燃气热值仪的设计与优化
发布时间：2021-10-28 21:33
能源问题是关乎一个国家经济发展、工业发展的重要问题。燃气是工业生产中重要的工业燃料,同时,也是国民生活的必需品。为了实现我国的可持续发展战略,对于能源问题,我们必须要做到的就是最大程度的节约能源,提高能源利用率。本文以冶金钢铁行业为研究背景,利用对烟气残氧含量分析的方法,设计一个燃气热值检测控制系统,并能通过控制空气流量使燃气达到最佳的燃烧状态,以及估算燃气热值。该系统是基于PLC S7-200设计的,监控系统是基于MCGS软件进行组态,利用触摸屏并且通过通讯的方式来实现对系统的控制。再建立流量、残氧含量等参数与生产目标间的关联模型,对空燃比设定值优化以及估算热值,进行以下探索和研究。（1）制定热值系统工艺的控制方案,明确控制任务。完成PLC选型及程序设计,满足现场控制需求,达到生产现场使用标准。（2）根据现场操作需要,搭建CO浓度检测装置,并建立CO补偿空气量模型。（3）根据数据分析,可以看出钢铁生产有着较大的优化空间,并确定燃气燃烧效率为优化目标。（4）对热值大量的历史数据进行了数据预处理与生产目标模型的建立,对数据进行相关性分析,选取燃气空气流量以及残氧含量为目标函数的输入量,采...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热值系统工艺流程图
内蒙古科技大学硕士学位论文-7-通过对不合理情况的分析，我们可以得出本系统可利用检测烟气中的残氧含量作为燃烧室内的空燃比是否达到最佳比例的判断依据。在热值检测仪中，对于煤气的输送必须保证稳定性。在实验环境中，由于煤气通常都是标准煤气，通过调压装置就能保证输送的稳定性，而在实际企业生产环境中，由于煤气的各参数都可能会产生波动，同时实际的工作环境也会带来大量扰动，这些扰动都可能对控制系统的稳定运行产生不利影响，这时就必须要求对于煤气稳定输送且具有足够的抗扰能力，因此往往采用闭环流量控制。残氧含量控制是通过空气闭环控制使烟气中的残氧含量达到其给定，此时煤气和助燃空气的比例就能保证煤气充分燃烧。2.1.2热值系统结构简介图2.2系统结构图1：手动阀2：一级稳压装置3：压力表4：常闭电磁阀5：二级稳压装置6：燃烧室7：氧化锆烟气分析仪8：点火装置9：热电偶10：煤气调节阀11：空气流量调节阀12：煤气流量计13：空气流量计14：风机15：安全放散阀16：CO浓度检测仪热值检测仪硬件结构图如上图所示，主要由手动阀、稳压装置（燃气（过滤）调压器）、常闭电磁阀、空气流量表、流量调节装置、氧化锆烟气分析仪、风机以及安全装置等组成。手动阀的作用是负责热值仪燃气管道是否为燃烧炉输送燃气，稳压装置的作用是调整输气管道输送的煤气压力并使煤气压力稳定在某一个压力值上，常闭电磁阀负责气体管道的开闭；流量计作用是量取各路气体流量，气泵的作用是提供煤气燃烧所需的助燃氧气，安全放散阀的作用是当空气管道压力过高时，将多余的空气
内蒙古科技大学硕士学位论文-9-本热值检测控制系统有两个流量闭环控制，是空气闭环和燃气闭环，闭环控制的原理是负反馈原理，闭环控制系统由测量装置、控制器、执行元件和被控对象组成。在本系统中，燃气闭环系统的测量装置是流量计，被控对象是流量。空气闭环的测量装置为氧化锆分析仪，被控对象为流量。两个闭环控制的控制器都采用PLC控制，执行机构都为流量调节阀。图2.3系统运行流程图2.3热值检测控制系统的算法选择为了使燃气的燃烧状态达到最佳状态，对燃气和助燃气体的流量的控制必须是响应迅速而且稳态误差尽可能小，快速跟随性能好，最好做到无稳态误差。而常用的控制算法有模糊控制和PID控制。模糊控制是将检测器检测的精确量模糊化处理，经过模糊控制器加以运算，将控制器的运算结果的模糊量转化为精确量对执行机构进行控制。模糊控制虽然不需要知道控制对象的准确的数学模型，但其对于一些简单信息的模糊化处理会使系统稳态误差加大，降低控制系统的动态性能，同时模糊规则和隶属函数的制定是根据经验。闭环PID控制是一种最优控制，已被广泛应用于工业当中，PID的控制特点是不需要掌握被控对象精确的数学模型，控制原理容易掌握且易于实现，控制参数之间互不影响，参数整定方法简单，结构改变灵活。闭环PID控制是基于反馈控制，利用偏差调节被控量，而反馈控制系统的特点是服从给定，抵抗扰动。根据对模糊控制和PID闭环控制的分析，可以得知对于热值检测仪的控制系统最适合采用闭环PID控制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]热值仪在热处理炉的应用及改进[J]. 张红强. 自动化应用. 2016(07)
[2]基于PLC变频器触摸屏综合利用自动生产线控制系统的设计和应用[J]. 陈慧敏. 教育现代化. 2016(04)
[3]轧钢加热炉燃烧工况在线测控系统[J]. 张天淼,马世伟,沈跳,王建国,饶文涛. 计算机测量与控制. 2015(10)
[4]S7-200 PLC在PID闭环控制系统中的应用[J]. 孙福成. 中国包装工业. 2015(12)
[5]DV-RRZY-3燃气热值仪在加热炉上的应用[J]. 张富,王刚,赵桐斌,东野长海. 冶金能源. 2015(03)
[6]触摸屏实现燃气热水器监控的研究[J]. 贺宗彦,冯良,庞志辉,齐亚腾,胡标. 上海煤气. 2014(06)
