鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)課程設(shè)計

1、鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)綜述在火力發(fā)電廠，最基本的工藝過程是利用鍋爐產(chǎn)生蒸汽，使汽輪機運轉(zhuǎn)，進而帶動發(fā)電機發(fā)電。鍋爐控制是火力發(fā)電生產(chǎn)過程自動化的重要組成部分。將鍋爐汽包水位控制在一個允許范圍內(nèi)，是鍋爐安全運行的一個重要指標(biāo)，也是鍋爐能提供符合質(zhì)量要求得蒸汽負荷的必要條件。如果汽包水位過低，則汽包內(nèi)的水量較少，當(dāng)蒸汽負荷很大時，水的汽化速度和水量變化速度都很快，如果不及時控制，可能使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致鍋爐燒壞或爆炸；相反，當(dāng)水位過高則會影響汽包的水位分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，使過熱器管壁結(jié)垢而損壞，影響運行的安全性與經(jīng)濟性。心得體會本設(shè)計首先對電廠鍋爐汽包水位過程控制的任務(wù)進行研究和討論。同時

2、，設(shè)計也需要在實踐中不斷改進，不斷完善。在本設(shè)計中運用了很多電子器件和自動化器件，讓我認(rèn)識到了過程控制在 自動化領(lǐng)域的重要性。在設(shè)計過程中遇到了很多困難，同時也增長了許多在課堂上沒學(xué)到的知識，使我大開眼界。同時我也在自動化的過程控制設(shè)計過程當(dāng)中學(xué)到了許多新的知識。 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計1.1 汽包水位控制系統(tǒng)基本要求汽包鍋爐給水自動調(diào)節(jié)的主要任務(wù)是維持汽包水位在允許范圍內(nèi)變化。影響水位變化的主要因素有鍋爐的蒸發(fā)量、給水流量和燃燒率等。當(dāng)蒸汽流量突然增大時，由于汽包水位對象是無自平衡能力的，這時水位應(yīng)按積分規(guī)律下降。但是當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量突然增加時，汽包水面下的汽泡容積也迅速增大，即鍋爐的蒸發(fā)強度增加

3、，從而使水位升高。因蒸發(fā)強度的增加是有一定限度的，故汽泡容積增大而引起的水位變化是慣性環(huán)節(jié)的特性。實際水位變化的趨勢是兩種特性的迭加。由此可以看出，當(dāng)鍋爐蒸汽負荷變化時，汽包水位的變化具有特殊的形式：在負荷突然增加時，雖然鍋爐的給水流量小于蒸發(fā)量，但開始階段的水位不僅不下降，反而迅速上升（反之，當(dāng)負荷突然減小時，水位反而先下降），這種現(xiàn)象就是“虛假水位”現(xiàn)象。另外，給水流量和燃燒率擾動由于水面下汽泡的原因，也能產(chǎn)生虛假水位，因此給水控制系統(tǒng)不能單單以汽包水位為被調(diào)量，為了減少或抵消虛假水位現(xiàn)象，就必須采用三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所謂三沖量，就是指汽包水位、蒸汽流量和給水流量。蒸汽流量和給水流量是引起水

4、位變化的原因，蒸汽流量作為水位調(diào)節(jié)的前饋信號，當(dāng)蒸汽流量改變時，調(diào)節(jié)器立即動作，相應(yīng)地改變給水流量，而當(dāng)給水流量自發(fā)地變化時，調(diào)節(jié)器也立即動作，使給水流量恢復(fù)到原來數(shù)值，這樣就有效控制了虛假水位的影響。給水控制是串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器接受水位信號，對水位起校正作用，是細調(diào)；其輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的被調(diào)量是給水流量，目的是快速消除來自水側(cè)的擾動。為了提高給水控制系統(tǒng)的可靠性，汽包水位測量使用了三個變送器。三個經(jīng)壓力校正后的汽包水位信號取中間值，作為控制系統(tǒng)的被調(diào)量，當(dāng)水位測量信號平均值超過300mm，而且任意兩個水位測量信號越限280mm 時，發(fā)出汽包水位mft信號。當(dāng)給水溫度不變

5、，而壓力在某個范圍變化時，給水流量的測量誤差很小，若給水壓力不變，給水溫度在某個范圍內(nèi)變化時，給水流量的測量誤差較大，所以對給水流量信號只采取溫度校正。蒸汽流量采用汽機調(diào)節(jié)級壓力的測量來表示，調(diào)節(jié)級壓力經(jīng)過溫度修正后，可近似代表蒸汽流量測量值。如果采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴測量蒸汽流量，一方面在高溫高壓下節(jié)流噴嘴容易磨損，檢修維護也困難，測量誤差較大，另一方面節(jié)流損失也大，一般不采用此種方法。當(dāng)用蒸汽流量轉(zhuǎn)換出負荷小于40%時，送至給水控制系統(tǒng)，切為三沖量調(diào)節(jié)汽包水位。1.2 三沖量控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示，這個系統(tǒng)有三個回路，即為副回路，為主回路，為前饋回路，副回路的作用主要為快速消除內(nèi)

