过程控制课程设计

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1、课程设计报告(2008--2009年度第二学期)名称：过程控制课程设计题目：锅炉给水控制设计院系：科院动力工程系班级：自动化06k2学生姓名：李茂林061912010214刘海涛061912010216吕菁061912010217庞磊061912010218指导教师：马平梁伟平设计周数：一周成绩：日期：2009年7月2日目录一、系统设计要求二、给水调节对象的动态特性三、控制方案的选择与设计四、控制系统原理方框图五、主副调判断及系统整定六、控制系统SAMA图七、结语八、参考文献一、系统设计要求  锅炉汽包水位

2、自动调节的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量并维持汽包中的水位在工艺允许的范围内。维持汽包水位在给定范围内是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件，也是锅炉正常运行的主要指标之一。水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多，蒸汽带水会使饱和蒸汽中含盐量增高，降低过热蒸汽品质，增加在过热器管壁和汽轮机叶片上的结垢。水位过低，则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节，以致局部水冷管壁被烧坏，严重时会造成爆炸事故。这些后果都是十分严重的。随着锅炉容量的增加，水位变化速度愈来愈快，人工操作愈来

3、愈繁重，因此对汽包水位实现自动调节提出了迫切的要求。二、汽包水位调节对象的特性锅炉给水调节对象如附图1所示，给水调节机构控制给水量W。汽轮机耗气量D是由汽轮机调节气门来控制的。B为投入的原料量。水冷壁与汽包存水部分构成了水循环系统。初看起来，汽包水位的动态特性似乎与单容水箱一样，但是实际情况要复杂得多。其中最突出的一点就是水循环系统中充满了夹带着大量蒸汽气泡的水，而蒸汽气泡的总体积V是随着汽包压力和炉膛热负荷的变化而改变的，即使水循环系统的总水量没有改变，汽包水位也会随之发生变化。影响汽包水位H的主要有给水

4、量W，汽轮机的耗气量D和燃料量B等三个主要因素。1、给水扰动在给水量W的阶跃扰动下，水位H的响应曲线可以用附图2来表示，如把汽包及水循环系统当作单容水箱，水位的响应曲线应该如图中的直线H1。考虑到给水温度低于汽包内的饱和水温度，当它进入汽包后吸收了原有的饱和水中的一部分热量，使锅炉的蒸汽产量下降，水面以下的汽包总体积Vs，也相应减小。Vs对水位的影响可以用图中的曲线H2表示。水位H的实际响应曲线是H1和H2的总和。从图可知，响应过程又一段时间的迟延τ。给水的过冷度越大，纯延迟时间也越大。给水扰动下的传递函数

5、近似表示为G1(s)=ε1e-τs/s,式中ε1为水位的飞升速度。2、负荷扰动在汽轮机耗气量D的阶跃扰动下，水位H的影响过程可用附图3来说明。当汽轮机的耗气量D突然阶跃增加时，一方面改变了汽包内的物质平衡状态，使水位下降，图中H1表示把汽包当作单容对象时水位应有的变化；另一方面，由于耗气量D的增加，迫使锅内汽泡增多；同时由于燃料量维持不变，汽包压力Ρd下降，使水面以下的蒸汽泡膨胀，总体积Vs增大，从而导致汽包水位的上升，如图3中H2所示。汽包水位H的实际响应过程是H=H1+H2。对于大中型锅炉来说，后者的影

6、响要大于前者，因此在负荷阶跃增加后的一段时间内水位不但不下降，反而明显上升。这种反常现象通常称为“虚假水位”现象。负荷扰动下汽包水位的传函近似表示为：G2(s)=-(ε2/s-K/(1+T0s)),式中，为反映物质平衡关系的水位飞升速度；T0和K分别代表附图3中曲线H2的时间常数和增益。3、燃料量扰动燃料量B的扰动必然引起蒸汽量D的变化，因此也同样有虚假水位的现象。但是由于汽包和水循环系统中有大量水，汽包和水冷壁金属管道也会储存大量的热量，因此有一定热惯性。燃料量B的增大只能使D缓慢增大，而且Ρd还缓慢上升

7、，它将使汽泡体积减小。因而，燃料量扰动下的假水位比负荷扰动下要和缓很多。由以上分析可知，给水量扰动下水位响应过程具有纯迟延；负荷扰动下水位响应过程具有假水位现象；燃料量扰动下也会出现假水位的现象。这些特性使控制汽包水位的任务比较困难和复杂。三、控制方案选择及设计从反馈控制的思想出发，很自然的会以水位信号H作为被调量，给水流量作为调节量，构成单回路反馈系统。显然，这是一个基本的控制思路。对于小机组来说，它的储水量还是很大，水面以下的汽泡体积不占很大比重。因此给水容积延迟和假水位现象不明显，可以采用单冲量控制。

8、对于大容量（接近临界压力）锅炉也可采用这种控制对象，因为在超高压下汽和水的密度相差不大，假水位现象并不显著。但是，对于大量的大中型锅炉来说，这种系统不能满足要求。因为汽轮机耗气量改变所产生的假水位将引起给水调节机构的误动作，致使汽包水位激烈地上下波动，严重的影响设备的寿命和安全。所以对大中型锅炉不能采用单冲量控制系统，必须寻求其他的解决方案。如果从物质平衡的观点来看，只要保证给水量永远等于蒸发量，就可以保证汽包水