海南大学法硕-海南大学法硕
2016
年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛
设计开发型赛项高校组初赛赛题
赛题
——
锅炉控制。
< br>要求根据所提供的工艺对象，通过分析其对象动态特性，设计系统控制方案，现场实施并投入运行。
一、被控对象描述
1.
工艺流程
赛题的被控对象是流程工业领域常见的自然循
环锅炉。锅炉是用于生产蒸汽的装置，生产的蒸汽用于
发电和提供热能。
去大气
过热蒸汽
XV1104
减温器
E1101
汽包
V1102
过热蒸汽
XV1105
炉膛
F1101
燃油
燃油泵
P1102
M
空气
风机
K1101
省煤器
E1102
烟气
软化水
上水泵
P1101
设备位号
设备名称
汽
包
V1102
减温器
E1101
省煤器
E1102
炉膛
F1101
风机
K1101
上水泵<
/p>
P1101
燃油泵
P1102
软化水经给水泵
P1101
泵出，
分成两路，一路给水去减温器
E1101
，
与过热蒸汽换 热，然后与另一路给
水混合进入省煤器
E1102
。去减 温器
E1101
的锅炉给水用于调整过热蒸汽的温度，同时也对锅炉给水进行
预热。正常工况时，大部分锅炉给水直接流向省煤器，小部分锅炉给水流向减温器。省煤器<
/p>
E1102
由多段
1
盘管组成，燃料燃烧产生的高温烟气自上而下通过管间，与管内的锅炉给水换热，回收烟气中的余
热，并
使锅炉给水进一步预热。
被烟气加热成
饱和水的锅炉给水全部进入汽包
V1102
，再经过对流管束和下降管进入锅炉水 冷壁，吸
收炉膛辐射热在水冷壁里变成汽水混合物，然后返回汽包
V11 02
进行汽水分离。锅炉汽包为卧式圆筒形承
压容器，内部装有给水分布
槽、汽水分离器等。汽水分离是汽包的重要作用之一，汽包
V1102
顶部设放空
阀
XV1104
，分离出的饱和蒸汽再次进入炉膛
F1101
进行汽相升温，成为过热蒸汽。出炉膛的过热蒸汽进入
减温器
E1101
壳程，进行温度微调并为锅炉给水预热，最后以工艺所要求的 过热蒸汽压力、过热蒸汽温度
输送给下游生产过程。过热蒸汽出口管线上设开关阀
XV1105
。
燃料经由燃料泵
P1102
泵入炉膛
F1101
的燃烧器，空气经变频鼓风机< /p>
K1101
送入燃烧器。燃料与空气
在燃烧器混合燃烧，产
生热量使锅炉水汽化。燃烧产生的烟气带有大量余热，对省煤器
E1102
中的锅 炉给
水进行预热。烟气经由烟道，靠烟囱的抽力抽出，通入大气。
锅炉的典型控制包括：
（
1< /p>
）燃烧控制，需要控制燃料和空气的配比，以达到充分燃烧；
（
2
）给水控制，需要与蒸汽产量匹配，以控制锅炉汽包内水的储量；
（
3
）过热蒸汽出口压力控制，要求能够根据 负荷的变化控制蒸汽压力；
（
4
）过热 蒸汽出口温度控制，需要根据工艺要求精确控制蒸汽温度。
2.
开车步骤
（
1
）启动前 检查所有的阀门、泵、鼓风机均处于关闭状态。
（
2< /p>
）打开汽包顶部放空阀
XV1104
。
< p>
（
3
）启动给水泵
P1101
，确保 锅炉上水管线畅通，使给水流量达到最小流量要求。
（
4
）建立汽包水位，使其维持在
50%
左右。
< /p>
（
5
）确保烟道畅通，启动鼓风机
K110 1
。
（
6
）启动燃料泵
P1102
，确保燃料管线畅通，为锅炉点火。
（
7
）当汽包压力达到
1.5MPa
左右 时，关闭汽包顶部放空阀
XV1104
。
（
8
）打开过热蒸汽出口管线开关阀
XV1105
，确保过热蒸汽出口管线畅通，使过热蒸汽出口温度和压
力继续上升。
（
9
）当过热蒸汽出口温度、过热蒸汽出口压力均维持在 工艺要求范围内时，提升负荷。
锅炉正常运行时，确保过热蒸汽出口温
度、出口压力和出口流量均维持在工艺要求范围内。同时，确
保锅炉处在安全、稳定的生
产工况。
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