基于mcgs的热电厂锅炉控制系统组态_汽包水位控制系统__毕业设计说明书(编辑修改稿)

基于mcgs的热电厂锅炉控制系统组态_汽包水位控制系统__毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

、汽轮机、发电机。 锅炉用燃料燃烧放出的热能将水加热成具有一定压力和温度的蒸汽，然后蒸汽沿管道进入汽轮机膨胀做功，带动发电机一起高速旋转，从而发电。 整个过程中存在三种能量转换过程，在锅炉中燃料的化学能转换成热能，在汽轮机将热能转换成机械能，在大电 机中将机械能转换成电能。 锅炉是发电厂最重要的能量转换设备之一。 锅炉是一种将煤炭、木材、甘蔗渣、石油、可燃气体等能源所储存的化学能以及工业生产中的余热或其他热源，转化为一定温度和压力的水或蒸汽的换热设备。 锅炉广泛应用于现代社会国民经济的各个领域，我国现阶段 70%以上的电能是利用蒸汽推动汽轮机发电机组发电而获得的。 工农业生产工艺过程中也都离不开蒸汽，供热通风，空气调节工程以及生活热水供应所需要的热能也都是来自于高温热水或蒸汽。 锅炉设备的工艺 锅炉设备是由锅炉本体和辅助设备两大部分构成： ㈠ 锅 炉本体：锅炉本体是由锅和炉两大部分组合在一起构成的。 “锅”是接受高温烟气的热量并将其传给工质的受热面系统，它承受内部或外部作用压力，构成封闭系统的各个部件，包括锅壳、锅筒（汽包）、下降管、集箱（联箱）、水冷壁、凝渣管、锅炉内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 8 管束、汽水分离装置、气温调节装置、排污装置、蒸汽过热器、省煤器等。 “炉”是将燃料的化学能转变为热能的燃料系统，它是指构成燃料燃烧场所的各种组成部件，包括炉膛（燃烧室）和炉前煤斗、煤闸门、炉排、除渣板、分配送风装置等组成的燃烧设备。 ㈡ 锅炉辅助设备： ① 燃 料供应系统设备：燃料供应系统设备 的作用是保证锅炉连续运行所需要的符合质量要求的燃料。 燃料的储存设备包括煤场、原煤仓、煤粉仓、贮油罐、工作油箱等。 燃料的运输设备包括带式输送机、埋刮板输送机、多斗提升机、电动葫芦吊煤罐、单斗提升机、给煤机、给粉机、桥式抓斗起重机、推煤机、油泵、输油管道、过滤器、调压器等。 燃料的加工设备包括破碎机、磨煤机、粗粉分离器、细粉分离器、排粉风机等。 ② 送、引风设备：送、引风设备的作用是给炉子送入燃烧所需要的空气或给磨煤机系统输送热空气干燥剂，并从炉膛内引出燃烧产物 —— 烟气，以保证锅炉正常燃烧。 送、引风设备包括送风机、引 风机、冷风道、热风道、烟道和烟囱等。 ③ 汽、水系统设备：汽、水系统包括蒸汽、给水、排污等三大系统。 蒸汽系统的作用是将合格的蒸汽送往用户或锅炉自用汽，蒸汽系统设备包括蒸汽管、附件、分汽缸等。 给水系统的作用是将经过水处理后的符合锅炉水质要求的给水送入锅炉，以保证锅炉正常运行，给水设备包括水泵、水箱、给水管、再生液管、水的除硬、除碱、除盐和除气设备等。 排污系统的作用是将锅水中沉渣和盐分杂排除掉，使锅水符合锅炉水质标准，排污系统设备包括排污管、附件、连续排污膨胀器、定期排污膨胀器、排污降温池等。 ④ 除灰渣设备：除灰渣设 备的作用是将锅炉的燃烧产物 —— 灰渣连续不断地除去并运送到灰渣场。 除灰渣设备包括马丁除渣机、螺旋除渣机、刮板出渣机、重型链条除渣机、水力除灰渣系统、沉灰池、渣场、渣斗、桥式抓斗起重机、推灰渣机等。 ⑤ 烟气净化系统设备：烟气净化系统包括烟气的除尘、脱硫、脱硝设备，它们的作用是除去锅炉烟气中夹带的固体的微粒 —— 飞灰和氮氧化物等有害物质，改善大气环境。 除尘、脱硫、脱硝设备包括重力除尘器、惯性力除尘器、离心力除尘器等。 ⑥ 仪表及自动控制系统设备：仪表及自动控制系统设备的作用是对运行的锅炉设备进行检测、程序控制、自动保护和 自动调节。 仪表及自动控制系统设备包括微型计算机和温度计、压力表、水位计、流量计、负压表等仪表、烟气氧量表、自动调节阀以及控制系统等。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 9 锅炉分类 锅炉用途广泛，种类很多，一般按如下几种方法分类： ㈠ 按用途分类，工业锅炉（用于工业生产、采暖通风、空气调节工程和生活热水供应的锅炉。 ）、电站锅炉（用于发电，为高参数、大容量锅炉，我国现行电站锅炉标准参数，容量系列中，最大容量锅炉的额定蒸发量为 20xxt/h,其发电量功率为 600MW。 ）、船用锅炉、机车锅炉。 ㈡ 按锅炉出口工质压力分类，常压热水锅炉、低 压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界锅炉、超临界锅炉。 ㈢ 按所用燃料或能源分类，燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、混合燃料锅炉、废料锅炉、余热锅炉、其他能源锅炉。 ㈣ 按燃料方式分类，火床燃烧锅炉、火室燃烧锅炉、流化床燃烧锅炉。 ㈤ 按通风方式分类，自然通风锅炉、机械送风锅炉、机械引风锅炉、平衡通风锅炉。 ㈥ 按循环方式分类，自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉。 ㈦ 按锅炉结构分类，锅壳锅炉、水管锅炉、铸铁锅炉。 ㈧ 按锅炉布置形式分类，锅炉纵置式锅炉、锅炉横置式锅炉。 ㈨ 按锅炉出厂形式分类，快装锅 炉、组装锅炉、散装锅炉。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 10 第二章 锅炉汽包水位控制系统 锅炉汽包水位控制系统是确保锅炉安全稳定运行的重要环节。 汽包水位过低，由于锅炉的蒸汽量大，汽包容积相对较小，水的汽化速度很快，如果控制不及时，不能给汽包及时补水，汽包内的水很快就会蒸发光而导致干锅，严重时会引起锅炉爆炸。 对于大型锅炉，这种危险尤为突出。 汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离，使蒸汽带液，这会使过热器结垢导致损坏，同时也会使过热蒸汽温度急剧下降，损坏汽轮机的叶片，影响汽轮机的安全进行，因此汽包的水位必须加以严格的控制。 锅炉汽包水位的动 态特性 [4] 汽包水位是汽包中的贮水量和水面下的汽泡容积所决定的，因此凡是引起汽包中贮水量变化和水面下的汽包容积变化的各种因素都是给水控制对象的扰动。 其中主要的扰动有：给水流量 W、锅炉蒸汽流量 D、汽包压力 Pb、燃烧工况等。 给水控制对象的动态特性是指上述水位变化的各种扰动与汽包水位的动态关系。 ㈠ 给水流量扰动下水位的动态特性 给水流量扰动下的水位阶跃反应曲线如图 所示。 在给水流量突然增加的瞬间 ,锅炉的蒸发量还未改变 ,给水流量大于蒸发量 ,但水位一开始并不立即增加 ,这是因为温度较低的给水进入省煤器及水循环系统的 流量增加了 ,从原有的饱和汽水混合物中吸取了一部分热量 ,使水面下的汽泡容积有所减少。 当水面下汽泡容积不再变化时 ,水位才开始逐渐上升。 如果不考虑水面下汽泡容积的变化 ,则当给水流量扰动时 ,水位的反应曲线如图 中的直线 1 所示。 实际的水位反应曲线应如图 中曲线 2 所示。 所以给水流量的扰动 ,水位反应存在一定的迟延时间。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 11 Wt HtH 1H 图 给水流量扰动下水位的阶跃反应曲线 ㈡ 蒸汽流量扰动下水位的动态特性 蒸汽流量扰动下水位的阶跃反应曲线如图 所示。 当蒸汽流量突 然增加 (假定供热量及时跟上 )时 ,锅炉的蒸发量大于给水流量 ,汽包的贮水量应等速下降 ,又因为汽包是无自平衡对象 ,所以水位变化曲线应如图中曲线 H1 所示 ,实际上当蒸发量突然增加时 ,在汽水循环系统中蒸发强度也将成比例地增大 ,使汽水混合物中汽泡的容积增大 ,又因炉膛内的发热量并不能及时增加 ,从而使汽包压力不断下降 ,降低了饱和温度 ,促使蒸发速度加快 ,汽泡膨胀 ,加大了汽水混合物的总体积 ,使水位变化过程如图中曲线 H2 所示。 水位实际变化过程的曲线是 H1 和 H2 两曲线叠加 ,即图中的曲线 H，由此可知 ,负荷变化时汽包水位的动态特性具有 特殊的形式 :负荷增加时 ,蒸发量大于给水量 ,但水位不是下降反而上升。 负荷突然减小时 ,水位却先下降 ,然后逐渐上升 ,即 “ 虚假水位 ” 现象。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 12 t HtH 1HDH 2 图 蒸汽流量扰动下水位的阶跃反应曲线 ㈢ 炉膛热负荷扰动下水位的动态特性 炉膛热负荷扰动下水位的阶跃反应曲线如图 所示。 当燃料量 M 增加时 ,炉膛热负荷随着增加 ,水循环系统内的汽水混合物的汽泡比例增加 ,蒸发强度增强。 如果负荷设备的进汽阀不加调节 ,则汽包饱和压力升高 ,蒸汽流出量增加 ,蒸发量大于给水量 ,水位应该 下降。 