锅炉控制专项方案设计.doc

锅炉过程控制方案设计

班 级： 自1201
学 号： 150111
学生姓名： 向朋
指引教师： 薄翠梅

7月9日

电气工程与控制科学学院
第一章 自然循环锅炉分析
1被控对象工艺流程
1. 1 工艺流程
赛题被控对象是流程工业领域常用自然循环锅炉。锅炉是用于生产蒸汽装置，生产蒸汽用于发电和提供热能。

软化水经给水泵P1101泵出，提成两路，一路给水去减温器E1101，与过热蒸汽换热，然后与另一路给水混合进入省煤器E1102。去减温器E1101锅炉给水用于调节过热蒸汽温度，同步也对锅炉给水进行预热。正常工况时，大某些锅炉给水直接流向省煤器，小某些锅炉给水流向减温器。省煤器E1102由多段盘管构成，燃料燃烧产生高温烟气自上而下通过管间，与管内锅炉给水换热，回收烟气中余热，并使锅炉给水进一步预热。
被烟气加热成饱和水锅炉给水所有进入汽包V1102，再通过对流管束和下降管进入锅炉水冷壁，吸取炉膛辐射热在水冷壁里变成汽水混合物，然后返回汽包V1102进行汽水分离。锅炉汽包为卧式圆筒形承压容器，内部装有给水分布槽、汽水分离器等。汽水分离是汽包重要作用之一，汽包V1102顶部设放空阀XV1104，分离出饱和蒸汽再次进入炉膛F1101进行汽相升温，成为过热蒸汽。出炉膛过热蒸汽进入减温器E1101壳程，进行温度微调并为锅炉给水预热，最后以工艺所规定过热蒸汽压力、过热蒸汽温度输送给下游生产过程。过热蒸汽出口管线上设开关阀XV1105。
燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101燃烧器，空气经变频鼓风机K1101送入燃烧器。燃料与空气在燃烧器混合燃烧，产生热量使锅炉水汽化。燃烧产生烟气带有大量余热，对省煤器E1102中锅炉给水进行预热。烟气经由烟道，靠烟囱抽力抽出，通入大气。
1.2 仪表及操作设备阐明
系统中用到检测仪表及执行机构详细阐明见下表。

设备位号
设备阐明
V1101
汽包
E1101
减温器
E1101
省煤器
F1101
炉膛
K1101
风机
P1101
上水泵
P1102
燃油泵

1.3 锅炉系统控制规定
（1）燃烧控制，需要控制燃料和空气配比，以达到充分燃烧；
（2）给水控制，需要与蒸汽产量匹配，以控制锅炉汽包内水储量；
（3）过热蒸汽出口压力控制，规定可以依照负荷变化控制蒸汽压力；
（4）过热蒸汽出口温度控制，需要依照工艺规定精准控制蒸汽温度。
第二章 锅炉控制方案设计
2.1 汽包水位控制方案
汽包液位是蒸汽锅炉运营中一种非常重要控制参数，它可以间接反映锅炉负荷与给水平衡关系。维持汽包水位正常时保证锅炉和下级设备安全运营必要条件，如果汽包液位过高，使蒸汽带液，影响汽包内汽水分离装置正常工作，导致出口蒸汽水分含量过多，导致过热器管壁结垢而被烧坏，也使过热蒸汽温度急剧变化，直接影响下级设备稳定运营；汽包液位过低会影响汽水循环，严重时甚至可使加热水管局部受热而导致严重事故。并且汽包给水量也不应当激烈波动，以免影响省煤器和进水管道安全。
2.1.1 汽包水位影响因素
(1) 给水流量
如果汽包给水量突然浮现扰动而增长，一方面由于给水温度低于汽包内饱和水温度，刚刚进入汽包给水会吸取原有饱和水一某些热量，从而减少蒸汽量，水面下气泡总体积也相应减小，汽包水位下降。但是，从单容系统角度考虑，不考虑气泡影响，则给水量增长势必使汽包水位上升。两种状况叠加即得到给水量增长时，汽包水位通过一段迟延后趋于单容系统规律而上升，迟延时间随着给水过冷度越大而越大。
(2) 锅炉负荷
如果过热蒸汽流量（即锅炉负荷）突然浮现扰动而增大，一方面汽包内物质平衡状态被打破使水位下降；另一方面，由于锅炉出口过热蒸汽量增长，迫使锅炉内气泡增长，而燃料量不也许瞬间随之增长，这使汽包内压力减小，水面下气泡膨胀，总体积增大，导致水面上升，浮现“虚假水位”。两种状况共同影响汽包水位，使汽包中浮现“虚假水位”现象，导致锅炉负荷增大时汽包水位先上升一段时间后才开始下降。虚假水位会导致给水调节机构误操作，使汽包水位波动激烈，严重影响设备安全和寿命。这阐明蒸汽流量扰动是影响汽包水位至关重要因素之一。
(3) 燃料流量
如果燃料量浮现扰动增长，则饱和水吸取热量增大，使锅炉负荷蒸汽量增长，同样会导致浮现“虚假水位”。但水循环系统中水量比较大，且汽包和水冷壁有一定储热能力，使系统有一定热惯性，蒸汽量增长缓慢。且蒸汽量缓慢增长同步汽包内压力也会随之缓慢增大，使水面下气泡体积变小，汽包水面下降。两种状况综合考虑，则燃料量增长浮现汽包“虚假水位”较蒸汽流量扰动下要缓和得多。因而汽包水位控制过程中可以为燃料量是间接扰动。

