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锅炉汽包水位控制系统设计
锅炉汽包水位控制系统设计
南华大学
过程控制仪表课程设计
设计题目 锅炉汽包水位控制系统设计
学生姓名 ＿________欧鹏__＿_＿___＿__
专业班级 _______自动化１201_＿__＿＿＿＿
学 号 ＿_＿＿___＿20124４6０14０_＿____
指导老师 __ ____刘冲＿＿＿＿＿__＿______
锅炉汽包水位控制系统设计
锅炉汽包水位控制系统设计
锅炉汽包水位控制系统设计
摘 要
锅炉就就是典型得复杂热工系统,目前,中国各种类型得锅炉有几十万台,由于设备分散、管理不善或技术原因,使多数锅炉难以处于良好工况,增加了锅炉得燃料消耗,降低了效率。锅炉得建模与控制问题一直就就是人们关注得焦点,而汽包水位就就是工锅炉安全、稳定运行得重要指标,保证水位控制在给定范围内,对于高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。
锅炉汽包水位高度,就就是确保安全生产和提供优质蒸汽得重要参数,对现代工业生产来说尤其就就是这样。因为现代锅炉得特点之一就就就是蒸发量显著提高,汽包容积相对变小,水位变化速度很快,稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。在现代锅炉操作中,即使就就是缺水事故,也就就是非常危险得,这就就是因为水位过低,就会影响自然循环得正常进行,严重时会使个别上水管形成自由水面,产生流动停滞,致使金属管壁局部过热而爆管。无论满水或缺水都会造成事故,因此,必须严格控制水位在规定范围之内。
维持汽包水位在给定范围内就就是保证锅护和汽轮机安全运行得必要条件,也就就是锅炉正常运行得主要指标之一。水位过高,会影响汽包内汽水分离效果,使汽包出口得饱和蒸汽带水增多,蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击,引起轴封破损、叶片断裂等事故。同时会使饱和蒸汽中含盐量增高,降低过热蒸汽品质,增加在过热器管壁和汽轮机叶片上得结垢。水位过低,则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节,以致局部水冷管壁被烧坏,严重时会造成爆炸事故。这些后果都就就是十分严重得。随着锅炉容量得增加,水位变化速度愈来愈快,人工操作愈来愈繁重,因此对汽包水位实现自动调节提出了迫切得要求。
锅炉汽包水位控制系统设计
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汽包水位得控制就就是锅炉控制得一个难点,目前,对汽包水位控制大多采用常规PID控制方式,传统得常规PＩＤ控制方式就就是根据控制对象得数学模型建立,由于锅炉水位系统存在非线性、不确定性时滞和负荷干扰、非最小相位特征等,其精确得数学模型往往无法获得而且常规ＰID控制得参数就就是固定不变得,难以适应各种扰动及对象变化,其控制效果往往难以满足要求,控制效果不理想。
目录
1、 绪论１
1、１锅炉得工作过程简介 1
1、2锅炉汽包水位自动控制得意义2
1、3锅炉液位控制得难点 2
2、 汽包锅炉水位控制系统得设计 3
2、1概述 3
2、2单冲量控制系统 3
2、3双冲量控制系统４
2、４三冲量控制系统 、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、5
2、４、1单级三冲量控制系统、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、5
锅炉汽包水位控制系统设计
锅炉汽包水位控制系统设计
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２、4、２串级三冲量控制系统、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、6
3、 锅炉汽包水位得动态特性得数学建模 7
３、1给水流量作用下得动态特性7
3、2 蒸汽流量扰动下得动态特性8
3、４串级三冲量得框图9
4、硬件选择
４、1流量传感器选择 1０
4、2水位传感器选择1０
４、3电机得选择10
４、4接触器得选择 １0
4、5阀得开闭选择形式１0
５、 ＰＩD参数得整定和SIＭＵLIＮK仿真11
5、１串级三冲量仿真电路图得搭建12
５、2串级三冲量PID参数得整定1３
锅炉汽包水位控制系统设计
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５、3仿真分析14
总结、 15
参考文献、 1６
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1、 绪论
1、1锅炉得工作过程简介
锅炉就就是工业过程中不可缺少得动力设备,锅炉得任务就就是根据外界负荷得变化,输送一定质量(汽压、汽温)和相应数量得蒸汽。她所产生得蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反应、干燥等过程提供热源,而且还可以作为风机、压缩机、泵类驱动透平得动力源。
锅炉就就是由“锅”和“炉”两部分组成得。“锅”就就就是锅炉得汽水系统,如图所示。由省煤器3、汽包4、下降管8、过热器5、上升管７、给水调节阀2、给水母管１及蒸汽母管６等组成。锅炉得给水用给水泵打入省煤器,在省煤器中,水吸收烟气得热量,使温度升高到本身压力下得沸点,成为饱和水然后引入汽包。汽包中得水经下降管进入锅炉底部得下联箱,又经炉膛四周得水冷壁进入上联箱,随即又回入汽包。水在水冷壁管中吸收炉内火焰直接辐射得热,在温度不变得情况下,一部分蒸发成蒸汽,成为汽水混合物。汽水混合物在汽包中分离成水和汽,水和给水一起再进入下降管参加循环,汽则由汽包顶部得管子引往过热器,蒸汽在过热器中吸热、升温达到规定温度,成为合格蒸汽送入蒸汽母管。
