熱工過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計---600mw機組除氧器水位控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p>　　設(shè)計題目： 600MW機組除氧器水位控制系統(tǒng)</p><p>　　系 別 自控系 班級 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　

2、指導教師 職稱 </p><p>　　起止日期：2011年 12 月 31 日起—至 2012 年 1 月 6日止</p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　課程設(shè)計題目：600MW機組除氧器水位控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　系

3、 別 自控系 班級 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　課程設(shè)計進行地點： </p><p>　　任 務(wù) 下

4、達 時 間： 2011年12月26 日</p><p>　　起止日期：2012年1月9日起——至2012年1月13日止</p><p>　　教研室主任 年 月 日批準</p><p>　　1.設(shè)計主要內(nèi)容及要求</p><p>　?。?）查找資料，完成題目指定電廠熱工系統(tǒng)工藝分析。</p>

5、;<p>　?。?）完成控制系統(tǒng)SAMA圖分析。</p><p>　?。?）完成課程設(shè)計論文。</p><p>　　2.對設(shè)計論文撰寫內(nèi)容、格式、字數(shù)的要求</p><p>　?。?）課程設(shè)計論文是體現(xiàn)和總結(jié)課程設(shè)計成果的載體，一般不應少于3000字。</p><p>　?。?）學生應撰寫的內(nèi)容為：中文摘要和關(guān)鍵詞、目錄、正文、

6、參考文獻等。課程設(shè)計論文的結(jié)構(gòu)及各部分內(nèi)容要求可參照《沈陽工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范》執(zhí)行。應做到文理通順，內(nèi)容正確完整，書寫工整，裝訂整齊。</p><p>　　（3）論文正文要求打印，圖手寫或打印均可。打印時按《沈陽工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范》的要求進行打印。</p><p>　?。?）課程設(shè)計論文裝訂順序為：封面、任務(wù)書、成績評審意見表、中文摘要和關(guān)鍵詞、目錄、正文、參考

7、文獻。</p><p><b>　　3.時間進度安排；</b></p><p><b>　　4.參考資料</b></p><p>　　[1] 王建國，孫靈芳，張利輝．電廠熱工過程自動控制．北京：中國電力出版社，2009．</p><p>　　[2] 西安電力高等?？茖W校／大唐韓城第二發(fā)電有限責任公司

8、．600MW火電機組培訓教材儀控分冊．北京：中國電力出版社，2007．</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　除氧器的水箱是為保證鍋爐有一定的給水儲備而設(shè)置的，其容量一般不應小于鍋爐額定負荷下連續(xù)運行15~20min所需的給水量。除氧器水位過低，儲水量不足有可能危及鍋爐的安全運行，此外還有可能造成給水泵入口汽化。除氧器水位過高，則妨礙除氧器

9、除氧。因此，除氧器水位應維持在容許范圍內(nèi)。由于熱力循環(huán)中不斷有工質(zhì)損失，因此要向熱力系統(tǒng)不斷補充水。補充水來自化學水處理裝置。補充水可直接進入除氧器，也可以送凝汽器進行真空除氧后在送至除氧器。</p><p>　　火力發(fā)電廠的熱力除氧器利用汽輪機的抽氣加熱鍋爐給水，使得鍋爐的給水達到該壓力下相應的飽和溫度，以除去溶于水中的氧氣等氣體，防止鍋爐、汽輪機和管道等熱力設(shè)備遭到腐蝕，另一方面除氧器是汽水直接接觸式的加熱器

10、，它是給水加熱系統(tǒng)中的一環(huán)，利用汽輪機的抽氣加熱鍋爐給水，可以提高電廠效率，節(jié)省燃料。除氧器是電廠重要的輔助設(shè)備之一，是電廠熱力系統(tǒng)中不可缺少的環(huán)節(jié)。</p><p>　　所以說除氧器的水位控制對鍋爐的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。</p><p>　　關(guān)鍵字：除氧器，水位調(diào)節(jié)，單沖量，串級三沖量</p><p><b>　　目 錄</b></

11、p><p><b>　　摘 要II</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p><b>　　1 除氧器2</b></p><p>　　1.1 除氧器簡介2</p><p><b>　　1.1.1概述2<

12、/b></p><p>　　1.1.2除氧器控制任務(wù)2</p><p>　　1.2 控制儀表知識簡介3</p><p>　　1.2.1變送器3</p><p>　　1.2.2控制器3</p><p>　　1.2.3執(zhí)行器4</p><p>　　2除氧器水位控制系統(tǒng)分析5<

13、/p><p><b>　　2.1測量部分5</b></p><p>　　2.1.1磁翻板水位計5</p><p>　　2.1.2浮球水位開關(guān)5</p><p>　　2.1.3差壓式水位計5</p><p>　　2.1.4差壓式流量計6</p><p><b>

14、;　　2.2變送部分7</b></p><p>　　2.2.1差壓變送器（電容式差壓變送器）7</p><p><b>　　2.3控制部分8</b></p><p>　　2.3.1控制方式8</p><p>　　2.3.2 單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)9</p><p>　　2.3.3 單