2.1.2 被控变量与操纵变量选取
被控变量：汽包水位
操纵变量：给水流量
给水流量可以直接影响汽包水位，调节控制以便。
2.1.3 调节阀选取
V1101、V1102是汽包上水流量调节阀，一旦系统浮现故障，气源信号削弱，这时为了防止锅炉发生干烧危险，应保证汽包内有一定水储量，故调节阀应处在打开状态，因此选取气闭式调节阀。
依照调节阀流量特性，选取等比例调节阀。
2.1.4 控制方案设计
如单从物质平衡角度考虑，则只要保证汽包中给水量与蒸发量恒等，汽包中达到一种动态平衡，就可以使汽包水位不变，因而可以采用比值控制办法调节给水量跟踪蒸汽量。
但对于闭环系统来说也要同步考虑汽包水位，这样可以避免蒸汽量和给水量测量不精确或由于管道泄漏等状况导致给水量和蒸汽量间比值不拟定带来偏差。从而采用三冲量控制办法控制汽包水位，即控制系统中同步引入汽包水位、给水量及过热蒸汽量三个测量信号。
汽包水位反馈量可以在锅炉稳定工况时消除静差，但会在锅炉负荷变化时导致“虚假水位”。而比值控制办法引入，由于其不依赖于汽包水位，因此在一定限度上可以缓和“虚假水位”导致误操作。
考虑到单级三冲量控制系统对信号静态配合规定严格，到当负荷波动较大或给水压力不稳时易使系统存在静态误差，且整定较为困难。因而采用串级三冲量汽包水位控制系统，系统方框图见图。内环副调节器重要用于迅速抵消给水量扰动，外环主控制器任务是消除锅炉负荷扰动同步将汽包水位无静差地维持在盼望高度。

汽包水位三冲量串级控制系统
2.1.5 控制器正反作用拟定
汽包水位三冲量串级控制回路中，依照主、副控制器正反作用拟定顺序为先副后主原则，一方面拟定其副回路给水流量控制器正反作用：
副回路：汽包液位控制回路中，除氧器进水流量调节阀为气闭式，为负作用，因此符号为负；当阀门开大时，汽包上水流量增大，因此被控对象为正作用，符号为正；测量变送器符号为正；偏差符号为负；为使控制系统稳定，必要保证系统构成负反馈，因此汽包给水流量控制器为负作用。
主回路：将副回路看作正环节；测量变送器符号为正；上水流量增大时，除氧器液位升高，因此被控对象为正作用，符号为正；为使控制系统稳定，必要保证系统构成负反馈，因此主控制器为负作用。
2.1.6汽包水位控制系统P&ID图

