熱工控制系統(tǒng)600mw機(jī)組旁路控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 600MW機(jī)組給水旁路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　系 別 自控系 班級(jí) </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </

2、p><p>　　起止日期： 12 年 12 月 24日起——至 13 年 1 月 4 日止</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目： 600MW機(jī)組給水旁路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　系 別 班級(jí) </

3、p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　課程設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn)： 教學(xué)樓F619 </p><p>　　任 務(wù) 下 達(dá) 時(shí) 間： 2012 年 12 月 19 日</p><p>　　起止日期： 2012年12月24日起——至2013年1月

4、4日止</p><p>　　教研室主任 年 月 日批準(zhǔn)</p><p>　　以下內(nèi)容根據(jù)各專業(yè)特點(diǎn)自行確定（如條件、資料、內(nèi)容、任務(wù)、進(jìn)度安排及要求等）：</p><p>　　1.設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求；</p><p>　　（1）給水控制對(duì)象動(dòng)態(tài)特性分析；</p><p>　　

5、（2）給水控制系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)與原理分析；</p><p>　　（3）控制系統(tǒng)組態(tài)圖分析；</p><p>　　2.對(duì)設(shè)計(jì)說明書、論文撰寫內(nèi)容、格式、字?jǐn)?shù)的要求；</p><p>　　（1）.課程設(shè)計(jì)說明書（論文）是體現(xiàn)和總結(jié)課程設(shè)計(jì)成果的載體，一般不應(yīng)少于3000字。</p><p>　?。?）.學(xué)生應(yīng)撰寫的內(nèi)容為：中文摘要和關(guān)鍵詞、目錄、

6、正文、參考文獻(xiàn)等。課程設(shè)計(jì)說明書（論文）的結(jié)構(gòu)及各部分內(nèi)容要求可參照《沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范》執(zhí)行。應(yīng)做到文理通順，內(nèi)容正確完整，書寫工整，裝訂整齊。</p><p>　　（3）.說明書（論文）手寫或打印均可。手寫要用學(xué)校統(tǒng)一的課程設(shè)計(jì)用紙，用黑或藍(lán)黑墨水工整書寫；打印時(shí)按《沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范》的要求進(jìn)行打印。</p><p>　?。?）. 課程設(shè)計(jì)說明書（

7、論文）裝訂順序?yàn)椋悍饷?、任?wù)書、成績?cè)u(píng)審意見表、中文摘要和關(guān)鍵詞、目錄、正文、參考文獻(xiàn)。</p><p><b>　　3.時(shí)間進(jìn)度安排；</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著鍋爐朝大容量、高參數(shù)發(fā)展,給水系統(tǒng)采用自動(dòng)控制系統(tǒng)是必不可少的,它可以減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,保證鍋爐的安全運(yùn)行

8、。本設(shè)計(jì)內(nèi)容是對(duì)鍋爐給水旁路調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理和控制功能,系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、工作原理、控制過程、系統(tǒng)切換方等的研究。</p><p>　　汽包水位是鍋爐運(yùn)行中的一個(gè)重要監(jiān)控參數(shù)，它間接反映了鍋爐蒸汽負(fù)荷鍋爐是電廠和化工廠里常見的生產(chǎn)設(shè)備，為了使鍋爐能正常運(yùn)行，必須維持鍋爐的水位在一定的范圍內(nèi)，這就需要控制鍋爐汽包的水位。汽包水位很重要，水位過高會(huì)影響汽水分離的效果，使蒸汽帶液，損壞汽輪機(jī)葉片；如果水位過低會(huì)損壞

9、鍋爐，甚至引起爆炸?？梢婂仩t汽包水位控制在鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng)中的重要性。本論文設(shè)計(jì)的是鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)，利用控制裝置和被控對(duì)象組成了一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。被調(diào)量是汽包水位，調(diào)節(jié)量是給誰量。它主要考慮汽包內(nèi)部物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的揮發(fā)量，維持汽包中水位在工藝允許的范圍內(nèi)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：鍋爐給水 汽包水位 給水旁路控制系統(tǒng) 自動(dòng)控制 </p><p><b>　　

10、目錄</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書I</b></p><p><b>　　摘要IV</b></p><p><b>　　關(guān)鍵詞：IV</b></p><p>　　1 鍋爐給水控制系統(tǒng)1</p><p>　　1.1

11、給水控制系統(tǒng)1</p><p>　　1.1.1單沖量控制系統(tǒng)1</p><p>　　1.1.2單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)2</p><p>　　1.1.3串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)2</p><p>　　1.2給水控制系統(tǒng)的任務(wù)2</p><p>　　2 給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性4</p><p>　

12、　2.1 汽包水位的動(dòng)態(tài)特性4</p><p>　　2.2 各種擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性5</p><p>　　2.2.1 給水流量擾動(dòng)下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性5</p><p>　　2.2.2 蒸汽流量擾動(dòng)下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性6</p><p>　　2.2.3 爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性7</p><p>　　3

13、給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的介紹與分析8</p><p>　　3.1給水控制系統(tǒng)的基本要求8</p><p>　　3.2給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理8</p><p>　　3.3串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的分析9</p><p>　　3.4串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理10</p><p>　　4 旁路控制系統(tǒng)組態(tài)分析

14、與設(shè)計(jì)11</p><p>　　4.1旁路控制系統(tǒng)概念與控制線路11</p><p>　　4.1.1給水控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理11</p><p>　　4.2給水旁路調(diào)節(jié)分析12</p><p>　　4.3給水旁路調(diào)節(jié)過程13</p><p>　　4.4旁路閥調(diào)節(jié)指令SAMA圖14</p><

