鍋爐汽包水位串級三沖量給水控制系統(tǒng)設計

鍋爐汽包水位串級三沖量給水控制系統(tǒng)設計

0影響鍋爐水位的因素鍋爐是發(fā)電和加熱生產(chǎn)過程中的主要動力。蒸汽袋的水位是安全生產(chǎn)、穩(wěn)定、經(jīng)濟和提供優(yōu)質(zhì)蒸汽的重要監(jiān)控參數(shù)。應保持在所需的距離內(nèi)。它反映了鍋爐蒸發(fā)量和給水量之間的一種動態(tài)平衡關系。水位高會導致蒸汽帶水進入過熱器并在過熱管內(nèi)結垢,使傳熱效率和蒸汽品質(zhì)下降,影響供氣的質(zhì)量;過低時會破壞部分水冷壁的水循環(huán),影響省煤器運行效率,甚至造成干鍋和鍋爐爆炸的危險。因此汽包水位必須控制在一定范圍內(nèi),而影響鍋爐水位的因素很多,最主要的是蒸發(fā)量和給水量的波動。汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的作用是使鍋爐的給水量自動適應鍋爐的蒸發(fā)量,維持汽包水位在一定范圍內(nèi)波動,這對機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行有著重要的影響。由于控制對象在給水量擾動時有一定的慣性,而且在負荷擾動時又存在“虛假水位”,采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)能有效地消除這些擾動。該系統(tǒng)以汽包水位為主信號,任何導致水位變化的擾動都會使調(diào)節(jié)器動作;蒸汽流量是前饋信號,它的作用是防止“虛假水位”引起的調(diào)節(jié)器的誤動作,改善蒸汽流量擾動時的調(diào)節(jié)質(zhì)量;給水流量是介質(zhì)反饋信號,因給水流量信號對給水流量變化的響應很快,使調(diào)節(jié)器能夠在水位還沒變化時就對前饋信號的變化作出反應,消除內(nèi)擾,使調(diào)節(jié)過程比較穩(wěn)定,充分保證了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。1鍋爐負荷下的控制方式汽包水位是鍋爐穩(wěn)定運行的重要參數(shù)之一。如圖1所示,在穩(wěn)定狀態(tài)下,鍋爐里面的水位在理想情況下應保持為一個恒值,但實際上不可能達到這種要求。一般控制汽包水位圍繞設定值有小范圍的波動,波動越小,越有利于鍋爐的穩(wěn)定運行。在穩(wěn)定狀態(tài)下,水位信號的測量值(電流信號IH)應等于鍋爐水位設定值(Ih),蒸汽流量(ID)和給水流量(IW)則應達到一種動態(tài)的平衡關系。即滿足如下關系:當給水流量信號IW等于蒸汽流量信號ID時,則水位信號IH就等于Ih,即汽包水位穩(wěn)定在某一給定值,此時,閥門開度正好處于一個保持系統(tǒng)平衡的位置。而當鍋爐負荷突然增大時平衡破壞,ID>IW,則閥門開大,增大給水流量的值。而與此同時也會隨之出現(xiàn)“虛假水位”,使水位輸出信號隨之增大,兩個反饋回路的作用能有效抵消這一變化,這樣就減小甚至消除了“虛假水位”對系統(tǒng)的影響。當鍋爐負荷下降時ID<IW,則會關小閥門,以適應新的負荷所需要水位的流量,直到系統(tǒng)達到新的平衡為止。這樣,由于蒸汽流量和給水流量的引入反饋對擾動起到了超前響應的作用,使給水閥門一開始就向著正確的方向及時動作,減少了水位的波動幅度,消除了虛假水位的影響,縮短了響應時間。2三沖量串級供水管理制度的設計2.1內(nèi)回路組成設計根據(jù)三沖量串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理設計的系統(tǒng)方框圖如圖2所示。從圖2可以看出,3個沖量在系統(tǒng)中形成了2個閉合回路,即由給水流量變送器、內(nèi)回路調(diào)節(jié)器PID、變頻調(diào)節(jié)器、三臺水泵電機組組成的內(nèi)回路,其作用是消除給水壓力波動等因素引起的給水流量的自發(fā)性擾動以及當蒸汽負荷改變時迅速調(diào)節(jié)給水流量,以保證給水流量和蒸發(fā)量平衡,它是一個快速回路。由鍋筒水位變送器、外回路調(diào)節(jié)器PID和內(nèi)回路組成的外回路,其作用是校正水位偏差,使水位等于設定值。采用以蒸汽流量D為前饋信號的前饋控制,其作用是使給水量很快跟蹤蒸汽流量的變化,克服虛假水位現(xiàn)象引起的變頻器誤動作和水位過大波動。內(nèi)回路采用PID控制快速消除控制通道的給水擾動,起粗調(diào)作用,外回路采用預測PID控制用以克服蒸汽流量變化產(chǎn)生的擾動,起細調(diào)作用。