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jl016
电厂
锅炉
水位
控制系统
设计
- 资源描述：
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【JL016】电厂锅炉水位串级控制系统设计,jl016,电厂,锅炉,水位,控制系统,设计
- 内容简介：
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答 辩 人：戴生宝 指导老师：金文凯 题目：电厂锅炉水位串级控制系统设计 西北工业大学 明 德学院 本科生毕业设计 专 业： 自动化 论文报告概要 本次设计重点针对串级三冲量给水系统进行了详细的设计及仿真研究。根据实验给定的参数，用理论计算的方法整定调节器的参数，同时借助 定系统，得到串级三冲量给水控制系统对各种典型影响因素的干扰均能做出快速反应，具有较高的调节质量和调节精度，能够维持汽包水位的稳定，保障锅炉的安全稳定运行。 研究背景 锅炉是我国工业生产和生活上应用面最广、数量最多的热力设备，是化工、炼油、发电、造纸和制糖等工业生产过程必不可少的重要动力设备。锅炉安全是一个非常重要的问题，必须引起高度重视。汽包水位是锅炉系统正常运行的重要参数，维持锅炉汽包水位在规定范围内，是保证锅炉安全生产运行的必要条件，也是锅炉正常生产运行的主要指标之一。锅炉的几个调节系统中，汽包水位的控制是保证锅炉安全运行的必要条件，是锅炉正常运行的主要标志之一。锅炉的水位控制作为锅炉控制中重要的控制任务之一，在锅炉的安全生产、降低能耗、蒸汽产量和品质等方面起着重要作用。 锅炉的控制系统中汽包液位是工业锅炉安全运行的一个十分重要的参数 ， 是自动控制的重要环节 ， 汽包液位保持在规定范围内是保证锅炉正常运行的必要条件 。 “ 虚假水位 ” 现象给水位控制带来了困难和挑战 ， 所以要对锅炉水位进行控制 ， 以保证锅炉能安全 、 可靠 、 有效地运行 。 控制锅炉水位的意义 汽包锅炉给水控制的任务是使给水量适应锅炉蒸发量 ， 并使汽包中的水位保持在一定范围内 ， 具体要求有以下两个方面： 1. 维持汽包水位在一定范围内 。 汽包水位是影响锅炉安全运行的重要因素 。 水位过高 ， 会破坏汽水分离装置的正常工作 ， 严重时会导致蒸汽带水增多 ， 从而增加在过热器管壁上和汽轮机叶片上的结垢 ， 甚至使汽轮机发生水冲击而损坏叶片；水位过低 ， 则会破坏水循环 ， 引起水冷壁的破裂 。 正常运行时水位波动范围： （ 30 50） 常情况： 200故情况： 350. 保持稳定的给水量 给水量不应该时大时小地剧烈波动 ,否则 ,将对省煤器和给水管道的安全运行不利 。 锅炉水位控制系统的任务 汽包炉给水控制对象的结构系统 给水控制对象的动态特性 给水量扰动下水位变化的动态特性 给水量扰动时水位阶跃响应曲线 从物质平衡的观点来看 ， 加大了给水量 G， 水位应立即上升 ， 但实际上并不是这样 ， 而是经过一段迟延 ， 甚至先下降后再上升 。 这是因为给水温度远低于省煤器的温度 ， 即给水有一定的过冷度 ， 水进入省煤器后 ， 使一部分汽变成了水 ， 特别是沸腾式省煤器 ， 给水减轻了省煤器内的沸腾度 ， 省煤器内的汽泡总容积减少 ， 因此 ，进入省煤器内的水首先用来填补省煤器中因汽泡破灭容积减少而降低的水位 ， 经过一段迟延甚至水位下降后 ， 才能因给水量不断从省煤器进入汽包而使水位上升 。 在此过程中 ， 负荷还未发生变化 ， 汽包中的水仍然在蒸发 ， 因此水位也有下降趋势 。 蒸汽流量扰动下水位的动态特性 如果只从物质平衡的角度来看 ， 蒸发量突然增加 时 ， 蒸发量高于给水量， 汽包水位是无自平衡力的 ， 所以水位应该直线下降 ， 如图中 所示那样 ，但实际水位是先上升 ， 后下降 ， 这种现象称为 “ 虚假水位 ” 现象 ， 如图中 所示 。 其原因是由于负荷增加时 ， 在汽水循环回路中的蒸发强度也将成比例增加 ， 水面下汽泡的容积增加得也很快 ，此时燃料量 还来不及增加 ， 汽包中汽压 下降 ， 汽包膨胀 ， 使汽泡体积增大而水位上升 。 蒸汽量 燃料量扰动下水位的动态特性 此处的炉膛热负荷扰动是指燃料量 M 的扰动 。 燃料量 锅炉吸收更多的热量 ， 使蒸发强度增大 ， 如果不调节蒸汽阀门 ， 由于锅炉出口汽压提高 ， 蒸汽流量也增大 ， 这时蒸发量大于给水量， 水位应下降 。 但由于在热负荷增加时蒸发强度的提高 ， 使汽水混合物中的汽泡容积增加 ， 而且这种现象必然先于蒸发量增加之前发生 ， 从而使汽包水位先上升 ， 从而引起 “ 虚假水位 ” 现象 。 