汽包水位控制系统P&ID图

2.2 锅炉燃烧系统控制方案
锅炉是一种多输入、多输出、多回路、非线性且耦合严重对象，调节参数与被调节参数之间存在许多交叉影响。当其中任一种参量变化时，其她参量都会受影响。因而，本方案将锅炉燃烧系统提成相对独立四个调节对象，相应地设计相对独立调节系统，考虑到锅炉正常运营时各项指标，分别设计了过热蒸汽压力控制系统、过热蒸汽温度控制系统、烟气含氧量控制系统、炉膛负压控制系统。
2.2.1 过热蒸汽压力控制
过热蒸汽压力是衡量锅炉蒸汽生产量与负荷设备蒸汽消耗量与否平衡重要指标，是蒸汽重要工艺参数。蒸汽压力过低或过高，对于金属导管和负荷设备都是不利。压力过高，会加速金属蠕变，导致锅炉受损；压力过低，不也许提供应负荷设备符合质量蒸汽。因而，控制蒸汽压力，是安全生产需要，也是保证燃烧经济性需要。
2.2.1.1 过热蒸汽压力影响因素
过热蒸汽压力变化是由于锅炉热平衡失调所引起。影响热平衡重要因素是燃烧热和蒸汽热。
(1) 燃料量
影响燃烧热最重要因素就是进入炉膛燃料量，燃料量越多，其产生燃烧热也就越多。
锅炉正常运营时，如果进入炉膛燃料量发生变化，则炉膛内发热量会及时变化，由于软化水吸取热量越多，蒸发量也就越大，汽包内蒸汽量也会增多，因此蒸发某些可以看作是一种热容积，而反映储热量多少重要参数是汽包压力。当炉膛发热量Q和蒸汽流量D所带走热量不相等时，蒸汽压力就要发生变化，且压力变化快慢随热量不均等限度越大而越快。
(2) 空气量
同步，对于等量燃料，燃料燃烧效率同样影响着燃烧热产生，当达到最佳空燃比时，燃料燃烧率最大。
虽然燃料量没有变化，如果鼓入炉膛空气量变化，将使燃料燃烧率变化，当空气量适当，燃料得到充分燃烧，则蒸汽得到辐射热和气相升温阶段传热都将变化，导致过热蒸汽温度发生变化。且蒸汽和饱和水得到绝大某些热量都来自炉膛。除此之外，省煤器中烟气也是由炉膛燃料燃烧产生，影响饱和蒸汽和软化水温度同步间接影响过热蒸汽温度。因而炉膛中燃烧工况对过热蒸汽温度起着直接影响，且反映速度较快。
(3) 过热蒸汽流量
如果过热蒸汽流量增大，则汽包内蒸汽量减小，使汽包内压力变小，从而过热蒸汽出口压力也会随之减小。
(4) 过热蒸汽温度
过热蒸汽温度是衡量蒸汽热直观原则。当蒸汽流量一定期，过热蒸汽压力和温度存在同向变化趋势：蒸汽温度越高，阐明蒸汽携带能量越多，则过热蒸汽压力也就随之增大。过热蒸汽温度和压力都是锅炉蒸汽质量重要指标，都需要维持在一定范畴内。
2.2.1.2 被控变量与控制量选取
被控变量：过热蒸汽压力
操纵变量：燃料流量、（空气流量）
为了克服内外扰对蒸汽压力影响，在基本单炉蒸汽压力控制系统中，输入到锅炉燃烧热必要跟随蒸汽热变化而变化，以尽量保持热量平衡。同步，依照设定值与蒸汽压力之间偏差来恰当调节燃料量以满足蒸汽压力范畴。在本锅炉系统中，由于过热蒸汽温度可以用减温器进行微调，且考虑到过热蒸汽温度与压力之间关系，采用燃烧热跟随蒸汽压力变化，用燃料流量来控制锅炉燃烧热。
同步，燃油燃烧效率同样影响燃烧热产生，因此必要考虑鼓入空气量，以达到最佳空燃比。但燃油燃烧效率同步也影响着烟气含氧量，且燃油流量是蒸汽压力重要控制量，而烟气含氧量直接反映了空气流量与否适当，因而采用燃油流量作为蒸汽压力操纵量，而空气流量在烟气含氧量控制系统中详细设计。
燃料量可以直接变化炉膛中热量，且延时和惯性很小，从而变化蒸发量，影响过热蒸汽压力，反映速度较快。
2.2.1.3 调节阀选取
V1104是燃油流量调节阀，一旦系统浮现故障，气源信号削弱，这时为了防止再有燃油进入炉膛继续燃烧，应切断燃油进量，故调节阀应处在关闭状态，因此选取气开式调节阀。
依照调节阀流量特性，选取等比例调节阀。
2.2.1.4 控制方案设计
通过控制量选取某些分析可知，当燃料流量变化时，燃烧热随后变化，即炉膛温度也及时变化，几乎没有惯性和延迟。因而燃料流量变化时炉膛温度变化比蒸汽压力超前得多，且惯性时间常数也比较小。因而，方案中蒸汽压力控制系统采用串级控制办法。
副回路中应当包括系统重要干扰，且包括干扰应尽量多，这样副回路可以迅速反映，消除重要干扰；又考虑到炉膛温度测量不能保证精确，只能作为参照值，因此不能选炉膛温度作为副回路。综上，过热蒸汽压力控制系统采用燃料流量作为副回路。这是由于燃料量是决定燃烧热重要因素，如果燃料量保持稳定，则燃烧热，即炉膛温度也就随之稳定。
以蒸汽压力为主控参数，用来消除过热蒸汽流量波动引起干扰，消除蒸汽压力静差，从而与副回路构成热负荷控制系统。过热蒸汽压力控制系统构造如图2.18所示。