15、級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)10</p><p>　　2.3.4 串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)11</p><p>　　2.3.5單沖量、三沖量之間的無擾切換12</p><p>　　2.4執(zhí)行器部分13</p><p>　　2.4.1執(zhí)行機構(gòu)13</p><p>　　2.4.2調(diào)節(jié)機構(gòu)13</p><p&g

16、t;　　3除氧器水位控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案15</p><p>　　3.1各組成部分列表15</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)SAMA圖15</p><p>　　3.3 SAMA圖說明16</p><p>　　3.3.1除氧器差壓信號的選擇16</p><p>　　3.3.2壓力補償（水位校正）16<

17、;/p><p>　　3.3.3單沖量、串級三沖量控制方式的選擇16</p><p><b>　　小結(jié)17</b></p><p><b>　　參考文獻18</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　在次課程設(shè)計中首先對除

18、氧器有的大體的認識，以控制儀表及裝置為知識背景，對除氧器水位控制系統(tǒng)進行設(shè)計。首先從除氧器的控制任務(wù)著手，在已有的控制儀表及裝置的基礎(chǔ)并通過查閱大量的參考文獻資料，合理選擇傳感器、變送器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器等對整體方案進行設(shè)計。具體控制策略為：除氧器水位信號選擇邏輯是兩個模擬量水位差壓信號進行的選擇判斷，信號選擇原理是：兩個信號都是好點，取兩個信號的平均值，任一信號壞，取另一好值，它們之間的選擇是通過切換來實現(xiàn)。將所測得的差壓與壓力信號經(jīng)過

19、一定的函數(shù)變換關(guān)系，得到校正后的除氧器水位。若水位高時，發(fā)出相應控制信號，同時顯示并記錄除氧器水位值。結(jié)合對測得的鍋爐了給水流量進行分析，低負荷時進行單沖量控制，高負荷時進行三沖量的控制，將輸出信號控制執(zhí)行機構(gòu)動作。再根據(jù)控制策略繪制SAMA圖，完成設(shè)計要求。</p><p><b>　　1 除氧器</b></p><p><b>　　1.1 除氧器簡介&l

20、t;/b></p><p><b>　　1.1.1概述</b></p><p>　　火力發(fā)電廠的熱力除氧器利用汽輪機的抽氣加熱鍋爐給水，使得鍋爐的給水達到該壓力下相應的飽和溫度，以除去溶于水中的氧氣等氣體，防止鍋爐、汽輪機和管道等熱力設(shè)備遭到腐蝕，另一方面除氧器是汽水直接接觸式的加熱器，它是給水加熱系統(tǒng)中的一環(huán)，利用汽輪機的抽氣加熱鍋爐給水，可以提高電廠效率，節(jié)

21、省燃料。除氧器是電廠重要的輔助設(shè)備之一，是電廠熱力系統(tǒng)中不可缺少的環(huán)節(jié)。</p><p>　　除氧器的主要作用是除去鍋爐給水中的氧氣和其它不凝結(jié)氣體，以保證給水的品質(zhì)。若水中溶解氧氣，就會使與水接觸的金屬被腐蝕，同時在熱交換器中若有氣體聚積，將使傳熱的熱阻增加，降低設(shè)備的傳熱效果。因此水中溶解有任何氣體都是不利的，尤其是氧氣，它將直接威脅設(shè)備的安全運行。在火電廠采用熱力除氧，除氧器本身又是給水回熱系統(tǒng)中的一個混合

22、式加熱器，同時高壓加熱器的疏水、化學補水及全廠各處水質(zhì)合格的高壓疏水、排汽等均可匯入除氧器加以利用，減少發(fā)電廠的汽水損失。</p><p>　　來自低壓加熱器的主凝結(jié)水(含補充水)經(jīng)進水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后，進入除氧器，與其他各路疏水在除氧器內(nèi)混合，經(jīng)噴頭或多孔管噴出，形成傘狀水膜，與由下而上的加熱蒸汽進行混合式傳熱和傳質(zhì)，給水迅速達到工作壓力下的飽和溫度。此時，水中的大部份溶氧及其他氣體基本上被解析出來，達到除氧的目的

23、。從水中析出的溶氧及其他氣體則不斷地從除氧器頂部的排汽管隨余汽排出器外。進入除氧器的高加疏水也將有一部分水閃蒸汽化作為加熱汽源，所有的加熱蒸汽在放出熱量后被冷凝為凝結(jié)水，與除氧水混合后一起向下經(jīng)出水口流出。為了使除氧器內(nèi)的水溫保持在工作壓力下的飽和溫度，可通過再沸管引入加熱蒸汽至除氧器內(nèi)。除氧水則由出水管經(jīng)給水泵升壓后進入高加。</p><p>　　1.1.2除氧器控制任務(wù)</p><p>

24、;　　鍋爐的供水系統(tǒng)中還包括除氧器壓力控制和除氧器水位控制，除氧器壓力控制主要是為了保證除氧器口有足夠的蒸汽壓力用于將軟化水除氧，這是一個單閉環(huán)控制回路，輸入?yún)?shù)是除氧器壓力輸出參數(shù)控制除氧器進汽閥。</p><p>　　除氧器水位控制主要是為了保證除氧器內(nèi)有足夠的水提供給鍋爐，這是一個單閉環(huán)控制回路輸入?yún)?shù)，是除氧器水位輸出參數(shù)控制除氧器進水閥。在機組正常運行時，除氧器汽源來自汽輪機抽汽閥門全開的四段抽汽，除氧