6、擾，主回路用于校正水位偏差，而前饋通道則用于補償外擾，主要用于克服“虛假水位”現(xiàn)象。圖1： 三沖量控制系統(tǒng)的原理框圖1.3 雙沖量控制系統(tǒng)在汽包水位控制中最主要的干擾是蒸汽負荷的變化，如果根據(jù)蒸汽流量的變化來校正虛假水位的誤動作，就能使調(diào)節(jié)閥動作準(zhǔn)確及時，減少水位的波動，改善控制質(zhì)量1.4 單沖量控制系統(tǒng)在低負荷時（主汽流量d40%），系統(tǒng)設(shè)計為單沖量控制系統(tǒng)，其原理框圖如圖3所示圖2： 單沖量控制系統(tǒng)原理框圖在單沖量控制系統(tǒng)中對于內(nèi)擾給水量的變化，系統(tǒng)調(diào)節(jié)能夠消除內(nèi)擾的影響，但調(diào)節(jié)不及時，遲延時間長。而對于克服外擾，由于“虛假水位”的存在，使系統(tǒng)調(diào)節(jié)超調(diào)量大，調(diào)門大幅變化，對系統(tǒng)的安全性不利

7、。但是在起停機組過程中或在低負荷時（主汽流量d40%），由于蒸汽參數(shù)低，負荷變化小，“虛假水位”現(xiàn)象不太嚴(yán)重，對于維持水位恒定的要求又不高，所以允許采用單沖量給水控制系統(tǒng)。在低負荷時，若采用各種自動校正措施，則會使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整定困難，同時仍然存在誤差。1.5 cfb鍋爐汽包水位過程特性圖3是鍋爐汽包的一個簡單示意圖，水位控制的要求就是維持汽包內(nèi)水位在某個要求的范圍內(nèi)(一般要求穩(wěn)定工況在30mm內(nèi)，特殊波動在50mm)。主要通過調(diào)節(jié)給水量來控制水位的穩(wěn)定。圖3 鍋爐汽包簡單示意圖w鍋爐廢水 d產(chǎn)生的蒸汽w1爐膛下降水冷管 w2爐膛上升水冷管從質(zhì)量平衡的觀點來看，在調(diào)節(jié)過程中如能一直保證靜態(tài)平

8、衡，給水量=蒸發(fā)量，即wd(質(zhì)量流量)，則水位就能一直維持在“0”位。但實際系統(tǒng)是動態(tài)的，給水壓力、主蒸汽壓力在調(diào)節(jié)中一直在不斷的變化，而且流量的溫壓補償通常也只是經(jīng)驗的、近似的。因為系統(tǒng)太復(fù)雜，無法求得實時精確的給水及蒸汽質(zhì)量流量，所以我們通過汽包水位來間接地反映水系統(tǒng)的質(zhì)量平衡。 控制汽包水位在要求的值的一個首要條件是必須得到真實的汽包水位測量值。遺憾的是，汽包水位控制中存在著明顯的“虛假水位”現(xiàn)象。要設(shè)計滿意的控制器必須對其進行深入分析。對于鍋爐汽包，負荷升高時，蒸汽流量d增大，導(dǎo)致汽包內(nèi)水蒸汽壓力突然降低，水的沸點也相應(yīng)降低，沸騰加劇，水面下氣泡容積增大，從而導(dǎo)致水位突然升高；另一方面

9、，給水流量突然增加時，溫度較低的給水從原有的飽和汽水混合物中吸取一部分熱量，使水面下氣泡容積減少，水位下降。這種在蒸汽流量或結(jié)水流量變化初期，汽包水位沿著相反方向變化的現(xiàn)象人們稱之位“虛假水位”。從控制上來講，“虛假水位”實際上就是非最小相位系統(tǒng)。我們以蒸汽流量的增加對汽包的影響為例進行分析。在給水不變的情況下，負荷提升，導(dǎo)致蒸汽流量增加，如果不考慮其它因素的影響，則汽包水位由于蒸汽流量大于給水流量而直線下降。如圖2曲線c所示；蒸汽量增大初期，因水中氣泡容積增大導(dǎo)致水位暫時先上升，由于氣泡容積只能增大到汽包壓力水平，故這種上升是有限的，一段時間后，汽包壓力就達到穩(wěn)定，水位也不再結(jié)論汽包水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計以串級三沖量控制理論和單沖量控制理論為基礎(chǔ)，采用了三個比例積分調(diào)節(jié)器（串級三沖量系統(tǒng)的主副調(diào)節(jié)器、單沖量系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器），通過pi 參數(shù)的修正以及控制系統(tǒng)的無擾切換