过热蒸汽压力控制系统构造图

2.2.1.5 控制器正反作用拟定
过热蒸汽压力串级控制回路中，依照主、副控制器正反作用拟定顺序为先副后主原则，一方面拟定其副回路燃油流量控制器正反作用：
副回路：燃油流量调节阀为气开式，为正作用，因此符号为正；当阀门开大时，燃油流量增大，因此被控对象为正作用，符号为正；测量变送器符号为正；偏差符号为负；为使控制系统稳定，必要保证系统构成负反馈，因此汽包给水流量控制器为正作用。
主回路：将副回路看作正环节；测量变送器符号为正；燃油流量增大时，过热蒸汽压力升高，因此被控对象为正作用，符号为正；为使控制系统稳定，必要保证系统构成负反馈，因此主控制器为负作用。
2.2.1.6 控制规律设计
(1) 副调节器
内环需要起到迅速消除内扰作用，且不规定无差，因此此阶段燃料/空气流量控制回路副调节器选取P控制算法。
(2) 主调节器
过热蒸汽压力是典型分布参数对象，对于定参数运营锅炉而言，锅炉工作额定压力与安全阀启跳压力相差很小，在锅炉负荷大幅度变化时，过热蒸汽压力控制采用老式PID办法难以进行有效控制。
模糊控制算法是基于知识控制器，具备一定智能性。将模糊控制规律与PID控制相结合，一方面可以使PID控制器具备模糊控制智能性，又可以运用PID强鲁棒性应对工况变动；另一方面还可以使模糊控制具备拟定控制构造，且控制构造易于实现，而模糊规则制定是靠操作知识和经验，不规定被控对象模型已知。

2.2.2 过热蒸汽温度控制
锅炉系统中，过热蒸汽温度是影响安全和经济重要参数。过热蒸汽温度过高，也许导致过热器、蒸汽管道及汽轮机高压某些金属损坏；过热蒸汽温度过低则会减少全厂热效率，且会加剧下级设备叶片侵蚀。普通规定过热蒸汽温度保持在±5℃范畴内。
2.2.2.1 过热蒸汽温度影响因素
过热蒸汽温度系统是一种大延时、非线性、时变、强耦合多变量系统。影响过热蒸汽温度扰动来源有诸多，例如过热蒸汽流量、炉膛中燃烧工况、减温器中软化水流量和温度、炉膛及省煤器内对流段热传导系数等。
(1) 减温器软化水流量
对于一定流量过热蒸汽，如果减温器内软化水流量增长，则软化水吸取蒸汽热量也增大，可以使过热蒸汽温度减少。
(2) 过热蒸汽流量
过热蒸汽流量变化时会引起汽相升温阶段过热蒸汽与炉膛烟气传热条件发生变化。但由于过热蒸汽流量变化时，炉膛内蒸汽管道长度方向各点温度几乎同步变化，因而在过热蒸汽流量扰动下过热蒸汽温度有自平衡特性，且惯性、延时都较小。除此之外，过热蒸汽流量发生变化时，炉膛内温度不能瞬间相应变化，这就导致过热蒸汽温度发生变化。生产中过热蒸汽流量也许需要依照工程规定而变化，因而过热蒸汽流量扰动是汽温重要扰动之一。
(3) 炉膛内燃烧工况
当炉膛内燃料量或燃料燃烧效率发生变化时，直接影响炉膛温度，这就使蒸汽辐射和汽相升温阶段吸取热量变化，从而影响过热蒸汽温度。且燃料量或燃料燃烧效率变化还会引起热传导条件，也会影响过热蒸汽温度。
(4) 烟气温度及流速
炉膛及省煤器对流段可以运用炉膛燃料燃烧产生烟气余热对软化水进行预热和使主蒸汽气相升温。对流段热传导系数与烟气和软化水、蒸汽相对速度关于，在热传导系数峰值如下，相对速度越大，热传导系数越大，而鼓风量、引风量和烟道挡板开度都能引起烟气流速和温度变化。但当烟气传热量变化时，沿蒸汽管道长度方向各点温度几乎同步变化，因而在过热蒸汽流量扰动下过热蒸汽温度有自平衡特性，且惯性、延时都较小。
(5) 软化水温度
如果软化水温度变高，则通过对流段、辐射吸热段和气相升温段吸取相似热量状况下，相应蒸汽温度也会升高。

