1.概述锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热 能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原 义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生 的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机 械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活， 工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、 船舶、机车和工矿企业。锅炉是由锅和炉组成的，上面的盛水部件为锅，下面的加热部分为 炉，锅和炉的一体化设计称为锅炉。特种设备安全监察条例所定义的锅炉是指利用各种燃 料、电或者其他能源，将所盛装的液体加热到一定的参数，并对外输出热能的设备。其范围 规定为容积大于或者等于30L的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或者等于0. IMPa （表压），且 额定功率大于或者等于0. IMw的承压热水锅炉；有机热载体锅炉。2. 热电厂的生产工艺2. 1热电厂生产工艺概要热电公司是利用煤和天然气作为燃料发电、产汽的，这也是目前世界上主要的电能生产 方式。生产工艺是将燃料送入炉膛内燃烧，放出的热量将水加热成为具有一定压力和温度的 过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机膨胀做功，高速气流冲击汽轮机叶片带动转子旋转，同时带 动同轴发电机转子发电。2. 2锅炉工序热电厂生产有四道工序：输煤工序，化水工序，锅炉工序，汽机工序。其中锅炉工序主 要任务是生产蒸汽，集团现有两种锅炉，一种是煤粉炉；一种是循环流化床锅炉。因节能、 污染程度低等因素，目前行业应用较多为循环流化床锅炉。以循环流化床锅炉为例，工艺过 程简单地说就是煤炭燃烧后的热量加热循环水，产生蒸汽，在一定的压力下，形成过热蒸汽， 蒸汽可直接进入生产系统或者进入汽轮机发电。3. 锅炉蒸汽压力出口控制3.1锅炉按其出口蒸汽压力分类锅炉按其出口蒸汽压力分为：低压锅炉（PW2. 45Mpa, TW40CTC）、中压锅炉（2. 94MpaPW4. 9Mpa, 400C VTW450C)、高压锅炉(7. 84MpaPW10. 8Mpa, 460C TW540C )、 超高压锅炉(11. 8MpaVPW14. 7Mpa, 540C TW555C )、亚临界压力锅炉(P15. 719. 6Mpa, 540CVTW570C)、超临界压力锅炉(P2527Mpa)o此次控制系统设计选择中压锅炉为控制 对象，所以查得中压锅炉出口蒸汽压力规定为3.83MPa,蒸汽温度为450C。3. 2控制的重要性压力是热电厂的一个重要参数，因为热点是靠蒸汽推动汽轮机转动，汽轮机是将蒸汽的 能量转换成为机械功的旋转式动力机械。乂称蒸汽透平。蒸汽的压力会影响后面的整个工序， 如果蒸汽的压力不够的话将使汽轮机无法正常工作，势必会印象到工厂的效益和蒸汽机的寿 命。还有就是压力过高或过低也会导致汽轮机的不正常运行，有可能会出现极端事故。3. 3锅炉工艺流程原理4. 控制系统设计4. 1控制系统参数选择被控参数选择：由于此系统为压力控制系统，所以选用锅炉出口的蒸汽压力为被控参数 控制参数选择：由锅炉流程图可知，引起蒸汽压力变化的因素有外部扰动和内部扰动。外部扰动是指外界对锅炉产生蒸汽的需求发生变化，使平衡关系被破坏，导致蒸汽压力改变。 内部扰动是指锅炉本身工况变化引起的蒸汽压力变化。控制参数确定：由于外部扰动暂不考虑，只考虑内部扰动，所以控制参数可以是燃料供 给量，或者为蒸汽出口管阀门的开关大小。两者比较，控制蒸汽出口管阀门大小，更容易，更直接。4. 2系统方框图的设计图2：出丨I蒸汽压力单回路控制系统4. 3现场仪表的选型根据方框图和流程图可知，需要选择一个压力变送器，一个压力调节器和一个压力调节 阀。4. 3.1压力变送器的选择：由于高压锅炉蒸汽温度在450 C左右，压力3.83Mpa,而且腐蚀性弱，所以用不锈钢变 送器即可，但是由于压力有时会因为扰动无规律变化，需要传感器反应灵敏。综上所述可使 用PTG503H压力变送器，它采用高精度高稳定性耐高温电阻应变计做为变送器的感压芯片， 可以承受600 C高温。由于量程应选为工作压力的1.53倍，所以量程选为l-10MPa,综合 精度:0. 25%FS、0. 5%FS,响应时间：WlOmS,过载能力:150%FS,相对湿度:095%RH。 4. 3. 2压力调节器的选择：选用SK-808/900系列智能PID调节器。可以实现对温度、压力、液位、容量、力等物理 量的测量显示、智能PID调节仪并配合各种执行器对电加热设备和电磁、电动、气动阀门进 行PID调节和控制、报警控制、数据釆集、记录。