[7]空燃比动态寻优系统在加热炉上的应用[J]. 白龙飞. 工业炉. 2014(06)
[8]天然气热值调整控制系统的优化[J]. 刘俊德. 煤气与热力. 2012(10)
[9]基于数值模拟的热风炉燃烧模型[J]. 陈杉杉,国宏伟,张建良,杨天钧. 北京科技大学学报. 2011(05)
[10]热处理炉燃烧控制研究与应用[J]. 李西安,张红强. 自动化应用. 2010(09)
硕士论文
[1]自动热值测量系统[D]. 蔡铁.湖南大学 2002
本文编号：3463376
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热值系统工艺流程图
内蒙古科技大学硕士学位论文-7-通过对不合理情况的分析，我们可以得出本系统可利用检测烟气中的残氧含量作为燃烧室内的空燃比是否达到最佳比例的判断依据。在热值检测仪中，对于煤气的输送必须保证稳定性。在实验环境中，由于煤气通常都是标准煤气，通过调压装置就能保证输送的稳定性，而在实际企业生产环境中，由于煤气的各参数都可能会产生波动，同时实际的工作环境也会带来大量扰动，这些扰动都可能对控制系统的稳定运行产生不利影响，这时就必须要求对于煤气稳定输送且具有足够的抗扰能力，因此往往采用闭环流量控制。残氧含量控制是通过空气闭环控制使烟气中的残氧含量达到其给定，此时煤气和助燃空气的比例就能保证煤气充分燃烧。2.1.2热值系统结构简介图2.2系统结构图1：手动阀2：一级稳压装置3：压力表4：常闭电磁阀5：二级稳压装置6：燃烧室7：氧化锆烟气分析仪8：点火装置9：热电偶10：煤气调节阀11：空气流量调节阀12：煤气流量计13：空气流量计14：风机15：安全放散阀16：CO浓度检测仪热值检测仪硬件结构图如上图所示，主要由手动阀、稳压装置（燃气（过滤）调压器）、常闭电磁阀、空气流量表、流量调节装置、氧化锆烟气分析仪、风机以及安全装置等组成。手动阀的作用是负责热值仪燃气管道是否为燃烧炉输送燃气，稳压装置的作用是调整输气管道输送的煤气压力并使煤气压力稳定在某一个压力值上，常闭电磁阀负责气体管道的开闭；流量计作用是量取各路气体流量，气泵的作用是提供煤气燃烧所需的助燃氧气，安全放散阀的作用是当空气管道压力过高时，将多余的空气
内蒙古科技大学硕士学位论文-9-本热值检测控制系统有两个流量闭环控制，是空气闭环和燃气闭环，闭环控制的原理是负反馈原理，闭环控制系统由测量装置、控制器、执行元件和被控对象组成。在本系统中，燃气闭环系统的测量装置是流量计，被控对象是流量。空气闭环的测量装置为氧化锆分析仪，被控对象为流量。两个闭环控制的控制器都采用PLC控制，执行机构都为流量调节阀。图2.3系统运行流程图2.3热值检测控制系统的算法选择为了使燃气的燃烧状态达到最佳状态，对燃气和助燃气体的流量的控制必须是响应迅速而且稳态误差尽可能小，快速跟随性能好，最好做到无稳态误差。而常用的控制算法有模糊控制和PID控制。模糊控制是将检测器检测的精确量模糊化处理，经过模糊控制器加以运算，将控制器的运算结果的模糊量转化为精确量对执行机构进行控制。模糊控制虽然不需要知道控制对象的准确的数学模型，但其对于一些简单信息的模糊化处理会使系统稳态误差加大，降低控制系统的动态性能，同时模糊规则和隶属函数的制定是根据经验。闭环PID控制是一种最优控制，已被广泛应用于工业当中，PID的控制特点是不需要掌握被控对象精确的数学模型，控制原理容易掌握且易于实现，控制参数之间互不影响，参数整定方法简单，结构改变灵活。闭环PID控制是基于反馈控制，利用偏差调节被控量，而反馈控制系统的特点是服从给定，抵抗扰动。根据对模糊控制和PID闭环控制的分析，可以得知对于热值检测仪的控制系统最适合采用闭环PID控制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]热值仪在热处理炉的应用及改进[J]. 张红强. 自动化应用. 2016(07)
[2]基于PLC变频器触摸屏综合利用自动生产线控制系统的设计和应用[J]. 陈慧敏. 教育现代化. 2016(04)
[3]轧钢加热炉燃烧工况在线测控系统[J]. 张天淼,马世伟,沈跳,王建国,饶文涛. 计算机测量与控制. 2015(10)
[4]S7-200 PLC在PID闭环控制系统中的应用[J]. 孙福成. 中国包装工业. 2015(12)
[5]DV-RRZY-3燃气热值仪在加热炉上的应用[J]. 张富,王刚,赵桐斌,东野长海. 冶金能源. 2015(03)
[6]触摸屏实现燃气热水器监控的研究[J]. 贺宗彦,冯良,庞志辉,齐亚腾,胡标. 上海煤气. 2014(06)
[7]空燃比动态寻优系统在加热炉上的应用[J]. 白龙飞. 工业炉. 2014(06)
[8]天然气热值调整控制系统的优化[J]. 刘俊德. 煤气与热力. 2012(10)
[9]基于数值模拟的热风炉燃烧模型[J]. 陈杉杉,国宏伟,张建良,杨天钧. 北京科技大学学报. 2011(05)
[10]热处理炉燃烧控制研究与应用[J]. 李西安,张红强. 自动化应用. 2010(09)
硕士论文
[1]自动热值测量系统[D]. 蔡铁.湖南大学 2002
本文编号：3463376
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