2.2.2.2 被控变量与操纵变量选取
被控变量：过热蒸汽温度
操纵变量：减温器软化水流量
对于蒸汽温度和压力耦合，本方案中采用用减温器对过热蒸汽温度进行微调；用燃料量控制汽压（此时蒸汽温度也随之变化）。
减温器只能对过热蒸汽温度起到微调因素是：如果只用减温器对过热蒸汽温度进行调节，这也许会浮现当汽温浮现过高大偏差时，减温器为了减少蒸汽温度而大量增长流过减温器软化水，虽然此时控制使蒸汽温度下降，但直接导致软化水总温度升高，考虑到减温器壁和管路有一定热容积，温度变化存在惯性，因此也许几拍后升温软化水又会使饱和蒸汽温度升高，进而过热蒸汽温度升高，则减温器动作也随之增大，浮现恶性循环，使过热蒸汽温度控制浮现波动。
从解耦控制角度考虑，蒸汽流量必要满足一定参数指标，如果用蒸汽流量来调节过热蒸汽温度势必会由于耦合而破坏蒸汽流量控制效果，导致蒸汽流量和温度都发生波动，因此不能用蒸汽流量作为蒸汽温度控制量。而省煤器对流段是对软化水进行预热，只能对蒸汽温度起到间接调节作用，存在延时，因而不把省煤器对流段热传导系数调节作为蒸汽温度控制。
2.2.2.3 调节阀选取
V1103是减温器软化水流量调节阀，一旦系统浮现故障，气源信号削弱，为保证过热蒸汽温度不致过高而损坏管道，故调节阀应处在打开状态，因此选取气闭式调节阀。
依照调节阀流量特性，选取等比例调节阀。
2.2.2.4 控制方案设计
过热蒸汽温度和压力存在耦合。假设为了增大过热蒸汽流量而将蒸汽出口阀开度调大，则汽包内压力减小，使过热蒸汽出口压力随之减小。蒸汽压力控制器为了维持蒸汽压会增长燃料流量，增长炉膛内热量。由于汽包内存在虚假水位影响，会使上水流量在小段时间内不增长，即进入炉膛升温软化水和蒸汽量没有变化或减小，在燃料量增长状况下使过热蒸汽温度升高。但克服虚假水位后，为了维持汽包水位，上水流量增长，进入炉膛吸热软化水和蒸汽流量增大，则过热蒸汽温度回降，最后维持在一定值。
过热蒸汽温度扰动量诸多，而减温器中软化水对过热蒸汽温度发生作用过程需要通过软化水容积、管壁容积才干到达过热蒸汽容积，因而存在较大容积延时。因此只靠单回路控制系统难以达到抱负控制效果，需要在基本主反馈回路中加入可以提前反映扰动信号，并迅速消除扰动。
本方案中采用前馈控制系统对过热蒸汽温度进行控制。从系统动态分析可知，过热蒸汽流量扰动对蒸汽温度有较大影响，用前馈回路对蒸汽流量扰动进行补偿，可以迅速消除其过热蒸汽温度扰动。
调节阀动作变化减温器软化水流量到过影响热蒸汽温度，需要通过管路、减温器壁两个热容积才干到达过热蒸汽热容积，导致减温器对过热蒸汽温度调节存在一定延时。为使过热蒸汽温度及时消除导前蒸汽温度扰动，迅速达到设定值，此阶段控制系统中加入Smith预估补偿办法，预先预计出过热蒸汽在基本扰动下温度，然后由预估器进行补偿，使被迟延被调量超前反映到调节器上，使调节器提前动作，从而减小超调量，加速调节过程。过热蒸汽温度控制系统构造如图

减温器控制过热蒸汽温度构造图

2.2.2.5 控制器正反作用拟定
过热蒸汽温度控制回路中，调节阀为气开式，为正作用，因此符号为正；当阀门开大时，减温器软化水流量增大，因此被控对象为正作用，符号为正；测量变送器符号为正；偏差符号为负；为使控制系统稳定，必要保证系统构成负反馈，因此过热蒸汽温度控制器为正作用。
2.2.2.6 控制规律设计
通过以上分析，设计减温器软化水流量控制器时需要考虑到过热蒸汽温度偏差范畴，依照汽温偏差范畴来决定减温器动作快慢和大小。此外还需考虑防止减温器软化水流量过少而导致减温器干烧而发生管裂。
因而，在减温器起消除静差作用阶段，由于过热蒸汽温度噪声较大，因此在考虑外环温度控制器设计时没有加入微分作用。且需要消除过热蒸汽温度静差，因此主调节器应有积分作用。又由于回路中已有预估补偿功能可以补偿一定延时，且考虑到系统调试和维护，最后选取PI控制算法作为此阶控制回路主调节规律。内环副调节器采用比例P控制规律，用以迅速消除内扰。控制构造图如图所示。

过热蒸汽温度控制系统PID图
2.2.3 过热蒸汽流量控制
过热蒸汽产量是锅炉运营一种重要指标，锅炉蒸汽产量必要满足下级设备生产需要。
2.2.3.1 过热蒸汽流量影响因素
对蒸汽流量设定值是由锅炉负荷大小所决定，过热蒸汽流量应满足下级设备正常运营时需要，如果过热蒸汽产量过低，则也许导致整个系统工作效率减少；如果蒸汽流量过高，将会导致不必要挥霍，甚至对下级设备导致损害，影响系统安全。因而，对锅炉过热蒸汽流量应如下级设备生产需要来调节。在锅炉开车和停车阶段，过热蒸汽流量变化不应过快，这时蒸汽流量控制也很重要。
2.2.3.2 被控变量与操纵变量选取
被控变量：过热蒸汽流量
操纵变量：过热蒸汽流量
过热蒸汽流量可以直接进行调节。
2.2.3.3 调节阀选取
过热蒸汽流量调节阀，一旦系统浮现故障，气源信号削弱，这时为了不让不合格过热进入下级设备，以保证下级设备安全，故调节阀应处在关闭状态，因此选取气开式调节阀。
依照调节阀流量特性，选取等比例调节阀。
2.2.3.4 控制方案设计
由于过热蒸汽流量设定值重要由下级设备生产需要决定，且蒸汽流量可以直接用调节阀控制，因此用单回路控制系统即可满足规定。这样，可以使过热蒸汽流量控制系统实现起来简朴，还能有效消除干扰，令蒸汽流量跟踪负荷。
又由于过热蒸汽流量测量噪声较大，因此加入一种低通滤波器，防止测量测量噪声导致控制系统浮现大超调。过热蒸汽流量控制单回路系统构造如图所示。

