过程控制课程设计--锅炉给水控制设计

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1、 课程设计报告课程设计报告 ( 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 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

2、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

3、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 V

4、s，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。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近似表示为 G1(s)=1e -s/s,式中 1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d 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)=-(2/s-K/(1