流化床锅炉与床温主汽压控制系统设计(附件)【字数：17103】
摘 要摘 要 随着国家对环境保护的逐步重视以及国民环保意识的逐步提高，国家对排放及控制污染物将会采取更严格的标准，又因循环流化床锅炉（简称CFB锅炉）具备了燃烧的效率高，燃烧适应的范围广以及污染低等优点而得以受到了广大发电公司的青睐，因此能够得到迅速发展。但由于CFB锅炉在实践和理论上尚有不完善之处，特别是在床温主汽压控制系统上，大多数的CFB锅炉并不具备自动控制的技术，甚至会采取手动控制，究其原因是CFB锅炉的系统参数较多，且不是线性的，很难构建其精确数学模型。 本文首先通过循环流化床床温主汽压被控对象的传递函数计算出稳态时的相对增益矩阵，然后用给煤量和一次风分别控制床温和主汽压，求出系统的传递矩阵以及解耦器的数学模型，构建对角矩阵解耦框图。论文最后应用matlab仿真软件进行仿真研究，仿真结果表明，无论给床温或主汽压哪个量为阶跃信号，它的仿真结果都很容易趋于平稳。而在此基础上采用PID控制时，仿真结果都会首先出现超调，然后才变得平稳。对其进行扰动试验，震荡较为严重，不利于系统运行。后又通过鲁棒性测试，表明其控制品质有所提高。关键词循环流化床锅炉（CFB）；床温主汽压；对角矩阵解耦；PID控制；
目录
第一章 绪论 1
1.1 循环流化床锅炉在国内和国外的发展 1
1.1.1 循环流化床锅炉在国外的发展 1
1.1.2循环流化床锅炉在国内的发展 1
1.2循环流化床锅炉的优点和缺点 2
1.2.1循环流化床锅炉的优点 2
1.2.2循环流化床锅炉的缺点 3
1.3课题研究的主要内容 4
1.4论文选题背景以及意义 4
第二章 循环流化床锅炉工作原理介绍 5
2.1循环流化床锅炉结构 5
2.2循环流化床的被控对象的特点以及控制的难点 6
2.2.1多变量的输入以及多变量的输出 6
2.2.2多变量的耦合性 6
2.2.3输入变量和输出变量之间的非线性 6
2.2.4循环流化床锅炉基础理论（流态化理论） 7
2.3循环流化床锅炉 8
2.3.1 汽包水位调节系统 8
2.3.2主汽压力调 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
节系统 9
2.3.3主汽温度调节系统 9
2.3.4一次风量调节系统 9
2.3.5二次风量调节系统 10
2.3.6引风量调节系统 10
2.3.7 料层差压控制 10
第三章 循环流化床床温主汽压影响因素介绍 12
3.1 影响床温变化的因素 12
3.1.1 给煤和床温 13
3.1.2 一次风与床温 15
3.2 影响主汽压变化的因素 16
3.2.1给煤量对于主汽压的作用 16
3.2.2一次风对蒸汽压力的影响 16
第四章 循环流化床床温主汽压控制试验仿真研究 17
4.1对角矩阵解耦 18
4.2 开环解耦MATLAB仿真 19
4.3 PID控制器的设计 20
4.4扰动试验测试 23
4.5鲁棒性试验测试 24
结束语 26
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 循环流化床锅炉在国内和国外的发展
1.1.1 循环流化床锅炉在国外的发展
世界上第一台流化床是被德国人温克勒在1921年的12月被发明出来的，它是用粗颗粒的床料组成的。快速流化床是麻省理工学院的刘易斯以及吉里兰在1938年的12月发明出来的。而在20世纪50到60年代的时候，此时的循环流化床才真正算是成为了具有工业实用价值的新技术。Lurgi/VAW循环流化床锅炉的焙烧反应器是在六十年代末的时候由德国鲁奇公司（Lurgi）发展运行的。20t/h的循环流化床锅炉是在1979年由芬兰奥斯龙（Ahlstrom）公司生产。而在1982年，第一台50t/h的可以作为商用的循环流化床锅炉是由德国鲁奇（Lurgi）公司投入并运行的，这是循环流化床锅炉成为煤燃烧设备的标志[1]。通常把第一类的流化床锅炉称作是鼓泡床锅炉（又或是沸腾床）；而循环流化床锅炉被称作是第二类流化床锅炉。两者的关系是既有相同点又有不同点。随后，国内外迅速发展起了循环流化床的技术，特别在国外拓展很快并往着大型化的方向进展。德国的鲁奇公司、美国的福丝特惠乐公司、德国的拉布柯克斯、美国巴特尔研究中心、瑞典的斯图特斯公司、芬兰的奥斯龙公司以及坦勒公司是当前国外有能力开发的研制单位和生产厂家[2]。
