《鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計》2000字

鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u9860鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 1186991.1鍋爐汽包水位常規(guī)控制方案 1160621.2鍋爐汽包水位控制方法的研究 1280341.2.1單沖量控制系統(tǒng) 1313721.2.2雙沖量控制系統(tǒng) 2277991.2.3三沖量控制系統(tǒng) 3234021.3鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 3鍋爐汽包水位常規(guī)控制方案由于給水調(diào)節(jié)對象沒有自平衡能力，又存在滯后，因此鍋爐汽包水位常用的有以下三種閉環(huán)控制系統(tǒng)：以水位為唯一調(diào)節(jié)信號的稱單沖量水位控制系統(tǒng)；以蒸汽流量和水位作為調(diào)節(jié)信號的雙沖量水位控制系統(tǒng)；以給水流量、蒸汽流量和水位作為調(diào)節(jié)信號的三沖量水位控制系統(tǒng)[15]。汽包水位的動態(tài)特性看起來與單容水箱相似，但鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中存在著大量與水結(jié)合的蒸汽，一旦鍋爐負荷發(fā)生變化，蒸汽體積也會隨之改變，即使鍋爐內(nèi)水量沒有發(fā)生變化，汽包液位也會有所波動，當負荷突然加大，汽包內(nèi)水會被急速汽化，造成“虛假水位”現(xiàn)象。實際工業(yè)控制中，三沖量控制系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛，相對前兩種控制方式，控制品質(zhì)有明顯提高。鍋爐汽包水位控制方法的研究單沖量控制系統(tǒng)單沖量控制系統(tǒng)原理框圖如圖3-1所示，可以看出它只有一個回路，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，其工作原理比較簡單，當水位與給定值不同時，測量變送器反饋回來的水位信號與給定輸入做差形成偏差控制信號，控制器按照此信號決定調(diào)節(jié)閥開度，是典型的單回路控制系統(tǒng)。圖3-1鍋爐汽包水位單沖量控制系統(tǒng)框圖單沖量控制系統(tǒng)存在一些不足，主要有：缺乏克服虛假水位的能力，當鍋爐負荷增大時水位會上升，這時控制器可能會減小閥門開度，給水量變小，蒸汽溢出后，水位會下降，單沖量控制系統(tǒng)會給出錯誤的操作，破壞鍋爐內(nèi)物料平衡。調(diào)節(jié)時間過長，不能迅速給出反應(yīng)。當給水量發(fā)生變化時，系統(tǒng)在水位變化后才會開始調(diào)節(jié)，經(jīng)過一段時間后水位才會恢復(fù)原來的高度。這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對于一些小型鍋爐，虛假水位不太明顯時，配上報警系統(tǒng)，可以保證生產(chǎn)安全，但對于大型鍋爐，這種控制系統(tǒng)明顯是不適用的。雙沖量控制系統(tǒng)這里的雙沖量是指汽包水位信號和蒸汽流量信號兩個變量[16]。維持鍋爐汽包內(nèi)物料平衡關(guān)系不被破壞，即給水量等于蒸發(fā)量，可以控制汽包水位維持不變。蒸汽流量作為過去汽包水位控制的擾動，如果可以利用這種擾動對給水流量進行補償控制，就可以消除“虛假水位”帶來的影響，按照這種思路，在單沖量控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，如圖3-2所示為雙沖量控制系統(tǒng)原理框圖，蒸汽流量發(fā)生變化時，系統(tǒng)會產(chǎn)生一個同方向的給水變化[17]，而且因為過程控制系統(tǒng)的滯后特性，在擾動量引起被控量產(chǎn)生變化后才會得到調(diào)節(jié)，將擾動量接在前饋通路中，擾動一出現(xiàn)?？刂破骶涂勺龀龇磻?yīng)，避免被控量受到影響。圖3-2鍋爐汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)框圖雙沖量控制系統(tǒng)控制品質(zhì)較單沖量控制已經(jīng)有了顯著的提高，但還存在兩個問題：是不能及時消除給水壓力帶來的擾動，不適用于給水管壓力經(jīng)常有所波動的鍋爐。是調(diào)節(jié)閥不一定是線性的，很難做到完全補償。三沖量控制系統(tǒng)在雙沖量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上引入給水流量信號，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)，其原理框圖如圖3-3所示，三個流量中，汽包水位是主要的控制變量，也稱為主沖量，其他兩個蒸汽流量和給水流量稱為輔沖量，蒸汽流量放在前饋通道中，給水流量加在反饋通道，分析三沖量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不難發(fā)現(xiàn)它由兩個回路組成，第一個回路為是給水流量，給水變送器等構(gòu)成的副回路，第二個為主回路，由汽包水位控制對象、控制器組成。三沖量控制系統(tǒng)可以消除“虛假水位”帶來的影響，可以提高控制精度。一旦蒸汽流量或給水流量發(fā)生波動，不是等影響到液位才進行調(diào)節(jié)，而是在這兩個流量改變之時就能通過加法器立即去改變調(diào)節(jié)閥開度進行校正[18]，相比單沖量和雙沖量控制系統(tǒng)，其控制性能明顯提高，能更好地應(yīng)對各種復(fù)雜的工況。圖3-3鍋爐汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)框圖鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型查閱相關(guān)資料，鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)對象動態(tài)特性方程為[19]： T1T式中：h——汽包水位；T1D——鍋爐蒸汽流量；uDTWTDKWKD給水流量和蒸汽擾動是鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中兩大主要擾動[20]，分別討論這兩種擾動下汽包水位的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。汽包水位在給水擾動下調(diào)節(jié)對象的傳遞函數(shù)為： GWs實際工程中，鍋爐分為可以分為三種，分別為低壓鍋爐，中壓鍋爐，高壓鍋爐。對于中壓以下鍋爐，因為給水流量時間常數(shù)較小，通常忽略不計[21]，式(3-2)可以簡化為： GWs式中，?=蒸汽流量擾動下汽包水位的動態(tài)數(shù)學(xué)模型： GDs根據(jù)實際工程中的測量，在給水流量擾動下，水位變化的響應(yīng)速度為?=0.037mm/s，時滯環(huán)節(jié)的時間常數(shù)T測量為T=30s。代入得到給水流量主通道傳遞函