鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)

1、鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)摘要：鍋爐是過(guò)程工業(yè)中必不可少的動(dòng)力設(shè)備，鍋爐控制裝置，其主要的任務(wù)是 保證鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，確保人員的人身安 全。鍋爐的汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)，因此控制好汽包液位是很 有必要的。關(guān)鍵詞：?jiǎn)螞_量水位控制，CR-604鍋爐專(zhuān)用液位計(jì)。一、鍋爐的工藝過(guò)程：鍋爐是過(guò)程工業(yè)中必不可少的動(dòng)力設(shè)備。它所產(chǎn)生的蒸汽不僅可以供生產(chǎn) 過(guò)程作為熱源，而且還可以作為蒸汽透平的動(dòng)力源。隨著工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程規(guī)模的不 斷擴(kuò)大，生產(chǎn)過(guò)程不斷強(qiáng)化，作為全廠動(dòng)力和熱源的鍋爐設(shè)備，亦向大容量、高 參數(shù)。高效率方向發(fā)展。為確保鍋爐生產(chǎn)的安全操作和穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)鍋爐設(shè)備的

2、自動(dòng)控制也提出了更高的要求。鍋爐控制裝置中的汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行 的重要參數(shù)，水位過(guò)高會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水進(jìn)入過(guò)熱器并在過(guò)熱器內(nèi)結(jié)垢，影響傳熱 效率，嚴(yán)重的將引起過(guò)熱管爆管；水位過(guò)低又將破壞部分水冷壁的水循環(huán)，引起 水冷壁局部過(guò)熱而爆管。鍋爐給水調(diào)節(jié)對(duì)象可以用如下所示圖1表示。圖1鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖二、影響汽包水位因素：2.1汽包水位H的主要有給水量W在給水量W的階躍擾動(dòng)下，水位H的響應(yīng)曲線可以用圖2來(lái)說(shuō)明。如把汽 包及水循環(huán)系統(tǒng)當(dāng)作單容量水槽，水位的響應(yīng)曲線應(yīng)該如圖中的直線山?？紤] 到給水溫度低于汽包內(nèi)的飽和水溫度，當(dāng)它進(jìn)入汽包后吸收了原有的飽和水中的 一部分熱量，使鍋爐的蒸汽量下降，水面

3、以下的汽包總體積Vs也相應(yīng)減小，導(dǎo) 致水位下降。Vs對(duì)水位的影響可以用圖中的曲線H2表示。水位H的實(shí)際響應(yīng)曲 線是H1和H2的總和。從圖中可知，響應(yīng)過(guò)程有一段遲延時(shí)間t。給水的過(guò)冷度 越大，純遲延時(shí)間也越大。給水?dāng)_動(dòng) 下的傳遞函數(shù)可以近似表示為 式中Ko為響應(yīng)速度，即給水流量變化單位流量時(shí)，水位的變化速度AWWq1 I o11r2.2汽輪機(jī)的耗汽量D在耗氣量D的階躍擾動(dòng)下，水位H的響應(yīng)過(guò)程可以用圖2來(lái)說(shuō)明。當(dāng)耗氣 量D突然階躍增加時(shí)，一方面改變了汽包內(nèi)的物質(zhì)平衡狀態(tài)，使水位下降，圖中 H1表示把汽包當(dāng)作單容對(duì)象時(shí)水位應(yīng)有的變化；另一方面，由于耗氣量D的增 加，迫使鍋內(nèi)汽包增多；同時(shí)由于燃料量維

4、持不變，汽包壓力Pd下降，使水面 以下的蒸汽泡膨脹，總體積Vs增大，從而導(dǎo)致汽包水位的上升，如圖中H2所示。 汽包水位H的實(shí)際響應(yīng)過(guò)程是H=H1+H2.對(duì)于大中型鍋爐來(lái)說(shuō)，后者的影響要大 于前者，因此在負(fù)荷階躍增加后的一段時(shí)間內(nèi)不但不下降，反而上升。這種反常 現(xiàn)象通常稱(chēng)為“假水位”現(xiàn)象。負(fù)荷擾動(dòng)下汽包水位的傳遞函數(shù)可以近似地表示為旺用龐同一 kf 履0.口E7 7=5+1式卜虹 一響應(yīng)速度T即藻汽流量變化單位流量時(shí)水位的變化速度h （商任）/（t/W壓響扁伯線丑的放大系數(shù)】T響成1也城上八的時(shí)叫常數(shù),三、設(shè)計(jì)方案：從上面的分析可知，給水量擾動(dòng)下水位響應(yīng)過(guò)程具有純延遲；負(fù)荷擾動(dòng)下水位響 應(yīng)過(guò)程具

