汽包锅炉给水控制系统
汽包锅炉给水全程控制系统各阶段仿真研究
图 ２ 起 动 阶段 仿 真
３ １ 控 制 原 理 及 仿 真 ．
机 组低 负 荷 阶段 （ ５ ～４ 负 荷 ） 给水 阀 全 ２ ０ 主
图 ２中伺服放 大 器相 当于 一个 Ｐ调节 器 ， 阶段 此
开 ， 过改 变 电动 泵 转 速 来 调节 汽 包 水 位 。 电动 泵 通 通
ｓ—— 拉普 拉斯 算子 ；
ｅ—— 被控 对象 的飞升 速度 ； ｒ —— 被 控对 象 的容 积迟延 。
给水调 节 。在机组 起动 阶段 由给水 旁路 调节 阀控制 汽
包 水位 。
蒸 汽扰 动 时汽包 水位 变化特 性 也是 由一 个积 分 环 节 和 一个惯 性环 节叠 加而 成 ， 传递 函数 为 ： 其
制 系统 之一 ， 其控 制 品质 直 接影 响 电厂 机 组运 行 的经
济性和 安全 性 。 目前 ， 数 电 厂 的汽 包 锅 炉 给水 全 程 多 控 制系统 在机 组起 动和 低负 荷 阶段 ， 自动投 入 率较 低 ，
其 原 因之一是 被 控 对 象可 控 性 较 差 ， 是 控 制方 案 存 二 在缺 陷 。本 文根 据文献 ｒ ］ 出的控制 方案 ， 别对 汽 １提 分 包 锅 炉给水 控制 系统 的启 动 、 负荷 和 高 负荷 各 阶段 低 控制进 行 了全 面细致 的仿 真研究 。 给水 扰动 时汽包 水位 变 化特 性是 由一个 积 分环 节 和一
给 仿 参 控 ［ 关 键 词］ 汽 包锅 炉 ； 水 ； 真 ； 数 整定 ； 制
３ ［ 中图分 类号］ ＴＫ ３２
［ 文献标 识码 ］ Ａ ［ 章 编 号 ］ １０ 文 ０ ２—３ ６ （ ０ ７ ０ ３ ４ ２ ０ ） ２—０ ６ ０ ６—０ ４
汽包锅炉串级三冲量给水全程控制系统设计
…
ｒ
ｓ
ｆ Ｉ （ Ｐ ｈ ） ； Ｇ一
－
㈤
￣ｐ
＿
一 （ １ － ２ ）
Ｃ
ｐ Ｄ 所 以上式可以写为 ｈ： Ｚ —（ Ｊ＿ ＿
Ｇ（ ） Ｓ（ ２ ）蒸 汽流量扰动下水位 的动态性
按照上式可以设计出水位压力 自 动校正线路。 ②过热蒸汽流量信 号压力 、温度校正 过热蒸汽流量测量通常采用标准喷嘴。 这种喷嘴基本上是按 定压运 行额定工况参数设计 ， 在该参数下运行时 ， 测量精度是较高的。但在 全
时， 锅炉吸收更多的热量 ， 蒸发强度增 加。 如果汽机的进 汽量不加调节 ，
我厂全程给水控制采用两 台给水泵控制 ， 在一台给水泵故障后 ， 机 组将Ｒ Ｂ ，这就为全程给水控制 系统提 出更高的要求 ， 我们应该充分考 虑一台给水泵停 运后对控制系统 的影响 。同时我厂采用循环流化床锅 炉 ，通过循 环灰 量、风煤配 比等手段来控制床温 ， 实现８ ５ ０～９ ５ ０ ℃左右
（ 二 ）串级三 冲量给水控 制系统参数校正 （ １ ） 测量信号的 自动校正 锅炉从启动到正常运行或是从正常运行到停炉的过程中， 蒸汽参数 和负荷在很大 的范 围内变化 ， 这就使水位 、 给水流量和蒸汽流量测量信 号的准确性受到影响 。 为 了实现全程 自动控制 ， 要求这些测量信号能够
包压力 Ｐ ｂ 的函数 ，即
—
水 位在给水扰动下 的传递 函数可表示为 ：
均为汽
旦 ： 三 一
： 兰
锅炉汽包水位控制系统
摘要锅炉是典型的复杂热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散.管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。
锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安全. 稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于高蒸汽品质.减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。
锅炉汽包水位髙度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。
因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。
在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。
