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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳翰億
研究生(外文):Han-Yi Chen
論文名稱:燃油蒸汽鍋爐視窗程式設計
論文名稱(外文):Windows Programming of Oil-fired Steam Boiler
指導教授:林顯聖
口試委員:黃淵祥張志雄陳誠亮
口試日期:2009-07-22
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:化學工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:94
中文關鍵詞:燃油鍋爐即時動態模擬視窗程式設計鍋爐液位控制
外文關鍵詞:Oil-fired boilerReal-time dynamic simulationWindows programmingBoiler level control
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燃油鍋爐在化學工業和電廠中扮演一個極為重要的角色,其用途在於提供蒸汽。對於鍋爐操作不熟悉的設備人員,常因為壓力或液位控制不好而造成危險。利用電腦程式模擬真實鍋爐,有助於設備人員對鍋爐的瞭解,減少事故發生。本研究利用個人電腦開發一座自然循環水管式鍋爐視窗模擬程式,期望模擬出鍋爐的動態模式及控制系統以提供學習使用。
在蒸汽鍋爐裡,利用進水流量來調節液位是極為重要的控制。一般進水的控制可分為單元件、二元件以及三元件液位控制。本研究利用Visual Basic 2005撰寫視窗程式,並加入單元件、二元件與三元件液位控制系統,以比較不同控制策略對於鍋爐液位之影響。並設計人性化視窗介面讓使用者更容易藉由程式學習鍋爐操作。
從模擬結果得知開發完成的燃油蒸汽鍋爐模擬程式可表現出單元件、二元件與三元件的控制差異,作為教學應用。
Oil-fired boilers play important roles in chemical industry and power plant, the main purpose is to provide steam. If the engineer is not familiar with the boiler operation, his improper operation may make dangerous. Therefore, using boiler simulation program to train the engineer can help him more familiar the boiler operation and decrease the frequency of accident consequentially. This research developed a windows simulation program of natural circulation water-tube boiler. It is expected that this dynamic model and control system simulation can provide the beginner learning use.
In a steam boiler, feedwater level control is important. Feedwater control systems are classified as single, two or three element feedwater control systems. Visual Basic 2005 was used to develop the windows program. Single-element, two-element and three-element control systems of boiler level control strategies are provided for comparing purpose. The friendly windows interface lets the boiler operation learning become easier.
From the testing results, the program can simulate the differences between single-element, two-element and three-element feedwater control. It has the learning practicability.
目 錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 文獻回顧 1
1.2 研究動機 2
1.3 章節安排 3
第二章 蒸汽鍋爐 4
2.1 前言 4
2.2 鍋爐構造 4
2.3 燃料 6
第三章 鍋爐程式開發 8
3.1 前言 8
3.2 燃料燃燒 8
3.3 動態模式 13
3.3.1 燃燒與傳熱的動態模式 13
3.3.2 鍋爐各部分的動態模式 16
3.3.3 飽和狀態下的熱力學性質 22
3.4動態模擬程式運作與模擬結果 25
3.4.1 模擬條件 25
3.4.2 模擬程式設計 26
3.4.3 模擬結果 28
第四章 即時動態視窗程式操作與開發 33
4.1 前言 33
4.2 模擬程式的開頭畫面 33
4.3 模擬程式的主選單 34
4.4 單元件液位控制模擬視窗 36
4.5 二元件液位控制模擬視窗 39
4.6 三元件液位控制模擬視窗 40
4.7 控制器參數調諧視窗 41
4.8 改變擾動值視窗 44
4.9 實驗數據視窗 45
4.10 應答圖視窗 46
4.11 模擬程式操作實例 53
4.12 保護系統 56
第五章 鍋爐控制 62
5.1前言 62
5.2壓力控制 62
5.3單元件液位控制 63
5.3.1 單元件控制架構 63
5.3.2 進水閥動態 65
5.3.3 液位控制器 66
5.3.4 單元件控制結果 67
5.4二元件液位控制 74
5.4.1 二元件控制架構 74
5.4.2 前饋控制器 75
5.4.3 二元件控制結果 76
5.5三元件液位控制 81
5.5.1 三元件控制架構 81
5.5.2 串級流量控制迴路 82
5.5.3 三元件控制結果 83
第六章 結論與未來展望 88
6.1 結論 88
6.2 未來展望 89
參考文獻 90
符號說明 92


表目錄

表 3.1 燃燒反應式和煙道氣量、需氧量的計算 9
表 3.2 詳細鍋爐規格 25
表 3.3 模擬程式的穩態值 26
表 4.1 控制參數符號所代表之意義 42
表 5.1 Tyreus and Luyben針對連續環圈法的控制器設定 67
表 5.2 控制器參數 67




圖目錄

圖 2.1 鍋爐構造示意圖 5
圖 3.1 主程式計算流程圖 27
圖 3.2 不同穩態下,蒸汽需求量與燃油流量的關係圖 28
圖 3.3 不同穩態下,燃油流量與煙道氣出口溫度的關係圖 29
圖 3.4 不同穩態下,燃油流量與鍋爐效率值的關係圖 29
圖 3.5 燃油流量增加10%下壓力的變化 30
圖 3.6 燃油流量增加10%下液位的變化 31
圖 3.7 蒸汽需求量改變對壓力的影響 32
圖 3.8 蒸汽需求量改變對液位的影響 32
圖 4.1 模擬程式開頭畫面 33
圖 4.2 模擬程式主選單 34
圖 4.3 系統參數設定視窗 35
圖 4.4 提示儲存成功視窗 36
圖 4.5 單元件液位控制模擬視窗 37
圖 4.6 模擬視窗上方的功能表 38
圖 4.7 二元件液位控制模擬視窗 39
圖 4.8 三元件液位控制模擬視窗 40
圖 4.9 壓力控制器參數調諧視窗 41
圖 4.10 液位控制器參數調諧視窗 42
圖 4.11 前饋控制器參數調諧視窗 42
圖 4.12 已調為自動控制 43
圖 4.13 選擇自動控制之下參數只剩SP可調 44
圖 4.14 改變蒸汽量視窗 45
圖 4.15 實驗數據視窗 46
圖 4.16 數據繪圖視窗 47
圖 4.17 開啟數據檔視窗 47
圖 4.18 y軸下拉式清單 48
圖 4.19 繪製一條數據線 48
圖 4.20 選擇繪製穩態線 49
圖 4.21 更改y軸為壓力並畫圖 50
圖 4.22 同時繪製四條數據線 51
圖 4.23 列印視窗 52
圖 4.24 先將控制器手動改自動 53
圖 4.25 增加蒸汽需求量10%並設定取樣時間為15秒 54
圖 4.26 於記錄時間60分時按停止記錄 54
圖 4.27 開啟數據檔 55
圖 4.28 繪製數據圖 55
圖 4.29 液位超過使用範圍的警告視窗 57
圖 4.30 壓力超過使用範圍的警告視窗 57
圖 4.31 時間輸入錯誤視窗 58
圖 4.32 阻尼比和β值輸入錯誤視窗 58
圖 4.33 操作範圍輸入錯誤視窗 58
圖 4.34 控制器參數輸入錯誤之警告視窗 59
圖 4.35 設定點與輸出訊號輸入錯誤之警告視窗 59
圖 4.36 取樣時間輸入錯誤之警告視窗 59
圖 4.37 檔名輸入錯誤之警告視窗 60
圖 4.38 開啟檔案錯誤之警告視窗 60
圖 4.39 繪製過多數據線之警告視窗 61
圖 5.1 鍋爐壓力控制架構 62
圖 5.2 單元件液位控制架構 64
圖 5.3 蒸汽需求量增加10%下的壓力控制應答圖 68
圖 5.4 蒸汽需求量增加10%下的單元件液位控制應答圖 68
圖 5.5 蒸汽需求量增加10%下燃油流量變化的應答圖 69
圖 5.6 蒸汽需求量增加10%下進水流量變化的應答圖 69
圖 5.7 蒸汽需求量增加100%下的壓力控制應答圖 70
圖 5.8 蒸汽需求量增加100%下的單元件液位控制應答圖 70
圖 5.9 蒸汽需求量增加100%下燃油流量變化的應答圖 71
圖 5.10 蒸汽需求量增加100%下進水流量變化的應答圖 71
圖 5.11 蒸汽需求量增加10%下不同β對液位造成的影響 72
圖 5.12 蒸汽需求量增加10%下不同β對進水流量造成的影響 73
圖 5.13 二元件液位控制架構圖 74
圖 5.14 蒸汽需求量增加10%下二元件與單元件控制的壓力變化比較 77
圖 5.15 蒸汽需求量增加10%下二元件與單元件控制的液位變化比較 77
圖 5.16 蒸汽需求量增加10%下二元件與單元件控制的燃油流量變化比較 78
圖 5.17 蒸汽需求量增加10%下二元件與單元件控制的進水流量變化比較 78
圖 5.18 蒸汽需求量增加100%下二元件與單元件控制的壓力變化比較 79
圖 5.19 蒸汽需求量增加100%下二元件與單元件控制的液位變化比較 79
圖 5.20 蒸汽需求量增加100%下二元件與單元件的燃油流量變化比較 80
圖 5.21 蒸汽需求量增加100%下二元件與單元件的進水流量變化比較 80
圖 5.22 三元件液位控制架構 82
圖 5.23 串級流量控制與單元件控制比較 83
圖 5.24 蒸汽需求量增加10%下單元件、二元件與三元件之壓力變化比較 84
圖 5.25 蒸汽需求量增加10%下單元件、二元件與三元件之液位變化比較 84
圖 5.26 蒸汽需求量增加10%下單元件、二元件與三元件之燃油流量變化 85
圖 5.27 蒸汽需求量增加10%下單元件、二元件與三元件之進水流量變化 85
圖 5.28 蒸汽需求量增加100%單元件、二元件與三元件之壓力變化比較 86
圖 5.29 蒸汽需求量增加100%單元件、二元件與三元件之液位變化比較 86
圖 5.30 蒸汽需求量增加100%單元件、二元件與三元件之燃油流量比較 87
圖 5.31 蒸汽需求量增加100%單元件、二元件與三元件之進水流量比較 87
參考文獻

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