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1、燃煤锅炉燃烧限制系统的探讨及工程化应用指导老师：冯江涛学生姓名：冯鑫泽、李帅、康永财、毛曙兵摘要：本文以试验室SMPTTOOO为探讨对象，在了解其工艺流程和限制需求的基础上进行了燃烧系统的动态特性分析，建立了数学模型，确定了限制方案，并以试验室西门子过程限制系统PCS7为限制装置，进行了工程实施。运行结果表明，该方案不仅能满意负荷须要，而且保证了锅炉的平安和经济运行。关键词：Swyr1000；燃烧限制；PCS7；工程化应用Researchandengineeringapp1.icationofcombustioncontro1.systemforcoa1.firedboi1.erSummary
2、Jnthispaper,wemadeSMPT-1000inthethe1.aboratoryastheresearchobject.Afterunderstandingitsprocessf1.owandcontro1.requirement,wedidsomeresearchondynamiccharacteristicsofcombustionsystem,setupmathematica1.mode1.andsett1.edcontro1.scheme.Besides,weputitintoeffectonthebaseoftakingSiemensPCS7processcontro1.
3、systemforcontro1.device.Therunningresu1.tsshowedthatnoton1.ytheschemecanmeettheneedsof1.oad,buta1.soitcanensurethesafetyandeconomyofboi1.eroperation.Keywords:SMPT-1000;combustioncontro1.;PCS7;engirneeingapp1.ication1、燃煤锅炉的半实物仿真对象SMPTTOOO系统分析1.1 工艺流程分析所选被控对象是流程工业领域常见的强制通风式锅炉，通过锅炉辐射及对流传热，将肯定流量的物料A加热到工
4、艺要求的温度。G1*KiFV1.105:0.0000 %TI1.104 o.oooo,cFV1.101:0.0000 %P1.lOl0,00 %FI1.lOl0.OOOOHV1.lOl:0.0000 %H1.lOl0.0000 MPaFV1.104： 0.0000 %FI1.103:0D000 kgfeP1.102:0.0000 %FI1.104:0.0000 ra3sS1.101:0.0000 %FI1.105:00000 kg/sT1201:0.0000aCTI1.102:0.0000 ,cTI1103:SOoOOPDonorooooo%TI1. 105:0,0000Aiiiorooow%
5、FI1107:OOOOO kg/sTI1.lOl0.0000 1PI1102:0.0000 mmH2O图17锅炉工艺流程图如图IT所示，待加热物料A经由上料泵P1.1.O1.泵出，流量为F1.1.IO1,流量管线设有调整阀FV1.1.O1.和旁路阀HV1.Io1。待加热物料进入换热器EI1.O1.及热物料换热后，进入加热炉F1.IOI的对流段。进入换热器E1.1.O1.的待加热物料A走管程，一方面对热物料A的温度起到减温的作用，另一方面也能对待加热物料A起到肯定的预热作用。加热炉对流段由多段盘管组成，炉膛产生的高温烟气自上而下通过管间，及管内的物料A换热，回收烟气中的余热并使物料A进一步预热。
6、对流段流出的物料A全部进入F1.1.o1.辐射段炉管,接受燃烧器火焰的辐射热量，达到所要求的高温后出加热炉，进入换热器EIIO1,进行温度的微调并为冷物料预热，最终以工艺所要求的物料温度输送给下一生产单元。燃料经由燃料泵P1102泵入加热炉的燃烧器，流量为FI1103,压力为PIIIOI,燃料流量管线设调整阀FV1104,空气由变频鼓风机K1.1.O1.送入燃烧器，流量为F1.1.1.04o为适应生产负荷的变更，燃烧过程中有最佳比例K,比例K是随不同负荷和燃料的变更而变更。衡量燃烧效率的凹凸可用烟气中的含氧量AI1.1.O1.来评价。炉膛压力为PI1102,对流段的出口烟气温度为TI1105,
7、在烟道内设有挡板DOIIOIo为了使炉膛内保证肯定的负压，并且有效利用烟气的温度，必需限制挡板在一个合适的开度，并且适应生产的变更。物料A出料口流量为FI1105,温度为TI1104,并且管道上设有阀FV1.IO5,维持流量稳定和温度稳定是整个限制系统的最终目的。协同整个管道上调整阀的开度的变换，可使流量稳定，通过TI1104可作为反馈限制换热器的效果。1.2 限制需求分析1.2.1 满意生产指标的考虑在热物料A流量稳定的前提下，保证热物料A的出口温度维持在工艺要求范围之内。通过限制燃料和空气的比值，来限制锅炉的温度，结合换热器的出口温度限制，从而实现对物料A加热到所要求的温度，从而达到限制要
8、求。全部操作要保证有序进行，工况要保持全程稳定，并要充分考虑生产过程中可能出现的异样工况。1.2.2 满意节能指标的考虑出于对效能、环境等因素的考虑，要求在限制系统的设计和实施中对燃料用量等能耗等指标予以充分考虑，通过实时的对加热炉加热物料流程的限制，可以有效的削减燃料奢侈。1.2.3 满意全自动限制的要求从生产单元冷态起，依据开车步骤实施全自动依次限制，保证开车稳步进行，保证系统无扰投运。1.2.4 满意系统平安限制的要求强制通风式锅炉在一般不加以平安联锁限制的状况下，可能会发生一些意向不到的事故，例如，物料上料不刚好，导致锅炉干烧，从而可能导致爆炉；在开车前不刚好检测炉膛内是否有燃料或者是