过热蒸汽流量控制单回路系统
2.2.3.5 控制器正反作用拟定
过热蒸汽流量控制回路中，调节阀为气开式，为正作用，因此符号为正；当阀门开大时，过热蒸汽流量增大，因此被控对象为正作用，符号为正；测量变送器符号为正；偏差符号为负；为使控制系统稳定，必要保证系统构成负反馈，因此过热蒸汽流量控制器为正作用。
2.2.3.6 控制规律设计
由于流量控制较为简朴，因此可以采用常规控制办法。又由于过热蒸汽流量测量噪声较大，因此不适当采用微分作用，以防控制系统浮现大超调。因此选取比例-积分PI控制规律对过热蒸汽流量进行控制。这样既以便实现，减少系统设计复杂度，又可以有效消除静差。
2.2.4 烟气含氧量控制
烟气含氧量，即炉膛空气过剩系数直接反映了炉膛送风调节系统工作状况好坏，因而烟气含氧量大小同步也反映了锅炉工作效率。
烟气含氧量对锅炉效率影响很大，这重要体当前：正常工况下，锅炉负荷在一定范畴内，如果炉膛出口烟气含氧量过大，阐明鼓入炉膛空气过剩，这时烟气带走大量热量，致使炉内温度明显减少，且烟气流速也会升高。此外，排烟损失是随着过剩空气系数，即烟气含氧量增长而增长，烟气含氧量太大会使锅炉热效率减少，飞灰对受热面磨损量与烟气流速密切有关，因而，炉膛内管壁和抽风机叶片磨损加重，严重影响设备使用寿命。
因此，无论从安全生产、经济效益角度，还是从“低碳”、节能角度来看，烟气含氧量调节是锅炉控制中必不可少环节。
2.2.4.1 烟气含氧量影响因素
烟气含氧量影响扰动诸多，其中最直接重要扰动为燃料量和燃料量-空气量配比；过热蒸汽温度、流量变化也可以间接影响烟气含氧量。
(1) 空燃比
如果进入炉膛燃料量和空气量维持在最佳空燃比状态下，则可以满足燃料充分燃烧状况下过剩空气量最低，保证锅炉运营过程中各项损失之和最小，锅炉工作效率最高。
(2) 过热蒸汽温度及流量
除燃料量和燃料量-空气量配比外，锅炉过热蒸汽温度和流量变化也可以间接影响烟气含氧量。当过热蒸汽状态变化时，燃料量和空气量也必要及时调节，则燃烧工况也相应变化。锅炉正常负荷工况运营时，由于炉膛温度较高，燃料燃烧及与空气混合条件较好，故燃料可以稳定燃烧，为了提高锅炉效率，这时可以恰当减少过剩空气系数，则排烟损失减少，且炉膛温度升高，烟气速度减少，使煤粉在炉内停留时间相对延长，减少燃料不完全燃烧率。当锅炉负荷减少时，由于燃烧削弱，投入燃料量减少，炉膛温度较低，火焰布满限度差，燃烧易不稳定。此时可以恰当增长鼓风量，增大炉膛负压，减少漏风，使炉膛温度相对提高，以稳定燃烧，且能减少燃料不完全燃烧损失。

2.2.4.2 被控变量与操纵变量选取
被控变量：烟气含氧量
操纵变量：空气流量
烟气含氧量反映了炉膛中燃料燃烧充分限度和过剩空气量，因而它重要是由燃料量-空气量配比决定，即当满足最佳空燃比时，燃料可以充分燃烧，且鼓入炉膛空气量最适当，从而烟气含氧量最佳。
考虑到烟气含氧量与过热蒸汽温度、压力耦合，燃料流量多少直接影响到过热蒸汽状态，如果变化燃料流量来调节烟气含氧量，势必会导致过热蒸汽参数波动。而在燃料量充分状况下，空气量供应是不成问题，且空气量扰动下被控对象是状态自平衡过程，惯性和延时都小，容易控制，因而烟气含氧量重要用鼓入炉膛空气流量来调节。
2.2.4.3 控制方案设计
在锅炉实际运营中，实时监测排出烟气含氧量，依照之前分析，一方面可以通过调节鼓风量来控制燃料量与空气量比值，逼近最佳空燃比，以保证完全燃烧所需要足够风量，这是对烟气含氧量粗调；接着在系统稳定状况下，按烟气含氧量前馈量大小对鼓风量进行细调，从而使烟气含氧量达到设定抱负值。并通过炉膛内燃烧状况详细分析，依照不同负荷来调节最佳空燃比大小。
烟气含氧量控制中在过热蒸汽温度控制前提下加入了烟气含氧量前馈控制，用以补偿过剩或局限性空气某些，前馈某些构造图如图所示，其中省略了燃料流量调节回路。

