锅炉汽包水位控制新版系统.doc

目录

1.汽包水位动态特性描述 1
1.1.汽包在给水流量作用下动态特性 1
1.2.汽包水位在蒸汽流量扰动下动态特性 2
2.汽包水位控制方案选取及其原理 4
2.1.三冲量控制原理及各某些作用 4
2.1.1.控制原理 4
2.1.2.各某些作用 5
3.前馈-串级控制系统特点和调节器作用方式判断 7
3.1.控制系统特点 7
3.1.1.前馈控制系统特点 7
3.1.2.串级控制系统特点 7
3.2.调节器作用方式判断 7
3.2.1.判断副调节器作用方式 7
3.2.2.判断主调节作用方式 7
4.控制仪表及技术参数 8
4.1.控制仪表选定 8
4.2.各元器件型号及参数 8
5.总结与体会 10
参照文献 11
摘要
在锅炉运营中，水位是一种很重要参数。若水位过高，则会影响汽水分离效果，使用气设备发生故障；而水位过低，则会破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆炸。同步高性能锅炉发生蒸汽流量很大，而汽包体积相对来说较小，因此锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制任务，就是控制给水流量，使其与蒸发量保持平衡，维持汽包内水位在容许范畴内变化。
锅炉汽包水位是一种非线性、时变大、强耦合多变量系统，讨论了当前普通采用控制办法,分析了水位对象模型动静特性。一方面从锅炉汽包内水热平衡、物质平衡原理出发,推导出了用来描述锅炉水位对象通用机理控制模型,通过对几种控制方案分析、研究与比较,选三冲量系统作为最佳控制方案,并着力研究三冲量系统特点。

核心词： 锅炉汽包 水位控制 三冲量控制系统

锅炉汽包水位控制系统
1. 汽包水位动态特性描述
1.1. 汽包在给水流量作用下动态特性
为了在给水量扰动实验过程中保障机组运营安全性和实验效果，选取某一负荷工况下实验，由于此时给水泵出力有较大裕量，万一实验中汽包水位上升过快，运营人员可及时手操控制；此外，选取10%扰动量不会影响机组安全运营，且实验效果比较明显。
在某一负荷工况下，汽包水位控制由自由控制方式切换为手动控制方式；手操迅速变化气泵转速；使给水流量迅速增长10%；记录给水量扰动实验曲线如图2-1，相称于积分环节和惯性环节之和，其表达式如下，
则

从实验图2-1可以看出，在锅炉燃烧工况不变，即锅炉蒸发量不变时，减少给水量，汽包水位虚假水位并不明显；此外，通过实验曲线可以求得汽包水位控制对象在给水量扰动下滞后时间和响应速度，从而求得汽包水位对象在给水量扰动下传递函数。传递函数表达式如下，

从物质平衡观点来看，加大给谁流量W，水位应及时上升，但实验状况实际并不如此，而水位通过一段时间延迟，甚至先下降后上升，重要是由于给水温度远低于省煤器温度，使省煤器内汽泡总容积减少，因而，进入省煤器内部水一方面用来弥补省煤器中因汽泡破灭引起容积减少而减少水位，通过一段时间延迟甚至水位下降后，水位才干不断上升。

图2-1 给水流量扰动曲线

1.2. 汽包水位在蒸汽流量扰动下动态特性
蒸汽流量阶跃增大时，蒸汽流量扰动实验曲线，如图2-2所示。蒸汽流量扰动实验曲线相称于一阶惯性环节2和积分环节1传递函数差相应实验曲线，体现为有虚假水位无自平衡能力对象，汽包水位控制对象传递函数如下，

则

图2-2 蒸汽流量扰动曲线

蒸汽流量扰动时，蒸汽流量高于给水流量，汽包水位无自平衡能力，因此水位应当直线下降，但实验中实际水位先上升后下降，这种现象称为虚假水位现象。浮现虚假水位因素是符合增长时，燃料量来不及增长，使汽包压力下降，汽泡膨胀，体积增大而水位上升；一段时间后，汽泡容积与负荷相适应达到稳定，水位就要反映物质平衡关系而下降。

