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热工测量及仪表课程设计 循环流化床锅炉炉膛压力控制系统设计
目 录

1．设计任务 2
1.2 控制对象 2
1.3 炉膛压力的动态特性 2
2．压力计选择 2
3．压力显示表选择 2
5．设计说明 3
6．参考文献 9

1．设计任务
1.1流程的介绍
在炉膛压力调节系统中，炉膛出口压力测量值与给定值一起送入PI中进行运算，运算结果动作引风机耦合器（或调节挡板）执行器，从而控制炉膛出口压力满足机组运行要求。由于循环流化床锅炉燃烧的特殊性，一次风量和二次风量发生变化时，需经过一段时间炉膛出口压力才发生变化，因此必须把总风量（一次风机出口风量和二次风总风量之和）的微分量作为前馈信号送入PI控制输出中，以提高一、二次风量变化时控制系统响应的快速性。

（修改要求
流程介绍要：
先配合循环流化锅炉的图介绍一下循环流化锅炉流程；
在介绍炉膛压力调节系统中）

1.2 控制对象
根据炉膛压力信号来动态协调二次风机入口风门和引风门的开度即可确保炉膛压力满足在设定的范围内

1.3 炉膛压力的动态特性
变化幅度大而且变化频率快 （炉膛压力设定值为-20Pa，实际运行中的变化范围是-50~-250 Pa ）

2．压力计选择

3．压力显示表选择

4．压力PID控制设计

5．设计说明

设计（实验）正文
锅炉炉膛压力控制系统的主要任务是维持炉膛压力在一定范围内变化，保证锅炉设备安全运行，一旦燃烧系统发生故障时，最先反应炉膛压力的变化，然后才反映蒸汽流量等指标的变化，尤其对于大容量，高参数的锅炉，更要求炉膛压力控制系统响应快，并保护炉内压力波动不致太厉害，因此，循环流化床锅炉炉膛压力控制有完善的控制系统外，还设置了一些安全保护措施。

（修改要求
图x-x要按顺序排序）

炉膛负压的控制对象是引风机入口挡板所控制的引风量，称为内扰。送风量变化会影响炉膛负压，称为外扰。炉膛负压动态特性是引风量阶跃变化时，炉膛负压随时间变化的特性如上图所示。由于炉膛负压反应很快，可作比例特性来处理。

引风控制的任务是保持炉膛负压在规定的范围内。一般炉膛压力维持在比大气压力低20～50Pa左右。 引风机调节器P14通过调节引风量V来维持炉膛压力稳定。由于送风量的变化是引起负压波动的主要原因，为使引风量快速跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送风量作为前馈引入引风调节器中 ，有利于提高引风控制系统的稳定性和减小炉膛负压的动态偏差。
另外，炉膛压力控制两台引风机的导叶开度，来满足炉膛压力略低于外界大气压的要求：控制系统为带风机前馈的单回路控制系统。机组正常运行时，锅炉炉膛压力按传统的前馈-反馈方案进行控制。

炉膛压力控制系统方框图
上图是用SYMPHONY系统实现的具有双执行机构的炉膛压力控制系统的方框图简图，整个系统包括PI控制器，手、自动切换逻辑，跟踪信号运算回路，系统总操，左右侧风机动叶偏置回路，超驰控制回路，速率限制回路，偏差限制逻辑和单台风机操作站等部分。
 系统的工作过程为：炉膛压力测量值与设定值进行比较，偏差值经PI控制器运算后在系统手/自动总操M/A站出口分成两路，再经风机出力校正回路、超驰控制回路、输出速率控制回路，最后到阀门定位操作模块IDP控制执行机构的开关，实现炉膛压力控制。为避免执行机构的频繁动作，偏差运算回路中还进行了炉膛压力测量值与设定值偏差的死区运算，过滤掉炉膛压力的正常波动对执行机构的影响。系统手/自动总操M/A站担负着两侧风机的出力平衡与手动跟踪功能。为提高炉膛压力对送风量扰动的响应能力，在PI控制器的Z端（扰动量输入端）引入了送风前馈信号。防止炉膛压力信号的高频脉动和坏质量造成系统不必要的动作，测量信号全部进行质量判断，信号压力设置的质量判断功能块QC对输入到选炉膛压力的测量采用三选中值方案，其压力设定值由运行人员在操作站上的手动设定，为了防择块SIGSEL的信号进行质量判断。
炉膛压力按传统的前馈-反馈控制方案进行，前馈信号来自送风控制系统，其作用是使送风控制系统动作的同时，引凤控制系统能相应的协调动作，使引风量随送风量成比例地变化，以减小炉膛压力在变负荷时的动态偏差。引凤控制的前馈信号取自两台送风机动叶开度指令，使前馈信号通过函数块FD-FXI，直接引入引风机控制系统中炉膛压力控制器的加法块输入端，前馈信号作为炉膛负压控制的粗调。根据炉膛压力测量值和炉膛压力设定值的偏差，控制器给出两台引风机倒叶的公共控制指令，被调量为炉膛压力，控制变量为引风机倒叶开度，炉膛压力的控制器起校正作用。在手动控制方式下，运行人员在引风机站上可以手动改变两台引风机导叶的开度，炉膛压力控制器则跟踪两台引风机导叶指令之和的平均值。

