鍋爐汽包水位設(shè)計(jì)

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1、鍋爐汽包水位設(shè)計(jì)目錄第1章緒論11.1鍋爐汽包水位自動(dòng)控制的意義11.2鍋爐液位控制的難點(diǎn)1第2章方案論證22.1單沖量控制系統(tǒng)22.2雙沖量控制系統(tǒng)22.3三沖量控制系統(tǒng)2第3章硬件設(shè)計(jì)53.1液位變送器的選擇53.2壓力傳感器/變送器63.3控制器的選擇63.4執(zhí)行器的選擇73.5控制器的作用方式83.6閥的開閉選擇形式8第4章軟件設(shè)計(jì)94.1PID對(duì)控制的影響94.2PID控制器的參數(shù)整定94.3鍋爐汽包水位的三沖量串級(jí)PID控制系統(tǒng)仿真11第5章總結(jié)14參考文獻(xiàn)15第1章緒論1.1鍋爐汽包水位自動(dòng)控制的意義鍋爐汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)是使給水量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量

2、，并維持汽包中的水位在工藝允許的范圍內(nèi)。維持汽包水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋?zhàn)o(hù)和汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件，也是鍋爐正常運(yùn)行的主要指標(biāo)之一。水位過高，會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離效果，使汽包出口的飽和蒸汽帶水增多，蒸汽帶水會(huì)使汽輪機(jī)產(chǎn)生水沖擊，引起軸封破損、葉片斷裂等事故。同時(shí)會(huì)使飽和蒸汽中含鹽量增高，降低過熱蒸汽品質(zhì)，增加在過熱器管壁和汽輪機(jī)葉片上的結(jié)垢。水位過低，則可能破壞自然循環(huán)鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)中某些薄弱環(huán)節(jié)，以致局部水冷管壁被燒壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成爆炸事故。這些后果都是十分嚴(yán)重的。隨著鍋爐容量的增加，水位變化速度愈來愈快，人工操作愈來愈繁重，因此對(duì)汽包水位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)提出了迫

3、切的要求。1.2鍋爐液位控制的難點(diǎn)液位的控制技術(shù)是通過控制進(jìn)水或出水閥門的開度，改變水流量來實(shí)現(xiàn)的，而水溫的控制是通過調(diào)節(jié)加熱的功率來實(shí)現(xiàn)的。鍋爐液位的控制是鍋爐控制系統(tǒng)較為重要和比較難于控制的一項(xiàng)。由于在鍋爐運(yùn)行過程中存在進(jìn)水量和出水量的變化，所以很難通過調(diào)整PID控制器參數(shù)來滿足所有的運(yùn)行條件，獲得理想的控制效果。調(diào)整過量會(huì)導(dǎo)致流量回路動(dòng)作頻繁，從而給下游設(shè)備帶來了額外的干擾。這樣就導(dǎo)致液位控制器通常處于欠調(diào)正狀態(tài)允許液位在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，以減小出水量的變化。然而，欠調(diào)正的PID不能及時(shí)抑制大擾動(dòng)，這就可能引起鍋爐運(yùn)行的安全問題。另外，液位的波動(dòng)也會(huì)破壞鍋爐運(yùn)行

4、過程的穩(wěn)定，使得蒸汽輸送等不易控制。影響鍋爐液位的關(guān)鍵變量有給水流量，蒸汽出口流量和混合燃料的進(jìn)料量。各變量都有各自不同的擾動(dòng)。較冷的給水造成相應(yīng)的純滯后。蒸汽流出量的突然增加造成了典型的“假水位”現(xiàn)象，使得過程暫時(shí)改變了方向，容易產(chǎn)生誤操作而導(dǎo)致發(fā)生事故。第2章方案論證鍋爐汽包水位的控制方案：根據(jù)鍋爐汽包水位特性，選取鍋爐汽包水位為被控量，給水流量為控制量，蒸汽流量和給水流量為干擾量，通過控制給水量來使鍋爐汽包水位維持在滿足負(fù)荷需求的高度。同時(shí)，為保證鍋爐安全生產(chǎn)，調(diào)節(jié)節(jié)水量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)選取氣關(guān)式。2.1單沖量控制系統(tǒng)所謂單沖量就是指鍋爐汽包水位為被控參數(shù)，給水量作

5、為控制變量可構(gòu)成的單回路控制系統(tǒng)，如圖2-1所示。當(dāng)蒸汽用量突然增加時(shí)，應(yīng)該加大給水量以滿足負(fù)荷需求；但是由于假水位現(xiàn)象，導(dǎo)致控制器會(huì)先減小給水量來抑制瞬間的水位升高，隨著假水位消失，汽包水位會(huì)在負(fù)荷增加和給水量減少的雙重作用下，產(chǎn)生嚴(yán)重的水位下降，甚至發(fā)生危險(xiǎn)。對(duì)于小型鍋爐，由于蒸汽負(fù)荷變化時(shí)假水位的現(xiàn)象不明顯，如果再配上一些聯(lián)鎖報(bào)警裝置，這種單沖量控制系統(tǒng)能滿足要求。對(duì)于負(fù)荷變動(dòng)較大的大，中型鍋爐，單沖量控制系統(tǒng)不能保證水位穩(wěn)定，難以滿足水位控制要求和生產(chǎn)安全。因此，該控制方案不適用于負(fù)荷變動(dòng)較大的情況。2.2雙沖量控制系統(tǒng)蒸汽流量是影響汽包水位最主要的擾動(dòng)，也

6、是造成假水位的主要因素。如果將蒸汽流量這一可測不可控的干擾作為前饋引入單沖量系統(tǒng)，就可以有效避免假水位引起的誤動(dòng)作，并及時(shí)控制水位，減小水位波動(dòng)。由此，構(gòu)成如圖2.2所示的雙沖量控制系統(tǒng)，其本質(zhì)為前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)，即給水量不僅取決于汽包水位，還受到蒸汽用量影響?？梢?，該控制方案能有效適應(yīng)負(fù)荷需求變化，但對(duì)給水系統(tǒng)中的水壓等干擾因素造成的波動(dòng)不能及時(shí)抑制。2.3三沖量控制系統(tǒng)為進(jìn)一步改善控制品質(zhì)，引入給水流量信號(hào)，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)，如圖2.3所示。所謂三沖量，值得是引入了三個(gè)測量信號(hào)：汽包水位、給水流量和蒸汽流量。三沖量控制本質(zhì)上時(shí)前饋-串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)：主回

7、路實(shí)現(xiàn)水位調(diào)節(jié)，副回路使給水流量能適應(yīng)負(fù)荷和水位要求。在穩(wěn)定狀態(tài)下,液位測量信號(hào)為給定值，液位調(diào)節(jié)器的輸出，蒸汽流量及給水流量三個(gè)信號(hào)通過加法器得到輸出電流。若在某一時(shí)刻，蒸汽負(fù)荷突然增加，蒸汽流量變送器的輸出電流增加，加法器的輸出電流減少，從而會(huì)開大給水調(diào)節(jié)閥，與此同時(shí)出現(xiàn)了虛假液位現(xiàn)象，液位調(diào)節(jié)器輸出電流將增大。由于進(jìn)入加法器的兩個(gè)信號(hào)相反，蒸汽流量變送器的輸出電流會(huì)抵消一部分虛假液位輸出電流，所以虛假液位所帶來的影響將局部或全部被抵消。待虛假液位過去,水位開始下降，液位調(diào)節(jié)器輸出電流開始減小，此時(shí)它與蒸汽流量信號(hào)變化的方向相反，因此加法器的輸出電流減小，此