1.1.2循环流化床锅炉在国内的发展
能源问题与环境问题是如今国家发展的两种问题。我国是使用煤和生产煤的国家。而我们国家燃烧所出现的大气污染物是因煤的燃烧效率较低没法能有效地控制起来。目前所急需解决的问题是开发污染较低、高效率地洁净地燃煤的技术。燃料及脱硫剂能够多次地进行循环是循环流化床技术的主要特点，在于近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃煤技术，与煤粉炉相同的燃烧效率即是脱硫效率为90%,循环流化床锅炉因为具有燃料的适应性广、负荷的调节性能较好、有利于综合利用灰渣的优点，因此在国际上它被迅速地推广[3]。在循环流化床的研究发展上，我国制造锅炉的厂家、科研院、高等院校方方面面也做了巨大的工作。四川内江的白马发电总厂建造了我国第一座100MW的循环流化床锅炉，这座锅炉是在1996年4月被投入运行。在1997年5月，宁波的中华纸业有限公司投运了东方引进型50MW的循环流化床锅炉。上海锅炉制造厂与中科院工程热物理研究所联合完成了200MW循环流化床锅炉的研制开发工作。2006年7月7日，随着哈尔滨锅炉厂与中国电力投资集团公司签订的210MW循环流化床锅炉顺利通过96h满负荷运行，这台国产200MW等级循环流化床机组将会成为我国第一台被投入商业化运行的机组，这充分说明了我国已基本掌握了大容量循环流化床发电机组的关键技术，具有自主研发循环流化床机组的能力，设计和制造技术达到国际先进水平。而后，2007年上海锅炉厂有限公司根据引进技术制造的300MW锅炉一伙的6组订单。2015年9月18日中国能建山西院设计，世界第一台由山西电建施工所安装的350MW超临界循环流化床机组会被正式投入商业的运营。对于我国火电结构的优化，污染物排放的减少和电力工业的可持续发展的实现，流化床锅炉的发展会起到积极的推动作用。
1.2循环流化床锅炉的优点和缺点
目录
第一章 绪论 1
1.1 循环流化床锅炉在国内和国外的发展 1
1.1.1 循环流化床锅炉在国外的发展 1
1.1.2循环流化床锅炉在国内的发展 1
1.2循环流化床锅炉的优点和缺点 2
1.2.1循环流化床锅炉的优点 2
1.2.2循环流化床锅炉的缺点 3
1.3课题研究的主要内容 4
1.4论文选题背景以及意义 4
第二章 循环流化床锅炉工作原理介绍 5
2.1循环流化床锅炉结构 5
2.2循环流化床的被控对象的特点以及控制的难点 6
2.2.1多变量的输入以及多变量的输出 6
2.2.2多变量的耦合性 6
2.2.3输入变量和输出变量之间的非线性 6
2.2.4循环流化床锅炉基础理论（流态化理论） 7
2.3循环流化床锅炉 8
2.3.1 汽包水位调节系统 8
2.3.2主汽压力调 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
节系统 9
2.3.3主汽温度调节系统 9
2.3.4一次风量调节系统 9
2.3.5二次风量调节系统 10
2.3.6引风量调节系统 10
2.3.7 料层差压控制 10
第三章 循环流化床床温主汽压影响因素介绍 12
3.1 影响床温变化的因素 12
3.1.1 给煤和床温 13
3.1.2 一次风与床温 15
