火电厂锅炉给水控制系统课程设计

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1、华蛀#力*孑科技学院课程设计报告（2016—2017年度第2学期）名称：计算机控制技术与系统题目：火电厂锅炉给水控制系统设计院系：动力工程系班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：1周成绩：日期：2017年7月7日、锅炉给水系统的国内外应用发展概述锅炉是能量转换的重要设备，能提供热水或蒸汽，广泛应用于工业生产及生活取暖等各个方血。由于我国经济的不断发展和人们生活水平的不断提高，对能源的需求量不断加大，锅炉的台数也不断增加。锅炉运行状况的好坏直接影响到能源利用率的高低，其中锅炉的自动化水平是影响锅炉工作状况的重要因素之一。改善锅炉的

2、自动化控制策略不仅能提高锅炉的自动化水平，还能有效地节约资源，从而节省大量的人力物力。具体来讲，提高锅炉自动化控制水平的意义在于：(1)提高锅炉运行的经济性；(2)提高锅炉运行的安全性；(3)减少运行人员，提高劳动生产率；(4)改善劳动条件。锅炉汽包水位的控制在锅炉的自动化控制中是非常重要的，在锅炉的蒸汽产量、品质及降低能耗、安全生产等方面起着重要的作用。汽包水位是锅炉正常运行的重要指标之一。水位过高，汽水分离装置的正常工作就会受到破坏，严重吋会导致蒸汽带水增多，增加过热器管壁上的结垢和彫响蒸汽质量。水位过低，水循环遭到破坏，引起冷

3、壁管的破裂，严重时易烧干锅，损坏汽包。由此可见，提高锅炉汽包水位自动控制水平是刻不容缓的问题，这对减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的安全运行具有重要的意义。二、课程设计目的与要求1・目的：汽包水位是锅炉运行屮一个非常重要的被控变量，保证水位在给定范围内对整个机组运行的安全性有重要意义，通过分析锅炉给水系统的控制任务和汽包水位的动态特性,以及常用的控制方案，提出基于AT89S51单片机的水位控制系统，并根据控制要求设计软件方案。通过对水位的实时监控和调节，将汽包水位控制在工艺允许的范围之内。2.要求：本系统要求控制精度高，可操作性强，

4、安全性高。三、设计正文1.引言锅炉是火力发电厂生产过程中的主要动力设备，汽包水位则是锅炉运行中的一个重要监控参数，是锅炉给水系统安全、稳定运行的主要指标。它反映了锅炉蒸发量和给水流量之间的一种动态平衡关系。而影响锅炉水位的因素很多，但最主要的还是蒸发量和给水量的波动。汽包锅炉给水控制系统的作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在一定范围内波动，这对机组的安全、稳定、经济运行有着重要的影响，可以保证锅炉的安全运行，进而减轻工作人员的劳动强度。2.总体方案设计：三冲量串级给水控制系统以及单片机控制水位系统2.1汽包锅炉给

5、水控制系统去汽轮机图1汽包锅炉给水控制系统示意图汽包水位是锅炉运行的主要指标之一，是一个非常重要的被控量。其任务是使锅炉蒸发量适应给水量，且在一定的范围内使汽包中的水位基本不变，其耍求包插以下两个方面：(1)在一定范围内维持汽包水位。(2)保持稳定的给水量。上述两个任务中，第一个任务尤为重要。实践证明，无论是电站锅炉，或是工业锅炉,用人工操作调节水位，既不安全，也不经济，其最有效的方法是实现给水自动调节。故给水控制系统应该符合以下基本要求：(1)必须采用带比例作用的调节器以保证系统的稳定性。(2)引入蒸汽流量的补偿信号來克服“虚假水

6、位”现象对控制系统的不利影响。(3)消除内扰。2.2三冲量串级给水控制系统设计2.2.1汽包水位的动态特性影响汽包水位变化的因素主要：蒸汽流量D,给水流量W,汽包压力等。(1)给水流量W扰动下的水位特性由响应曲线图2可知，水位的特性是有延迟，惯性，无自平衡能力。其传递函数为：H（s）_E^（5）"S（1+TS）其中：£——水位响应速度T——延迟时间图2给水流量W扰动下的水位特性H——实际水位的响应曲线；H1——仅考虑锅炉贮水量变化的水位响应曲线；H2——仅考虑锅炉内工质容积溶剂变化引起的水位变化曲线o（2）蒸汽流量D作用下的水位特性

7、由响应曲线图3可知，水位的特性有两部分叠加而成：H二H1+H2.。其传递函数为：G°dH(s)K2£D(s)1+T2ss其中：K2一一112的放大倍数T2H2的时间常数图3蒸汽流量D作用下的水位特性H——实际水位的响应曲线；H1——仅考虑锅炉贮水量变化的水位响应曲线；H2——仅考虑锅炉内工质容积溶剂变化引起的水位变化曲线。2.2.2给水控制方案由于“虚假水位”现象存在，所以我们选择采用的是三冲量串级给水控制系统设计。利调节器(E)煤蒸汽流量省FT蒸汽流量变送器V+1门LC丿执行器给水流量给水调节阀图4锅炉汽包给水控制图原理图由图4所

8、示，该系统由两个闭合回路构成：(1)由给水量W、给水流量变送器uW、调节阀和控制器构成了内回路；(2)内冋路与汽包对象G1(S)构成了主回路。在不影响闭合回路工作稳定性的前提下，为了改善调节质量，在闭合回路外引入了对象G2(S)、分流