《锅炉汽包水位控制系统设计》2000字

锅炉汽包水位控制系统设计目录TOC\o"1-2"\h\u9860锅炉汽包水位控制系统设计 1186991.1锅炉汽包水位常规控制方案 1160621.2锅炉汽包水位控制方法的研究 1280341.2.1单冲量控制系统 1313721.2.2双冲量控制系统 2277991.2.3三冲量控制系统 3234021.3锅炉汽包水位控制系统的数学模型 3锅炉汽包水位常规控制方案由于给水调节对象没有自平衡能力，又存在滞后，因此锅炉汽包水位常用的有以下三种闭环控制系统：以水位为唯一调节信号的称单冲量水位控制系统；以蒸汽流量和水位作为调节信号的双冲量水位控制系统；以给水流量、蒸汽流量和水位作为调节信号的三冲量水位控制系统[15]。汽包水位的动态特性看起来与单容水箱相似，但锅炉汽包水位控制系统中存在着大量与水结合的蒸汽，一旦锅炉负荷发生变化，蒸汽体积也会随之改变，即使锅炉内水量没有发生变化，汽包液位也会有所波动，当负荷突然加大，汽包内水会被急速汽化，造成“虚假水位”现象。实际工业控制中，三冲量控制系统应用比较广泛，相对前两种控制方式，控制品质有明显提高。锅炉汽包水位控制方法的研究单冲量控制系统单冲量控制系统原理框图如图3-1所示，可以看出它只有一个回路，结构简单，易于实现，其工作原理比较简单，当水位与给定值不同时，测量变送器反馈回来的水位信号与给定输入做差形成偏差控制信号，控制器按照此信号决定调节阀开度，是典型的单回路控制系统。图3-1锅炉汽包水位单冲量控制系统框图单冲量控制系统存在一些不足，主要有：缺乏克服虚假水位的能力，当锅炉负荷增大时水位会上升，这时控制器可能会减小阀门开度，给水量变小，蒸汽溢出后，水位会下降，单冲量控制系统会给出错误的操作，破坏锅炉内物料平衡。调节时间过长，不能迅速给出反应。当给水量发生变化时，系统在水位变化后才会开始调节，经过一段时间后水位才会恢复原来的高度。这种控制系统结构简单，对于一些小型锅炉，虚假水位不太明显时，配上报警系统，可以保证生产安全，但对于大型锅炉，这种控制系统明显是不适用的。双冲量控制系统这里的双冲量是指汽包水位信号和蒸汽流量信号两个变量[16]。维持锅炉汽包内物料平衡关系不被破坏，即给水量等于蒸发量，可以控制汽包水位维持不变。蒸汽流量作为过去汽包水位控制的扰动，如果可以利用这种扰动对给水流量进行补偿控制，就可以消除“虚假水位”带来的影响，按照这种思路，在单冲量控制系统基础上，如图3-2所示为双冲量控制系统原理框图，蒸汽流量发生变化时，系统会产生一个同方向的给水变化[17]，而且因为过程控制系统的滞后特性，在扰动量引起被控量产生变化后才会得到调节，将扰动量接在前馈通路中，扰动一出现。控制器就可做出反应，避免被控量受到影响。图3-2锅炉汽包水位双冲量控制系统框图双冲量控制系统控制品质较单冲量控制已经有了显著的提高，但还存在两个问题：是不能及时消除给水压力带来的扰动，不适用于给水管压力经常有所波动的锅炉。是调节阀不一定是线性的，很难做到完全补偿。三冲量控制系统在双冲量控制系统结构的基础上引入给水流量信号，构成三冲量控制系统，其原理框图如图3-3所示，三个流量中，汽包水位是主要的控制变量，也称为主冲量，其他两个蒸汽流量和给水流量称为辅冲量，蒸汽流量放在前馈通道中，给水流量加在反馈通道，分析三冲量控制系统结构，不难发现它由两个回路组成，第一个回路为是给水流量，给水变送器等构成的副回路，第二个为主回路，由汽包水位控制对象、控制器组成。三冲量控制系统可以消除“虚假水位”带来的影响，可以提高控制精度。一旦蒸汽流量或给水流量发生波动，不是等影响到液位才进行调节，而是在这两个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行校正[18]，相比单冲量和双冲量控制系统，其控制性能明显提高，能更好地应对各种复杂的工况。图3-3锅炉汽包水位双冲量控制系统框图锅炉汽包水位控制系统的数学模型查阅相关资料，锅炉汽包水位调节对象动态特性方程为[19]： T1T式中：h——汽包水位；T1D——锅炉蒸汽流量；uDTWTDKWKD给水流量和蒸汽扰动是锅炉汽包水位控制系统中两大主要扰动[20]，分别讨论这两种扰动下汽包水位的动态数学模型。汽包水位在给水扰动下调节对象的传递函数为： GWs实际工程中，锅炉分为可以分为三种，分别为低压锅炉，中压锅炉，高压锅炉。对于中压以下锅炉，因为给水流量时间常数较小，通常忽略不计[21]，式(3-2)可以简化为： GWs式中，ϵ=蒸汽流量扰动下汽包水位的动态数学模型： GDs根据实际工程中的测量，在给水流量扰动下，水位变化的响应速度为ϵ=0.037mm/s，时滞环节的时间常数T测量为T=30s。代入得到给水流量主通道传递函