25、器汽源壓力和流量不受控制，而與被出洋的水溫、氣水接觸面積與除氧器水位有直接的關(guān)系。除氧器水位高，可能造成除氧水加熱不足，汽水接觸面積減少和水中溶解氧氣逸出困難而影響除氧效果；除氧器水位過高，可能造成汽封進水，抽汽管道水淹，威脅汽輪機的安全運行；除氧器水位過低，除了影響給水泵安全運行之外，甚至會威脅鍋爐上水，造成斷水事故。因此，在機組運行中穩(wěn)定除氧器水位，將其控制在最佳的高度具有非常重要的意義。</p><p>　

26、　一般來說，除氧器的水位波動會比較明顯，為了維持水位，除氧工必須經(jīng)常和機組聯(lián)系開關(guān)補水量，并注意鍋爐疏水箱的水位，合理安排鍋爐司泵上水，除氧器的水位過低可能會引起給水泵進口汽化，水位過高可能會從汽平衡去機組軸封管道內(nèi)通向機組的軸封，引起機組的水沖擊，直接導致跳機。故需對除氧器水位進行控制。</p><p>　　1.2 控制儀表知識簡介</p><p><b>　　1.2.1變送器

27、</b></p><p>　　變送器是將各種被測參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位等物理量轉(zhuǎn)換成0~10mA或4~20mA直流統(tǒng)一標準信號，傳送到指示、記錄、調(diào)節(jié)等儀表或巡回檢測裝置、控制計算機，以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動檢測和控制。</p><p>　　變送器的方框圖如下圖所示，這是一般性的構(gòu)成原理方框圖，各類變送器的差別在于輸入轉(zhuǎn)換部分、放大部分和反饋部分不同。</p>

28、<p>　　圖 1.1 變送器構(gòu)成一般方框圖</p><p><b>　　1.2.2控制器</b></p><p>　　控制器也稱之為調(diào)節(jié)器，可以分為兩大類，即模擬式和數(shù)字式。模擬調(diào)節(jié)器又分為三類，即電動、氣動、液動。該系統(tǒng)主要有三個部分組成，即比較環(huán)節(jié)、放大器和反饋環(huán)節(jié)。比較環(huán)節(jié)的作用是把給定信號r(t)與測量信號y(t)做比較，得出偏差信號e(t)。放

29、大器一般是一個穩(wěn)態(tài)增益很大的比例環(huán)節(jié)。利用負反饋來實現(xiàn)P，PI等各種控制規(guī)律。</p><p>　　控制器將來自變送器的測量值與給定值進行比較后產(chǎn)生的偏差進行運算后輸出統(tǒng)一信號去控制執(zhí)行器動作。</p><p>　　調(diào)節(jié)器將被調(diào)量與給定值進行比較，對其偏差進行比例、積分、微分運算，并把結(jié)果以0~10mA或4~20mA直流統(tǒng)一標準信號輸送至執(zhí)行單元。</p><p>

30、　　比例、積分、微分運算特點：</p><p>　　1、比例調(diào)節(jié)規(guī)律具有調(diào)節(jié)及時的特點，但比例調(diào)節(jié)為有差調(diào)節(jié)，因此調(diào)節(jié)過程結(jié)束時存在穩(wěn)態(tài)偏差。通過減小調(diào)節(jié)器的比例帶可減小穩(wěn)態(tài)偏差，但會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；</p><p>　　2、積分調(diào)節(jié)規(guī)律能消除穩(wěn)態(tài)偏差，所以能最終消除擾動對被調(diào)量的影響，實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。但積分作用的調(diào)節(jié)不及時，又使調(diào)節(jié)過程的動態(tài)偏差加大，過渡過程時間加長，因此，在積分作用

31、引入到比例調(diào)節(jié)器后，調(diào)節(jié)器的比例帶應適當加大，以彌補積分作用對控制過程穩(wěn)定性的影響；</p><p>　　3、微分調(diào)節(jié)是一種超前調(diào)節(jié)方式，其實質(zhì)是阻止被調(diào)量的一切變化。適當?shù)奈⒎肿饔每墒盏綔p小動態(tài)偏差，縮短調(diào)節(jié)過程時間的效果，這樣在采用比例積分微分調(diào)節(jié)器時，又可適當減小比例帶和積分時間。</p><p><b>　　1.2.3執(zhí)行器</b></p>&l

32、t;p>　　執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。執(zhí)行機構(gòu)指產(chǎn)生推力或位移的裝置，調(diào)節(jié)機構(gòu)指直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常稱為控制閥（調(diào)節(jié)閥）。</p><p>　　執(zhí)行器接受調(diào)節(jié)器的輸出信號或來自手動操作信號，將其轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)機構(gòu)（閥門、風門或擋板）動作的位移信號，從而改變被調(diào)量的大小。執(zhí)行器通常由伺服放大器和執(zhí)行機構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)主要由兩相伺服電動機、機械減速器和位置發(fā)送器組成。兩相伺服電動機是執(zhí)行

