过程控制系统设计实例概述课件.ppt

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1、过程控制ProcessControl上篇过程控制系统第9章过程控制系统设计实例本章要点◇蒸汽锅炉原理及主要控制系统◇离心泵和离心式压缩机原理及主要控制系统◇钢坯加热炉原理及主要控制系统本章学习目标◇了解蒸汽锅炉、流体输送设备、加热炉的系统结构及工作原理◇进一步熟悉相关的自动控制系统的组成及原理，重点掌握控制系统的应用问题◇掌握过程控制系统的设计思想与设计方法第9章过程控制系统设计实例9.1火电厂锅炉过程控制系统设计9.2流体输送设备过程控制系统设计9.3钢坯加热炉过程控制系统设计9.1火电厂锅炉过程控制系统设计9.1.1工艺过程概述9.1.2锅炉控制要求及主要控制系统9.1.3锅炉汽包

2、水位控制9.1.4过热蒸汽温度控制9.1.5锅炉燃烧过程控制9.1火电厂锅炉过程控制系统设计火力发电厂是指利用煤、煤气、石油和天然气等做燃料进行能量转换的发电厂。它是由化学水处理系统、锅炉、汽轮发电机组、输变电设备及其他辅助设备组成的庞大的能源转换设备群.第9章过程控制系统设计实例9.1火电厂锅炉过程控制系统设计9.1.1工艺过程概述1.火力发电厂工艺过程火力发电生产过程原理框图第9章过程控制系统设计实例9.1火电厂锅炉过程控制系统设计1.火力发电厂工艺过程火电单元机组生产流程示意图能量形态的转变过程燃料的化学能蒸汽的热能（在锅炉中进行）蒸汽的热能汽轮发电机旋转的机械能机械能电能（在发

3、动机中进行）第9章过程控制系统设计实例9.1火电厂锅炉过程控制系统设计2.锅炉组成及工作原理自然循环式固态排渣煤粉锅炉原理图锅炉是利用燃料（如煤、天然气、焦炉煤气、高炉煤气、重油等）燃烧释放的热能加热给水，生产规定品质和参数的过热蒸汽的设备，又称蒸汽发生器。固态排渣煤粉锅炉锅炉本体若干辅助设备第9章过程控制系统设计实例9.1火电厂锅炉过程控制系统设计锅炉组成：锅炉本体是锅炉的主要组成部分，包括炉膛、燃烧器、点火装置、空气预热器、省煤器、蒸发器、汽包、过热器及再热器等，其中炉膛又包括水冷壁、炉墙和构架等。锅炉辅助设备主要包括煤或燃气等燃料供应系统（包括煤场、输煤机等）、煤粉制备系统（包括

4、给煤机、磨煤机、煤粉分离器等）、水处理系统（包括阳床、阴床、各种水箱及除氧器等）、给水系统（给水泵等）、通风系统（包括送风机、引风机等）、除灰除尘系统（除尘器等）、测量及控制系统等。第9章过程控制系统设计实例9.1火电厂锅炉过程控制系统设计锅炉的工作原理：锅炉生产实际上是实现能量的转换和传递，将燃料的内能转换为蒸汽的热能，整个工作过程可分为以下三个相互关联的子过程：燃料的燃烧过程火焰和烟气向水及汽传递热量的过程蒸汽的产生过程锅炉是火电厂重要的动力设备，其任务就是根据生产负荷的不同需要，提供相应规格(压力和温度)的蒸汽，同时应保证锅炉经济和安全的运行。锅炉的主要控制要求：①供给满足负荷需

5、要的蒸汽量；②过热蒸汽压力保持在一定范围之内；③过热蒸汽温度保持在一定范围之内；④汽包水位保持在一定范围之内；⑤炉膛负压保持在一定范围之内；⑥保持锅炉燃烧的经济性；⑦保证锅炉安全稳定运行。第9章过程控制系统设计实例9.1火电厂锅炉过程控制系统设计9.1.2锅炉控制要求及主要控制系统锅炉是一个典型的多输入、多输出过程。输入变量与输出变量之间存在相互关联、相互耦合。第9章过程控制系统设计实例9.1火电厂锅炉过程控制系统设计锅炉各输入量与输出量之间的的相互关系锅炉主要控制系统：第9章过程控制系统设计实例9.1火电厂锅炉过程控制系统设计⑴锅炉汽包水位控制系统。锅炉汽包水位是确保安全生产和蒸汽质

6、量的重要参数。通过控制给水量维持汽包水位在工艺允许的范围之内。⑵锅炉燃烧控制系统蒸汽压力控制系统炉膛负压控制系统烟气成分（空燃比）控制系统⑶过热蒸汽温度控制系统通过控制减温水量，使过热器出口温度保持在一定的范围之内。汽包水位是锅炉运行的重要指标，维持汽包水位在一定的范围之内是保证锅炉安全正常运行的首要条件。如果水位过高则会影响汽包内的汽水分离，出现蒸汽带液现象，这会使过热器管壁结垢，并使过热蒸汽温度急剧下降，如以该过热蒸汽作为汽轮机动力，将会损坏汽轮机叶片，影响安全运行；相反，如果水位过低，则当负荷很大时，水将加快汽化速度，此时，如不及时补水，则会导致汽包内的水全部汽化，烧坏水冷壁甚至

7、引起爆管事故。因此，必须对汽包水位进行严格控制。第9章过程控制系统设计实例9.1火电厂锅炉过程控制系统设计9.1.3锅炉汽包水位控制系统1.锅炉汽包水位的动态特性第9章过程控制系统设计实例9.1火电厂锅炉过程控制系统设计影响汽包水位变化的因素很多，但主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量D）、给水流量W和燃料量B。⑴在给水流量作用下汽包水位的动态特性当给水流量扰动作阶跃变化后，汽包水位起初并不立即上升，而是呈现出一段起始惯性段，这近似于一个积分环节和时滞环