3.2 影响主汽压变化的因素 16
3.2.1给煤量对于主汽压的作用 16
3.2.2一次风对蒸汽压力的影响 16
第四章 循环流化床床温主汽压控制试验仿真研究 17
4.1对角矩阵解耦 18
4.2 开环解耦MATLAB仿真 19
4.3 PID控制器的设计 20
4.4扰动试验测试 23
4.5鲁棒性试验测试 24
结束语 26
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 循环流化床锅炉在国内和国外的发展
1.1.1 循环流化床锅炉在国外的发展
世界上第一台流化床是被德国人温克勒在1921年的12月被发明出来的，它是用粗颗粒的床料组成的。快速流化床是麻省理工学院的刘易斯以及吉里兰在1938年的12月发明出来的。而在20世纪50到60年代的时候，此时的循环流化床才真正算是成为了具有工业实用价值的新技术。Lurgi/VAW循环流化床锅炉的焙烧反应器是在六十年代末的时候由德国鲁奇公司（Lurgi）发展运行的。20t/h的循环流化床锅炉是在1979年由芬兰奥斯龙（Ahlstrom）公司生产。而在1982年，第一台50t/h的可以作为商用的循环流化床锅炉是由德国鲁奇（Lurgi）公司投入并运行的，这是循环流化床锅炉成为煤燃烧设备的标志[1]。通常把第一类的流化床锅炉称作是鼓泡床锅炉（又或是沸腾床）；而循环流化床锅炉被称作是第二类流化床锅炉。两者的关系是既有相同点又有不同点。随后，国内外迅速发展起了循环流化床的技术，特别在国外拓展很快并往着大型化的方向进展。德国的鲁奇公司、美国的福丝特惠乐公司、德国的拉布柯克斯、美国巴特尔研究中心、瑞典的斯图特斯公司、芬兰的奥斯龙公司以及坦勒公司是当前国外有能力开发的研制单位和生产厂家[2]。
1.1.2循环流化床锅炉在国内的发展
能源问题与环境问题是如今国家发展的两种问题。我国是使用煤和生产煤的国家。而我们国家燃烧所出现的大气污染物是因煤的燃烧效率较低没法能有效地控制起来。目前所急需解决的问题是开发污染较低、高效率地洁净地燃煤的技术。燃料及脱硫剂能够多次地进行循环是循环流化床技术的主要特点，在于近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃煤技术，与煤粉炉相同的燃烧效率即是脱硫效率为90%,循环流化床锅炉因为具有燃料的适应性广、负荷的调节性能较好、有利于综合利用灰渣的优点，因此在国际上它被迅速地推广[3]。在循环流化床的研究发展上，我国制造锅炉的厂家、科研院、高等院校方方面面也做了巨大的工作。四川内江的白马发电总厂建造了我国第一座100MW的循环流化床锅炉，这座锅炉是在1996年4月被投入运行。在1997年5月，宁波的中华纸业有限公司投运了东方引进型50MW的循环流化床锅炉。上海锅炉制造厂与中科院工程热物理研究所联合完成了200MW循环流化床锅炉的研制开发工作。2006年7月7日，随着哈尔滨锅炉厂与中国电力投资集团公司签订的210MW循环流化床锅炉顺利通过96h满负荷运行，这台国产200MW等级循环流化床机组将会成为我国第一台被投入商业化运行的机组，这充分说明了我国已基本掌握了大容量循环流化床发电机组的关键技术，具有自主研发循环流化床机组的能力，设计和制造技术达到国际先进水平。而后，2007年上海锅炉厂有限公司根据引进技术制造的300MW锅炉一伙的6组订单。2015年9月18日中国能建山西院设计，世界第一台由山西电建施工所安装的350MW超临界循环流化床机组会被正式投入商业的运营。对于我国火电结构的优化，污染物排放的减少和电力工业的可持续发展的实现，流化床锅炉的发展会起到积极的推动作用。
1.2循环流化床锅炉的优点和缺点
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