33、機構(gòu)的動力裝置，可能將電能轉(zhuǎn)換成機械能。機械減速器將高轉(zhuǎn)速、小力矩的輸出功率轉(zhuǎn)換成低轉(zhuǎn)速、大力矩的輸出，帶動調(diào)節(jié)機構(gòu)改變被調(diào)量的大小。位置發(fā)送器用來提供與執(zhí)行機構(gòu)輸出軸角位移成正比的電流信號，以表明閥門開度，改電流信號作為位置反饋信號送到伺服放大器的反饋通道。</p><p>　　2除氧器水位控制系統(tǒng)分析</p><p><b>　　2.1測量部分</b></p

34、><p>　　除氧器水位的測量通常采用的方法有三種：磁翻板水位計、浮球水位開關(guān)、差壓式水位計測量。綜合分析在除氧器水位控制系統(tǒng)的設(shè)計中采用差壓式水位計測量。</p><p>　　2.1.1磁翻板水位計</p><p>　　外形如下圖所示，當被測容器內(nèi)的液位升降時，液位計主導管中的浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到現(xiàn)場指示器，驅(qū)動紅、白翻柱翻轉(zhuǎn)180

35、6;，當液位上升時，翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色，當液位下降時，翻柱由紅色轉(zhuǎn)為白色，指示器的紅、白分界處為容器內(nèi)介質(zhì)液位的實際高度，從而實現(xiàn)液位的指示。</p><p>　　2.1.2浮球水位開關(guān)</p><p>　　一般采用SOR的機械式液位開關(guān)作為高低液位報警。安裝時根據(jù)報警水位高度，通過開關(guān)上的動作標記來確定安裝位置。當水位超過或低于動作值時，浮球筒內(nèi)的浮球帶動內(nèi)部的磁鐵滑塊移動，從而引起筒外

36、面的微動開關(guān)動作。</p><p>　　2.1.3差壓式水位計</p><p>　　差壓式水位計是通過把液位高度變化轉(zhuǎn)換成差壓變化來測量水位的，因此其測量儀表就是差壓計。差壓式水位計準確測量水位的關(guān)鍵是水位與差壓之間的準確轉(zhuǎn)換,這種轉(zhuǎn)換是通過平衡容器實現(xiàn)的,常用的雙室平衡容器結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示所示。正壓頭式從容器中引出,負壓頭是從置于寬容器中的水側(cè)連通管中取得。寬容器中的水面高度是一定的

37、，當水面增高時,水便通過汽側(cè)連通管溢流入除氧器；要降低時,由蒸汽冷凝水來補充。因此當寬容器中的水的密度一定時, 正壓頭為定值，負壓管與除氧器是連通的。因此,負壓管中輸出壓頭的變化反映了水位的變化。</p><p>　　按照流體靜力學原理,當除氧器水位在正常水位 (即零水位)時,平衡容器的差壓輸出為</p><p><b>　?。?.1）</b></p>

38、<p>　　其中：為除氧器汽空間密度；為對應壓力下的飽和水密度。當除氧器水位偏離正常水位變化時，平衡容器的差壓輸出為:</p><p>　　圖 2.1 雙室平衡容器</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　、為確定值，若、和為已知的確定值時，正常水位的相對差壓輸出就是常數(shù)，也就是說差壓式水位計的零水位差壓是

39、穩(wěn)定的。平衡容器的輸出差壓則是除氧器水位變化的單值函數(shù)。水位增高，輸出差壓減小。</p><p>　　上述平衡容器在實際使用時，它存在下列問題會造成差壓式水位計指示不準：</p><p>　　1、 由于平衡容器向外散熱，正、負壓容器中的水溫由上至下逐步降低，且溫度分布不易確定。因此用式（2.1）和（2.2）分度差壓計時，因密度和的數(shù)值很難準確確定，分度好的差壓式水位計裝到現(xiàn)場后，其指示值與

40、云母水位計的指示值不一致。即使在現(xiàn)場對照云母水位計的指示調(diào)好刻度值，隨著使用情況的變化，還會由于和數(shù)值改變而指示不準。為解決這個問題，通過改進平衡容器結(jié)構(gòu)，設(shè)法使和為已知確定值。例如，用蒸汽套保溫，可使和都等于汽包壓力下飽和水的密度，這時，差壓和水位有下列關(guān)系式：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p><b>　　其中：</b

41、></p><p>　　2、 一般，差壓式水位計是在額定工作壓力下分度的，因此差壓式水位計只有在額定工作壓力下運行其指示才正確。當除氧器壓力變化時，飽和水密度和汽空間蒸汽密度隨之變化，使差壓式水位計的指示發(fā)生很大的誤差。</p><p>　　為了消除除氧器壓力變化造成的誤差，可采用除氧器壓力補償措施，進行水位的校正。</p><p>　　2.1.4差壓式流量計

42、</p><p>　　為了更好的控制除氧器水位，除了對除氧器水位進行測量，還需檢測給水流量和凝結(jié)水流量，以便對除氧器水位進行三沖量控制?，F(xiàn)采用差壓式流量計對流量進行測量。</p><p>　　差壓式流量計主要由節(jié)流裝置、壓差信號管路和顯示儀表三部分組成。</p><p>　　在管道內(nèi)裝入節(jié)流件，流體流過節(jié)流件時流束收縮，于是在節(jié)流件前后產(chǎn)生差壓。對于一定形狀和尺寸的