当蒸发量与燃烧量相适应时 ， 水位便会迅速下降 ， 这种 “ 虚假水位 ” 现象比蒸汽量扰动时要小一些 ， 但持续时间较长 。 燃料扰动下水位阶跃响应曲线 给水控制对象的动态特性总结 以上三种扰动在锅炉运行中都经常发生 。 但是由于控制通道在给水侧 ， 因此蒸汽流量 习惯上称为外部扰动 ， 它们只影响水位波动的幅度 。 而给水量 一般称为内部扰动 。 因此 ， 汽包水位对于给水扰动的动态参数是给水控制系统调节器参数整定的依据 ， 此外 ， 由于蒸汽流量 的变化也是经常发生的外部扰动 。 所以常引入蒸汽流量信号 以改善外部扰动时的控制品质 。 锅炉水位控制系统方案 单冲量控制系统 单冲量指只有一个变量 ， 即汽包水位 。 单冲量控制系统的特点有： 1. 结构简单 ， 投资少 。 2. 适用于汽包容量较大 ， 虚假水位不严重， 负荷较平稳的场合 。 3. 为安全运行 ， 可设置水位报警和连锁控制系统 。 该过程具有虚假水位的反向特性 ， 因此 ，当负荷变化较大时 ， 会造成控制器输出误动作， 影响控制系统的控制品质 。 蒸汽负荷变化后， 要在引起水位变化后才改变给水量 ， 因此 ，控制不及时 。 单冲量控制系统 双冲量控制系统 双冲量即增加蒸汽流量作为前馈信号 ， 坐车前馈加反馈控制系统 。 双冲量控制系统的特点有： 1. 采用蒸汽流量作为前馈信号， 可克服蒸汽负荷变化的影响 。 2. 对给水流量扰动的影响未加考虑 ， 因此 ， 适用于给水流量波动较小的场合 。 3. 由排污等水损失 ， 给水流量应大于蒸汽流量 。 双冲量控制系统 单级三冲量水位控制系统 单级三冲量给水控制系统结构图 从图中可以看出 ， 调节器接受三个信号 (H,W,D),其输出通过执行结构去控制给水流量 W， 其中水位 水位高时应减少给水流量 ， 水位低时应增加给水流量 。 蒸汽流量 的变化是引起水位变化的主要原因 （ 扰动信号 ） ， 它们分别作为水位控制的前馈信号和反馈信号 。 当 调节器动作 。 适当地改变给水量W， 保证 比值不变；而当 恢复原来数值 ， 有效地控制水位的变化 。 单级三冲量给水控制系统原理图 特点：具有单冲量和双冲量控制的优点，但对比值参数要求严格 串级三冲量水位控制系统 串级三冲量给水控制系统结构图 串级三冲量给水控制系统有主调节器和副调节器 。 主调节器接受水位信号作为主控信号区控制副调节器 。 副调节器除接受主调节器信号 外， 还接受给水量反馈信号 和蒸汽流量信号 ，组成一个三冲量的串级控制系统 ， 其中副调节器的作用主要是通过内回路进行蒸汽流量 的比值调节 ， 并快速消除来自给水侧的扰动 。 根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号作用强度 ， 以便在负荷变化时 ， 使蒸汽流量信号能更快地补偿虚假水位的影响 ， 从而改变蒸汽负荷扰动下的水位控制质量 。 串级三冲量给水控制系统原理图 特点：具有单冲量和双冲量控制的优点，比值参数的误差可通过主调节器校正 给水三冲量系统的整定与仿真 副回路整定与仿真 通过反复调试比较我们最终可以确定副调节器的增益是 20。当副调节器增益为20，则被控对象增益为 35/20=回路为时间常数 为 递函数为： SG f 副回路 副回路仿真波形 由图可以看出仿真结果快速性好 ， 而且达到稳定的时间也比较短 主回路整定与仿真 通过整定公式 可以知道对于 35t/ 则 182 22 361( 0 . 6 1a 主回路 主回路仿真波形 由图可看出系统的性能稳定 ，超调量为 25%， 00s 串级三冲量控制系统整定与仿真 给水流量传递函数： )361()()()(蒸汽流量传递函数： 222 )()( 串级三冲量控制系统的 峰值时间： 50s 调节时间： 00s 超调量 %=25%衰减率 = 衰减率为 在 满足设计要求 ， 从仿真结果图我们可以看出 ， 串级三冲量给水控制系统对蒸汽流量和给水流量的扰动均能作出快速反应 ， 使系统能够稳定于期望的值， 达到维持汽包水位稳定的目的 ， 满足设计要求 。 总结 锅炉的汽包水位能够间接反映锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系，维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口的蒸汽水分过多，导致过热器管壁结垢而被烧坏，也使过热蒸汽温度急剧变化，直接影响机组的稳定运行。汽包水位过低，可能破坏锅炉水循环，导致水冷壁管被烧坏。 通过对几种控制方案
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