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发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统
本科生课程设计(论文)
第 1 章 绪论
蒸汽温度是锅炉安全 高效 经济运行的主要参数,因此对蒸汽温度控制要求 严格。过高的蒸汽温度会造成过热器,蒸汽管道及汽轮机因过大的热应力变形而 毁坏;蒸汽温度过低,又会引起热效率降低,影响经济运行。锅炉控制现场环境 恶劣,采用传统的基于模拟技术的控制器、仪器仪表或单片机,不仅结构比较复 杂,效率比较低,而且可靠性也不高。 本次课设设计的主要考虑部分是锅炉蒸汽温度控制系统的设计。 蒸汽过热系 统包括一级过热器、减温器、二级过热器。锅炉汽温控制系统主要包括过热汽和 再热蒸汽温度的的调节。主要蒸汽温度与再热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济 运行时非常重要的。过热蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口温度在允许的范 围之内,并保护过热器,使其管壁温度不超允许的工作温度。 过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度的最高点,过热蒸汽温度过高或是过 低,对锅炉运行及蒸汽设备是不利的。蒸汽温度过高会使过热器管壁金属强度下 降,以至烧坏过热器的高温段,严重影响安全。一般规定过热器的温度与规定值 的暂时偏差不超过+-10 摄氏度,长期偏差不超过+-5 摄氏度。 如果过热蒸汽温度偏低,则会降低电厂的工作效率,同时使汽轮机后几级的 蒸汽湿度增加,引起叶片磨损。据估计,温度每降低 5 摄氏度,热经济性将下降 约 1%;且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽温度升高,甚至使之带水,严重影响汽 轮机的安全运行。一般规定过热气温下限不低于其额定值 10 摄氏度。通常,高 参数电厂都要求保持过热汽温在 540 摄氏度的范围内。 由于汽温对象的复杂性,给汽温控制带来许多的困难,其主要难点表现在以 下两个方面: 1 由于过热器是一个多容且延迟较大的惯性环节,设备结构设计与控制要求 存在很多矛盾,所以影响汽温变化的因素很多,例如,蒸汽量、减温水给水量、 烟气侧的过剩空气系数和温度等都可能引起汽温变化。 2 随着机组容量和参数的增加,蒸汽的过热受热面的比例加大,使其延迟和 惯性更大,从而进一步加大了汽温控制的难度。
课程设计�论文�任务 进度计划 指导教师评语及成绩
平时: 总成绩:
论文质量:
答辩: 指导教师签字: 年 月
日 注:成绩:平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
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摘 要
电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高,已经在冶金、化工、 机械等各类工业控制中得到了广泛应用, 并且在国民经济中占有举足轻重的地位。 对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制 对象,很难用数学方法建立精确的数学模型,因此用传统的控制理论和方法很难 达到好的控制效果。 单片机以其高可靠性、 高性能价格比、 控制方便简单和灵活性大等优点, 在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。采用单片机进行炉 温控制,可以提高控制质量和自动化水平。 关键词:PID 控制 ;过热蒸汽温度;温度控制;
发电厂锅炉过热蒸气温度控制系统设计
课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数 实现功能 发电厂锅炉过热蒸汽温度较高时,机组热效率则相对较高,但过高时,汽机的金属 材料又无法承受,气温过低则影响机组效率。过热蒸汽温度是一个典型的大迟延、大惯 性、非线性和时变性的复杂系统,对机组的安全经济运行非常重要,所以对其控制有较 高的要求。要求分析影响蒸汽温度的变化的种种因素以及被控对象的特性,通过对调节 控制减温水的水量,从而实现对过热蒸汽温度的有效控制。本设计要求采用单片机作为 控制器,控制算法采用大林算法控制,由键盘进行温度控制值的选择,并显示温度。 设计任务及要求 1、确定系统设计方案,包括控制器的选择,输入输出通道,键盘显示电路; 2、建立被控对象的数学模型; 3、设计 PID 算法的程序流程图; 4、仿真研究,验证设计结果; 5. 按学校规定的书写格式,撰写、打印设计说明书一份;设计说明书应在 4000 字以 上。 技术参数 测量范围:0~1000℃; 控制温度:540±5℃; 最大偏差:10℃。 1、布置任务,查阅资料,确定系统的组成(1 天) 2、对系统功能进行分析(1 天) 3、系统硬件电路设计(3 天) 4、系统软件设计(2 天) 5、撰写、打印设计说明书(2 天) 6、对设计任务进行答辩(1 天)
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目 录
第 1 章 绪论..................................................................................................................... 1 第 2 章 生产工艺概述..................................................................................................... 2 2.1 锅炉生产工艺介绍........................................................................................... 2 2.2 过热器的介绍.................................................................................................... 4 2.3 过热蒸汽温度控制对象的动态特性................................................................ 4 第 3 章 系统硬件设计................................................................................................... 10 第 4 章 硬件设计........................................................................................................... 11 4.1 单片机最小系统设计..................................................................................... 11 4.2 模数转换模块................................................................................................. 12 4.3 LED 显示屏...................................................................................................... 14 4.4 报警模块......................................................................................................... 15 4.5 键盘模块......................................................................................................... 16 4.6 通信模块......................................................................................................... 16 第 5 章 系统软件设计................................................................................................... 18 第 6 章 系统仿真设计................................................................................................... 20 6.1 系统仿真分析.................................................................................................. 20 6.2 蒸汽温度控制系统仿真分析.......................................................................... 21 第 7 章 课程设计总结................................................................................................... 22 参考文献......................................................................................................................... 23 附录................................................................................................................................. 24
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第 2 章 生力设备。它所产生的蒸汽不仅可提供生产过 程作为热源,而且还可以作为蒸汽透平的动力源。在热电厂中按锅炉设备所使用 的燃料的种类、燃烧设备、锅体形式、锅炉功能和运行要求的不同,锅炉生产有 各种不同的流程。常见锅炉设备的工业流程如图 1.1 所示 蒸汽发生系统由给水泵、给水调节阀、省煤器、汽包及循环管组成。燃料和 热空气按照一定的比例进入燃烧室燃烧,产生的热量传递给蒸汽发生系统,生产 饱和蒸汽 Ds,然后经过过热器成一定气温的过热蒸汽 D,汇集至蒸汽母管。压力 为 Pm 的过热蒸汽,经负荷设备调节阀供给生产负荷使用。与此同时,燃烧过程中 产生烟气,将饱和的蒸汽变成过热蒸汽后,经省煤器预热锅炉预热空气,最后经 引风机送往烟筒排入大气。 锅炉设备的控制任务:根据生产负荷的要求,供应一定压力或温度的蒸汽, 同时要使锅炉在安全、经济的条件下运行。按照这些控制要求,锅炉设备将有如 下主要的控制系统: