三、锅炉汽包水位控制方案
在本方案中最重要的控制对象是锅炉汽包水位，汽包水位是锅炉安全运行的一个非常重要的工艺参数，必须被控制在一个非常严格的工作范围内，由于引起汽包水位变化的因素较多，如锅炉负荷、燃烧工况、给水压力等，加上锅炉特有的虚假水位现象，简单的单回路控制难以满足对控制的要求，尤其是对于我厂这样的工况变化频繁，变化幅度大，对于水位的控制来说仅仅使用传统的仪表控制是非常困难的，即使是使用了专用的进口多回路可编程调节仪表对水位进行控制，但是仅能够在工况下满足控制的需要，在工况产生突变的情况下，仪表根本无法对水位进行控制，所以在此次的改造中我们着重在水位的控制方面提出了严格的要求。
图2
在方案中我们足够采用三冲量串级调节方式（如图2所示），该系统接收汽包水位、蒸汽流量、给水流量三个信号，两个控制器（主调和副调）相串联，称为三冲量串级给水调节系统。上述三信号经相应的变送器转换为统一的电流信号，再经输入组件进行电流/电压转换，分别作为主调的测量信号、补偿信号及副调的测量信号，其中主调将汽包水位测量值与给定值进行比较积分运算，运算结果再与蒸汽流量信号相加，作为副调的给定信号，副调将给水流量测量信号一给定信号相比较，并对偏差进行比例积分运算，再经高低限限幅、电压/是流转换，且输出信号控制执行机构动作，改变给水量，以维持一定水位。
在实际的程序的编制中，我们对原方案进行了相应的改造，汽包水位作为主被控变量，给水流量和蒸汽流量的差值作为副被控变量构成串级调节控制系统，并且在程序中引入众多的逻辑比较条件，严格限定给水调节阀的开关状态以保证给水调节系统一直处于安全的运行状况，从而克服汽包水位现象，维持汽水平衡，保证汽包一定的水位。以下是在PLC编程中利用的技巧。
四、PLC的编程技巧
首先该系统要实现精确控制的先决条件是得到精确的测量值，所以如何克服系统的干扰和准确测量是必须首先考虑的。
因为我厂原控制系统设计中没有充分考虑电力信号产生的干扰，在照明用电和动力用电方面，均有零线和地线混接的现象，很多动力线和信号线是混合敷设的，仪表信号控制电缆没有单独敷设，所以现场的干扰很大，如果现场的干扰不加以过滤的话，对DCS系统的影响是很严重的，不仅是测量不到信号，严重的时候甚至烧毁I/O模块，为防止干扰，该系统采取了单独接地的措施。
在汽包水位、主汽流量和给水流量的测量中，因为工况的不断变化，所以信号是处于不断变化的，这样增加了调节系统的不稳定性，所以有必要对系统的信号进行滤波，在硬件方面该系统选用的I/O卡件采用了光电隔离技术，抗干扰能力可达：共模电压不小于250V，共模抑制比不小于90dB，差模电压不小于60V，差模抑制比不小于60dB。在软件方面我们针对各信号也采取了相应的滤波手段，例如水位信号的当前值为上次采样值的70%加上次采样值的30%的迭加（计算该值的百分比取值根据我厂现场运行状况进行调整），这样就能够较有效地抑制信号波动对系统的影响，当然该值的设定对系统的反应速度有一定影响，所以要根据现场的情况慎重选取。
在系统的编程中除了考虑三冲量调节的各参数关系（见图3），为了提高系统调整的准确性、可靠性和保障系统有更高的安全性，我们还根据现场实际操作中可能存在的问题，将相应的信号进行比较，在程序中设置了众多的逻辑比较条件，以达到控制准确，防止失误的目的。以下是在我厂DCS系统中采用的部分条件：
1.当汽包水位低于20mm，蒸汽流量比给水流量大5t而调节系统处于关阀状态时，系统将严禁继续关阀；
2.当蒸汽流量比给水流量大10t，而调节系统处于关阀状态时，系统将严禁继续关阀；
3.当汽包水位大于15mm，给水流量大于蒸汽流量，系统仍处于开阀状态时，系统将严禁继续开阀；
4.当给水流量大于蒸汽流量超过10t，系统仍处于开阀状态时，系统将严禁继续开阀；梯形图见图4。
该系统自投运至今一直运行稳定，提高了锅炉的检测精度，提高了控制水平，彻底解决了锅炉汽包水位自动控制存在的问题，减轻了操作人员的劳动强度，减少了维护的难度，取得了良好的效果。
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锅炉汽包水位控制系统设计 一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在120cm，稳态误差±0.4cm，满足生产要求。G(s)=1/(s^3+10s^2+29s+20),σ%<20%,Ts<10s,Ess=0. 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据 4.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要满足动 态性能指标 8.总结实验课程设计的经验和收获
目录 第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理 1了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-------------------------------------------3 1.1锅炉汽包水位自动控制的意义--------------------------------------------------3 1.2了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-----------------------------------------3 第二章锅炉汽包水位控制系统方案的设计 2.1液位控制系统的方框图------------------------------------------------------------5 2.2液位控制系统的方案图------------------------------------------------------------5 2.3检测变送器的选择------------------------------------------------------------------6 2.4调节阀的选择------------------------------------------------------------------------6 2.5仪器性能指标的计算---------------------------------------------------------------6 2.6调节器的选择------------------------------------------------------------------------8 2.7调节器作用方向的选择------------------------------------------------------------8 第三章PID控制 3.1控制规律的比较--------------------------------------------------------------------9 3.2 PID参数的整定--------------------------------------------------------------------10 第四章仿真 4.1 simulink 仿真---------------------------------------------------------------------11 4.2 系统参数整定--------------------------------------------------------------------13 第五章心得体会-----------------------------------------------------------15
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。 直流炉没有三冲量啊，没有汽包，在直流状态下给多少水就产生多少汽的，是通过中间点温度来调整锅炉燃水比的！ 单冲量三冲量切换条件：一般用给水流量来划分，小于200t/h（30%,我们300MW机组就是这样）时为单冲量，大于则为三冲量 为啥要到30％负荷时，电泵由单冲量切到三冲量啊？要防止汽包的虚假水位。在低负荷的时候，单冲量主要是给系统上水，在高负荷时，给水的任务就是维持汽包水位。
浙江省火电厂锅炉汽包水位测量问题分析及改进 孙长生1，蒋健1，刘卫国2，丁俊宏1，王蕙1 （1.浙江省电力试验研究院，杭州市，310014；2.国华浙能发电有限公司，浙江省宁波 市，315612） 摘要：汽包水位是表征锅炉安全运行的重要参数。由于配置、安装、运行及维护不当等因素，导致汽包水位测量系统存在测量值与实际值不符的情况，影响机组安全、经济、稳定运行。本文对浙江省火电厂汽包水位测量、水位保护投入状况进行现场调查，总结存在的问题，分析问题产生的原因，探讨并提出消除或减少这些问题的技术改进措施，供同行参考。 关键词：汽包水位测量；偏差分析；技术措施；锅炉；水位保护；水位计 doi：10.3969/j.issn.1000-7229.2010.10.000 Analysis of Running Status and Research of T echnical Proposal to the Drum Water Level Measurement Systems of Zhejiang Fired Power Plant SUN Chang-sheng1，JIANG Jian1，LIU Wei-guo2，WANG Huo （1．Zhejiang Provincial Electric Power Test and Research Institute，Hangzhou 310014，China；2．Zhejiang Guohua Zheneng Power Generation Co. Ltd.，Ningbo 315612，Zhejiang Province， China） ABSTRACT：Because of many reasons during installment, operation and maintenance, the drum water level measurement systems often have been found the difference between the observed value and the actual value, that seriously affectes unit's stable operation.This article has investigated many power plants in the Zhejiang Province closely, surveyed the situation of the drum water level measurement and the water level protection conditions of Zhejiang fired power plant, and has gived useful suggestion.of the reference water column. KEYWORDS：drum water level measurement；warp analysis；technical proposal；boiler；water level protection；water level meter 0 引言 汽包水位是表征锅炉安全运行的重要参数，其测量的准确性与其偏差问题（以下简称“水位测量问题”）的解决，是一直困扰火电机组热工测量与安全、经济运行的难题。针对水位测量问题，在浙江省内火电厂进行了专题调查，就存在的水位测量问题进行了深入的专题探讨，提出了提高汽包水位测量系统运行可靠性的改进意见，供同行参考。 1 存在的主要问题 1.1 模拟量测量信号系统存在的问题 目前浙江省蒸发量为400 t/h及以上的汽包炉共有57台，这些锅炉运行中模拟量测量信号系统存在的主要问题包括以下几方面： （1）测量显示偏差。不同测量变送器显示的示值不一致，两侧显示偏差高的超过100 mm，即使是同侧偏差，有时也高达几十mm，且随着机组负荷的变化而不同，难以找出其变化规律。 （2）逻辑故障判断功能不完善。一些机组不具备《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》（请核实是否修改正确）中的汽包水位信号故障后的逻辑判断自动转换功能、水位和补偿用的汽包压力信号坏信号判别功能。 （3）共用测量孔。由于汽包上给出的取样孔不足，因此存在共用取样孔和平衡容器情况，未能做到全程独立。
摘要 汽包水位是影响锅炉安全运行的一个重要参数，汽包水位过高或者过低的后果都非常严重，因此对汽包水位必须进行严格控制。PLC技术的快速发展使得PLC 广泛应用于过程控制领域并极提高了控制系统性能，PLC已经成为当今自动控制领域不可缺少的重要设备。 本文从分析影响汽包水位的各种因素出发，重点分析了锅炉汽包水位的“假水位现象”，提出了锅炉汽包水位控制系统的三冲量控制方案。按照工程整定的方法进行了PID参数整定，并进行了仿真研究。根据控制要求和所设计的控制方案进行硬件选型以及系统的硬件设计，利用PLC编程实现控制算法进行系统的软件设计，最终完成PLC在锅炉汽包水位控制系统中应用。 关键词：汽包水位、三冲量控制、PLC、PID控制
ABSTRACT The steam drum water level is a very important parameter for the boiler safe operation, both high and low steam drum water level may lead to extremely serious consequence; therefore it must be strictly to be controlled. With the rapid development of PLC technology, it can widely be applied to the process control domain and enhances the performance of control system enormously. PLC has already become the essential important equipment in automatic control domain. Based on the analysis of all kinds of factors which influence steam drum water level, “unreal water level phenomenon”is analyzed specially, and three impulses control plan for steam drum water level control system is proposed. PID parameters are regulated by engineering regulation method, and simulation study is done. According to the needs of control, the selection of control requirements hardware and system hardware design as well as system software design are carried out. Finally the application of PLC in boiler steam drum water control system is completed. Key words:Steam drum water level、Three impulses control、PLC、PID control
汽包水位控制原则及调整 一、汽包水位调节原则 1在负荷较低时，主给水电动门未开，由给水旁路阀控制汽包水位。当主蒸汽达到要求流量，全开主给水电动门，全关给水旁路阀。反之，当主蒸汽减少到要求流量且持续一定时间后，将旁路给水阀投自动，关主给水电动门，给水由主路切换到旁路。 2锅炉汽包水位的调节是通过改变主给水调节阀的开度或给水泵的转速，在机组负荷小于25％时，采用单冲量调节；当机组负荷大于25%后，给水切换为三冲量调节，此时通过控制汽泵转速控制汽包水位，电泵备用。单冲量，三冲量调节器互为跟踪，以保证切换无扰。 3锅炉正常运行中，汽包水位应以差压式水位计为准，参照电接点水位计和双色水位计作为监视手段，通过保持给水流量，减温水流量和蒸汽流量之间的平衡使汽包水位保持稳定。 4为了保证汽包水位各表计指示的正确性，每班就地对照水位不少于一次，同类型水位计指示差值≯30mm。 5两台汽动给水泵转速应尽可能一致，负荷基本平衡。 6两台汽动给水泵及一台电动给水泵均可由CCS自动调节水位，正常情况下汽包水位调节由自动装置完成，运行人员应加强水位监视。 7当汽包水位超过正常允许的变化范围，且偏差继续增大时应及时将自动切至手动方式运行。手动调整时幅度不可过大，应防止由于大幅度调节而引起的汽包水位大幅度波动和缺、满水事故。 8经常分析主蒸汽流量、给水流量、主汽压力变化规律，发现异常及时处理。 二、遇有下列情况时应注意水位变化(必要时采用手动调节) 1给水压力、给水流量波动较大时； 2负荷变化较大时； 3事故情况下； 4锅炉启动、停炉时； 5给水自动故障时； 6水位调节器工作不正常时； 7锅炉排污时； 8安全门起、回座时； 9给水泵故障时； 10并泵及切换给水泵时； 11锅炉燃烧不稳定时。 三、给水控制系统（CCS控制） 1本机组装有两台50%汽动调速给水泵和一台30%电动调速泵。
锅炉汽包水位补偿公式： 1、汽包水位补偿 水位补偿公式：H=[ L*(ρ1-ρ3)*g-ΔP ] / (ρ2-ρ3)g 然后用H减去水位零点相对平衡容器下取样点的距离,得到的值就是修正后的汽包水位。 L为平衡容器两个取样管间高度（m） ρ1为凝结水密度（kg/m3） ρ2为饱和水密度（kg/m3） ρ3为饱和蒸汽密度（kg/m3） ΔP为变送器差压（Pa） H为水位高度（m） h0为汽包水位零点至下取样管高度（m），H为补偿后水位（m）。 补偿后水位：h=[ L*(ρ1-ρ3)*g-ΔP ] / (ρ2-ρ3)g -h0. 再把单位从米转为毫米。 如果L、h0、h单位为毫米，ΔP单位为mmH2O, ρ1、ρ2、ρ2单位为kg/m3。则公式为h=[ L*(ρ1-ρ3)-ΔP*1000 ] / (ρ2-ρ3) -h0 汽包水位测量分析及补偿 [摘要]汽包水位的准确测量值是电厂重要的测量参数之一，其测量方式很多，目前常用的是静压式测量方法中的连通式液位计和压差式液位计。但当液位计与被测汽包中的液体温度有差异时，显示的液位不同于汽包中的液位，而且其误差还会随汽包压力的改变而改变。襄樊电厂300MW机组，应用汽包水位模拟量信号采用差压变送器测量，并进行汽包压力补偿的测量方法，结果表明，汽包水位运行正常，测量准确，满足运行要求。 [关键词]汽包水位测量差压变送器压力补偿 1 准确测量汽包水位的重要性 大型机组都设计全程给水控制系统，在机组启动到满负荷或停机减负荷及负荷波动中，汽包压力在不断地变化，汽包内的蒸汽和水的密度也随之变化，从而影响汽包水位测量的准确性和全程给水控制系统的投运，危及机组的安全。因为汽包水位过高可能造成蒸汽带水，使蒸汽品质恶化，轻则加重管道和汽轮机积垢，降低出力和效率，重则使汽轮机发生事故；汽包水位过低，则对水循环不利，可能导致水冷壁局部过热甚至爆管。因此汽包水位的准确测量值是电厂最重要的测量参数之一。 2 汽包水位的测量方式及存在问题 汽包水位测量方式很多，一般可分为：(1)静压式；(2)浮力式；(3)电气式；(4)超声波式；(5)核辐射式。目前电厂中最常用的是静压式测量方法中的连通式液位计和压差式液位计。连通式液位计包括云母水位计和电接点水位计，这类液位计直观，便于读数，但它们共同的缺点是：当液位计与被测汽包中的液温有差别时，其显示的液位不同于汽包中的液位，而且此误差还会随汽包压力的改变而改变。为了减小因温度差异而引起的误差，
西安建筑科技大学课程设计（论文）任务书 专业班级： 自动化1002 学生姓名： 马千云 指导教师（签名）： 一、课程设计（论文）题目 锅炉汽包液位控制 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《计算机控制技术与系统》和《过程控 制及仪表》两门专业必修课程及《单片机原理与应用》、《可编程控制器》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控制技术 相关理论和知识的理解，进一步熟悉计算机控制系统工程设计的基本理论、方法和技 能；掌握工程应用的基本内容和要求，整合各专业课程的理论知识和方法，做到理论 联系实际；培养学生分析问题、解决问题的能力和独立完成系统设计的能力，并按要 求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，控制量阶跃变化5u ?=。试根据 实验数据设计一个超调量 25%p δ≤的无差控制系统。 具体要求如下： （1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型； （2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）； （3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；
对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。 （4）撰写课程设计报告一份，要求字数3000～5000字。 四、应收集的资料及主要参考文献： 1．王再英等.过程控制系统与仪表.机械工业出版社,2006 2．潘新民,王燕芳.微型计算机控制技术.高等教育出版社,2001 3．王锦标.计算机控制系统.清华大学出版社,2008 五、审核批准意见 教研室主任（签字） 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。 锅炉汽包水位高度，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
300MW锅炉汽包水位的调整 锅炉汽包水位的调整直接关系到整个机组的运行安全，调整操作不当将造成两种事故，一种是汽包满水事故（高三值锅炉MFT，机组掉闸），严重超过上限水位，使蒸汽带水严重，温度急剧下降，发生水冲击，损坏蒸汽管道和汽轮机组；另一种是汽包缺水事故（低三值锅炉MFT）；即水位低于能够维持锅炉正常水循环的水位，蒸汽温度急剧上升，水冷壁管得不到充分的冷却而发生过热爆管。 1 汽包水位的变化机理 1.1 锅炉启动过程中的汽包水位变化 锅炉点火初期，由于冷风带走的热量和燃油燃烧释放的热量相等，汽包水位无大的变化，当0.8t/h或1.7t/h的油枪增投至2支及以上时，炉水开始产生汽泡， 汽水混合物的体积膨胀 壁内水循环流速加快后，大量汽水混合物进人汽包进行分离，饱和蒸汽进入过热器，使汽包水位开始明显下降。当到达冲转参数(主蒸汽压力3.5-4.2 MPa,主蒸汽温度320-360℃)、关闭30%旁路的过程中，蒸发量下降，很多已生成的蒸汽凝 结为水，汽水混合物的体积缩小，促使汽包水位迅速下降 这时在给水量未变的情况下由于锅炉耗水量下降汽包水位会迅速回升。在挂 闸冲转后水位的变化相反。机组并网后负荷50 -70MW给水主、旁路阀切换时，由于给水管路直径的变大使给水流量加大，汽包水位上升很快。其它阶段只要给水量随负荷的上升及时增加，汽包水位的变化不太明显。 1.2 引风机、送风机、一次风机、磨煤机跳闸后汽包水位变化 上述四大转动机械任意1台跳闸，相当于锅炉内燃烧减弱，水冷壁吸热量减少， 汽泡减少，炉水体积缩小1台引风 机后的10S内，给水自动以2 t/s的速度增加，汽包水位下降速率仍然高达 5-6mm/s。同时，汽压下降，饱和温度降低，炉水中汽泡数量又增加，水位又上 升， 1.3 高加事故解列后汽包水位变化 高加事故解列，即汽轮机的一、二、三段抽汽量突然快速为0。对于锅炉而言， 1.4 突然掉大焦和一次风压突升后汽包水位变化
影响汽包水位的因素主要有两个方面，一是给水流量的扰动导致的水位变化，另一个是蒸汽流量的变化导致的汽包水位变化。 在通常情况下，增加给水流量，水位应该是增加的，但是由于给水温度低于汽包内饱和水的温度，给水吸收了原有饱和水中的部分热量使水面下气泡容积减小，所以扰动初期水位不会立即升高。当水面下气泡容积的变化过程逐渐平衡，水位就反映出汽包中储水量的增加而逐渐上升的趋势，最后当水面下气泡容积不再变化时，由于进、出物质的不平衡，水位将以一定的速度直线上升。图1中曲线H1为不考虑水面下气泡容积变化，仅考虑物质不平衡时水位变化曲线，为积分环节的特性曲线；H3为不考虑物质不平衡关系，只考虑给水流量变化时，水面下气泡容积变化所引起的水位变化，可以认为是惯性环节的特性。在给水流量扰动下实际水位的变化曲线H2可以认为是H1和H3的合成。因此，水位控制对象的动态特性表现出有惯性的无自平衡能力的特点。 图1 给水流量对汽包水位的影响 图2 蒸汽流量对汽包水位的影响
蒸汽流量的扰动主要来自汽轮机发电机组的负荷变化。如图2所示，当蒸汽流量突然阶跃增大时，如果仅从物质平衡角度来看，这时蒸发量大于给水量，且汽包水位对象是无自平衡能力的，水位曲线如H1所示。但实际水位如H2所示，是先上升再下降，这种现象被称为“虚假水位”现象，当负荷突然减少时，水位反而先下降再升高。产生虚假水位的原因是当锅炉蒸发量突然增加时，汽包水下面的气泡容积也迅速增大，即锅炉的蒸发强度增加，从而使水位升高。但蒸发强度的增加是有一定限度的，其气泡容积增大而引起的水位变化如图中的H3，当气泡容积与负荷适应而不再变化时，水位的变化就仅由物质平衡关系来决定了，这时水位就随负荷的增大而降低。因此，实际水位的变化曲线H2是H1和H3的合成。虚假水位变化的幅度与锅炉的气压和蒸发量变化的大小有关。 图3 炉膛热负荷变化对汽包水位的影响 此外，炉膛热负荷扰动对汽包水位的影响也是很大的(见图3)。此处的热负荷主要指的是燃烧率的扰动，例如燃料量的增加使炉膛负荷增强，从而使锅炉蒸发强度增大。若此时汽轮机负荷尚未增加，锅炉出口压力提高，蒸汽流量也相应增加，这样蒸汽流量大于给水流量，水位应该下降，但是蒸发强度增大的同时也使得水面下气泡容积增大，因此也会出现虚假水位现象。在这种情况下，蒸汽流量增加的同时气压也增大了，因而气泡体积的增加比蒸气流量扰动时要小一些，但持续时间长。
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锅炉汽包水位控制系统设计 一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在90CM，稳态误差±0,5CM，以满足生产要求。 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据 4.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要满足动态性能 指标 8.总结实验课程设计的经验和收获
过程控制系统实验报告............................... - 0 -第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理............ - 3 - 1.1概述............................................ - 3 - 1.2锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................ - 3 - 1.3锅炉生产蒸汽工作流程 ............................ - 4 - ............... - 5 - 2.1 对被控对象进行特性分析 ............................ - 5 - 2.2汽包水位控制系统方框图和流程图..................... - 5 - 2.2.1液位控制系统的方框图.................................. - 5 - 2.2.2液位控制系统的方案图.................................. - 6 - 2.3选择被控参数和被控变量............................. - 6 - 2.4选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 ......... - 7 - 2.4.1传感器、变送器选择 ..................................... - 7 - 2.4.2执行器的选择........................................... - 8 - 2.4.3关于给水调节阀的气开气关的选择。 ....................... - 8 - 2.4.4 关于给水调节阀型号的选择。............................. - 8 - 2.4.5 给水流量蒸汽流量..................................... - 8 - 2.5 四个环节的工作形式对控制过程............................... - 8 - ................................... - 10 - 3.1对控制进行PID控制.......................................... - 10 - ........................................... - 11 -
汽包水位三冲量调节系统是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号作用于调节器上， 即三个被控变量对应一个调节器。 工作原理：汽包水位作为主信号，水位变化，调节器输出发生变化，继而改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作；给水流量作为反馈信号，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。 锅炉汽包水位三冲量调节系统是火电厂锅炉核心控制之一。汽包水位三冲量调节系统的给水调节阀动作频繁，锅炉水位对给水调节阀执行机构的动作比较敏感，稍有不慎就可能出现严重的危险情况，汽包水位三冲量调节系统关系到整个机组的安全运行：若汽包水位过高，会造成蒸汽带水；若汽包水位过低，会造成锅炉“干锅”，可能严重烧坏锅炉设备。汽包水位三冲量调节系统的重要性由此可见一斑，所以汽包水位的相关保护要完善可靠、汽包水位自动调节系统运行要平稳。 目前，汽包水位三冲量自动调节控制策略已经相当成熟，但在实际锅炉运行中会各种原因导致水位自动调节系统投入困难，甚至自动不能投入。这种现象让人对串级三冲量调节系统的调节能力和控制策略产生疑问。为此云润与大家交流运用心得，对级三冲量调节系统进行定性分析，并对一些异常情况的处理办法进行探讨。 1、水位三冲量调节控制策略 汽包水位三冲量调节系统使用的三个冲量分别是汽包水位、给水流量和蒸汽流量。 汽包水位作为主调（PID调节器）的输入信号，去抑制水位本身的偏差。副调（外给定调节器）使用了一个反馈信号（给水流量）和一个前馈信号（蒸汽流量），以消除扰动和虚假水位。各种介绍汽包水位三冲量调节系统的书籍中，都有对传递函数的计算，这些计算对系统设计很重要。如果用经验调节法对于系统维护，则完全可以抛开理论计算。在此只对其物理意义进行定性思考和作一番揣测。 1.1?反馈信号 反馈信号指给水流量信号，也叫内扰。 水位三冲量调节系统中被调量发生变化的时候，PID 经过运算，去控制执行机构进行合理的动作，执行机构改变给水调节阀的开度，阀门控制介质变化，达到控制给水流量的目的。可是给水调节阀执行机构特性、水位三冲量调节系统的运行状况存在很多差异，这些差异主要有： （1）执行机构线性：执行机构改变开度后，流量随之改变的大小。 （2）执行机构死区：PID 输出每变化多少，执行机构才能动作一次。 （3）执行机构空行程：执行机构在改变动作方向的时候，改变多少开度，给水流量才发生变化（减去死区的值）。 （4）执行机构回差：执行机构进行开、关两个方向的动作的时候，流量变化不相等，这个流量变化绝对值的差叫回差。 （5）执行机构及阀门的特性曲线改变：阀门线性改变，阀门每变化1%，流量变化量与以往不同。 （6）水位三冲量调节系统软故障：偶尔发生的系统故障使得给水流量变化不均匀，或者时有停顿。 （7）系统介质参数发生变化：指因给水压力、蒸汽压力变化导致给水流量变化。
锅炉汽包水位计标定的方法 一、锅炉水位测量原理： 差压式水位计的水位------差压转换原理如图一所示： 图一、差压转换原理 我们在不考虑温度变化而造成水的密度的变化和汽包压力的变化导致水密度的变化等情况，及不考虑补偿的情况下，公式（2）可以简化为： g H L g H g L P P P 水水水ρρρ)(-=-=-=?-+ (3) 式中：L 为平衡容器中参比水柱的高度；H 为汽包实际水位高度；水ρ水的密度， g 为重力加速度；（由式中可知：L 、水ρ、g 是固定的常数，只有H 是瞬时值， 在变化中）。 从公式和图一我们知道（当找零位和满位时，要关闭与汽包的链接的两个阀门）： （1）、当H=L 时，△P=0时；证明锅炉汽包处于满水状态，此时变送器输出为20mA;（可以这样理解，当冷凝罐和水侧引压管灌满水后，打开变送器中间阀时，H=L,L=L,P_=P + ,则说明汽包水位处于满水状态）
时；证明锅炉汽包处于缺水状态，此时变送（2）、当H=0时，△P=g L 水 器输出为4mA。（可以这样理解，当冷凝罐和水侧引压管灌满水后，关闭变送器中间阀时，H=0,L=L,则说明汽包水位处于缺水状态） 注：从满位和零位标定看，变化的只有H，且H的变化范围为0～L；L是一直处于满水状态，没有变化。 二、广西四合工贸锅炉水位计结构和变送器安装形式： 图二、锅炉水位计内部结构和变送器安装图 其中：A、B为水位计一次阀；C、D为入变送器的控制阀；E、F为引压管排污阀；P1、P2、P3为压差变送器自带阀门，P1为变送器正端入口切断阀；P2为变送器负端入口切断阀；P3为变送器正负端连通阀。 三、锅炉水位计标定步骤： 1、A、B两个一次阀首先关闭，切断与汽包之间的联系；然后关闭E、F、P3阀，打开C、D、P1、P2阀，准备好灌水工作； 2、把排气孔堵头打开，往单室平衡器内灌水，直到水从排气孔溢流；