2. 汽包水位控制方案选取及其原理
由于单冲量汽包水位调节存在着某些缺陷，即单冲量控制方案只依照水位信号控制给水量，在锅炉负荷变化大，也就是阶跃扰动很大时，会浮现锅炉假水位现象。因此当前现场采用比较先进方案普通是三冲量控制。
2.1. 三冲量控制原理及各某些作用
2.1.1. 控制原理
考虑到给水流量扰动影响及由于被控对象非线性等因素，将给水流量引入到双冲量过程控制系统中，构成三冲量水位控制系统，三冲量水位控制系统中，出了汽包水位和蒸汽流量外，引入第三个冲量是水流量。三冲量水位控制系统是将汽包水位作为主被控变量，给水流量作为副被控变量串级控制系统与蒸汽流量作为前馈信号前馈串级反馈控制系统。三冲量水位控制系统以锅炉水位为主控信号，给水流量为控制器反馈信号来控制给水流量，它以物料平衡关系为根据，能适应负荷迅速变化，它不但能克服“虚假水位”影响，也能克服由于给水压力变化等因素引起给水流量变化影响，从而使系统有更好动态响应和静态特性。
三冲量水位控制系统方框图如下图3-1，
图3-1 三冲量水位控制系统方框图

三冲量水位控制系统原理图如下图3-2，

图3-2 三冲量水位控制系统原理图
在双冲量基本上引入给水流量信号，构成三冲凉控制系统。三冲量控制依照汽包水位、蒸汽量、给水流量三个信号区控制给水流量稳定汽包水位，其中，汽包水位是主信号，蒸汽流量是前馈信号，给水量为副信号，三冲量控制对象为电泵和汽泵。
2.1.2. 各某些作用
控制模块PID参数调节：由于给水流量与蒸汽流量变化使汽包水位发生变化需要一定期间，因而，控制系统为串级回路控制，控制器为反作用，引入蒸汽量与给水流量信号，这样可以使给水泵提前动作，消除迟缓。
三冲量控制回路：当汽包水位上升或下降时，与设定值产生偏差，主控制器输出将减小或增大，此值与前馈信号相加，即为副控制器设定值。将设定值与给水流量进行比较，副控制输出减小或增大，从而使电泵和汽泵转速减少或升高，实现汽包水位自动控制。
三冲量控制前馈回路：当蒸汽流量变化时，通过加法器和副控制器变化给水泵转速即给水流量。由于蒸汽流量代表负荷，因此当负荷变化时，相应变化给水流量，从而减少或抵消由于虚假水位现象而使给水流量向与负荷相反方向变化趋势。
三冲量控制副回路：当给水流量发生变化时，副控制器及时动作，使给水流量恢复到本来数值，给水流量信号能消除给水流量自发性变化，因而当给水流量发生自发性变化时，汽包水位基本上不受影响。

3. 前馈-串级控制系统特点和调节器作用方式判断
3.1. 控制系统特点
3.1.1. 前馈控制系统特点
（1）前馈控制是基于原理工作，比反馈控制及时有效；
（2）前馈控制是属于开环控制系统；
（3）前馈控制使用是视对象特性而定“专用”控制器。又称前馈补偿装置
（4）一种前馈作用只能克服一种干扰。
3.1.2. 串级控制系统特点
串级控制系统特点有：按偏差进行调节；调节量小，失调量小，能随时理解被控量变化状况；输出影响输入(闭环)。
因而，将前馈控制和串级控制相结合起来，构成前馈-串级控制系统，是具备良好控制效果控制方式，可以进一步提高系统前馈控制精度。
3.2. 调节器作用方式判断
3.2.1. 判断副调节器作用方式
系统原理方框图所示，当测量值W上升时，由于阀门为气开阀，调节器输出减小，即当调节器输入值增长时，调节器输出减小，调节器作用为反作用。
3.2.2. 判断主调节作用方式
系统原理方框图所示，当测量值H上升时，测量值W应当下降，副调节器作用方式为反作用，则主调节器输出应增大，即主调节器输入上升时，其输出也上升，主调节器作用为正作用。

4. 控制仪表及技术参数
4.1. 控制仪表选定
在汽包水位控制系统设计中，所需要使用仪表由主副调节器、主副变送器、电动执行器、电动操作器、显示仪表等。其选型如下：
在前馈-串级控制系统中，调节器作用是准保证证被控量符合生产规定，工艺上对控制品质规定不是很高，不容许被调量存在较大偏差，因而，调节器都必要具备积分作用，普通都采用PI调节器，故采用实验室智能仪表控制型号为才SA-11.前馈反馈系统整定要比简朴系统复杂些。对于调节器正反作用方式选取，要使一种过程控制系统正常工作，系统必要采用负反馈。
本系统选取控制阀为气开式，由于要保证锅炉汽包安全，在没有信号时候是关闭。Kv>0,变送环节Km>0，由于阀体开度增大，流量增大从而被控对象也就是锅炉汽包液位也会增长，因此，Kp>0，满足KvKmKpKc>0,因此Kc>0,即控制器选用反作用控制器。当水位变送器检出水位偏离设定值，控制器反作用，控制器输出就小，阀开度变小，进水量变小。
4.2. 各元器件型号及参数
调节器选型：
主调节器选取型号为CR-6031
CR-6031技术指标：
工作电压： 最大：28V 最小：20V
电流环： 两线制4mv~20mv
工作压力： 22MPa max
测量范畴： 1500mm
测量周期： 0.5秒
环境温度： -40~65（摄氏度）
防护级别： IP65
变送器选型
变送器选取型号为MS-121
MS-121技术指标：
输出信号：4-20mv，0-10v
电流消耗：40mv为最大
防护：NEMA 4X(IP66)
安装：隔膜垂直方向安装
调节阀选型
调节阀选取型号为ZAJP 电动单座调节阀
ZAJP技术指标：
型 式：电动执行机构（如DKZ型执行机构）
电 源：220V或380V
输入信号：4-20mA或0-10V•DC
输出信号：4-20mA•DC

5. 总结与体会
通过这次课程设计，让我学到了许多课堂上学不到东西，不但锻炼了我收集信息、提取信息能力，并且还教会了我一种做学问态度。使我深刻结识到做好一种课程设计是很困难，并且需要严谨态度才干完毕。由于我所学知识有限，因此在设计过程就难免会很吃力并且浮现诸多错误，这就需要咱们有自强不息能力。
通过这次过程控制课程设计，我不但更加深刻理解了锅炉汽包水位三冲量控制，并且将咱们过程控制与基本办公软件word，visio等，固然尚有Auto CAD相结合，更一步提高了咱们综合运用知识能力。在设计一开始时候，我还以为课程设计给了2周时间，实在是太长了，慢慢才发现课程设计不是这样好做。课程设计模板、格式都什么也不懂得，通过教师解说，尚有自己去图书馆查阅资料，上网搜索才慢慢捋顺。就这样我才一步步完毕了本次课程设计。
通过对这些资料整顿、理解和消化，使我对过程控制技术特别是锅炉炉膛负压控制技术有了更深一层次理解。我喜欢做课程设计，由于它不但巩固我所学基本知识，并且可以提高我动手能力和动脑能力。同步，还要感谢教师们为咱们安排了生产实习和过程控制课程设计这样可以锻炼咱们能力实践性环节，及左鸿飞教师对咱们课程设计顺利完毕所付出汗水。

参照文献
【1】 崔艳华，刘海燕等，锅炉设备与运营，化学工业出版社，8月
【2】 周菊华，郝杰等，电厂锅炉 第二版，中华人民共和国电力出版社，8月
【3】 侯典来. 模仿量控制技术及其应用，中华人民共和国电力出版社，5月
【4】 于林秸，锅炉运营第二版，中华人民共和国电力出版社，1995年3月
【5】 吴勤勤，控制仪表及装置 第三版，化学工业出版社，5月
【6】 王祥，电厂热力设备及系统，中华人民共和国电力出版社，8月
【7】 叶江明，电厂锅炉原理及设备，中华人民共和国电力出版社，8月