43、節(jié)流件，一定的測壓位置和前后直管段情況、一定參數(shù)的流體以及其他條件下，節(jié)流件前后產(chǎn)生的差壓值隨流量而變，兩者之間有確定的關(guān)系，因此可通過測量差壓來測量流量。其他條件不變時，節(jié)流件前后的差壓與流量q的關(guān)系為。</p><p>　　差壓式流量計的工作原理如下圖所示：</p><p>　　圖 2.2 差壓式流量計工作原理圖</p><p>　　如圖2.2所示：1—節(jié)流件；

44、2—引壓管路；3—三閥組；4—差壓計。</p><p>　　差壓式流量計適用于被測流體充滿全部管道，并沿著內(nèi)徑不小于50mm的圓形管道流動；流體在管道內(nèi)的流動是穩(wěn)定流，流速為亞音速；被測流體通過節(jié)流裝置時是單相均質(zhì)流體，不發(fā)生相變和析出雜質(zhì)；標準節(jié)流裝置安裝在兩段內(nèi)徑相同的直管段之間，在節(jié)流裝置前后的最小直管段長度內(nèi)不得有其他凸出物或肉眼可見的凹凸不平現(xiàn)象等場合。</p><p><

45、b>　　2.2變送部分</b></p><p>　　2.2.1差壓變送器（電容式差壓變送器）</p><p>　　為了對除氧器水位進行校正，需利用除氧器壓力進行運算，故利用差壓變送器將壓力取出來以便使用?，F(xiàn)采用電容式差壓變送器對壓力進行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　電容式壓力變送器中，以測壓彈性膜片為電容器的可動極板，它與固定極板之間形成一可變電容。

46、隨被測壓力的變化，膜片產(chǎn)生位移使電容器的可動極板與固定極板之間的距離改變，從而改變了電容器的電容量，這樣就完成了壓力信號與電容量之間的變換。</p><p>　　將激勵電壓加于電容器，產(chǎn)生的交變電流經(jīng)整流、控制、放大，輸出4～20m A直流電流。這就是電容式（差壓）變送器的基本工作原理。</p><p>　　在常用的1151系列電容式變送器中，電容式傳感部分又被稱為δ室，如圖 2.3所示：

47、</p><p>　　圖 2.3 電容式變送器結(jié)構(gòu)</p><p>　　1151變送器的變換過程示意如圖 2.4所示：</p><p>　　圖 2.4 變送器的變換過程示意圖</p><p><b>　　2.3控制部分：</b></p><p><b>　　2.3.1控制方式</b

48、></p><p>　　除氧器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)不外乎采用如下三種基本結(jié)構(gòu)：</p><p>　　單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　單級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　低負荷階段，給水和蒸汽流量存在嚴重的不平衡，而且流量太小時，測量誤差大，故在低負荷階段，

49、很難采用三沖量調(diào)節(jié)方式，一般均采用單沖量調(diào)節(jié)方式。</p><p>　　由于除氧器容積較大。作為被調(diào)量的除氧器水位存在較大慣性。負荷增減過程中給水流量變化較大時有可能出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象，使得給水流量和凝結(jié)水流量的不平衡增大，延長了調(diào)節(jié)時間。這時，在高負荷階段原則上可以采用三沖量控制回路以解決這一問題。但是由于單級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)整定需要兼顧的因素多，因此單級三沖量事實上一般也很難采用。串級三沖量調(diào)節(jié)方式，采用

50、主、副兩個調(diào)節(jié)器。兩個調(diào)節(jié)器的任務(wù)分工明確，整定相對容易，而且不要求穩(wěn)態(tài)時兼顧的因素多，易于得到較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，因此采用串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)來控制高負荷時的除氧器水位。</p><p>　　由于兼顧低負荷階段和高負荷階段的調(diào)節(jié)，采用給水全程控制方式。這時不再是單一的單沖量系統(tǒng)或三沖量系統(tǒng)，而是單沖量和三沖量系統(tǒng)的有機結(jié)合并配有完善的方式自動切換與連鎖邏輯。</p><p>　　采用兩

51、種控制方式的原因：</p><p>　　在直流鍋爐的啟動初期，其水冷壁管必須通過個保證該受熱面安全的最小流量，當鍋爐的產(chǎn)汽量小這個最小安全流量時，多的水經(jīng)過汽水分離器及其水箱回到凝汽器。本鍋爐這個最小安全流量為425T。所以在給水流量小于450T時鍋爐的給水基本上是維持不變的，除氧器水位受給水流量變化的攏動也就很小。因此采用單沖量系統(tǒng)即滿足調(diào)節(jié)品質(zhì)的要求，又可以減小整個給水全程調(diào)節(jié)的參數(shù)的整定。</p>

52、;<p>　　進入干態(tài)運后鍋爐的給水流量即為鍋爐輸入需求值（BID）的比例函數(shù)，所以給水流量是隨BID每時每刻都在變化，特別是負荷改變時變化更為劇烈，因此為提除氧器水位的調(diào)節(jié)品質(zhì)就有必要受用較為復雜的三沖量串級控制系統(tǒng)。根據(jù)機組的特性可</p><p>　　以發(fā)現(xiàn)鍋爐干態(tài)和濕態(tài)切換的區(qū)間（130~160MW）鍋爐的給水流即約為500T左右，即為單沖量和三沖量控制方式的切換點。</p>

