务可概括为三个方I的I.保持出水温度恒定保持出水温度恒定足燃烧过程控制的第一项任务。如果出水温度改变广就意味着锅炉的产热量与负荷设备的消耗量不一致，因此必须改变燃料的供应量，来改变锅炉的燃烧产热解:，从而达到改变锅炉输出恢复出水温度为设定位的目的

6、。此外，保持出水温度在一定范围内，也是保证锅炉和各个负荷设备常工作的必要条件。2.确保锅炉经济燃烧确保锅炉经济燃烧是锅炉燃烧过程控制的第二项任务。燃烧的经济性指标很难直接测M•，常用烟气中的合氧M•或者是燃料M与给风M的比值来衡呈。如果能够保持燃料量与空气跫的正确比值，就能达到最小的热量损失和最大的燃烧效率。反如果比值不当，空气不足，会导致燃料的不完全燃烧，当大部分燃料不能完全燃烧吋，热量损失直线上升；而如果空气过多，就会使人暈的热量损失在烟气之屮，使燃烧效卒降低。一般说来，侃持2%的氧或10%的过剩空气是最适宜的，这样的热憊损失最

7、小。3、维持合适的炉膛负压炉膛负压的变化，反应了引风量与给风量的不协调的变化。通常要求炉膛负压保持在20-40pPa的范围内，在这个范围内对燃烧工况，以及锅炉的维护及安全运行都最有利。如果炉膛负压过小，炉膛内容易向外喷火，可能危及设备与操作人员的安全，M时带来环境污染等问题；炉膛负灰过人，炉膛漏风贷变人，增加引风机的电耗和烟气带走的热贷损失。因此，需要维持炉膛负压在适当范围之内。这三项调节任务是ffl互关联的，它们可以通过调卞燃料量，给风量和引风量来完成,而对于燃烧过程而言，自动控制系统的耍求是：在负荷稳定时，应使燃料S、给风fi和

8、引风景各ft保持不变，及吋地补偿系统的内部扰动。这些内部扰动包拈燃料的质景变化，给风量和引风朵的变化等；在有负荷变化的外部干扰作用时，则应使燃料量、给风:W:和引风辩成比例地改变，既要适应负荷要求，乂要使三个被调S出水温度、炉膛负压和