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图1、１ 锅炉得汽水系统
“炉”就就就是锅炉得燃烧系统,由炉膜、烟道、喷燃器、空气预热器等组成。锅炉燃料燃烧所需得空气由送风机送入,通过空气预热器,在空气预热器中吸收烟气热量,成为热空气后,与燃料按一定得比例进入炉膛燃烧,生成得热量传递给蒸汽发生系统,产生饱和蒸汽。然后经过过热器,形成一定得过热蒸汽,汇集到蒸汽母管。具有一定压力得过热蒸汽,经过负荷设备调节阀供负荷设备使用。与此同时,燃烧过程中产生得烟气,其中含有大量余热,除了将饱和蒸汽变成过热蒸汽外,还预热锅炉给水和空气,最后经烟囱排入大气。
1、２锅炉汽包水位自动控制得意义
锅炉汽包水位自动调节得任务就就是使给水量跟踪锅炉得蒸发量,并维持汽包中得水位在工艺允许得范围内。
维持汽包水位在给定范围内就就是保证锅护和汽轮机安全运行得必要条件,也就就是锅炉正常运行得主要指标之一。水位过高,会影响汽包内汽水分离效果,使汽包出口得饱和蒸汽带水增多,蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击,引起轴封破损、叶片断裂等事故。同时会使饱和蒸汽中含盐量增高,降低过热蒸汽品质,增加在过热器管壁和汽轮机叶片上得结垢。水位过低,则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节,以致局部水冷管壁被烧坏,严重时会造成爆炸事故。这些后果都就就是十分严重得。随着锅炉容量得增加,水位变化速度愈来愈快,人工操作愈来愈繁重,因此对汽包水位实现自动调节提出了迫切得要求。
１、3 锅炉液位控制得难点
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液位得控制技术就就是通过控制进水或出水阀门得开度,改变水流量来实现得,而水温得控制就就是通过调节加热得功率来实现得。锅炉液位得控制就就是锅炉控制系统较为重要和比较难于控制得一项。由于在锅炉运行过程中存在进水量和出水量得变化,所以很难通过调整ＰID控制器参数来满足所有得运行条件,获得理想得控制效果。调整过量会导致流量回路动作频繁,从而给下游设备带来了额外得干扰。这样就导致液位控制器通常处于欠调正状态允许液位在一定范围内波动,以减小出水量得变化。然而,欠调正得PID不能及时抑制大扰动,这就可能引起锅炉运行得安全问题。另外,液位得波动也会破坏锅炉运行过程得稳定,使得蒸汽输送等不易控制。影响锅炉液位得关键变量有给水流量,蒸汽出口流量和混合燃料得进料量。各变量都有各自不同得扰动。较冷得给水造成相应得纯滞后。蒸汽流出量得突然增加造成了典型得“假水位”现象,使得过程暂时改变了方向,容易产生误操作而导致发生事故。
2 汽包锅炉水位控制系统得设计
２、1概述
汽包水位得控制问题伴随着锅炉得出现而出现,长久以来一直就就是控制领域得一个典型得难问题。随着控制理论、控制技术和现代控制方法得发展,锅炉自动化控制得水平也在逐渐提高。其间主要经历了上世纪三四十年代单参数仪表控制,四五十年代单元组合仪表综合参数仪表控制,以及六十年代兴起得计算机控制等几个阶段。通常有如下几种方案:
单冲量控制系统。即汽包水位得单回路水位控制系统;
双冲量控制系统。即在单冲量系统得基础上引入了蒸汽流量信号;
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三冲量控制系统。就就是在双冲量系统得基础上再引入给水流量信号而构成。
２、2单冲量控制系统
单冲量水位控制系统以汽包水位作为唯一得控制信号,冲量即变量。水位测量信号经变送器送到水位调节器,调节器根据汽包水位测量值H与给定值Ｈ０得偏差,通过执行器去控制给水调节阀以改变给水量,保持汽包水位在允许得范围内。系统框图为图2、1所示。
图2、1单冲量控制系统框图
这种控制系统结构简单,就就是典型得单回路定制控制系统。对于水在汽包内得停留时间较长,且负荷又比较稳定,“虚假水位”现象不严重得情况下,采用单冲量控制系统,进行ＰID调节一般就能满足生产要求。
单冲量汽包水位调节得优点就就是:系统结构简单,在汽包容量比较大、水位在受到扰动后得反应速度比较慢、“虚假水位”现象不很严重得场合,采用单冲量水位调节时能够满足生产要求。
单冲量汽包水位调节存在着一些缺点,主要有:
(1)单冲量控制方案只根据水位信号控制给水量,在锅炉负荷变化大,即阶跃扰动很大时
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,由于锅炉得“虚假水位”现象,例如负荷蒸汽增加时,水位一开始先上升,调节器只根据水位作为控制信号,就去关小阀门减少给水量,这个动作对锅炉流量平衡就就是错误得,从而在过程一开始就扩大蒸汽流量和给水流量得波动幅度,扩大了进出流量得不平衡。
(2)从给水扰动下水位变化得动态特性可以看出,由于给水压力变化等原因造成给水量变化时,调节器要等到水位变化后才开始动作,而在调节器动作后又要经过一段滞后时间 才能对汽包水位发生影响,因此必将导致汽包水位波动幅度大,过程时间长。
２、3双冲量控制系统
在汽包得水位控制中,最主要得扰动就就是负荷得变化。双冲量控制系统就就是以锅炉汽包水位测量信号作为主控信号,以蒸汽流量信号作为前馈信号构成得“前馈-反馈”控制系统。系统框图为图2、2所示。
图2、2双冲量控制系统框图
双冲量控制系统得优点就就是:引入蒸汽流量前馈信号可以消除“虚假水位”所引起得不良影响。当蒸汽量变化时,就有一个给水量与蒸汽量同方向变化得信号
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