无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格控制水位在规定范围之内。
维持汽包水位在给定范围内是保证锅护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，蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击，引起轴封破损、叶片断裂等事故。
同时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。
汽包水位的控制是锅炉控制的一个难点，目前，对汽包水位控制大多采用常规PID 控制方式，传统的常规PID控制方式是根据控制对象的数学模型建立，由于锅炉水位系统存在非线性.不确定性时滞和负荷干扰.非最小相位特征等，其精确的数学模型往往无法获得而且常规PID控制的参数是固定不变的，难以适应各种扰动及对象变化，其控制效果往往难以满足要求，控制效果不理想。
汽包水位三冲量给水调节系统
汽包水位三冲量给水调节系统1、所谓冲量，是指调节器接受的被调量的信号;2、汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量筒及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成;3、在汽包水位三冲量给水调节系统中，调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号，如图所示。
其中，汽包水位H是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变化，改变给水流量，使水位恢复到给定值;蒸汽流量信号qm.S是前馈信号，其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量;蒸汽流量和给水流量两个信号配合，可消除系统的静态偏差。
当给水流量变化时，测量孔板前后的差压变化很快并及时反应给水流量的变化，所以给水流量信号qm.w作为介质反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。
4、在大、中型火力发电厂锅炉汽包水位的变化速度比较快，“虚假水位”现象较为严重，为了达到生产过程中对汽包水位调节的质量要求，因而广泛采用了三冲量汽包水位调节系统。
5、关于测量信号接入调节器的极性说明:当信号值增大时要求开大调节阀，该信号标以“+”号;反之，当信号值减小时要求关小调节阀，该信号标以“,”号。
在给水调节系统中，当蒸汽流量信号增大时，要求开大调节阀，该信号标以“+”号;给水流量信号增大时，要求关小调节阀，该信号标以“,”号;当汽包水位升高时，差压减小，水位测量信号减小，要求关小调节阀，则该信号标以“+”号。
3.1 汽包锅炉给水自动控制的任务是维持汽包水位在一定的范围内变化。
汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接地表示了锅炉负荷和给水的平衡关系。
维持汽包水位是保持汽机和锅炉安全运行的重要条件。
3.2 汽包水位被控对象的扰动有四个来源，包括给水量方面的扰动为内部扰动;其余的如蒸汽负荷的扰动、燃料量的变化及汽包压力的变化等为外部扰动。
锅炉汽包水位控制系统(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指导教师高飞燕班级自动化071学号20074460107学生姓名丁滔滔2011年1月5号附录：仪表配接图 (20)锅炉汽包水位控制系统1.系统简介：控制系统一般由以下几部分组成图1 自动控制系统简易图锅炉水位系统如下图：图2 单冲量控制系统原理图及方框图其单位阶跃响应图如下：图3 蒸汽流量干扰下水位阶跃曲线通过电容式液位计将检测来的液位信号变送给成标准信号，再输送给控制器，调节器再通过执行机构和阀来控制进水量，从而达到自动控制锅炉水位。
2．锅炉控制系统：2.1锅炉：锅炉是火力发电厂中主要设备之一。
它的作用是使燃料在炉膛中燃烧放热，井将热量传给工质，以产生一定压力和温度的蒸汽，供汽轮发电机组发电。
电厂锅炉与其他行业所用锅炉相比，具有容量大、参数高、结构复杂、自动化程度高等特点。