53、<p>　　三沖量控制時為了保證除氧器水位在不同的干態(tài)負荷下均有良好的控制品質(zhì)，在不同負荷下相當于副調(diào)節(jié)器能夠有不同的參數(shù)整，控制系統(tǒng)有一定和自適應能力。</p><p>　　2.3.2 單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)</p><p>　　單沖量控制用于給水流量小于500T時的工況?？刂破鲀H接受除氧器水位H信號，與給定值進行比較得出偏差，再按照一定的控制規(guī)律輸出信號去執(zhí)行器，控制除氧器水位。&l

54、t;/p><p>　　除氧器液位信號通過三選二邏輯輸出，與設(shè)定值進行比較后輸入到數(shù)字PID控制器，經(jīng)過數(shù)字PID計算后通過手、自動切換器把控制型號輸出給閥門執(zhí)行機構(gòu)，進而通過2個凝結(jié)水調(diào)節(jié)閥進行凝結(jié)水流量的調(diào)節(jié)，以控制除氧器水位。通過合理的設(shè)置數(shù)字PID控制器的各個控制參數(shù)可以達到較為滿意的控制效果。單沖量除氧器水位控制系統(tǒng)如下圖所示：</p><p>　　圖 2.5 單沖量除氧器水位控制系統(tǒng)

55、</p><p>　　2.3.3 單級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)</p><p>　　在給水流量大于500T時除氧器的水位控制可采用單級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。除氧器水位調(diào)節(jié)接受除氧器的水位和主凝結(jié)水流量、總給水流量三個信號再按照一定的控制規(guī)律輸出信號去執(zhí)行器，控制除氧器水位。單級三沖量除氧器水位控制系統(tǒng)如下圖所示：</p><p>　　圖 2.6 單級三沖量除氧器水位控制系統(tǒng)<

56、/p><p>　　其中，G、H、N——分別為給水流量、除氧器水位、凝結(jié)水流量；Vg、Vh、Vn——為給水流量、除氧器水位、凝結(jié)水流量測量變送器的斜率；Ag、An——為給水流量信號與凝結(jié)水流量信號的分流系數(shù)；g、h、n——分別為輸入控制器的給水流量、除氧器水位、凝結(jié)水流量信號。</p><p>　　2.3.4 串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)</p><p>　　在給水流量大于500T

57、時除氧器的水位控制是一個典型的串級三沖量控制系統(tǒng)。與單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，其調(diào)節(jié)任務(wù)由兩個調(diào)節(jié)器來完成。主調(diào)節(jié)器才有PI調(diào)節(jié)規(guī)律，以保證水位無靜態(tài)偏差，主調(diào)節(jié)器的輸出信號和主凝結(jié)水流量、總給水流量信號都</p><p>　　作用在負調(diào)節(jié)器。一般串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的負調(diào)節(jié)器可采用比例調(diào)節(jié)器，以保證副回路的快速性。</p><p>　　串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)主、副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同，主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)除氧器水位，副調(diào)節(jié)

58、器調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量，同時將總給水流量作為副調(diào)節(jié)器的前饋信號。當凝結(jié)水流量發(fā)生擾動時。通過內(nèi)回路的作用可以迅速消除；當給水流量發(fā)生擾動時，通過內(nèi)回路的作用可以使凝結(jié)水流量迅速跟蹤給水流量的變化。</p><p>　　從串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)與單級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行比較，可以看出它們的不同點在于：串級系統(tǒng)的主、副回路的工作可以認為基本上是各自獨立的，主凝結(jié)水流量和總給水流量雖然也同時對主、副回路產(chǎn)生影響，但它們在系統(tǒng)中的作

59、用比單級的小得多。在串級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，水位偏差完全由主調(diào)節(jié)器來校正，是靜態(tài)水位值總是等于給定值。</p><p>　　串級控制系統(tǒng)的目的是使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，確保主被控量的控制質(zhì)量，實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。當有擾動出現(xiàn)于副回路時，由于主被控對象的時間常數(shù)大于副被控對象的時間常數(shù)，因而當主被控量未作出反映時，副回路已作出快速響應，及時地消除了擾動對主被控量的影響。此外，如果擾動作用于主被控對象，由于副

60、回路的存在，使副被控對象的時間常數(shù)大大減小，從而加快了系統(tǒng)的響應速度，改善了動態(tài)性能。</p><p>　　圖 2.7 串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)</p><p>　　其中，G、H、N——分別為給水流量、除氧器水位、凝結(jié)水流量；Vg、Vh、Vn——為給水流量、除氧器水位、凝結(jié)水流量測量變送器的斜率；Ag、An——為給水流量信號與凝結(jié)水流量信號的分流系數(shù)；g、h、n——分別為輸入控制器的給水流量、除