烟气含氧量前馈补偿某些构造图
2.2.4.4 控制器正反作用拟定
烟气含氧量控制回路中，鼓风机相称于气开式调节阀，为正作用，因此符号为正；当鼓风机频率增大，鼓入炉膛空气量增大，因此被控对象为正作用，符号为正；测量变送器符号为正；偏差符号为负；为使控制系统稳定，必要保证系统构成负反馈，因此烟气含氧量控制器为正作用。
2.2.4.5 控制规律设计
内环需要起到迅速消除内扰作用，且不规定无差，因此此阶段燃料/空气流量控制回路副调节器选取比例P控制算法。
烟气含氧量前馈调节器：鼓入炉膛空气中含氧量是可以测得，普通状况下，空气中具有氧气比例占20%左右。假设鼓入炉膛空气含氧量为，锅炉排出烟气含氧量与设定值之间偏差为，则相应烟气含氧量偏差空气量为

上式即为烟气含氧量前馈调节器，这相称于加入了一种干扰观测器。
即为鼓入空气补偿量，相称于增长或减少空气量，正好可以弥补局限性或过剩烟气含氧量，才干使烟气含氧量达到抱负值。当时，阐明烟气含氧量偏小，炉膛中空气量局限性，应增大风机K1101频率，增长空气量，所觉得正；当时，阐明烟气含氧量偏大，炉膛中空气量局限性，应减小风机K1101频率，减少空气量，所觉得负。
2.2.5 炉膛负压控制
锅炉正常工作时，炉膛必要处在负压状态，其炉膛负压必要保持在一定范畴内。锅炉炉膛负压对锅炉安全生产和资源运用率起着决定性作用。普通负压应控制在-20(Pa)左右。如果炉膛负压太大，会使大量冷空气进入炉膛，增大引风机负荷和排烟带走热损失；而如果炉膛负压太小，甚至浮现正压，则炉膛内火焰和烟气就有也许从炉墙缝隙或测点空洞外逸，严重影响设备和人员安全。
2.2.5.1 炉膛负压影响因素
炉膛负压是由鼓风量和引风量之间特定关系形成，因而如果炉膛负压保持稳定，那么鼓入炉膛中鼓风量和排烟量就是一种动态平衡关系。因此，鼓入炉膛中空气量和排烟量变化都能引起炉膛负压变化。
(1) 鼓风量
如果锅炉排烟量一定，当鼓风量增大时，炉膛负压限度随之变小；当鼓风量减小时，炉膛负压限度随之变大。但由于烟气含氧量控制系统中为了令燃油充分燃烧，鼓风量需要跟随燃油流量进行比值控制。
(2) 烟道挡板开度
当鼓风量不变时，烟道挡板开度越大，则引风机抽力越大，排出烟气也就越多。但当烟道挡板开度过大时，引风抽力也许过大，排烟量过多，也许导致炉膛熄火危险。
2.2.5.2 被控变量与操纵变量选取
被控变量：炉膛负压
操纵变量：排烟量
尽管鼓入炉膛中空气量和排烟量变化都能引起炉膛负压变化，但考虑到如果依托变化鼓入炉膛中空气量来调节炉膛负压，则由于炉膛内空燃比发生变化而使燃料燃烧效率受到影响，进而影响过热蒸汽温度、压力。因而，为了消除耦合，选取排烟量作为炉膛负压操纵变量，采用调节烟道挡板DO1101开度来控制排烟流量。
2.2.5.3 调节阀选取
烟道挡板用于调节排烟量，一旦系统浮现故障，为保证炉膛压力不致过高或过低，应使炉膛和大气联通，故烟道挡板应处在打开状态，因此烟道挡板为故障开。
2.2.5.4 控制方案设计
锅炉烟道对象时间常数较小，调节通道和鼓风扰动通道特性都可以近似以为是比例环节。由于被调量反映过于敏捷，因此其调节过程易产生激烈跳动，因而简朴单回路控制不能保证控制质量。
由于鼓风量大小变化是炉膛负压产生扰动重要因素，因而考虑加入鼓风量前馈控制，这样可以再鼓风量发生扰动时迅速变化排烟量。炉膛负压控制系统构造如图所示。