2.2过热器和再热器：蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽，并要求在锅炉负荷或其他工况变动时，保证过热气温的波动处在允许范围内。
提高蒸汽初压和初温可提高电厂循环热效率，但蒸汽初温的进一步提高受到金属材料耐热性能的限制。
蒸汽初压的提高随可提高循环热效率，但过热蒸汽压力的进一步提高受到汽轮机排气湿度的限制，因此为了提高循环热效率及降低排气湿度，可采用再热器。
通常，再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%左右，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相近。
过热器和再热器内流动的为高温蒸汽，其传热性能差，而且过热器和再热器又位于高烟温区，所以管壁温度较高。
如何使过热器和再热器管能长期安全工作是过热器和再热器设计和运行中的重要问题。
在过热器和再热器的设计及运行中，应注意下列问题:⑴运行中应保持汽温的稳定，汽温波动不应超过±（5～10）℃。
⑵过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况在一定范围内变化时能维持额定的汽温。
⑶尽量防止和减少平行管子之间的偏差。
2.3省煤器和空气预热器：省煤器和空气预热器通常布置在锅炉对流烟道的尾部，进入这些受热面的烟气温度已较低，因此常把这两个受热面称为尾部受热面或低温受热面。
火力发电厂汽包锅炉给水自动控制
科 技 圈向导
２ １ 年第 １ 期 ０１ ４
火 力发 电厂汽包锅 炉给水 自动控制
（． 津大 港Biblioteka 发 电厂 １天 中国 天津许 明 明 祝 贺 强 ｚ ３ ０ ７ ； ． 拓 能 工 程 咨 询 公 司 山 东 ０ ２ ２ ２ 山东
济南
２０ １） ５ ０ ２
【 要】 摘 工业锅炉的汽 ＆， ＡＡ￣４ ｅ 的一个重要参数 ， Ｋ －ｅ ； － 维持汽 包水位是 保持 汽轮机和锅 炉安全运行的重要条件 ． 炉汽 包水位过 高会 锅 造成汽 包出 口蒸汽 中水分过 多， 使过 热器受热 面结垢 而导致过热 器烧 坏 ， 同时还会使 过热ｔ，ｌ ￣ 急剧 变化 ， ＂ Ｉｇ Ｊ 直接影响机 组运行的 经济性和安全
１１串级三 冲量给水控制 系统工作原理 ． 如 图 ４１ ． 所示 ． 串级三冲量给水控 制系统 由主调 节器 Ｐ１控 制器 Ｉｆ １和副 调节器 Ｐ２ 控制器 ２ 串联构 成。主调节器接受水位 信号 Ｈｆ ） Ｉ（ ） 为 主控 信号 ，其输 出去控制副调 节器 。副 调节器接受 主调节 器信号 Ｉ 外 ． 接 受 给 水 量 信 号 Ｉ 蒸 汽 流 量 信 号 Ｉ。 副 调 节 器 的 作 用 主 要 是 还 和 。 通过 内回路进行蒸汽流量 Ｄ和给水 流量 ｗ 的 比值调节 ．并快速 消除 水侧和汽侧的扰动 主调节器主要是通过 副词节器对 水位进行校正 ． 使水位保持在给定值 串级三冲量给水控制系统有 以下特点 ：①两个 调节器任务不 同 ， 参数整定相对独立 主调节器的任务是校正水位 ． 副调节器 的任务 是 迅速消除给水和蒸汽流量扰动 ． 保持给水和蒸 汽量平衡 给各整定 值 的整定带来很大的便利条件 。②在负荷变化时 ． 可根 据对象在 内外 扰 动下虚假水位 的严重程度 来适 当调 整给水流量 和蒸汽流量 的作用 强 度． 更好 的消除虚假水位 的影响 ． 改善 蒸汽负荷 扰动下水位 控制 的品 质 。 给 水 流 量 和 蒸 汽 流 量 的 作 用 强 度 之 间 是 相 互 独 立 的 ． 也 使 整 定 这
汽包锅炉给水水位自动控制系统的设计(毕业设计论文)
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
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锅炉汽包水位的控制
摘要锅炉是电厂和化工厂里常见的生产设备，为了使锅炉能正常运行,必须维持锅炉的水位在一定的范围内，这就需要控制锅炉汽包的水位。
汽包水位很重要，水位过高会影响汽水分离的效果，使蒸汽带液,损坏汽轮机叶片；如果水位过低会损坏锅炉，甚至引起爆炸。
可见锅炉汽包水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性。