2.2鍋爐汽包水位的組成由于在蒸發(fā)量、給水量發(fā)生變化時,水位不能立即跟著作動態(tài)線性變化,尤其在蒸發(fā)量發(fā)生較大突變時,會發(fā)生虛假水位的現(xiàn)象,針對汽包水位對象的這一特點,經(jīng)過綜合考慮,為天津北疆發(fā)電廠2臺50t/h蒸汽鍋爐設計了基于PLC(Unity)和IFIX4.0的鍋爐三沖量串級給水控制系統(tǒng),該系統(tǒng)硬件構成如圖3所示,主要由PLC控制器、3臺水泵機組、變頻器、各種傳感器、各種調(diào)節(jié)閥、上位機部分等組成。鍋筒水位是用液位傳感器進行檢測,液位傳感器能夠?qū)⒁何恍盘栭_始轉(zhuǎn)化為靜壓信號,然后轉(zhuǎn)化為標準電信號,即4~20mA的電流信號,最后在程序中將電流信號轉(zhuǎn)化成對應的0~16000的數(shù)字信號,對現(xiàn)場進行控制。鍋筒水位共分6級,從下至上分別是65mm、-40mm、-25mm、0mm、25mm、70mm。鍋爐汽包的正常水位一般在汽包中心線至其以下70mm范圍內(nèi),運行中通常將水位波動限制在±70mm范圍內(nèi)。當給水箱水位達到2時,關泵;達到3時,則開泵、開閥;當達到5時,則關閥。汽包水位太高會使蒸汽大量帶水;水位太低可能使下降管帶汽以至破壞水循環(huán)。隨鍋爐容量的增大,汽包的容積相對也愈來愈小,因而容許存水的變動量也就愈小。如果給水量與蒸發(fā)量不相適應,幾分鐘內(nèi)就可能發(fā)生缺水或滿水事故?？梢娖徊捎米詣诱{(diào)節(jié)控制很重要,控制系統(tǒng)采用下位機(PLC)自動和手動控制、上位機(工控機)自動、手動控制和就地手操相結合的方式,來保證整個系統(tǒng)可靠地運行。下位機自動控制時,通過執(zhí)行施耐德程序,實施對整套設備的控制和顯示等。上位機自動、手動控制時,能實時控制系統(tǒng)現(xiàn)場設備的生產(chǎn)過程。就地手操時,相應的設備從整個系統(tǒng)中解列出來,由操作人員在就地設備上進行操作。以上自動、手動和就地之間都是平滑無擾動的相互切換。3數(shù)實時控制鍋爐系統(tǒng)整個啟動鍋爐控制系統(tǒng)分為下位機和上位機兩部分,通過以太網(wǎng)通訊,實現(xiàn)下位機與上位機數(shù)據(jù)的高速交換。下位機選用SchneiderQuantumUnityPro系統(tǒng)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)(如溫度、液位、壓力等)和控制現(xiàn)場設備,上位機選用Intellution公司的IFIXPLUSSCADAPAK4.0監(jiān)控軟件以組態(tài)畫面的形式實時顯示生產(chǎn)過程的各種參數(shù)與報表、報警和歷史查詢信息,通過設置工藝和監(jiān)控參數(shù)實時控制鍋爐工作過程,鍋爐控制系統(tǒng)主界面如圖4所示。串級加前饋三沖量給水控制是采用數(shù)字PID位置式閉環(huán)反饋系統(tǒng),鍋筒水位作為主參數(shù),并引入蒸汽流量來修正虛假水位,同時引入給水流量來修正鍋筒水位與蒸汽流量的計算誤差。當鍋筒水位處于某處位置時,控制給水調(diào)節(jié)閥至相應位置,從而控制鍋筒的進水量,使鍋筒水位在小范圍內(nèi)變化,實現(xiàn)連續(xù)給水,有助于提高蒸汽品質(zhì),減少水泵啟停次數(shù),延長水泵使用壽命。自己編寫了Adjvalve(調(diào)節(jié)閥),Elvalve(電動閥),Motor(電動機控制),Pmp(泵),Spid(單PID),Thpid(三沖量PID)等多個DFB和主程序STRBOIL.PRJ來實現(xiàn)聯(lián)鎖保護、實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)和鍋爐運行參數(shù)設置等,參數(shù)設置圖如圖5所示。鍋爐運行參數(shù)設置主要包括:汽包水位三沖量PID內(nèi)、外回路調(diào)節(jié)、減溫水PID調(diào)節(jié)以及引風門PID調(diào)節(jié)。1)外回路(汽包水位調(diào)節(jié)):當在上位機IFIX4.0監(jiān)控界面對PID調(diào)節(jié)器選擇自動或者手動時,在另一臺工控機上用Unity軟件同時進行在線監(jiān)測,將PID調(diào)節(jié)器上的SV值作為設定值,實際水位測量值(PV)作過程值,SV輸入能夠跟蹤PV輸出的值,可實現(xiàn)手動/自動之間的無擾切換。2)內(nèi)回路(給水流量調(diào)節(jié)):實際給水流量測量值作過程值(PV),外回路的輸出、水泵電機的參數(shù)和蒸汽量的擾動信號作設定值(SV),外回路輸出跟蹤內(nèi)回路輸出設定值S