5、有假水位現(xiàn)象;從反饋控制的思想出發(fā)，可以以水位信號(hào)H作為被調(diào)量， 給水流量作為調(diào)節(jié)量，構(gòu)成單回路反饋系統(tǒng)（通常稱(chēng)為水位單沖量系統(tǒng)）。算然 對(duì)于大量的大中型鍋爐來(lái)說(shuō)，因?yàn)楹臍饬扛淖兯a(chǎn)生的假水位將引起給水調(diào)節(jié)機(jī) 構(gòu)的誤動(dòng)，致使汽包水位激烈地上下波動(dòng)，嚴(yán)重地影響設(shè)備的壽命和安全而不能 滿(mǎn)足要求，但對(duì)于小容量鍋爐來(lái)說(shuō)，它的蓄水量較大，水面以下的氣泡體積不占 很大比重。因此給水容積遲延和假水位現(xiàn)象不明顯，可以采用單沖量控制系統(tǒng)。 對(duì)于大型超高壓（接近臨界壓力）鍋爐也可以采用這種控制對(duì)象，因?yàn)樵诔邏?下氣和水的密度相差不大，假水位現(xiàn)象并不顯著。因此，本次設(shè)計(jì)針對(duì)小容積鍋爐和大型超高壓鍋爐，采用單沖量水

6、位控制 方案。*蒸汽汽包圖4鍋爐水位單沖量控制系統(tǒng)原理圖控制器H調(diào)節(jié)閥h象W水位J k變送器圖5鍋爐水位單沖量控制系統(tǒng)方框圖四、儀器的選擇：4.1變送器控制系統(tǒng)中所選的變送器的型號(hào)為CR-604,為鍋爐專(zhuān)用液位計(jì)。CR-604的工作原理電容式液位測(cè)控儀均采用電容原理，即電容兩極間介質(zhì)量的變化可引起電容 量的變化。其原理模擬圖如圖6所示，把一根外包絕緣層的金屬棒插入裝有導(dǎo)電 介質(zhì)的金屬容器，金屬棒和容器內(nèi)壁之間形成電容，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)液位變化時(shí)，dCx.Zrahu圖6電容式液位計(jì)原理圖傳感器電容量Cx也隨之發(fā)生變化，電容變化增量Cx通過(guò)變送器電路轉(zhuǎn)換為與 液位成正比例的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。轉(zhuǎn)換過(guò)程可用圖7

7、所示的方框圖示意：電容變化的變送器轉(zhuǎn)換P標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)P增量/kc*電路4輸出+J圖7電容式液位計(jì)轉(zhuǎn)換過(guò)程方框圖4.2顯示儀表：控制系統(tǒng)所選用的顯示儀表為DXZ-1011本儀表能將1-5V直流電壓直接并到表頭指示。表頭采用動(dòng)圈式張絲結(jié)構(gòu)。 磁路系統(tǒng)由扇形磁鐵、導(dǎo)磁體及由它們組成的平面氣隙構(gòu)成的，磁場(chǎng)均勻。當(dāng)電 流流過(guò)動(dòng)圈時(shí)在氣隙、磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生作用力矩，當(dāng)該力矩和由張絲轉(zhuǎn)角變形 所形成產(chǎn)生的反作用力矩相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)軸另一端的指針?biāo)甘镜奈恢眉幢硎颈粶y(cè) 量的大小。4.3調(diào)節(jié)器：控制系統(tǒng)所選用的調(diào)節(jié)器DTY-3400S。輸出跟蹤調(diào)節(jié)器是在基型調(diào)節(jié)器中附加一個(gè)跟蹤單元構(gòu)成。跟蹤單元由外部反饋 信號(hào)輸入電路

8、和“自一手”切換電路組成跟蹤調(diào)節(jié)器工作狀態(tài)PI回路優(yōu)先接受 跟蹤信號(hào)，本調(diào)節(jié)器處于“跟蹤”狀態(tài)，當(dāng)跟蹤觸點(diǎn)脫開(kāi)時(shí)，本調(diào)節(jié)器就不處于 “跟蹤”狀態(tài)，本調(diào)節(jié)器所處操作（手動(dòng)1，手動(dòng)2，自動(dòng)）由面板上板鍵開(kāi)關(guān) 位置決定。4.4伺服放大器：伺服放大器的輸入信號(hào)來(lái)自變送、調(diào)節(jié)等單元的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，與執(zhí)行機(jī)構(gòu)反饋來(lái)的 位置信號(hào)，在放大器的前級(jí)進(jìn)行比較（即代數(shù)相減），比較后的信號(hào)差值大于放 大器的靈敏限時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行器功率出帶動(dòng)閥門(mén)，完成各種自控調(diào)節(jié)，閥門(mén)的開(kāi)啟 方向也就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，取決于輸入信號(hào)的量值，電動(dòng)機(jī)總量朝著減小和 反饋信號(hào)差值方向轉(zhuǎn)動(dòng)。4.5電動(dòng)操作器：系統(tǒng)所選的電動(dòng)操作器的型號(hào)是DFD-1000DFD-1000型電動(dòng)操作器，采用“開(kāi)關(guān)操作制”原理進(jìn)行“手動(dòng)”與“自動(dòng)”的 切換和操作?！白詣?dòng)跟蹤”是在“手動(dòng)”工況，將執(zhí)行器位置反饋電壓1-5V.DC， 加到調(diào)節(jié)器的積分電容兩端，使調(diào)節(jié)器輸出電流，始終跟蹤位置反饋電流，并保 持相等。4.6執(zhí)行器的選型：本系統(tǒng)所選用的執(zhí)行器為ZAZN電動(dòng)雙座調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用是接受來(lái)自控制器的控制信號(hào)，通過(guò)其本身 開(kāi) 度的變化，從而達(dá)到控制流量的目的。五、儀表型號(hào)清