锅炉汽包水位控制系统的设计
过程控制系统实验报告 专业 xxxxxx 班级 xxxxxxxxx 学生姓名 xxxxxx 学号 xxxxxxxx 锅炉汽包水位控制系统设计
一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在90CM，稳态误差±0,5CM，以满足生产要求。 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据 4.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性 能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要 满足动态性能指标 8.总结实验课程设计的经验和收获
过程控制系统实验报告................................................ 错误!未定义书签。第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理 ........ 错误!未定义书签。 1.1 概述.............................................................. 错误!未定义书签。 1.2 锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................... 错误!未定义书签。 1.3 锅炉生产蒸汽工作流程 ............................... 错误!未定义书签。第二章锅炉汽包水位控制系统的方案设计 ................. 错误!未定义书签。 2.1 对被控对象进行特性分析 ................................ 错误!未定义书签。 2.2汽包水位控制系统方框图和流程图................. 错误!未定义书签。 2.2.1 液位控制系统的方框图.......................... 错误!未定义书签。 2.2.2 液位控制系统的方案图.......................... 错误!未定义书签。 2.3选择被控参数和被控变量................................ 错误!未定义书签。 2.4选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标错误!未定义书 签。 2.4.1传感器、变送器选择 .............................. 错误!未定义书签。 2.4.2执行器的选择.......................................... 错误!未定义书签。
锅炉汽包液位课程 设计
天津城建大学 课程设计任务书 - 第 2学期 控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业班级电气12班姓名：学号： 课程设计名称：过程控制 设计题目：锅炉汽包液位控制 完成期限：自年 6 月 20 日至年 6 月 26 日共 1 周 设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务 加热炉出口温度控制系统，测取温度对象的过程为：当系统稳定时，在温度调节阀上做3%变化，输出温度记录如下： 试根据实验数据设计一个超调量25% δ≤的无差控制系统。具体要 p 求如下： （1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）； （3）根据设计方案选择相应的控制仪表； （4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。
二、设计要求 采用MATLAB仿真；需要做出以下结果： （1）超调量 （2）峰值时间 （3）过渡过程时间 （4）余差 （5）第一个波峰值 （6）第二个波峰值 （7）衰减比 （8）衰减率 （9）振荡频率 （10）全部P、I、D的参数 （11）PID的模型 （12）设计思路 三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料 [1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社， [2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社
[3] 过程控制教材 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期：年月日 摘要 锅炉是典型的复杂热工系统，当前，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