本论文设计的是锅炉汽包水位控制系统，利用控制装置和被控对象组成了一个自动控制系统。
被调量是汽包水位，调节量是给谁量。
它主要考虑汽包内部物料平衡，使给水量适应锅炉的挥发量，维持汽包中水位在工艺允许的范围内。
关键词：汽包水位虚假水位给水流量蒸汽流量目录摘要 (1)1 绪论 (3)1.1 锅炉 (3)1。
2 锅炉汽包水位控制系统的发展现状 (3)1。
3 汽包水位调节原理: (4)1.4 本设计的主要工作 (4)2 控制方案设计 (6)2.1 汽包水位的影响因素 (6)2.2 系统方框图 (6)3 硬件选型 (8)3。
1 水位PID控制系统 (8)3.2 PLC的选型 (8)3.3 PLC的I/O分配 (9)3.4 流程控制图 (10)3。
5 PLC程序 (11)4 PID参数整定 (16)4.1 运用试凑法选定PID参数 (16)4。
2 MATLAB仿真结果 (17)5 组态设计 (19)5。
1组态王对PLC的设备组态 (19)5。
2组态王定义数据变量 (19)5.3组态王界面 (19)总结 (21)参考文献 (22)致谢 (23)1 绪论1.1 锅炉锅炉由汽锅和炉子组成。
炉子是指燃烧设备,为化石烯料的化学能转换成热能提供必要的燃烧空间。
汽锅是为汽水循环和汽水吸热以及汽水分离提供必要的吸热和分离空间。
锅炉作为一种把煤、石油或天然气等化石燃料所储藏的化学能转换成水或水蒸气的热能的重要设备，长期以来在工业生产和居民生活中都扮演着极其重要的角色，它已经有二百多年的历史了，但是锅炉工业的迅猛发展却是近几十年的事情。
生产锅炉，主要用于为居民提供热水和供居民取暖。
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H ? f1 ( pb )L ? ? p f2 ( pb )
图18 密度与汽包压力关系
由于汽包中心水位线与联通管下部开孔中心垂直距离为 B mm ，因此，汽包中相对于中心水位线的水位为
h? H ? B? a
a为修正值
P1——变动工况下级组前的蒸汽压力， MPa ； T1——变动工况下级组前的蒸汽温度， K；
P2——变动工况下级组后的蒸汽压力， MPa 。
（2）而当在所考虑的变动工况范围内，当级组内始终有
一列或一列以上的喷嘴或动叶栅中的汽流处在临界状 态或超临界状态时，由于级组后的蒸汽压力的变化不 可能对级组前的蒸汽压力状态产生影响，且背压为真 空的机组，这时
图19 差压汽包水位测量原理图
2. 给水流量测量
每台给水泵入口设有流量孔板，测量单台给水泵流量。在主 给水管道．上设有给水流量喷嘴，测量进入锅炉的主给水流量。
W ? k ? p?
只考虑温度 修正
W ? k ? (t, p) ? ? p ?0
3. 蒸汽流量测量
弗留格流量计算公式是目前应用于蒸汽流量计算中较为普遍的方法。
三个主要扰动因素： 给水流量、蒸汽流量和炉膛热负荷扰动
1、给水流量扰动下水位的动态特性
W
?
ΔW
W
s
+H
0
t
1 2
H
??
－
1 ? ?s
α
0
A ΔH
ετ
t
3
Bτ
图11－2给水流量阶跃扰动下的水位响应曲线
G HW
(s) ?
H (s) W (s)
?
?
s
?
?? 1 ? ?s
?
? s(1 ? ?s)
2、蒸汽流量扰动下的水位动态特性
三、组合方式
? 300MW及以上机组，采用节流调节方式和给水泵调速方 式相组合的方式调节给水量。
? 在低负荷阶段利用电动给水泵保证泵出口与汽包之间的差 压（或泵出口压头），由给水调节阀（或给水旁路调节阀） 来调节给水流量，进而控制汽包水位；
? 在负荷超过某一值（对应的给水流量需求接近调节阀的最 大通流能力）且汽动给水泵尚未启动时，由电动调速给水 泵来调节给水流量，进而控制汽包水位；
适应冷态启动和热态启动情况。
二、信号测量校正
? 1. 汽包水位测量
图17 单室平衡容器水位测量示意图 平衡容器输出差压Δp 为
? p ? p? ? p? ? ? a L ? ? wH ? ?s (L ? H ) ? (?a ? ?s )L ? (? w ? ? s )H
H ? (? a ? ? s )L ? ? p (? w ? ? s )
（1）在所考虑的变动工况范围内，当级组内的各级隔板喷嘴和动叶栅 中的汽流均未达到临界状态时，且有背压的汽轮机组，则
D ?