15、p>　　4.5旁路閥調(diào)節(jié)指令SAMA圖分析15</p><p>　　4.6控制過程中的跟蹤與切換16</p><p>　　4.6.1 系統(tǒng)間的無擾切換16</p><p>　　4.6.2 閥門和泵的運(yùn)行及切換16</p><p>　　4.6.3 電動(dòng)泵與汽動(dòng)泵的切換16</p><p>　　4.6.4

16、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手\自動(dòng)切換17</p><p><b>　　總結(jié)18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　鍋爐給水控制系統(tǒng)</b></p><p><b>　　1.1給水控制系統(tǒng)</b></p>

17、;<p>　　目前大多數(shù)鍋爐分為汽包鍋爐和直流鍋爐兩種。他們的給水控制任務(wù)有些不同。汽包鍋爐給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)是維持汽包水位在設(shè)定數(shù)值。直流鍋爐給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)，是使用給水流量來控制鍋爐負(fù)荷或控制過熱器中某點(diǎn)溫度。</p><p>　　對(duì)于汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)來說，有三種基本結(jié)構(gòu)如下圖：</p><p>　　1.1.1單沖量控制系統(tǒng)</p><p

18、>　　其基本結(jié)構(gòu)如圖1-1（1）所示，該系統(tǒng)是一個(gè)只采用汽包水位信號(hào)和一個(gè)PI調(diào)節(jié)器的反饋控制系統(tǒng)。這種給水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，整定方便，但使用它來調(diào)節(jié)水位，汽包水位波動(dòng)較大，穩(wěn)定性也較低。</p><p>　　1.1.2單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)</p><p>　　其基本結(jié)構(gòu)如圖1-1（2）所示，該系統(tǒng)采用一個(gè)PI調(diào)節(jié)器，并根據(jù)汽包水位、蒸汽流量和給水流量三個(gè)信號(hào)的變化去控制給水流量。與單

19、沖量系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)引入了蒸汽流量信號(hào)和給水流量信號(hào)，引入的蒸汽流量信號(hào)（前饋信號(hào)）可以克服汽包的虛假水位，引入給水流量信號(hào)可以抑制給水自發(fā)性擾動(dòng)，保持了給水流量的穩(wěn)定。事實(shí)上由于檢測、變送設(shè)備的誤差等因素的影響，蒸汽流量和給水流量這兩個(gè)信號(hào)的測量值在穩(wěn)態(tài)時(shí)難以做到完全相等，且單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)一個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定需兼顧較多的因素，所以，現(xiàn)實(shí)中很少采用單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.1.3串級(jí)三沖

20、量控制系統(tǒng)</p><p>　　其基本結(jié)構(gòu)如圖1-1（3）所示，該系統(tǒng)由主、副兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器和三個(gè)沖量（汽包水位、蒸汽流量、給水流量）構(gòu)成。與單級(jí)三沖量系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)多采用了一個(gè)PI調(diào)節(jié)器，兩個(gè)調(diào)節(jié)器分工明確、串聯(lián)工作，主調(diào)節(jié)器PI1為水位調(diào)節(jié)器，它根據(jù)水位偏差產(chǎn)生給水流量給定值，副調(diào)節(jié)器PI2為給水流量調(diào)節(jié)器，它根據(jù)給水流量偏差控制給水流量，并消除給水側(cè)的擾動(dòng)；蒸汽流量信號(hào)作為前饋信號(hào)用來維持負(fù)荷變動(dòng)時(shí)的物質(zhì)

21、平衡，由此構(gòu)成的是一個(gè)前饋－反饋雙回路控制系統(tǒng)。可見，串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)比單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)的工作更合理，控制品質(zhì)要好，是現(xiàn)場廣泛采用的給水控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.2給水控制系統(tǒng)的任務(wù)</p><p>　　汽包鍋爐給水自動(dòng)控制的任務(wù)是使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽泡水位在規(guī)定的范圍內(nèi)。</p><p>　　隨著鍋爐容量和參數(shù)的提高，汽包的容積相對(duì)減小

22、，鍋爐蒸發(fā)受熱面的熱負(fù)荷顯著提高。因此加快了負(fù)荷變化時(shí)水位的變化速度。如果用人工控制給水量來維持汽包水位僅操作繁重，而且是非常困難的。所以鍋爐運(yùn)行中迫切要求對(duì)給水實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，這就對(duì)旁路調(diào)節(jié)閥提出了更高的要求。</p><p>　　影響水位變化的主要因素有鍋爐的蒸發(fā)量、給水流量和燃燒率等。當(dāng)蒸汽流量突然增大時(shí)，由于汽包水位對(duì)象是無自平衡能力的，這時(shí)水位應(yīng)按積分規(guī)律下降。但是當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量突然增加時(shí)，汽包水面下的汽泡

23、容積也迅速增大，即鍋爐的蒸發(fā)強(qiáng)度增加，從而使水位升高。因蒸發(fā)強(qiáng)度的增加是有一定限度的，故汽泡容積增大而引起的水位變化是慣性環(huán)節(jié)的特性。實(shí)際水位變化的趨勢是兩種特性的迭加。</p><p>　　1.2.1給水控制系統(tǒng)基本要求</p><p>　　當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷變化時(shí)，汽包水位的變化具有特殊的形式：在負(fù)荷突然增加時(shí)，雖然鍋爐的給水流量小于蒸發(fā)量，但開始階段的水位不僅不下降，反而迅速上升（反之，

24、當(dāng)負(fù)荷突然減小時(shí)，水位反而先下降），這種現(xiàn)象就是“虛假水位”現(xiàn)象。另外，給水流量和燃燒率擾動(dòng)由于水面下汽泡的原因，也能產(chǎn)生虛假水位，因此給水控制系統(tǒng)不能單單以汽包水位為被調(diào)量，為了減少或抵消虛假水位現(xiàn)象，就必須采用三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。</p><p>　　給水控制是串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器接受水位信號(hào)，對(duì)水位起校正作用，是細(xì)調(diào)；其輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的被調(diào)量是給水流量，目的是快速消除來自水側(cè)的擾動(dòng)。<

25、;/p><p>　　2.給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　2.1 汽包水位的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　工業(yè)鍋爐的汽包水位是正常運(yùn)行的重要指標(biāo)之一，水位過高，產(chǎn)生蒸汽帶水現(xiàn)象，影響用汽單位的正常生產(chǎn)。汽包水位過低，會(huì)影響鍋爐的汽水自然循環(huán)，如不及時(shí)調(diào)節(jié)，就會(huì)使汽包里的水全部汽化掉，可能導(dǎo)致鍋爐燒塌和爆炸事故。因此，鍋爐運(yùn)行中，保持汽包水位在一定范圍是十分重要

26、的自動(dòng)控制問題。</p><p>　　影響汽包水位變化的因素很多，主要有燃煤量、給水量和蒸汽流量。燃煤量對(duì)水位變化的影響是非常緩慢的，比較容易克服。因此，我們主要考慮給水量和蒸汽流量對(duì)水位的影響。鍋爐水位調(diào)節(jié)對(duì)象的原理結(jié)構(gòu)如圖11-1所示。</p><p>　　給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是指各種擾動(dòng)下的汽包水位隨時(shí)間變化的特性。當(dāng)擾動(dòng)為階躍擾動(dòng)時(shí)，對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性稱為階躍響應(yīng)曲線。影響水位變化的

27、原因是很多的，其中鍋爐的蒸發(fā)量和給水流量的變化是主要的，其它還有爐膛熱負(fù)荷、汽包壓力的變化等原因。</p><p>　　2.2 各種擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　2.2.1 給水流量擾動(dòng)下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　圖11-2為給水量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線。圖11-2中曲線1為沸騰式省煤器情形下水位的動(dòng)態(tài)特性，曲線2為非沸騰式省煤器情形下水

28、位的動(dòng)態(tài)特性。</p><p>　　在給水流量突然增加的瞬間，鍋爐的蒸發(fā)量還未改變，給水流量大于蒸發(fā)量，但水位一開始并不立即增加，這是因?yàn)闇囟容^低的給水進(jìn)入省煤器及水循環(huán)系統(tǒng)的流量增加了，從原有的飽和汽水混合物中吸取了一部分熱量，使水面下的汽泡容積有所減少。事實(shí)上也就是因?yàn)榻o水溫度遠(yuǎn)低于省煤器的溫度，即給水有一定的過冷度，水進(jìn)入省煤器后，使一部分汽變成了水，特別是沸騰式省煤器，給水減輕了省煤器內(nèi)的沸騰度，省煤器內(nèi)

29、汽泡總?cè)莘e減少，因此，進(jìn)入省煤器內(nèi)的水首先用來填補(bǔ)省煤器中因汽泡破滅容積減少而降低的水位，經(jīng)過一段遲延甚至水位下降后，才能因給水不斷從省煤器進(jìn)入汽包而使水位上升。在此過程中，負(fù)荷還未變化，汽包中水仍在蒸發(fā)，因此水位也有下降趨勢。由H曲線可以清楚地看出給水被控對(duì)象內(nèi)擾的特點(diǎn)是：給水?dāng)_動(dòng)剛剛加入時(shí)，由于給水的過冷度影響，水位H的變化很慢，經(jīng)過一段時(shí)間之后其變化速度才逐漸增加，最后變?yōu)榘匆欢ㄋ俣戎本€上升，這時(shí)就是物質(zhì)不平衡在起主要作用了，如果

30、給水量和蒸汽量不能平衡，水位就不能確定。</p><p>　　2.2.2 蒸汽流量擾動(dòng)下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　蒸汽流量擾動(dòng)下水位的階躍起反應(yīng)曲線如圖11-3所示。當(dāng)蒸汽流量突然增加（假定供熱量及時(shí)跟上）時(shí)，鍋爐的蒸發(fā)量大于給水流量，汽包的貯水量應(yīng)等速下降，又因?yàn)槠菬o自平衡對(duì)象，所以水位的變化曲線應(yīng)如圖中曲線H1所示：實(shí)際上當(dāng)蒸發(fā)量突然增加時(shí)，在汽水循環(huán)系統(tǒng)中的蒸發(fā)強(qiáng)度也

31、將成比例的增大，使汽水混合物中汽泡的容積增大；又因爐膛內(nèi)的發(fā)熱量并不能及時(shí)增加，從而使汽包壓力不斷下降，降低了飽和溫度，促使蒸發(fā)速度加快，汽泡膨脹，加大了汽水混合物的總體積，使水位變化過程如圖中曲線H2所示。水位實(shí)際變化曲線是H1和H2 之和。</p><p>　　H1-只考慮貯水量變化的水位反應(yīng)曲線；H2-只考慮水面下汽泡容積變化的水位反應(yīng)曲線；</p><p>　　H-實(shí)際水位反應(yīng)曲線

32、（H=H1+H2）</p><p>　　兩曲線的疊加，即圖中的曲線H，由圖可知，負(fù)荷變化時(shí)汽包水位的動(dòng)態(tài)特性具有特殊的形式：負(fù)荷增加時(shí)，蒸發(fā)量大于給水量，但水位不是下降反而迅速上升；負(fù)荷突然減小時(shí)，水位卻先下降，然后迅速上升，這就是“虛假水位”現(xiàn)象。虛假水位的變化情況和鍋爐的特性有關(guān)，燃料突然減小時(shí)（如鍋爐滅火），“虛假水位”約在2～4分鐘內(nèi)即達(dá)到最低值。在外部負(fù)荷突然減小時(shí)（如汽輪機(jī)甩負(fù)荷），“虛假水位”約在2

33、0秒內(nèi)即達(dá)到最低值，并且，“虛假水位”達(dá)到最低值的時(shí)間和負(fù)荷達(dá)到的最低值的時(shí)間基本相同。汽輪機(jī)甩負(fù)荷擾動(dòng)下的“虛假水位”現(xiàn)象是相當(dāng)嚴(yán)重的，這給組成水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶來了困難。為了維持水位在允許的范圍內(nèi)，運(yùn)行中應(yīng)對(duì)負(fù)荷的一次變動(dòng)量及負(fù)荷變化速度加以限制。</p><p>　　2.2.3 爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　當(dāng)燃料M增加時(shí)，爐膛熱負(fù)荷隨著增加，水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的汽

34、水混合物的氣泡比例增加，蒸發(fā)強(qiáng)度增加。如果負(fù)荷設(shè)備的進(jìn)氣閥不加調(diào)節(jié)，則汽包飽和壓力升高，蒸汽流出量增加，蒸發(fā)量大于給水量，水位應(yīng)該下降。隨著汽包壓力的升高，汽水混合物中汽泡的比例將減小，又使得汽水總?cè)莘e下降；其次，在汽壓升高時(shí)，汽的比容變小，水的比容變大，總的效果是汽水混合物的比容變化不大。所以在燃料量擾動(dòng)下，汽包水位也會(huì)因汽包容積的增加水位先上升，因此也會(huì)出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象，至蒸發(fā)量與燃料量相適應(yīng)時(shí)，水位才開始下降，即經(jīng)過了Tm時(shí)間

35、后水位開始下降。由于熱慣性的原因，這種“虛假水位”沒有蒸汽流量擾動(dòng)下的“虛假水位”那樣嚴(yán)重。</p><p>　　應(yīng)當(dāng)指出，蒸汽量、給水量和燃料量在運(yùn)行中是經(jīng)常變化的，為保持氣壓穩(wěn)定，燃料量與蒸發(fā)量必須相互適應(yīng)，因此這兩種擾動(dòng)總是相伴發(fā)生，只是有先后發(fā)生的差別。</p><p>　　從各種擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性可估計(jì)到水位調(diào)節(jié)的一些缺點(diǎn)：由于存在延遲，等到水位偏離規(guī)定值后再去進(jìn)行調(diào)節(jié)，水位必

36、然會(huì)有較大的變化（尤其是水位反應(yīng)快的鍋爐），水位的偏差也大；在負(fù)荷變化時(shí)，由于“虛假水位”現(xiàn)象，水位將迅速變化，這種變化幅度不可能用調(diào)節(jié)給水量來減小。為維持水位在允許的范圍內(nèi)，必須限制負(fù)荷的一次改變量和負(fù)荷變化速度；在負(fù)荷變化后的開始階段，給水流量和負(fù)荷的變化方向相反，如果忽視“虛假水位”現(xiàn)象的存在，盲目根據(jù)“水位”來調(diào)節(jié)給水量，將會(huì)擴(kuò)大鍋爐進(jìn)出流量的不平衡，使水位波動(dòng)加劇，實(shí)際工作中應(yīng)當(dāng)防止和避免。</p><p&

37、gt;　　3 給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的介紹與分析</p><p>　　實(shí)現(xiàn)給水全程控制可以采用改變調(diào)節(jié)門開度，即改變給水管路阻力的方法來改變給水量，也可以采用改變給水泵轉(zhuǎn)速，即改變給水壓力的方法來改變給水量。前一種方法節(jié)流損失大，給水泵的消耗功率多，不經(jīng)濟(jì)，故在一般單元機(jī)組的大型鍋爐中都采用改變給水泵轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)給水控制，在給水控制系統(tǒng)中不僅要滿足給水量調(diào)節(jié)的要求，同時(shí)還要保證給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)。</p>

38、;<p>　　3.1給水控制系統(tǒng)的基本要求</p><p>　　根據(jù)我們對(duì)給水控制系統(tǒng)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的分析，給水控制系統(tǒng)應(yīng)符合以下基本要求：</p><p>　　首先，由于被控對(duì)象在給水量G擾動(dòng)下的水位階躍反應(yīng)曲線表現(xiàn)為無自平衡能力，且有較大的遲延，因此必須采用帶比例作用的調(diào)節(jié)器以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　其次，由于對(duì)象在蒸發(fā)量D的擾動(dòng)下，