9、炉膛气体是否在爆炸限一下，也可能发生事故等，所以通过一系列包括声光报警、平安联锁、紧急停车、平安仪表等功能设计及限制，从而较小事故的发生率，保隙工况正常平稳运行，进而提高生产效率。1.3 对象特性分析为了进行SMPTIOoo锅炉动态特性的探讨，事先将锅炉调控在一个稳定状态，见图1-1所示。其中，物料A进口流量限制阀FVI1.O1.开度20%、热物料出口流量限制阀FVI1.05开度100%、燃料流量限制阀FVI1.o4开度25%、鼓风机（空气流量）SHO1.开度20%、烟气挡板DoI1.O1.开度100机图IT对象的初始稳定状态1.3.1 物料流量的动态特性分析影响物料流量变更的因素：物料进口调
10、门开度、物料出口调门开度、物料供料压力以及旁路调门开度的大小等。在旁路调门全关、物料调门全开、对物料进口调门开度施加幅值为10%阶跃信号时，物料流量的动态响应曲线如图1-2所示。图1-2物料流量的动态响应曲线由图1-2可知，物料流量动态响应过程是无延迟、有惯性的。当物料流量的阀门开度从20%开度到30%开度变更时，依据切线法可以得出，物料A的阀门开度变更时流量的动态特性传递函数可以近似表示为：依据上述结论，当物料A进口流量限制阀FV1.1.O1.开度依次变更为：20%30%40%-30%,相对应物料流量的动态特性及传递函数基本相符。物料温度的动态特性分析影响物料温度变更的因素有燃料流量、物料流
11、量、空气量、烟气挡板开度。在物料流量为15%,送风量SII(H为20%,烟道挡板DO1.1.O1.全开、对燃料量调门开度施加幅值为5%的阶跃信号，物料温度的动态响应曲线如图1-3所示。00号昼0w0sraI 二Ig1.- O残1. E1S1JIgl.昼Ia3 -0呼一0后一昼二0贫0希。亨0Ob片一氏*9ie1.eak-l，s1Tel.:1ep171riKY91.01h】K1)w157.031*3771.T111O5P11102AIIIOI一T11O3T1.1.104r11O4图1-3燃料量扰动的动态响应曲线由图1-3可知，燃料量扰动下的物料出口温度动态响应过程是有延迟、有惯性的。当燃料流量限
12、制阀FV1.1.04开度变更为：25%-30%,保证其他变量不变的状况下，空气流量在肯定的范围内，由于燃料量增加,炉膛内的温度就会增加，对物料A供应的热量增加，因此热物料出口温度TII104上升。此时，其它条件肯定的状况下，依据切线法可以求出，燃料量的调门开度变更时出口温度的动态特性可以用下列传递函数近似表示：、1059.44G(S)=z-T7C(43.95+1)4(19.75s+1)依据上述结论，当燃料流量限制阀开度在30%335%340%依次变更时，相应的物料出口温度的动态特性及所建模型基本相符。在物料流量为15%,燃料量调门为25%,烟道挡板DO1.1.O1.全开、对送风量风机S1.1.
13、O1.施加幅值为5%的阶跃信号，物料温度的动态响应曲线如图1-4所示。图1-4送风量扰动的动态响应曲线由图1-4可知，送风量扰动下的出口温度动态响应过程是有惯性的。当鼓风机S1.1.OI开度变更为：20%一25%,保证其它量不变的状况下，送风量变更时相应物料温度的动态特性可以用下列传递函数近似表示:G(S)=139.44S(179.035+1.)3(78.77s+1.)依据上述结论，当鼓风机S1.1.o1.开度在25%30%f35%等变更时，相应的物料出口温度的动态特性及所建模型基本相符。同时，在保证其他变量不变的状况下，空气量的增多，会在排烟时带走炉膛内一部分热量，炉膛内温度降低，对物料A的
14、供热量减小，因此热物料出口温度T1.1.1.o4下降。但是，假如送风量正好合适时，因为燃料可以充分燃烧，可能会增加炉膛温度，对物料A的供热量增加，因此热物料出口温度TII1.(M也可能上升。同时，送风量增加，会导致烟气含氧量增加，炉膛真空度下降。从详细数值上看,炉膛真空度还在平安范围之内，而烟气含氧量超出了1%3%的范围，保证不了燃烧的经济性。在物料流量为15%,燃料量调门为25%,送风量SI1.o1.为20%、对烟道挡板DOnO1.全开、施加幅值为50%的阶跃信号，物料温度的动态响应曲线如图1-5所示。111B1-一1.-导-j1 1gl1glslilgll.d冲：*j5iihii1I-,l
15、1ai 一,j 旨Isi-ls1gl-lgl-1ac 0-华-R 阖 -Jia0i舄二 c J1S1-01810191 01S1Pl图1-5烟气挡板开度扰动的动态响应曲线由图1-5可知，烟气挡板扰动下物料出口温度动态响应过程是有延迟、有惯性。当烟气挡板DO1.1.O1.开度变更为：100%f50%,保证其他变量不变的状况下，烟囱的抽力减小，被排出的烟气量减小，则排烟时带走的炉膛热量减小，炉膛内温度上升，对物料A的供热量增加，因此热物料出口温度TH1.O4上升。同时，烟气挡板开度关小，造成烟气含氧量下降，炉膛真空度减小。从详细数值上看，烟气挡板开度变更50%,对烟气含氧量和炉膛真空度影响不大。在这种工况下，烟气挡板变更时相应物料出口温度的动态特性可以用下列传递函数近似表示：4G(S)=777(153.15.y+I)4(29.Is+1)依据上述结论，当烟气挡板的开度在30%-60%f90%等变更时，相应的物料出口温度变更及传递函数基本相符。在图1-6所示的稳定工况下，对物料负荷施加幅值为5%的阶跃扰动下，物料温度的动态响应曲线如图1-6所示。M:1;:og F1.gololJl一纣尸身 0m01
