锅炉汽包水位控制系统设计要点.docx

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1、加安也僦科技本乘课程设计（论文）任务书专业班级：自动化Ioc）2学生姓名：马千云指导老师（签名）：二海南浚讦（论文5题目锅炉汽包液位限制二、本次课程设计（论文）应达到的目的本次课程设计是自动化专业学生在学习了计算机限制技术与系统和过程限制及仪表两门专业必修课程及单片机原理与应用、可编程限制器等相关专业选修课程之后进行的一次全面的综合训练，其主要目的是加深学生对计算机限制技术相关理论和学问的理解，进一步熟识计算机限制系统工程设计的基本理论、方法和技能；驾驭工程应用的基本内容和要求，整合各专业课程的理论学问和方法，做到理论联系实际：培育学生分析问题、解决问题的实力和独立完成系统设计的实力，并按要求

2、编写相关的设计说明书、技术文档和总结报告等。三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）锅炉汽包液位的阶跃响应曲线数据如下表所示，限制量阶跃变更&=5。试依据试验数据设计一个超调量BP25%的无差限制系统。时间min0510152025被控量0.6500.6510.6520.6680.7350.817时间min303540455()55被控量0.8810.9791.0751.1511.2131.239时间min606570758085被控量1.2621.3111.3291.3381.3501.351详细要求如下：（1） 依据试验数据选择肯定的辨识方法建立对

3、象的数学模型；（2） 依据辨识结果设计符合要求的限制系统（限制系统原理图、限制规律选择等）;（3） 依据设计方案选择相应的限制仪表：对设计的限制系统进行仿真，整定运行参数。（4）撰写课程设计报告一份，要求字数30005000字。四、应收集的资料及主要参考文献：1 .王再英等.过程限制系统与仪表.机械工业出版社,20062 .潘新民，王燕芳.微型计算机限制技术.高等教化出版社,20013 .王锦标.计算机限制系统.清华高校出版社,2008五、审核批准看法教研室主任（签字）摘要锅炉是典型的困难热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术缘由，使多数锅炉难以处于良好工况

4、，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模与限制问题始终是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉平安、稳定运行的重要指标，保证水位限制在给定范围内，对于高蒸汽品质、削减设备损耗和运行损耗、确保整个网络平安运行具有要意义。锅炉汽包水位高度，是确保平安生产和供应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，汽包涵积相对变小，水位变更速度很快，稍不留意就简洁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，也是特别危急的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严峻时会使个别上水管形成自由水面，产生流淌停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。无

5、论满水或缺水都会造成事故，因此，必需严格限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平安运行的必要条件，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别效果，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，严峻时会造成爆炸事故。这些后果都是特别严峻的。随着锅炉容量的增加，水位变更速度愈来愈快，人工操作愈来愈繁重，因此对汽包水位实现自动调整提出了迫切的

6、要求。汽包水位的限制是锅炉限制的一个难点，目前，对汽包水位限制大多采纳常规PlD限制方式，传统的常规PID限制方式是依据限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限制的参数是固定不变的，难以适应各种扰动及对象变更，其限制效果往往难以满意要求，限制效果不志向。关键词：冲量，汽包水位限制，PID限制，仿真书目1 .绪论11.1 锅炉的工作过程简介11.2锅炉汽包水位自动限制的意义2L3锅炉液位限制的难点22 .汽包锅炉水位限制系统的设计32. 133. 2单冲量限制系统34. 3双/中量限制系统45. 4

7、三冲量限制系统5单级三冲量限制系统5串级三冲量限制系统63 .锅炉汽包水位的动态特性的数学建模73. 1给水流量作用下的动态特性74. 2蒸汽流量扰动下的动态特性85. 3依据所给数据进行曲线拟合9相关MATLAB程序及结果9限制变量的确定103. 4串级三冲量的框图104.硬件选择124. 1流量传感器选择124 .2水位传感器选择125 .3电机的选择124. 4接触器的选择134. 5g的开选择形式135. PiD参数的整定和Simulink仿真135.1串级三冲量仿真电路图的搭建135.2串级三冲量PID参数的整定145315参考文献171.绪论1.1 锅炉的工作过程简介锅炉是工业过程

8、中不行缺少的动力设备，锅炉的任务是依据外界负荷的变更，输送肯定质量（汽压、汽温）和相应数量的蒸汽。它所产生的蒸汽不仅能够为蒸镭、化学反应、干燥等过程供应热源，而且还可以作为风机、压缩机、泵类驱动透平的动力源。锅炉是由“锅”和“炉”两部分组成的。“锅”就是锅炉的汽水系统，如图所示。由省煤器3、汽包4、下降管8、过热器5、上升管7、给水调整阀2、给水母管1及蒸汽母管6等组成。锅炉的给水用给水泵打入省煤器，在省煤器中,水汲取烟气的热量，使温度上升到本身压力下的沸点，成为饱和水然后引入汽包。汽包中的水经下降管进入锅炉底部的下联箱，又经炉膛四周的水冷壁进入上联箱，随即又回入汽包。水在水冷壁管中汲取炉内火

9、焰干脆辐射的热，在温度不变的状况下，一部分蒸发成蒸汽，成为汽水混合物。汽水混合物在汽包中分别成水和汽，水和给水一起再进入下降管参与循环，汽则由汽包顶部的管子引往过热器，蒸汽在过热器中吸热、升温达到规定温度，成为合格蒸汽送入蒸汽母管。燃烧室“炉”就是锅炉的燃烧系统，由炉膜、烟道、喷燃器、空气预热器等组成。锅炉燃料燃烧所需的空气由送风机送入，通过空气预热器，在空气预热器中汲取烟气热量，成为热空气后，与燃料按肯定的比例进入炉膛燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽。然后经过过热器，形成肯定的过热蒸汽,汇合到蒸汽母管。具有肯定压力的过热蒸汽，经过负荷设备调整阀供负荷设备运用。与此同时，燃烧过

10、程中产生的烟气，其中含有大量余热，除了将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还预热锅炉给水和空气，最终经烟囱排入大气。1.2 锅炉汽包水位自动限制的意义锅炉汽包水位自动调整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护和汽轮机平安运行的必要条件，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别效果，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

11、致局部水冷管壁被烧坏，严峻时会造成爆炸事故。这些后果都是特别严峻的。随着锅炉容量的增加，水位变更速度愈来愈快,人工操作愈来愈繁重，因此对汽包水位实现自动调整提出了迫切的要求。1.3 锅炉液位限制的难点液位的限制技术是通过限制进水或出水阀门的开度，变更水流量来实现的,而水温的限制是通过调整加热的功率来实现的。锅炉液位的限制是锅炉限制系统较为重要和比较难于限制的一项。由于在锅炉运行过程中存在进水量和出水量的变更，所以很难通过调整PlD限制器参数来满意全部的运行条件，获得志向的限制效果。调整过量会导致流量回路动作频繁，从而给下游设备带来了额外的干扰。这样就导致液位限制器通常处于欠调正状态允许液位在肯

12、定范围内波动，以减小出水量的变更。然而，欠调正的PlD不能刚好抑制大扰动，这就可能引起锅炉运行的平安问题。另外，液位的波动也会破坏锅炉运行过程的稳定，使得蒸汽输送等不易限制。影响锅炉液位的关键变量有给水流量，蒸汽出口流量和混合燃料的进料量。各变量都有各自不同的扰动。较冷的给水造成相应的纯滞后。蒸汽流出量的突然增加造成了典型的“假水位”现象，使得过程短暂变更了方向，简洁产生误操作而导致发生事故。2汽包锅炉水位限制系统的设计2.1概述汽包水位的限制问题伴随着锅炉的出现而出现，许久以来始终是限制领域的一个典型的难问题。随着限制理论、限制技术和现代限制方法的发展，锅炉自动化限制的水平也在渐渐提高。其间

13、主要经验了上世纪三四十年头单参数仪表限制，四五十年头单元组合仪表综合参数仪表限制，以及六十年头兴起的计算机限制等几个阶段。通常有如下几种方案：(1)单冲量限制系统。即汽包水位的单回路水位限制系统；(2)双冲量限制系统。即在单冲量系统的基础上引入了蒸汽流量信号；(3)三冲量限制系统。是在双冲量系统的基础上再引入给水流量信号而构成。2.2单冲量限制系统单冲量水位限制系统以汽包水位作为唯一的限制信号，冲量即变量。水位测量信号经变送器送到水位调整器，调整器依据汽包水位测量值H与给定值H0的偏差，通过执行器去限制给水调整阀以变更给水量，保持汽包水位在允许的范围内。系统框图为图2.1所示。田I1I1H寸:

14、VHM节，i汽包一一变送器三图2.1单冲量限制系统框图这种限制系统结构简洁，是典型的单回路定制限制系统。对于水在汽包内的停留时间较长，且负荷又比较稳定，“虚假水位”现象不严峻的状况下，采纳单冲量限制系统，进行PID调整一般就能满意生产要求。单冲量汽包水位调整的优点是：系统结构简洁，在汽包涵量比较大、水位在受到扰动后的反应速度比较慢、“虚假水位”现象不很严峻的场合，采纳单冲量水位调整时能够满意生产要求。单冲量汽包水位调整存在着一些缺点，主要有：(1)单冲量限制方案只依据水位信号限制给水量，在锅炉负荷变更大，即阶跃扰动很大时，由于锅炉的“虚假水位”现象，例如负荷蒸汽增加时，水位一起先先上升，调整器只依据水位作为限制信号，就去关小阀门削减给水量，这个动作对锅炉流量平衡是错误的，从而在过程一起先就扩大蒸汽流量和给水流量的波动幅度，扩大了进出流量的不平衡。(2)从给水扰动下水位变更的动态特性可以看出，由于给水压力变更等缘由造成给水量变更时，调整器要等到水位变更后才起先动作，而在调整器动作后又要经过一段滞后时间才能对汽包水位发生影响，因此必将导致汽包水位波动幅度大，过程时间长。2.3双冲量限制系统在汽包的水位限制中，最主要的扰动是负荷的变更。双冲量限制系统是以锅炉汽包水位测量信号作为主控信号，以蒸汽流量信号作为前馈信号构成的“前馈-反馈”限制系统。系统框图为图2