39、水位階躍反應(yīng)曲線表現(xiàn)有“虛假水位”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的反應(yīng)速度比內(nèi)擾快，為了克服“虛假水位”現(xiàn)象對(duì)控制的不利影響，應(yīng)考慮引入蒸汽流量的補(bǔ)償信號(hào)。</p><p>　　第三，給水壓力是有波動(dòng)的，為了穩(wěn)定給水量，應(yīng)考慮將給水量信號(hào)作為反饋信號(hào)，用于及時(shí)消除內(nèi)擾。</p><p>　　總之，由于電廠鍋爐水位控制對(duì)象的特點(diǎn)，決定了采用單回路反饋控制系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)對(duì)控制品質(zhì)的要求，所以電站汽包鍋爐的給

40、水自動(dòng)控制普遍采用三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)方案。</p><p>　　3.2 給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p>　　圖1.1為鍋爐給水系統(tǒng)工藝流程簡圖。從除氧器出來的給水，由給水泵送入高壓加熱器，在高壓加熱器內(nèi)被加熱后到給水站，給水站出來的水經(jīng)省煤器送入汽包。給水泵包括兩臺(tái)電動(dòng)泵和一個(gè)汽動(dòng)泵，每臺(tái)電動(dòng)泵容量為50%MCR(最大額定流量)，汽動(dòng)泵容量為100%MCR。在啟

41、動(dòng)和低負(fù)荷工況下電動(dòng)泵運(yùn)行，正常工況下汽動(dòng)泵運(yùn)行，兩臺(tái)電動(dòng)泵的另一個(gè)功能是作為汽動(dòng)泵備用。每臺(tái)泵都有再循環(huán)管路，當(dāng)系統(tǒng)工作在低負(fù)荷時(shí)再循環(huán)管路的閥門能自動(dòng)打開，保證泵出口有足夠流量，防止汽蝕。低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)旁路閥門工作，調(diào)節(jié)鍋爐給水量，控制水位，同時(shí)電動(dòng)泵維持在最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，保證泵的安全特性，此時(shí)為兩段調(diào)節(jié)。高負(fù)荷時(shí)，閥門開到最大，為減少阻力主給水電動(dòng)門也打開，通過調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速直接控制給水流量，為一段調(diào)節(jié)。根據(jù)汽包鍋爐給水控制對(duì)象特性的

42、特點(diǎn)，提出確定給水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一些基本思想：（1）由于對(duì)象的內(nèi)擾動(dòng)態(tài)特性存在一定的遲延和慣性，所以給水控制系統(tǒng)若采用以水為被調(diào)量的單回路系統(tǒng)，則控制過程中水位將出現(xiàn)較大的動(dòng)態(tài)偏差，給水流量波動(dòng)較大。因此，對(duì)給誰內(nèi)擾動(dòng)態(tài)特性遲延和慣性打的鍋爐應(yīng)考慮采用串級(jí)或其他控制方案。（2）由于對(duì)象在蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)（</p><p>　　圖1—1鍋爐給水系統(tǒng)工藝流程簡圖</p><p>　　1-除氧器給

43、水箱；2-給水前置泵；3-電動(dòng)調(diào)速給水泵；4-電動(dòng)給水調(diào)速泵；5-液力聯(lián)軸置泵；8-電泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥；10-給水流量測量裝置；11-去高壓旁路減溫水；12-去一級(jí)噴水降溫器；13-去二級(jí)噴水減溫器；14-去再熱器減溫器；15-啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥；16-主給水電動(dòng)閥；17、18、19-高壓加熱器；20-省煤器；21-汽包；22-下降管；23-水冷壁下聯(lián)箱；24-總給水流量測量裝置</p><p>　　3.3串級(jí)三沖量給水控

44、制系統(tǒng)的分析</p><p>　　其控制方案如圖所示，其給水調(diào)節(jié)任務(wù)由兩個(gè)調(diào)節(jié)器完成。主調(diào)節(jié)器PI采用比例積分調(diào)節(jié)器，以保證水位無靜態(tài)偏差，主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)和給水、蒸汽流量信號(hào)都作用到副調(diào)節(jié)器PI2上，一般副調(diào)節(jié)器都采用比例調(diào)節(jié)器，以保證副回路的快速性。當(dāng)給水流量自發(fā)性擾動(dòng)和蒸汽流量改變時(shí)，迅速調(diào)節(jié)給水流量，以保證給水流量與蒸汽流量平衡。由于水位偏差由主調(diào)節(jié)器負(fù)責(zé)校正，所以蒸汽流量強(qiáng)度系數(shù)α的大小可以根據(jù)鍋爐“虛

45、假水位”的系統(tǒng)圖如下：</p><p>　　3.4串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理</p><p>　　單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的原理框圖如圖3-2所示，從方框圖的結(jié)構(gòu)中可以看出，這個(gè)系統(tǒng)由兩個(gè)閉合的反饋回來及前饋部分組成：</p><p>　　1.由調(diào)節(jié)器WT（s）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)Kz、調(diào)節(jié)閥K、給水流量變送器γW和給水流量反饋裝置αW組成的內(nèi)回路（或稱副回路）。</p&

46、gt;<p>　　2.由水位控制對(duì)象WOW(S)、水位變送器和內(nèi)回路組成的外回路（或稱主回路）。</p><p>　　3.由蒸汽流量信號(hào)D及蒸汽流量測量裝置γD、蒸汽流量前饋裝置αD構(gòu)成的前饋控制部分。</p><p>　　4旁路控制系統(tǒng)組態(tài)分析與設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1旁路控制系統(tǒng)概念與控制線路</p><p>　　小

47、負(fù)荷時(shí)單沖量控制旁路給水旁路閥整門水，控制回路，汽包水位測量經(jīng)過汽包壓力補(bǔ)償后，汽包水位設(shè)定值偏差，通過PID運(yùn)算去控制旁路給水門，維持汽包水位。</p><p>　　單沖量來的給水經(jīng)過選擇器N端和函數(shù)發(fā)生器進(jìn)入給水旁路的手/自動(dòng)切換器。最后到達(dá)顯示部分來控制給水旁路單沖量。</p><p>　　給水旁路的手/自動(dòng)切換，當(dāng)發(fā)出切換手動(dòng)指令的時(shí)候，調(diào)節(jié)器接收實(shí)際汽包水位，為了切換到自動(dòng)的時(shí)候

48、實(shí)現(xiàn)無饒切換。控制線路如圖（4-1）</p><p>　　圖4-1給水旁路控制線路</p><p>　　4.1.1給水控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理</p><p>　　4.2給水旁路調(diào)節(jié)分析</p><p>　　由于汽包中飽和水和飽和蒸汽的密度隨壓力變化，所以應(yīng)引入壓力補(bǔ)償回路，對(duì)水位測量差壓變送器后的信號(hào)進(jìn)行壓力校正，以保證水位信號(hào)的準(zhǔn)確性。下面來介紹

49、壓力補(bǔ)償回路如下:</p><p>　　當(dāng)L一定時(shí)，水位H是差壓和汽、水密度的函數(shù)。密度ρ"'與環(huán)境溫度有關(guān)，一般可取50℃水的密度。在鍋爐啟動(dòng)過程中，水溫略有增加，但由于同時(shí)壓力也升高，兩者因素對(duì)ρ"'的影響基本上可抵消，即可近似認(rèn)為ρ"'是恒值。</p><p>　　鍋爐給水流經(jīng)省煤器入口經(jīng)過溫度補(bǔ)償如下圖所示：</p>

50、<p>　　4.3給水旁路調(diào)節(jié)過程</p><p>　　給水旁路調(diào)節(jié)具有汽包水位單沖量和水位、給水量、蒸汽流量三沖量二種調(diào)節(jié)方式，低負(fù)荷時(shí)采用單沖量調(diào)節(jié)，根據(jù)蒸汽流量來切換調(diào)節(jié)方式。</p><p>　　上圖中，PID1為單沖量調(diào)節(jié)器，保持汽包水位為一定值，設(shè)定值由運(yùn)行人員在給水旁路A/M站上給定，汽包水位信號(hào)經(jīng)過壓力補(bǔ)償PID2和PID3為三沖量調(diào)節(jié)器，使用與單沖量統(tǒng)一的水

51、位設(shè)定值，省煤器入口給水流量經(jīng)過溫度補(bǔ)償后，再加上過熱器一、二級(jí)減溫水流量和再熱器減溫水流量得到總給水流量信號(hào)，蒸汽流量信號(hào)則根據(jù)汽機(jī)調(diào)速級(jí)壓力折算得到。</p><p>　　圖中切換開關(guān)選擇1系統(tǒng)為單沖量調(diào)節(jié)方式，根據(jù)邏輯關(guān)系當(dāng)主蒸汽流量信號(hào)壞質(zhì)量或給水流量信號(hào)非壞質(zhì)量，或主蒸汽流量低于限值時(shí)且旁路閥自動(dòng)方式時(shí)單沖量調(diào)節(jié)為自動(dòng)方式。當(dāng)住蒸汽流量信號(hào)非壞質(zhì)量且給水流量信號(hào)非壞質(zhì)量，且主蒸汽流量高于限值，單沖量調(diào)節(jié)

52、為手動(dòng)方式，同時(shí)為了保證手動(dòng)無擾切換PID1輸出跟蹤主給水調(diào)節(jié)閥輸出指令即閥位指令。當(dāng)切換開關(guān)選擇2系統(tǒng)為三沖量調(diào)節(jié)方式，同理三沖量調(diào)節(jié)也有手動(dòng)和自動(dòng)方式。只有當(dāng)主蒸汽流量信號(hào)非壞質(zhì)量且給水流量信號(hào)非壞質(zhì)量且主蒸汽流量超過限值且給水旁路自動(dòng)方式時(shí)，三沖量調(diào)節(jié)采用自動(dòng)方式。當(dāng)主蒸汽流量信號(hào)非壞質(zhì)量或給水流量信號(hào)非壞質(zhì)量或主蒸汽流量低于限值，或給水旁路非自動(dòng)方式時(shí)，三沖量調(diào)節(jié)為手動(dòng)方式。手動(dòng)方式時(shí)主調(diào)節(jié)器PID2輸出跟蹤總給水流量信號(hào)保證副

53、調(diào)節(jié)器PID3入口偏差信號(hào)為零。而副調(diào)節(jié)器PID3輸出將跟蹤閥位指令保證切換會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)方式時(shí)執(zhí)行結(jié)構(gòu)無偏差，避免對(duì)調(diào)節(jié)量造成擾動(dòng)。</p><p>　　在給水旁路調(diào)節(jié)汽包水位時(shí)，電泵液力耦合器則調(diào)節(jié)給水旁路調(diào)節(jié)閥前后的壓差。隨避免對(duì)調(diào)節(jié)量造成擾動(dòng)。</p><p>　　4.4旁路閥調(diào)節(jié)指令SAMA圖</p><p>　　汽動(dòng)給水泵A出口壓力</p>&

54、lt;p>　　4.5旁路閥調(diào)節(jié)指令SAMA圖分析</p><p>　　為了保證給水泵的安全運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了給水流量控制回路，如圖所示。該控制回路的作用是通過調(diào)節(jié)給水旁路開度維持給水泵出口母管的壓力在適當(dāng)范圍內(nèi)，以防止鍋爐給水泵超越其下限特性而發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。</p><p>　　每臺(tái)給水泵的入口給水流量經(jīng)過函數(shù)F1(x)后得到給水泵下限特性曲線，即根據(jù)曲線可以得到相應(yīng)流量下的最低允許壓

55、力。其輸出與給定偏差一同送入求和模塊進(jìn)行求和運(yùn)算后得到的輸出值再與給水泵出口壓力信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算，得到其輸出后將輸出值與給定值一同送入切換器，經(jīng)切換器選擇后得到單個(gè)系統(tǒng)的輸出值。</p><p>　　將三個(gè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)一同送入小選模塊，經(jīng)小選后將信號(hào)輸出。由現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)，給水旁路閥極其敏感，所以先將輸出信號(hào)送至F2(x)以防止給水流量或壓力的擾動(dòng)導(dǎo)致給水旁路閥的頻繁動(dòng)作而對(duì)閥體本身造成損壞。當(dāng)小選后的結(jié)果在&#

56、177;1之間時(shí)，經(jīng)過F2(x)作用后被過濾掉，即在這個(gè)區(qū)間調(diào)節(jié)閥不動(dòng)作考慮一防止給水泵的汽蝕還要添加一些安全裕量。當(dāng)給水泵的出口壓力減小后，進(jìn)入PID的入口偏差為負(fù)值，給水流量調(diào)節(jié)閥指令關(guān)小，這樣就能保證給水泵的出口有足夠的壓力。當(dāng)給水泵未運(yùn)行，該泵的偏差信號(hào)切換到100%，不判斷這臺(tái)給水泵的汽蝕危險(xiǎn)?？傊仩t給水旁路調(diào)節(jié)控制：根據(jù)運(yùn)行給水泵的安全裕量控制給水旁路。調(diào)節(jié)閥的開度，要保證所有給水泵運(yùn)行在允許的工作范圍內(nèi)。</p&

57、gt;<p>　　當(dāng)泵的偏差信號(hào)TS或MI有一個(gè)滿足條件時(shí)，鍋爐給水旁路調(diào)節(jié)閥控制強(qiáng)制切換為手動(dòng)，此時(shí)切換值有給定值A(chǔ)確定。</p><p>　　4.6控制過程中的跟蹤與切換</p><p>　　4.6.1 系統(tǒng)間的無擾切換</p><p>　　當(dāng)負(fù)荷低于30%MCR時(shí)采用單沖量控制系統(tǒng)。此時(shí)三沖量主調(diào)節(jié)器PI1的輸出跟蹤(D-W)信號(hào),同時(shí)電動(dòng)泵三沖

58、量副調(diào)節(jié)器PI3的輸出通過函數(shù)組件f1(x) 以及切換開關(guān)T2一直跟蹤單沖量調(diào)節(jié)器PI4的輸出,所以系統(tǒng)由單沖量切換到三沖量是無擾動(dòng)的。</p><p>　　D>30%時(shí)采用三沖量系統(tǒng)。單沖量調(diào)節(jié)器PI4通過T1的常閉點(diǎn)NC跟蹤三沖量電動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器PI3的輸出,所以由三沖量切換到單沖量也是無擾動(dòng)。</p><p>　　4.6.2閥門和泵的運(yùn)行及切換</p><p&

59、gt;　　低負(fù)荷時(shí)采用旁路閥控制給水流量,高負(fù)荷時(shí)采用改變泵的轉(zhuǎn)速來控制,兩者的無擾切換時(shí)通過函數(shù)組件f1(x)\切換開關(guān)T2及PI3的跟蹤實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)閒1(x)產(chǎn)生連續(xù)函數(shù),而PI3通過T2的NC點(diǎn)跟蹤f1(x)的輸出,且當(dāng)閥門開足時(shí)才開始調(diào)泵的轉(zhuǎn)速,所以從調(diào)閥到調(diào)泵的切換是無擾的.</p><p>　　4.6.3 電動(dòng)泵與汽動(dòng)泵的切換</p><p>　　以電動(dòng)泵運(yùn)行,汽動(dòng)泵取代電動(dòng)泵

60、為例。</p><p>　　(1) 正常切換,即電動(dòng)泵操作器處在自動(dòng)位置,汽動(dòng)泵操作器在手動(dòng)位置時(shí)進(jìn)行泵的切換。把汽動(dòng)泵的操作器最低轉(zhuǎn)速時(shí)啟動(dòng)汽動(dòng)泵,然后再慢慢升速。電動(dòng)泵會(huì)由于控制系統(tǒng)的控制作用而自動(dòng)降速,待兩泵出口流量相同時(shí),把汽動(dòng)泵操作器投自動(dòng),電動(dòng)泵操作器切手動(dòng),并慢慢把電動(dòng)泵降至最低轉(zhuǎn)速后停泵.這樣切換擾動(dòng)量最小。</p><p>　　（2） 兩泵操作器均處于手動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行泵的切換

61、時(shí),兩泵轉(zhuǎn)速及給水量完全由運(yùn)行人員控制。</p><p>　　4.6.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手\自動(dòng)切換</p><p>　　旁路閥門手動(dòng)是T1切至NO,單沖量調(diào)節(jié)器PI4通過f4(x)跟蹤小閥操作器3AM的輸出,保證切回自動(dòng)時(shí)無擾的。</p><p>　　汽動(dòng)泵手動(dòng)時(shí),汽動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器PI2的輸出跟蹤汽動(dòng)泵操作器1AM的輸出。如果此時(shí)電動(dòng)泵也手動(dòng),則三沖量主調(diào)PI1的輸