引风机的超驰回路

炉膛压力控制还设计了一个超弛控制系统，其作用是防止主燃料跳闸时，引起炉膛灭火而产生锅炉内爆的事故。当锅炉接收到动作信号后，为了防止内爆事故的发生，当动作信号变化时，控制系统首先强制前馈信号为0，关小引风机导叶开度，以减小引风机出力，使炉膛压力不致太低。当引风机停止运行后，停止信号强制控制指令为100，导叶打开，顺控逻辑信号强制指令为5%。当炉膛压力降至低于最小值或高于最大压力时，正负偏差压力超弛控制回路将起作用。当炉膛压力低于设定的最小压力时，锁闭增起作用，迅速关小引风机导叶的开度，同时闭锁减开大送风机导叶的开度；同理，当炉膛压力高于设定的最大压力时，闭锁减起作用，迅速开大引风机导叶的开度，同时，闭锁增减小送风机导叶的开度。
注意：当出现下列情况之一时，一次风机导叶控制站强制切到手动控制方式：
（1）一次风母管压力设定值与实际值偏差大；
（2）一次风母管压力信号故障；
（3）一次风机入口导叶控制指令和反馈偏差大；
（4）MFT超驰控制；
（5）主汽流量信号故障；
（6）相应一次风机未运行。
补充：引风控制系统的工况
引风控制系统逻辑有3种工况，即引风挡版开度硬手操、软手操和自动。
（1）引风机挡板开度硬手操。
引风机挡板开度硬手操的条件为选择引风机挡板硬手操。
（2）引风机挡板开度软手操的条件。
引风机调节电源故障；引风自动调节失灵；引风机掉闸；引风机挡板速率大；引风机挡板硬手操；选择引风机挡板软手操。
（3）引风机挡板控制回路处于自动。
当所有手动条件不存在时，系统就可以投自动。自动时由人工手动给给定值。
同时只有软手动切换到硬手动，需要进行预平衡后才能实现无扰动切换；其他情况都可直接实现无扰动切换
压力模糊PI控制过程：
模糊PI控制器的原理框图
r（k）是输入设定值，c（k）是炉膛压力测量值，e（k）是输人偏差信号，Ts为采样周期

仪器设备的选用：
压力变送器的选择（压力变送器主要由测压元件传感器、测量电路和过程连接件三部分组成）
1、压力变送器分类
压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～20MPa）和微差压变送器（0～1.5kPa），负压变送器三种
压力变送器的被测介质的两种压力通入高、低两压力室，低压室压力采用大气压或真空，作用在δ元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。压力变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器，当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。
2、工作原理
当压力信号作用于传感器时，压力传感器将压力信号转换成电信号，经差分放大和输出放大器放大，最后经V/A电压电流转换成与被测介质的压力成线性对应关系的4-20mA标准电流输出信号。

（扩散硅式压力变送器）
3、主要技术参数：
电源：24VDC
输出4～20mA
零位可调范围：±5%F.S
量程调节比：3：1以上
量程范围：-100kPa～0～60MPa
4、负载特性：
负载在0～600Ω内（24VDC供电），维持恒流输出　
隔爆型d II BT4,、本安型 ia II CT5
过压极限：2倍于上限压力 温度范围：-20～60℃
精度等级：±0.5%
稳定性：±0.2%F.S
重量：约1kg
3.3 压力取样
在炉膛内选择压力取样位置要有代表性和实时性，才能指导运行和及时保护炉膛安全，根据试验和实践，我们认为取样点以选在炉膛遮焰角高度=lm处为好。在此水平截面上前。左、右三处9O。分置。每处取二点为佳。取样过高由于屏式过热器管系影响，使烟气流速增加，且该处易产生 涡流 。取样过低由于火焰的上部变化和闪烁造成压力变化稳定性差。
取样点的安装，根据有关规定，应避免2只或更多的仪表共用一个炉膛压力取样装置。只有在特殊情况下并应考虑到取样装置故障不致影响机组安全和仪表的可靠性才可设置2点。
取样装置应穿过两根水冷壁管之间，平水冷壁管(不可仲入炉膛内)，用一只取样盒引出。

6．参考文献
[1] 侯典来 《模拟量控制技术及其应用》 中国电力出版社 2009年5月
[2] 刘禾 白焰 李新利 《火电厂热工控制技术及其应用》 中国电力出版社 2009年2月

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