自动化课程设计----锅炉汽包水位控制系统

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1、 过程控制仪表课程设计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： 班 级： 自动化 073 班 学 号： 指导老师： 2010 年年 12 月月 23 日日 1 系统简介系统简介 锅炉是过程工业中必不可少的动力设备。 它所产生的蒸汽不仅可以供生产过 程作为热源，而且还可以作为蒸汽透平的动力源。随着工业生产过程规模的不断 扩大，生产过程不断强化，作为全厂动力和热源的锅炉设备，亦向大容量、高参 数。高效率方向发展。为确保锅炉生产的安全操作和稳定运行，对锅炉设备的自 动控制也提出了更高的要求。 锅炉控制装置，其主要的任务是保证锅炉的安全、稳定运行，同时减轻工作 人员的劳动强度，

2、确保人员的人身安全。锅炉的汽包水位是影响锅炉安全运行的 重要参数。水位过高会导致蒸汽带水进入过热器并在过热器内结垢，影响传热效 率，严重的将引起过热管爆管；水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环，引起水 冷壁局部过热而爆管。尤其是大型锅炉，例如，30 万 kW 机组的锅炉蒸发量为 1024t/h，而汽包容积较小，一旦给水停止，则会在十几秒内使汽包内的水全部汽 化，造成严重的事故。 锅 炉 给 水 调 节 对 象 可 以 用 如 下 所 示 图1表 示 。 图 1 给水调节对象 给水调节机构控制给水量 W。 汽轮机耗气量 D 是由汽轮机来控制的。 水冷壁 与汽包存在水 部分构成了水循环系统。初看起来

3、，汽包水位的动态特性似乎与单容水槽一样，但是实际情 况要复杂得多。 其中最突出的一点是水循环系统中充满了夹带大量蒸汽气泡的水， 而蒸汽泡 的总体积 Vs 是随着汽包压力和炉膛热负荷的变化而改变的。如果有某种原因使蒸汽泡的总 体积改变了，即使水循环系统中的总水量没有变化，汽包水位也会随之发生变化。 影响汽包水位 H 的主要有给水量 W，汽轮机的耗汽量 D 等 两个主要因素。 1.1 给水扰动 在给水量 W 的阶跃扰动下，水位 H 的响应曲线可以用图 2 来说明。如把汽 包及水循环系统当作单容量水槽，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

4、收了原有的饱和水中的 一部分热量，使锅炉的蒸汽量下降，水面以下的汽包总体积 Vs 也相应减小，导 致水位下降。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。从图中可知，响应过程有一段迟延时间。给水的过 冷度越大，纯迟延时间也越大。给水扰动 下的传递函数可以近似表示为 式中 Ko 为响应速度，即给水流量变化单位流量时，水位的变化速度 。 1.2 负荷扰动 在耗气量 D 的阶跃扰动下，水位 H 的响应过程可以用图 2 来说明。当耗气 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，迫使锅内汽包增多；同时由于燃料量维持不变，汽包压力 Pd 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 响要大于前者，因此在负荷