昆明理工大学毕业设计（论文）
题 目：学 院：专 业：学生姓名：指导教师：日 期：
开 题 报 告
基于PLC的75T/H工业循环流化床锅炉 计算机监控系统设计
信息工程与自动化学院 测控技术与仪器 2014年2月
毕业设计（论文）的主要内容： 一、工艺流程介绍 我国是一个以煤炭为主要能源资源的国家，与之相对应，我国的能源结构也以煤炭为主，煤炭在我国一次性能源结构中一直处于主导地位。但由于煤炭在生产和使用时会产生大量的有毒有害气体，如何清洁高效的利用煤炭资源成为了工业发展中的一个重要问题。循环流化床燃烧技术是最近30年内快速发展起来的一种清洁煤燃烧技术，由于其燃料适应性广并且可燃用劣质燃料、污染物排放易控制等特点，在国内得到迅速推广。 循环流化床燃烧技术是在鼓泡流化床燃烧的基础上发展起来的，在燃烧时燃料被破碎到一定粒度燃烧所需要的空气从布置在炉膛底部的布风板下进入，燃料既不固定在炉排上燃烧，也不是在炉膛空间内随炉膛气流悬浮燃烧，而是在流化床内进行一种剧烈的、杂乱无章、类似于流体沸腾运动状态的燃烧。循环流化床锅炉系统通常由流化床燃烧室（炉膛）、循环灰分离器、飞灰回送装置、尾部受热面和辅助设备等组成，一些还带有外置流化床换热器。循环流化床锅炉系统如图1所示。 图1 循环流化床锅炉系统 二、循环流化床锅炉汽水系统 锅炉的汽水系统一般指给水送入省煤器后直接变成过热水蒸汽离开锅炉所经过的整个系统，其功能是通过受热面吸收烟气的热量，完成工质由水转变为饱和蒸汽、再转变为过热蒸汽的过程。因此要求循环流化床锅炉汽水系统必须能有效的吸收燃料燃烧释放出来的热量，将锅炉的给水经加热
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等过程而变为符合要求的过热蒸汽，送往汽轮机做功。锅炉汽水系统又包括汽包水位控制系统和过热蒸汽温度控制系统。 汽包水位是锅炉运行中重要的监控参数之一，它间接地反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系，维持汽包水位在正常范围内是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。锅炉运行中的正常水位一般规定在汽包中心线以下100-200mm。汽包锅炉水位自动控制的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定范围内。随着锅炉容量和参数的提高，汽包的容积相对减小，锅炉蒸发受热面的热负荷提高，加快了负荷变化时水位的变化速度。对于煤粉炉而言，影响汽包水位的扰动有给水流量、锅炉蒸发量、汽包压力、炉膛负荷热等。目前使用较多且功能完善的是串级三冲量水位控制系统。其控制系统如图2所示。 图2 串级三冲量水位控制系统 过热蒸汽温度是表明锅炉运行质量的重要指标之一，过热蒸汽温度过高或过低都会显著地影响电厂的安全性和经济性。影响过热器出口蒸汽温度变化的原因有很多，如蒸汽流量变化、燃烧工况变化、锅炉给水温度变化、进入过热器的蒸汽温度变化、流经过热器的烟气温度和流速变化、锅炉受热面结垢等。对过热蒸汽温度控制系统的要求是：在稳定工况下，气温偏差在±2℃的范围内；在10%的负荷阶跃扰动下，气温偏差在±5℃的范围内。目前采用的是串级过热气温控制系统，其控制系统原理图如图 3所示。
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图3 串级过热汽温控制系统 三、循环流化床锅炉燃烧系统 循环流化床锅炉的燃烧系统及设备主要包括：燃烧室（炉膛）、布风装置、物料循环系统、给料装置、烟风系统、除渣除灰系统、点火启动装置等。其中，炉膛、循环灰分离器和灰飞回送装置构成物料循环回路。 循环流化床锅炉内燃料燃烧是一个最基本而又是最为重要的物理、化学变化过程。新鲜的燃料被送进高温的循环流化床后，立即被大量灼热的床料包围并快速加热至接近床温，在这个过程中，燃料颗粒被迅速加热蒸发水分和干燥。 循环流化床锅炉燃烧自动控制的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应蒸汽负荷的需求，同时保证燃烧的经济性和锅炉运行的安全性。循环流化床锅炉燃烧自动控制主要包括：1、机组主控制系统2、燃料量控制3、送风（一、二次风）量控制4、床料温度（床温）控制5、引风量（炉膛压力）控制。为实现燃烧过程中对燃料量、送风量、床温和引风量的控制，相应的有燃料量控制系统、送风量控制系统、床温控制系统、引风量控制系统。这些控制系统之间存在着密切的相互关联和耦合，使锅炉的蒸发量适应负荷的需求并保证锅炉的安全经济运行。
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设计（论文）的技术路线及预期目标： 循环流化床自动控制的任务是在保证锅炉安全、稳定运行的前提下，使煤燃烧所产生的热量尽可能快的适应负荷的要求，同时保证经济燃烧及环保要求。循环流化床锅炉是一种利用新型燃烧技术即循环流化床燃烧技术燃烧矿物燃料产生蒸汽的一种装置，具有燃烧适应性强、效率高、脱硫率高、污染物排放量低等优点，目前，推广循环流化床的主要障碍在于循环流化床锅炉工艺复杂，对其进行良好的自动控制难度较大，因此目前循环流化床锅炉的自动化水平大部分比较低。 本毕业设计是基于PLC的75T/H工业循环流化床锅炉计算机监控系统设计，需要完成循环流化床的生产工艺了解、控制对象分析、控制方案确定及论证、仪表选型、集散控制系统（DCS）系统结构及配置、并利用DCS完成工艺参数数据的采集、指示、报警等整个装置的操作。 课题进度计划 2014年2月至3月完成对工业循环流化床锅炉的特性分析及掌握工作原理和工艺流程简介。 2014年3月至4月完成控制系统的实施方案和PLC编程，系统方案的仪表选型。 2014年4月至5月完成DCS系统配置与实现以及循环流化床锅炉计算机监控系统的上位监控组态。 2014年5月至6月完成毕业课题设计和设计答辩。
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完成课题所需条件及落实措施： 通过参考书籍以及到实际现场的参观，了解并掌握课题设计项目目标即循环流化床锅炉的主要系统设备组成和工业概况，具体来说即了解掌握工业循环流化床锅炉的基本原理及组成，燃烧系统的基本组成、内部燃烧特性、内运动特性，汽水系统的组成、要求及分布，各个系统的控制要求及特点。结合所学专业知识，在指导教师的指导下，利用西门子PLC软件编写控制程序并用工控组态软件实现对锅炉的上位监控，按照课题进度完成基于PLC的75T/H工业循环流化床锅炉计算机监控系统的设计。 参考文献、资料： 赵伟杰等.循环流化床锅炉控制系统的设计和应用.北京:中国电力出版社，2009 朱皑强，芮新红.循环流化床锅炉设备及系统.北京：中国电力出版社，2008 刘士荣.计算机控制系统.北京：机械工业出版社，2007.9 孙书芳等.西门子PLC高级培训教程.北京：人民邮电出版社，2011.11 梁绵鑫等.Wincc 基础及应用开发指南.北京：机械工业出版社，2009.4 指导教师意见： 指导教师（签字）： 年 月 日 学院毕业设计（论文）工作领导小组意见： 组长（签字）： 年 月 日
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