61、氧器水位、凝結(jié)水流量信號。</p><p>　　2.3.5單沖量、三沖量之間的無擾切換</p><p>　　1、單沖量和三沖量系統(tǒng)切換原理 </p><p>　　調(diào)節(jié)器均可采用PI節(jié)器，單沖量、三沖量調(diào)節(jié)的主調(diào)節(jié)器。三沖量的副調(diào)節(jié)器也可采用PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器的輸出信號與蒸汽流量信號相加后作用于副調(diào)節(jié)器作為給定信號，而副調(diào)節(jié)器的被調(diào)量是給水流量信號。

62、</p><p>　　上述兩套調(diào)節(jié)系統(tǒng)，低負荷時用單沖量，高負荷時用三沖量，兩調(diào)節(jié)系統(tǒng)的切換是根據(jù)蒸汽流量信號的大小進行控制的。</p><p>　　2、單沖量三沖量系統(tǒng)無擾切換跟蹤技術(shù) </p><p>　　單沖量三沖量系統(tǒng)切換過程應是無擾動的。因此，在單沖量運行時，三沖量調(diào)節(jié)的輸出信號（從動信號）應跟蹤于單沖量調(diào)節(jié)器的輸出信號（主動信號），反之，在三沖量系統(tǒng)運行

63、時，單沖量調(diào)節(jié)器輸出信號跟蹤于三沖量系統(tǒng)副調(diào)節(jié)器的輸出信號</p><p>　　在除氧器水位控制系統(tǒng)中，通常主管道和旁路管道都配備有調(diào)節(jié)閥。在機組起動和帶低負荷階段，通過旁路管道的調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位，在機組帶較大負荷時，通過主管道的調(diào)節(jié)閥控制除氧器水位。旁路管道的最大流量一般為主管道最大流量的15%~30%。在低負荷下使用小閥，在高負荷下使用大閥，避免了大閥在小開度下較長時間運行，減小了大閥的磨損!和節(jié)流損失，

64、提高了機組效率。</p><p>　　3、無擾切換具體實現(xiàn)</p><p>　　600MW超臨界機組除氧器水位控制兩個調(diào)節(jié)閥，可由控制系統(tǒng)自動進行切換。如圖2.8，A為可由運行人員手動操作的除氧器水位設(shè)定值，其后分別為防止設(shè)定值變化時對系統(tǒng)沖擊過大的速率限制器，以及為了防止運行人員誤操作的最大和最小設(shè)定值限制，PI1為低負荷下小閥使用的單沖量調(diào)節(jié)器，PI2為高負荷下大閥使用的單沖量調(diào)節(jié)器，

65、PI3為高負荷下大閥使用的三沖量調(diào)節(jié)主調(diào)節(jié)器，P為高負荷下大閥使用的三沖量調(diào)節(jié)副調(diào)節(jié)器 。設(shè)計在低負荷下采用單沖量控制除氧器水位，在高負荷時采用三沖量控制除氧器水位，其差別僅在于把大閥和小閥所使用的調(diào)節(jié)器完全分開!使調(diào)節(jié)器跟蹤方便：PI1跟蹤小閥的控制指令，PI2和P跟蹤大閥的控制指令，PI3跟蹤凝結(jié)水流量和鍋爐總給水流量之差。</p><p>　　圖 2.8 單沖量、三沖量無擾切換系統(tǒng)原理圖</p>

66、<p>　　當大小閥在自動控制方式，并在三沖量控制階段，小閥將自動按一定速度（比如1%/min）從當前開度強制關(guān)小到零。當大小閥在自動控制方式，并在單沖量控制階段，大閥將自動按一定速度（比如1%/min）從當前開度強制關(guān)小到零。如果兩個閥門中有任何一個處于手動控制方式，則上述自動切換不會進行。</p><p><b>　　2.4執(zhí)行器部分</b></p><

67、p><b>　　2.4.1執(zhí)行機構(gòu)</b></p><p>　　氣動執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)是統(tǒng)一的整體，其執(zhí)行機構(gòu)有薄膜式、活塞式、撥叉式和齒輪齒條式?；钊叫谐涕L，適用于要求有較大推力的場合；而薄膜式行程較小，只能直接帶動閥桿。撥叉式氣動執(zhí)行器具有扭矩大、空間小、扭矩曲線更符合閥門的扭矩曲線等特點，但是不很美觀；常用在大扭矩的閥門上。齒輪齒條式氣動執(zhí)行機構(gòu)有結(jié)構(gòu)簡單，動作平穩(wěn)可靠

68、，并且安全防爆等優(yōu)點，故常選用它。 </p><p><b>　　2.4.2調(diào)節(jié)機構(gòu)</b></p><p>　　除氧器水位調(diào)節(jié)閥分有一閥和兩閥（主閥和啟動閥），國內(nèi)多采用一個調(diào)節(jié)閥代替兩個閥，而國外多采用兩閥：主閥和啟動閥。此課程設(shè)計中除氧器水位調(diào)節(jié)閥采用一個主調(diào)節(jié)閥和一個副調(diào)節(jié)閥并聯(lián)進行調(diào)節(jié)的方式，在控制過程中先開副調(diào)節(jié)閥，等副調(diào)節(jié)閥全開后再開主調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉時的控