炉膛负压控制系统构造图
2.2.5.5 控制器正反作用拟定
炉膛负压控制回路中，烟道挡板为故障开，为负作用，因此符号为负；当阀门开大时，炉膛负压减小，因此被控对象为负作用，符号为负；测量变送器符号为正；偏差符号为负；为使控制系统稳定，必要保证系统构成负反馈，因此炉膛负压控制器为正作用。
2.2.5.6 控制规律设计
(1) 炉膛负压调节器
选取PID加前馈控制对炉膛负压进行控制，这是由于PID控制办法构造简朴，易于整定和维护，且炉膛压力变化是个迅速响应环节，老式PID控制办法即可胜任。
(2) 前馈补偿器
鼓风量只需要在锅炉稳定运营状态下进行补偿，且扰动通道与控制通道动态响应相近，故采用比例P控制规律作为静态前馈控制即可。
2.2.6 锅炉燃烧控制系统图

第三章 开车及停车顺序
锅炉从停炉到进入正常运营需要一种合理开车环节，使锅炉安全、迅速地进入正常工况状态。当系统由于某种因素需要停炉，而此时锅炉处在正常工况下时，则需要一种完整停车环节令锅炉安全、节能、“低碳”地停止工作。一旦锅炉运营中浮现不能通过调节作用减少或消除危险时，就需要启动紧急停车方案，迫使锅炉迅速中断风险。
3.1 开车环节
启动前检查所有阀门、泵、鼓风机均处在关闭状态

打开汽包顶部放空阀XV1104

启动给水泵P1101，保证锅炉上水管线畅通，使给水流量达到最小流量规定

建立汽包水位，使其维持在50%左右

保证烟道畅通，启动鼓风机K1101

启动燃料泵P1102，保证燃料管线畅通，为锅炉点火

当汽包压力达到1.5MPa左右时，关闭汽包顶部放空阀XV1104

当过热蒸汽出口温度、过热蒸汽出口压力均维持在工艺规定范畴内时，提高负荷
打开过热蒸汽出口管线开关阀XV1105，保证过热蒸汽出口管线畅通，使过热蒸汽出口温度和压力继续上升

所有控制器投手动，关燃料泵，关挡板
3.2 停车环节
炉膛灭火

关风机

炉膛温度低于正常值80%

全开挡板，调节上料流量控制器输出，逐渐手动关小输出

炉膛温度低于设定值30%

关进料泵

第四章 安全方案设计
4.1 锅炉故障诊断意义
锅炉内部构造复杂，工作环境恶劣，一旦故障发生，导致后果也许非常严重，必要停机进行检查。故障诊断（Fault Diagnosis）技术即是针对这一问题，在掌握锅炉运营流程后，对其故障发生、发展机理进行研究，摸索适当诊断办法，尽早发现故障及其因素并能预报故障发展趋势。对有关设备做出状态检修及参照意见，得出对的诊断结论，以便及时采用有效办法防止事故发生。保证锅炉设备安全运营，不但可以提高设备运用率，还能有效减少检修成本，提高效益。锅炉设备故障诊断目有如下几点：
（1）通过各种检测、分析和鉴别手段，结合系统或设备历史、现状、环境等因素，及时地对设备状态进行检测；对各种异常状态或故障状态做出对的诊断；对设备运营进行必要指引，防止或消除故障；提高设备运营安全性、可靠性和经济性；把故障引起损失降到最低水平。
（2）保证设备发挥最大设计能力。依照也许发生故障预测，制定合理检查维修制度，以便保证在不发生故障容许条件下，充分挖掘设备潜力，延长机组使用寿命，减少设备全寿命使用费用。
（3）通过参数检测、故障分析、性能评估等，为设备构造改进、优化设计与制造提供信息。锅炉设备故障诊断既能保证设备安全、可靠运营。
4.4 安全系统设计
锅炉安全专家系统现场设备，涉及锅炉系统各个检测仪表和为安全系统专门使用安全仪表和声光报警系统，详细实现如图所示。

安全联锁专家系统现场设备
安全联锁专家系统现场设备图中，安全仪表详细描述如下表所列。

安全仪表仪表设立
序号
仪表类型
YB-1
炉膛温度安全仪表
YB-2
上水流量安全仪表
YB-3
锅炉水位安全仪表
YB-4
炉膛压力安全仪表
YB-5
除氧器流量安全仪表
YB-6
除氧器压力安全仪表

声光报警器列表
序号
仪表名称
SG-1
上水流量报警
SG-2
炉膛超压报警
SG-3
炉膛温度报警
SG-4
汽包压力报警

第五章 实践心得体会
本次设计实践咱们重要完毕了一下内容：
1，工业锅炉工艺流程描述。 2，锅炉特性分析。 3，PID图绘制。
通过自己动手查阅资料，实际设计控制方案，让我更加清晰结识到理论与实践关系只有把理论与实践紧密结合起来，理论知识才干变成有应用价值灵活知识。结识到理论知识只有运用于实践才干产生巨大经济利润和社会价值，而实践只有在科学对的理论指引下才干获得成功和硕果。科学对的理论知识是推动人类实践活动迈进强大精神武器，而实践活动是检查理论对的与否唯一原则也是理论产生源泉。理论与实践紧密联系，互相依存。