锅炉水位控制系统-谢斌

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1、UniversityofSouthChina过程控制仪表课程设计题目：锅炉汽包水位控制系统学生姓名：谢斌班级：自动化073班学号：20074460316指导老师：高飞燕唐耀庚2010年　12月26日n一概述锅炉是工业生产过程中必不可少的重要动力设备。它通过煤、油、天然气的燃烧释放出化学能，通过传热过程把能量传递给水，使水变成水蒸气，这种高压蒸汽既可以作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发过程的能源，又可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源。在蒸汽锅炉运行中，水位是一个很重要的控制参数,它间接地反映了锅炉负荷和

2、给水的平衡关系。保持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。锅炉汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽中水分过多，结果使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，同时会使过热蒸汽汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性；汽包水位过低，则由于汽包内的水量较少，当负荷很大时，水的汽化速度很快，因而汽包内的水量变化速度很快，如不及时有效控制，就会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉被烧坏或爆炸。同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而锅筒的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要。给

3、水经给水泵、给水控制阀、省煤器进入锅炉的汽泡，燃料和热空气按一定的比例送入燃烧室内燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds。然后经过换热器，形成一定气温的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Pm的过热蒸汽，经负载设备控制供给负荷设备用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热锅炉给水和空气预热空气，最后经引风机送往烟囱，排到大气中。图1给出了20t/h工业燃煤锅炉的工艺流程图。图1锅炉工艺流程图锅炉是全厂重要的动力设备，其要求是供给合格的蒸汽，使锅炉

4、的发热量适应负荷的需要。为此，生产过程中的各个主要工艺参数必须严格控制。锅炉设备主要控制要求如下：l供给蒸汽量适应负荷变化需求或保持给定负荷。l锅炉供给用气设备的蒸汽压力应保持在一定范围内。l过热蒸汽温度应保持在一定范围内。l汽包水位保持在一定范围内。l保持锅炉燃烧的经济性和安全运行。l炉膛负压保持在一定范围内。锅炉设备是一个复杂的控制对象，如图2所示。主要输入变量是锅炉给水量、燃料量、减温水量、送风量和引风量等；主要输出变量是汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气（氧气含量）等。图2锅炉对象简图

5、上述输入变量与输出变量之间互相关联。如果蒸汽负荷发生变化，必将引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化；燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，而且还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压；给水量的变化不仅影响汽包水位，而且对蒸汽压力、过热蒸汽温度等亦有影响；减水温的变化会导致过热蒸汽温度、蒸汽压力、汽包水位等的变化等等。对于这样一个复杂的对象，本设计主要考虑锅炉汽包水位控制的系统。汽包水位自动调节的任务是给水量与锅炉蒸发量相平衡，并维持汽包水位在工艺规定的范围内。保持锅炉汽包水位在一定范围是锅炉稳定安全运

6、行的主要指标。水位过高造成饱和蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续的过热器管壁结构，传热效率下降，过热蒸汽温度下降，当用于蒸汽透平的动力源，会损坏汽轮机叶片，影响运行的安全与经济性；水位过低造成汽包水量太少，负荷有较大变动时，水的汽化速度过快，而汽包内水的全部汽化将导致水冷壁的损坏，严重时会发生锅炉爆炸。n二系统设计本设计采取单冲量水位控制方案2.1锅炉汽包水位的动态特性锅炉汽水系统如图3所示。影响汽包水位的因素有：汽包（包括循环水管）中出水量和水位下汽包容积。而水位下汽包容积与锅炉的负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有

7、关。锅炉汽包水位主要受到锅炉蒸发量（蒸汽流量D）和给水流量W的影响。图3锅炉的汽包水位系统2.2给水量W对汽包水位H的动态特性给水流量W作阶跃变化时，锅炉水位的响应曲线如图2.2.1所示，其传递函数如下：上式中，为响应速度，即给水量作单位流量变化时，水位的变化速度，单位（mm/s）/（t/h）；是时滞，单位s。出现时滞是因为给水温度低于汽包内饱和水温度，当及水流量增加时，需从饱和水中吸收部分热量，因此，水位下汽包容积减少，只有当水位下汽包容积变化达到平衡后，给水量增加才与水位变化成比例增加。表现在响应曲线的初始

8、阶段，水位的增加比较缓慢，可用时滞特性近似描述。响应速度也可用响应时间表示。响应时间是及水流量变化100%时，水位变化所需要的时间。这里，100%表示给水量允许变化的最大范围。因此。图4给水量阶跃下锅炉汽包水位的响应曲线2.3蒸汽流量D对汽包水位H的动态特性蒸汽流量D作阶跃变化时，锅炉水位的响应曲线如图4所示，其传递函数为：（2）式中，为响应速度，即蒸汽流量作单位流量变化时，水位的变化