69、制剛好相反。采用兩個調(diào)節(jié)閥的目的是為了更好地實現(xiàn)調(diào)節(jié)與凝結(jié)水流量之間的線性關(guān)系。 </p><p>　　3除氧器水位控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案</p><p>　　根據(jù)對除氧器水位控制系統(tǒng)的各個部分的分析，總體設(shè)計方案總結(jié)如下：</p><p>　　3.1各組成部分列表</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)SAMA圖</p><

70、p><b>　　5號低壓加熱器至</b></p><p>　　除氧器水位 除氧器水流量</p><p><b>　　給水量</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><

71、p>　　調(diào)節(jié)門A.B均手動 s p</p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　除水位跟蹤 N </b&

72、gt;</p><p>　　除氧器水位調(diào)節(jié)門A 除氧器水位調(diào)節(jié)門B</p><p>　　3.3 SAMA圖說明</p><p>　　3.3.1除氧器差壓信號的選擇</p><p>　　除氧器水位信號選擇邏輯是三個模擬量水位差壓信號進行的選擇判斷，信號選擇原理是：取三個信

73、號的平均值。它們之間的選擇是通過切換來實現(xiàn)。</p><p>　　3.3.2壓力補償（水位校正）</p><p>　　由于除氧器水位是差壓的函數(shù)，故可通過壓力補償來校正除氧器水位值。具體措施：將所測得的差壓與壓力信號經(jīng)過一定的函數(shù)變換關(guān)系，得到校正后的除氧器水位。</p><p>　　3.3.3單沖量、串級三沖量控制方式的選擇</p><p>

74、;　　除氧器水位控制通常設(shè)計為全程控制系統(tǒng)，通過控制進入除氧器的主凝結(jié)水流量來維持除氧器水位為定值。在機組啟動和低負荷運行時，給水流量小，為單沖量控制系統(tǒng)，PID1為單沖量調(diào)節(jié)器，它只接受水位測量值和設(shè)定值（運行人員設(shè)定），其輸出經(jīng)切換器T2和T3后，再分別經(jīng)f1(x)和f2(x)去控制除氧器水位調(diào)節(jié)門，改變進入除氧器的凝結(jié)水流量，達到控制水位的目的。</p><p>　　當給水流量超過一定數(shù)值后，采用串級三沖量

75、控制系統(tǒng)，其中PID2為串級控制系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器，接受水位測量值和設(shè)定值信號，負責將水位精確調(diào)回到給定值，起細調(diào)作用。主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器PID3的設(shè)定值，副調(diào)節(jié)器的測量值為加法器∑1的輸出，∑1的值為5號低壓加熱器至除氧器的流量減去總給水流量，副調(diào)節(jié)器的主要目的是快速克服凝結(jié)水流量的自發(fā)性擾動，同時保持凝結(jié)水量與給水量的平衡，起粗調(diào)作用。調(diào)節(jié)器輸出經(jīng)M/A站后并行輸出兩路，分別經(jīng)f1(x)和f2(x)去控制除氧器水位調(diào)節(jié)門，改變進入

76、除氧器的凝結(jié)水流量，從而控制除氧器水位。 </p><p>　　單沖量三沖量系統(tǒng)切換過程應是無擾動的。因此，在單沖量運行時，三沖量調(diào)節(jié)的輸出信號應跟蹤于單沖量調(diào)節(jié)器的輸出信號，反之，在三沖量系統(tǒng)運行時，單沖量調(diào)節(jié)器輸出信號跟蹤于三沖量系統(tǒng)副調(diào)節(jié)器的輸出信號。</p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過了歷時兩個星期的除氧

77、器水位控制系統(tǒng)的設(shè)計，從開始的課程設(shè)計答辯，可以說是一個從迷茫逐漸走向清晰的過程，在其中收獲頗多。短暫的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的導師。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移

78、默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術(shù)目標，領(lǐng)會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導,經(jīng)由您悉心的點撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復疑無路,柳暗花明又一村”。</p><p>　　對于熱工過程控制系統(tǒng)這門課程的認識已經(jīng)從僅僅是對其的書面層次的認識提升到了應用實際。其中對于除氧器的控制策略有了較為深入的研究，對控制策略中單沖量、三沖量的控制有了深入的認識；同時對SAMA圖及其組

79、態(tài)圖也有了更新的認識。從以前對SAMA圖只是有所耳聞到現(xiàn)在的自己動手繪制，其中的成長歷程令人欣慰?？傊舜握n程設(shè)計讓我感覺收獲挺大的。</p><p>　　感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！</p><

80、;p>　　最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學，感謝郭老師在課程設(shè)計中給我們的悉心教導！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 吳勤勤. 控制儀表裝置，第三版 [M].化學工業(yè)出版社,2008</p><p>　　[2] 易異勛. 陳前軍，熱工測量技術(shù)及儀表 [M].第一版，長沙理

81、工大學,2006</p><p>　　[3] 羅萬金. 電廠熱力過程自動調(diào)節(jié) [M].東北電力學院,2008</p><p>　　[4] 馮宗杭. 除氧器水位控制中的調(diào)節(jié)閥自動切換邏輯,2007</p><p>　　[5] 宋海華. 三沖量調(diào)節(jié)的除氧器水位控制系統(tǒng)分析優(yōu)化模型與實驗[M].湖南省電力試驗研究院,2005</p><p>　　[