300MW机组锅炉汽包水位调整技术的探讨 【摘要】阐述了300MW机组锅炉汽包水位的变化机理和锅炉汽包水位调整技术，对锅炉运 行过程中汽包水位的一些关键问题从不同角度进行了探讨，为运行人员提供了科学的操作依据、实践经验和技术支持。【关键词】锅炉水位调整 1、前言锅炉的汽包水位由于调整不当，将造成两种水位事故。一种是汽包满水事故，指锅炉 汽包水位严重高于汽包正常运行水位的上限值，使锅炉蒸汽严重带水，蒸汽温度急剧下降，发生水冲击，损坏管道和汽轮机组。另一种是汽包缺水事故，指锅炉水位低于能够维持锅炉正常水循环的水位，蒸汽温度急剧上升，水冷壁管得不到充分的冷却而发生过热爆管。这种事故的发生轻者造成机组非计划停运，严重时可造成汽轮机和锅炉设备的严重损坏。在机组正常启停和运行中通过科学的判断分析和正确的高水平的调整汽包水位，才能很好的防止恶性事故的发生和间接地降低发电厂的生产成本。 2、汽包水位的变化机理 2.1 锅炉启动过程中的汽包水位变化投入炉底部加热后，辅汽在炉 水中凝结成为炉水，使汽包水位缓慢上升。锅炉点火初期，由于冷风带走的热量和燃油燃烧释放的热量相等，汽包水位无大的变化。当1.8t／h的油枪增投至两支及以上时，由于热量平衡的 破坏，使炉内温度上升，炉水吸热开始产生汽泡，汽水混合物的体积膨胀，汽包水位开始缓慢上升产生暂时的虚假水位，随炉水吸热量的增加，当水冷壁内水循环流速加快后，大量汽水混合物进入汽包后汽水分离，饱和蒸汽进入过热器，使汽包水位开始明显下降。随着汽包压力的升高，这种蒸发速度会降低，但在实践中观察该现象不太明显。当到达冲转参数（主蒸汽压力4.2Mpa，主蒸汽温度320℃）关闭35％旁路的过程中，蒸发量下降，单位工质吸收的热量增加，微观分析，分子运动速度加快，对汽包、水冷壁、过热器的撞击次数增多，宏观观察，汽包压力又进一步升高，送一方面使汽水混合物比容减小，另一方面饱和温度升高，很多已生成的蒸汽凝结为水，水中气泡数量减小汽水混合物的体积缩小，促使汽包水位迅速下降，造成暂时的虚假水位，这时在给水量未变的情况下由于锅炉耗水量下降汽包水位会迅速回升。在挂闸冲转后水位的变化相反。机组并网后负荷50Mw给水主副阀切换时，由于给水管路直径的变大使给水流量加大汽包水位上升很快。其它阶段只要给水量随负荷的上升及时增加汽包水位的变化不太明显。2.2 引风机、送风机、一次风机、磨煤机跳闸后汽包水位的变化锅炉的上述四大转机任意跳闸1台，相当于炉内燃烧减弱，水冷壁吸热量减少，炉水体积缩小，汽泡减少，使水位暂时下降。从实际事故中观察，跳1台引风机后的10s内，给水自动以2t／s的速度增加，其水位下降速率仍然高达6.2mm／s。同时气压也要下降，饱和温度相应降低，炉水中汽泡数量又将增加，水位又会上升，还由于负荷的下降，给水量不变，如果人工不干预，水位最终会上升。这就是平时所说的先低后高。2.3高加事故解列后汽包水位的变化高加事故解列，就是汽轮机的一二三段抽汽量 突然快速为零的过程。对于锅炉来说，发生了2个工况的变化，一个是蒸汽流量减少压力升高，另一个是给水温度降低100℃引起的炉水温度降低，水位将先低后高。2.4 突然掉大焦和一次风压突升后汽包水位的变化这种情况相当于燃烧加强的结果，水冷壁吸热量增加，炉水体积膨胀，汽泡增多，使水位暂时上升：同时气压也要升高，饱和温度相应升高，炉水中汽泡数量又将减少，水位又会下降；随后蒸发量增加，但给水未增加时，水位又进一步下降，即水位先高后低。从实际生产中观察，上升不明显，但下降较快，事故发生10s后，虽然给水以1t／s的速度增加，水位仍以1.7mm／s的速度下降。2.5 锅炉安全门动作和负荷突变后汽包水位的变化当锅炉安全门动作或负荷突增时，汽包压力将迅速下降，送时一方面汽水比容增大，另一方面使饱和温度降低，促使生成更多的蒸汽，汽水混合物体积膨胀，形成虚假高水位。但是由于负荷增大，炉水消耗增加，炉水中的汤泡逐渐逸出水面后，水位开始迅速下降，即先高后低。当安全门回座或负荷突降时，水位变化过程相反。3 锅炉启动过程中汽包水位的调整（1）经过高加水侧锅炉冷态启动上水正常后，投入底部加热之前给电子水位计测量筒进行灌水，使电子水位能正确显示，防止在启动过程中水位误差过大造成汽包水位无法投入和MFT误动事故。（2）锅炉底部
锅炉水位的自动控制 摘要:本文介绍了锅炉汽包水位的动态特性,单冲量、双冲量、三冲量控制方案的特点及工程中需注意的问 题,着重介绍了汽包三冲量控制方案。 关键词:汽包水位;动态特性;控制方案;单冲量;双冲量;三冲量 引言 汽包水位是锅炉运行的主要指标,是一个非常重要的被控变量,维持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件,这是因为: (1) 水位过高会影响汽包内汽水分离,饱和水蒸汽带水过多,同时过热蒸汽温度急剧下降。该过热蒸汽作为汽轮机动力的话,将会 损坏汽轮机叶片,影响运行的安全性与经济性。(2) 水位过低,说明汽包内的水量较少,而当负荷很大时,水的汽化速度加快,则汽包内的水位变化速度亦随之加快,如不及时调节,就会使汽包内的水全部汽化,导致炉管烧坏,甚至引起爆炸。因此,锅炉汽包水位必须严加控制。 1 汽包水位的动态特性 锅炉汽水系统结构如图1 所示。汽包水位不仅受汽包(包括循环水管) 中储水量的影响,亦受水位下汽泡容积的影响。而水位下汽泡容积与蒸汽负荷蒸汽压力炉膛热负荷等有关。因此,影响水位变化的因素很多,其中主要的因素是锅炉蒸发量(蒸汽流量S) 和给水流量W。 1. 1 汽包水位在给水流量作用下的动态特性,见图2 : 图1 锅炉的汽水系统
图2 给水流量作用下水位阶跃响应曲线 上图所示是给水流量W 作用下,水位L 的阶跃响应曲线。如果把汽包的给水看作单容量无自衡过程,水位阶跃响应曲线如上图L1 曲线。但由于给水温度比汽包内饱和水的温度低,所以给水流量W增加后,从原有饱和水中吸收部分热量,这使得水位下汽泡容积有所减少。当水位下汽泡容积的变化过程逐渐平衡时,水位就由于汽包中储水量的增加而逐渐上升,最后当水位下汽泡容积不再变化时,水位变化就完全反映了由于储水量的增加而逐渐上升。因此,实际水位曲线如图中L 线。即当给水量作阶跃变化后,汽包水位一开始不立即增加,而要呈现出一段起始惯性段。给水温度越低,时滞τ亦越大。 1. 2 汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性,见图3 :