生物质锅炉控制系统设计开题报告

全文总字数：4170字

1. 研究目的与意义（文献综述）

传统的燃煤锅炉大多使用发热量低，灰分大的劣质煤，对环境的破坏大。部分容量大的锅炉还需要将煤磨制成比面粉还细的煤粉。而将煤制成煤粉，设备复杂、耗电量大。迫于能源短缺与环境恶化的双重压力,世界各国争相发展安全、环保、可再生的生物质能源。在此背景下，使用生物质颗粒作为燃料的生物质锅炉成为了替代传统燃煤锅炉的一个选择。生物质锅炉主要燃烧生物质颗粒，而生物质颗粒又是以木屑、秸秆等作为燃料，所以造价比较低，也就说明生物质锅炉的运行成本不会太高，生物质锅炉是继燃煤锅炉之后最为经济的锅炉。在此基础之上，我国作为一个农业大国，每年都会产生十几亿吨的农作物秸秆以及可再开发利用的薪柴 和林业废弃物，其中无法处理的剩余农作物秸秆在田间焚烧的要超过几亿吨，造成了严重的空气污染和资源浪费，若能合理转化利用这些生物质能源，将有效缓解能源紧张的问题。目前应用最普遍也最简便的转化技术就是将生物质直接燃烧转化为热能，因此不断研究开发高效的生物质燃烧技术以及相适应的生物质锅炉具有重要意义。通过生物质锅炉合理利用农业中产生的大量生物质能源，将会取得巨大的社会经济效益。

但是生物质种类复杂，有林业废弃物还有农作物废弃物，不同种类生物质之间形态、组分、物性和燃烧性能各不相同，很难找到一种燃烧方式可以满足各种生物质燃烧需要满足的条件。因此需要根据不同种类生物质燃料的燃烧特性选择不同的燃烧技术，并研制相应的燃烧设备。目前国内常见的燃烧方式有层状燃烧、浮悬燃烧、流化床燃烧。

层状燃烧是目前国内生物质锅炉应用最广泛的燃烧方式，其原理是用生物质燃料铺在炉排上形成层状进行燃烧，常采用链条炉或往复推饲炉排炉，小型锅炉常采用固定炉排。这种方式主要适合大颗粒和块状生物质的燃烧，细小的生物质燃料容易从炉排缝隙中漏下或是被炉排下的一次风吹起而无法充分利用。美国在 20 世纪 30 年代就开始研究生物质燃料成型技术及燃烧技术，并研制出了螺旋压缩机及相应的燃烧设备。同一时期，日本开始研究机械活塞式成型技术，并于 1954 年研制出棒状燃料成型机及相关的燃烧设备。20 世纪70 年代后期，西欧的一些国家如芬兰、德国、法国、意大利等国家也开始研究压缩成型技术和燃烧技术，并先后有了各类成型机及配套的燃烧设备。我国生物质成型燃料技术始于 20 世纪 80 年代中期，到目前已达到了一定的工业化生产规模。

2. 研究的基本内容与方案

生物质锅炉燃烧控制系统的设计，需要对系统的实时流量、液位、温度及压力等数据进行监控，以完成对蒸汽流量的统计，从而完成超限保护、报警及控制设备等功能。需要在整个控制过程中对风机、泵、电动阀等开关量，以及主蒸汽、温度、压力、气泡液位、流量等模拟量进行实时监控。

目前，生物质锅炉燃烧控制系统多采用pid控制策略。整个燃烧控制系统由燃料量控制系统、送风量控制系统、引风量控制3个子系统构成，主要实现对以下几类变量的控制：主蒸汽的温度及压力、炉内压力参数以及气泡水位值、生物质在炉膛停留的时间、燃料量、送风量、引风量，烟气含氧量等参数的精确控制。此外，控制系统还要实现生产过程的顺序控制、连锁保护和报警功能。

燃料量的供给状况是影响锅炉蒸汽压力的重要因素，而保持蒸汽的供需平衡是锅炉安全、稳定运行的关键。经过燃烧的一系列过程，燃料热值的变化和燃料流量的变化会带来主蒸汽压力值的改变，在燃烧的每个环节都存在迟滞，经过燃烧的整个过程后控制回路的滞后明显加大。针对这种总滞后大、环节复杂的生产过程，要达到高质量的控制目的，串级控制系统是最佳方案。

3. 研究计划与安排

第1～2周：查阅文献，翻译外文资料，初步确定设计方案；

第3～4周：毕业实习，撰写毕业实习报告；

第5周：确定最终方案，进行可行性分析，完成开题报告；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 刘立果, 张学军, 刘云, 等. 生物质成型燃料热风炉燃烧室的设计与研究[j]. 农机化研究, 2016, (10): 245-249.

[2] 谷洋洋, 李来春, 张绍娟. 基于智能pid控制的燃气锅炉燃烧控制系统研究[j]. 热能动力工程, 2015, 30(03): 413-417.

[3] 张秋菊. 模糊控制在生物质能锅炉温度控制系统中的研究[j]. 工业控制计算机, 2014, 27(03): 69-70.