随着汽包压力的升高 ,汽水混合物中汽泡的比例将减小 ,又使得汽水总容积下降。 其次 ,在汽压升高时 ,汽的比容变小 ,水的比容变大 ,总的效果是汽水混合物的比容变化不大。 所以在燃料量扰动下 ,汽包水位也会出现 “ 虚假水位 ” 现象 ,但由于热惯性的原因 ,这种虚假水位没有蒸汽流量扰动下的那样严重。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 13 t HtH 0MM 0t 0 图 炉膛热负荷扰动下水位的阶跃反应曲线 锅炉汽包水位控制系统的基本方法 如果使用简单的锅炉汽包液位的单冲量控制系统，如图 所示 ,一旦负荷急剧变化 ,虚假液位的 出现 ,调节器就会误以为液位升高而关小供水阀门，影响了生产甚至造成危险。 L C蒸 汽L T （ 液 位 变 送 器 ）正 作 用 调 节 器给 水气 关 阀省 煤 器汽包 图 锅炉汽包液位的单冲量调节系统 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 14 为此 ,图 采取了锅炉汽包液位的双冲量控制 ,它在单冲量的基础上 ,再加一个蒸汽冲量 ,以克服 “ 虚假液位 ”。 其中调节阀为气关阀 ,液位调节器采用正作用 ,调节器输出信号在加法器内与蒸汽流量信号相减。 双冲量实际上是前馈与反馈调节相结合的调节系统。 当负荷突然变化时 ,蒸汽的流量信号通过加法器 ,使它的作用与水位信号的作用相反；虚假液位出现时 ,液位信号 a 要关小给水阀 ,而蒸汽信号 b 是开大给水阀 ,这就能克服 “ 虚假液位 ” 的影响。 但是如果给水压力本身有波动时 ,双冲量控制也不能克服给水量波动的影响。 L CL T （ 液 位 变 送 器 ）正 作 用 调 节 器给 水气 关 阀省 煤 器汽包加 法 器蒸 汽孔 板 图 锅炉汽包液位的双冲量调节 系统 由于单冲量和双冲量都很难达到理想稳定的控制所以这就要用如图 所示的锅炉汽包液位的三冲量调节系统。 即再加一个给水流量的冲量 c,使它与液位信号的作用方向一致 ,这种调节系统由于引进了液位、给水流量及蒸汽流量三个参数 ,叫做三冲量调节系统。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 15 L CL T液 位 变 送 器正 作 用 调 节 器省 煤 器汽包加 法 器蒸 汽孔 板给 水气 关 阀F 1 T流 量 变 送 器 ba+ ca b + cF 2 T流 量 变 送 器 图 锅炉液位的三冲量调节系统 锅炉汽包三冲量液位控制系统是在双冲量液位控制基础上引入了给水流量信号 ,由水位、蒸汽流量和给水流量组成了三冲量液位控制系统。 汽包水位是被控变量 ,是主冲量信号，蒸汽流 量，给水流量是两个辅助冲量信号。 实质上三冲量控制系统是前馈加反馈控制系统 ,可分为单级和串级两种控制系统。 当蒸汽流量增加时 ,调节器立即动作 ,相应地增加给水流量 ,能有效地减小虚假液位所引起的调节器误动作。 当给水流量发生自发性扰动时 (例如给水压力波动引起给水流量的波动 ),调节器也能立即动作 ,控制给水流量使给水流量迅速恢复到原来的数值 ,从而使汽包水位基本不变。 可见给水流量信号作为反馈信号 ,其主要作用是快速消除来自给水侧的内部扰动。 当汽包水位增加时 ,为了维持水位 , 调节器的正确操作应使给水流量减小 ,反之亦然 ,即调节 器操作给水流量的方向与水位信号的变化方向相反 ,因此调节器入口处水位信号定义为负极性但由于汽包锅炉的水位测量装置 — 平衡容器本身已具有反号的特性 ,所以进入调节器的水位变送信号应为正。 单级三冲量和串级三冲量汽包水位控制系统的分析和整定 [5] 单级三冲量汽包水位控制系统的分析和整定 ① 控制原理 :单级三冲量给水控制系统自控原理框图如图 所示。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 16 V HV DV WWW 1W 2 SW D0  SW W0 sW rDWDH WZk kD 图 单级三冲量给水自动控制原理框图 图 中 ,各符号 意义如下： 1W — 给水流量扰动； 2W — 调节阀对给水量的调节作用； W — 给水流量； D — 蒸汽流量；  SWOD — 蒸汽流量扰动下的水位变化的传递函数； rWrDrH , — 水位、给水流量、蒸汽流量测量变送器的斜率； D , W — 蒸汽流量信号和给水流量信号的灵敏度； Kz — 执行器的比例系数； Ku — 调节阀的放。