基本误差：0.5%FS或0.2%FS土 1个字, 分 辨 力：1/20000、14位A/D转换器，采样周期：0. 5S。4. 3.3电动调节阀的选择应选用工作温度在450 C以上，可调压力在lOMpa以内，选用ZDSV电动V型调节球阀 公称通径DN为400mm,适用介质：水，蒸汽，油品。适用温度-28到500 C。精度1%FS。公 称压力1.6-6. 4Mpa。连接形式：对夹式、法兰式，法兰按JB79-59标准5. 调节器算法的确定5. 1调节器控制规律由于被控对象传递函数可近似为：w0 = T 1可根据对象的延时时间和对象自衡时间常数的比值铝选择控制器的控制规律:1 o5.1.1当絆0.2时选择比例或者比例积分控制器1 05.1.2当时选择比例微分或者比例积分控制器1 05.1.3当1时选择简单控制系统往往不能满足控制要求，应选用串级，前馈等复杂控制系1 0统根据文献BP-PID在锅炉蒸汽压力控制中的应用查得,传递函数为以=e-40so60s+l60s根据控制规律和被控对象的特性和控制的需要，选择PID算法。5. 2系统参数整定和仿真图3： Simulink仿真框图根据Simulink仿真框图，进行控制参数整定。首先根据调节器经验试凑法來整定调节器参数。设定调节器PID参数的初始值为K二24,TK3min经仿真后的响应曲线为109854321020406080Time offset: 0120140180 200图4：参数设定值仿真图经反复试凑比例度、积分时间、微分时间的大小，得出K二244二0.3。响应曲线呈4:1-10:1衰减，结果令人满意。图5：参数设定值仿真图6课程设计心得体会我通过本次课程设计学会了 Mat lab这个软件上的Simulink调试，虽然累，虽然难，但 是我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。在这次设计中遇到了很多实际性的 问题，这些问题在书本上是学不到的，只有在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在 实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以 前的错误思维，并且提高自己思考问题的能力。一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而 在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升，思想更加完善。对于教材，其过程是比较简 单的，主要是解决设计控制过程中的问题，而设计是一个很灵活的东西，它能真实反映你解 决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。所以这次课程设计真是恰到好 处。在整个设计过程中大部分时间是用在控制理念上面的。很多是可以借鉴书本上的，但怎 样衔接各个环节才是关键的问题所在，这需要对系统的结构很熟悉。因此可以说系统的设计 是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之 处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努 力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影 响。其次，这次课程设计让我充分认识到团队合作的重要性，只有分工协作才能保证整个项 目的有条不絮。另外在课程设计的过程中，当我们碰到不明白的问题时，指导老师总是耐心 的讲解，给我们的设计以极大的帮助，使我们获益匪浅。因此非常感谢老师的教导。通过这 次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、 耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。我觉得作为一名过程控制工 程专业的学生，这次课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到 实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难， 也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在同学的帮助和 讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄 懂它。因为这次的课程设计，我发现控制的乐趣，我发现自己的能力还欠缺很多，正因为有这 次的课程设计，让我们不断创新，不断进步。参考文献1 过程装备控制技术及其应用王毅主编化学工业出版社2 过程控制仪表徐春山主编冶金工业出版社3 BP-PID在锅炉蒸汽压力控制中的应用4 锅炉压力表的选用5 中小型工业锅炉压力仪表的选用6 热电厂蒸汽压力控制系统的设计7 锅炉压力自动控制系统8 压力表精度选择指南