D0
p12 ?
p
2 01
?
p
2 2
p
2 02
?
T01 T1
式中D0——参考工况下级组内的蒸汽流量， kg／h； p01——参考工况下级组前的蒸汽压力， MPa ； T 01——参考工况下级组前的蒸汽温度， K； P02——参考工况下级组后的蒸汽压力， MPa ； D——变动工况下级组内的蒸汽流量， kg／h；
变速泵
高压加热器
图11－9 水泵变速调节系统示意图
M
n min A
泵特性曲线
W
W min
W
Wmax
图11-10水泵变速调节原理
调速泵有：
（1）电动调速泵，原动机是定速电动机，电 动机与水泵之间的轴联接采用液力联轴器， 改变液力联轴器中的油位高度即实现水泵 转速的改变。
（2）汽动调速泵，动力是小汽轮机，改变小 汽轮机的进汽流量实现给水泵转速的改变。 小汽轮机转速由独立的MEH控制。
D ?
p1 ?
T01
D0 p01
T1
某300MW机组的蒸汽流量计算公式为
D ? D0
T01 T1
?
p1 p01
? D0
273 ? t01 ? p1 273 ? t1 p01
D——主蒸汽流量，t／h； D0——额定工况下的主蒸汽流量，为985t／h； p1——调速级压力； p01——额定工况下的调速级压力， 13．16MPa ； t1——调速级温度，℃； t01——额定工况下的调速级温度, 540．6℃；
过热蒸汽 H
汽包
过热器
μ V=5％
管路性能曲线
A
n=c M μV
μ V=100% B
给水
调节器 省 煤 器
定速泵 高压加热器 调节阀 图11－7 节流调节系统示意图
泵特性曲线
WB
W
W WA
图11-8 节流调节原理
二、给水泵调速方式
过热蒸汽
汽包
过热器 H n max
管路性能曲线 B
调节器
省 煤 器
给水
D
K2
ΔD
D
1 ? T2 s
+H
0
t
?
_
Hsຫໍສະໝຸດ H20 tH H1
图11－4 蒸汽流量阶跃扰动下的水位响应曲线
GHD (s) ?
H (s) D(s)
?
K2 1 ? T2 s
?
?
s
3、炉膛热负荷扰动下水位动态特性
B
D 0 H
ΔB t
H 0
t
图11－6 燃料量扰动下的水位特性
第二节 给水流量调节方式
一、节流调节方式
以上关系式确定的首要前提是：汽机通流部分
的结构特征保持不变。当汽机通流部分由于叶片 表面结垢、破损、变形或动静部分间隙发生变化 而导致汽道面积改变时，应用上述公式计算所得 的数值中会附带有相应的误差。所以要以汽机运 行及其性能试验中实测的数据为准。
＋ －
αD Gc2(s)
γD KZ
D
GHD(s)
W
H
Kμ
G HW (s)
αW
γW
γH 图11-14 串级三冲量給水控制系统原理框图
? D? D ? ? W ?W
第四节 给水全程控制
一、对给水全程控制系统的要求 （1）对测量信号进行压力、温度校正。 （2）保证给水泵工作在安全工作区内。 （3）保证控制系统切换应是双向无扰的。 （4）需解决好阀门与调速泵间过渡切换问题。 （5）适应机组定压运行和滑压运行工况，必须
? 在汽动给水泵启动后，逐步由电动调速给水泵过渡到汽动 给水泵来调节给水流量。电动给水泵只在机组启动阶段或 汽动给水泵故障时使用。
第三节 给水控制基本方案
一 、单冲量给水控制系统
汽包水位 水位给定值
△ PID
调节机构 图11－11 单冲量给水控制系统
二. 串级三冲量给水控制系统
HS＋ －
＋
Gc1(s)
汽包锅炉给水控制系统
第一节 概述
一、给水控制任务
使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包 水位在规定的范围内，同时保持稳定的给水流量。
汽包水位反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平 衡关系。
二、对象特性
汽包
省 煤 器 给水
给水调节阀
过热器
过热蒸汽
水 循 环 管 路
图11－1 给水调节对象结构示意图