62、出跟蹤(D-W)信號(hào),所以汽動(dòng)泵控制切回自動(dòng)時(shí)是無擾的。</p><p>　　電動(dòng)泵手動(dòng)時(shí)分兩種情況:</p><p>　　(1) D<30%時(shí)電動(dòng)泵手動(dòng)狀態(tài),T2切至NO,電動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器PI3的輸出跟蹤電動(dòng)泵操作器2AM的輸出,同時(shí)T1的NC點(diǎn)接通,單沖量調(diào)節(jié)器PI4通過f3(x)跟蹤PI3的輸出,而切回自動(dòng)時(shí)PI3繼續(xù)通過f1(x)和T2的NC點(diǎn)跟蹤PI4的輸出,所以是無擾的。&

63、lt;/p><p>　　(2) D>30%時(shí)，采用三沖量系統(tǒng)，電動(dòng)泵手動(dòng)時(shí)T2切至NO點(diǎn)，電動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器PI3的輸出跟蹤2AM的輸出，如果此時(shí)汽泵也手動(dòng)，則PI1跟蹤（D-W）信號(hào)，保證電動(dòng)泵由手動(dòng)切回自動(dòng)時(shí)是無擾動(dòng)的。</p><p>　　由以上分析可以看出，此300MW單元機(jī)組給水全程控制系統(tǒng)能滿足從啟動(dòng)到額定負(fù)荷和從額定負(fù)荷到停爐全過程的給水控制。系統(tǒng)的總體方案是低負(fù)荷時(shí)控制閥門開

64、度改變給水流量，同時(shí)保證泵的最低轉(zhuǎn)速，此時(shí)為兩段調(diào)節(jié)。高負(fù)荷時(shí)通過改變泵的轉(zhuǎn)速來改變給水量，控制水位，是一段調(diào)節(jié)的方案，能減少節(jié)流損失，充分發(fā)揮給水調(diào)節(jié)泵的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)該系統(tǒng)測量信號(hào)補(bǔ)償，系統(tǒng)無擾動(dòng)切換及邏輯報(bào)警線路設(shè)計(jì)合理全面，并用N-90網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，具有較高的可靠性。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)鍋爐給水旁路

65、調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)有了全面的了解，特別對(duì)輔助系統(tǒng)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，并且熟悉了CAD軟件來畫系統(tǒng)的SAMA圖。熟悉地掌握了鍋爐給水旁路調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的工作原理及工作過程等等。對(duì)系統(tǒng)的SAMA圖做到理解、掌握、運(yùn)用，并運(yùn)用邏輯圖看到它們應(yīng)用時(shí)的條件，以及典型圖的分析。達(dá)到了應(yīng)用理論基礎(chǔ)聯(lián)系到實(shí)際圖紙。</p><p>　　本文針對(duì)給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性、熱工測量信號(hào)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)特性，分析了鍋爐給水調(diào)節(jié)閥指令SAMA圖的

66、工作原理，實(shí)現(xiàn)了通過調(diào)節(jié)閥的開度維持給水泵的母管的壓力在適當(dāng)范圍內(nèi)，以防止鍋爐給水泵超越其下限特性而發(fā)生汽濁現(xiàn)象。</p><p>　　從電動(dòng)給水泵和汽動(dòng)給水泵的工作過程來看，負(fù)荷指令調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能是通過汽動(dòng)給水泵和電動(dòng)給水泵來調(diào)節(jié)給水流量，是在鍋爐燃煤過程中，利用給水泵，進(jìn)行控制鍋爐給水，讓來自高溫加熱器的給水經(jīng)省煤器后，進(jìn)入螺旋盤繞水冷壁，然后經(jīng)過過渡段水冷壁進(jìn)入垂直水冷壁，最后進(jìn)入啟動(dòng)分離器。啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)分

67、離器進(jìn)行汽水分離。鍋爐給水控制系統(tǒng)是電廠中一個(gè)極其重要的組成環(huán)節(jié)，是火力發(fā)電廠工作流程中極其相關(guān)重要的一個(gè)組成部分，如何控制好給水泵的開度，保證電廠設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和發(fā)電的質(zhì)量，是至關(guān)重要的，故其給水調(diào)節(jié)閥要進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中我細(xì)細(xì)的思考，充分提高了應(yīng)對(duì)實(shí)際問題的能力，煅煉了自己的毅力，同時(shí)也享受到勞動(dòng)成果的喜悅。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)雖然考慮到了實(shí)際問

68、題的很多方面，但還有很多不足，請(qǐng)老師批評(píng)指正，待以后繼續(xù)改進(jìn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 邊立秀，周俊霞，趙勁松，楊建蒙．熱工控制系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社,2012．</p><p>　　[2] 潘維加，魯峰．大容量汽包鍋爐給氺全程分層遞階控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析[J]．湖南電力，2007.&l

69、t;/p><p>　　[3] 張欒英.國產(chǎn)300MW機(jī)組給水全程控制系統(tǒng)[J].北京.華北電力學(xué)院報(bào).1994：</p><p>　　[4] 容鑾恩，袁鎮(zhèn)福等合編．電站鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社，1997</p><p>　　[5] 牛培峰，褚東升．帶沖擊負(fù)荷的鍋爐汽包給氺過程的智能控制[J]．動(dòng)力工程,2000.</p><p>　　

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