下载文档原格式
一、毕业设计(论文)主要内容汽包水位是汽包锅炉非常重要的运行参数，它是衡量锅炉汽水系统是否平衡的标志，汽包水位控制一直受到很高的重视。
随着锅炉参数的提高和容量的增大，汽包的相对容积减少，负荷变化和其他扰动对水位的影响将相对增大，从而对水位控制系统提出了更高的要求。
给水全程控制可以实现对汽包水位有一个高速度、高稳定性的控制过程,提高系统的调节品质。
这就产生了全程给水控制系统：1. 了解全程给水的概念、任务和要求。
2. 掌握串级PID控制器的原理及设计，掌握串级三冲量给水控制的内外回路和前馈通路的作用。
3. 了解全程给水控制系统方案及控制过程，对给水全程控制系统进行分析及整定。
对给水全程控制系统的单、三冲量系统的切换进行分析，分析三冲量系统与单冲量调节系统之间的切换与跟踪问题。
介绍采用变速泵的给水控制系统，分析给水泵的安全工作区。
4. 设计全程给水控制系统SAMA图，并对机组启动的各阶段进行分析。
分析包括：①25%负荷以前的控制系统设计与分析②25%-30%负荷之间的控制系统分析与设计③30%-x%负荷之间的控制主系统设计与分析④x%-100% 负荷之间的控制主系统设计与分析⑤100%-0%将负荷过程设计与分析⑥调节器之间的无扰切换逻辑设计与分析⑦控制方式的各种切换逻辑的形成⑧各个系统之间的无扰切换逻辑的设计与分析⑨给水RB系统的设计与分析二、基本要求1、针对所研究题目查阅相关文献资料（15篇以上），对论文题目和要求有详细全面的了解，在此基础上完成2000字以上的文献综述。
2、经常向指导老师汇报论文的进展情况，及时与老师沟通，共同探讨论文中遇到的疑难问题。
3、根据任务书中论文主要内容的要求制定论文的整体结构，明确各章节需要完成的主要内容。
按照毕业设计任务书中的进度要求，认真完成任务书中规定的各项任务。
5、查找与论文有关的英文文献，并在规定时间内认真完成文献的翻译，英文文献中的图表需使用绘图软件完成，附在译文中。
引言近年来，随着大型发电机组的的日益增多，大容量机组的汽机和锅炉都是采用单元制热力系统。
机、电、炉控制设备都放在单元控制室中，可以说，单元制运行方式简化了热力系统，使蒸汽经过中间再热处理成为可能，提高了机组的热效率。
随着电网容量的增大和对供电质量要求的提高，现代大型单元机组的负荷控制系统无一例外地采用了协调控制系统。
单机元组是由发电机、汽轮机和锅炉组成，共同配合工作来适应电网的负荷要求，并且共同保持机组的稳定运行，不能将汽轮机和锅炉的负荷控制任务分割开来讨论。
大型的机组都是以锅炉、汽轮机组成单元机组方式运行，机、炉之间相互联系紧密，成为一个不可分割的整体，因此，必须将二者作为一个联合的条件对象进行控制，又由于外部负荷变化时，机、炉的动态响应特性差别比较大，控制系统应该考虑两者的特点做适当地分工协调，以提高机组适应负荷变化和保持内部能量平衡的能力，所以协调控制就成为必然的趋势，协调控制系统的控制策略设计直接决定了协调控制系统的调试及控制品质。
单元机组是一个复杂的多变量强耦合控制对象，存在着大滞后、多扰动、时变等特性。
强烈的耦合给系统的控制带来较大的难度，一般通过设计补偿网络来消除和削弱这种相互的关联和耦合，把多变量控制问题转化为多个单变量控制问题来处理。
但是在具体实现时，也会遇到许多的困难，很难做到理想的解耦。
因此，有必要对解耦的理论方法加以必要的改进与简化。
多变量频域理论中的串联补偿法就是一种合理的W成为对角阵实现了各被调量解耦方法，该方法通过补偿网络的串联，使等效对象e的单变量控制。
在实际生产过程中，主要扰动常来自某一方面，对于这类生产过程被控对象，若采用单向解耦，不仅可以大量减少补偿装置，简化系统结构，同时也能取得更好的调节效果。
因此，针对单元机组通过解耦设计来实现协调控制具有重要现实意义。
第一章控制系统概述在生产和科学技术的发展过程中，自动控制起着重要的作用，目前已广泛应用于工农业生产、交通运输和国防建设。
给水系统发电厂的给水系统是指从除氧器给水箱经前置泵、给水泵、高压加热器到锅炉省煤器前的全部给水管道，还包括给水泵的再循环管道、各种用途的减温水管道以及管道附件等。
给水系统的主要作用是把除氧水升压后，通过高压加热器利用汽轮机抽汽加热供给锅炉，提高循环的热效率，同时提供高压旁路减温水、过热器减温水及再热器减温水等。
一、给水系统的形式1、低压给水系统由除氧器给水箱经下水管至给水泵进口的管道、阀门和附件组成，由于承受的给水压力较低，称为低压给水系统。
为减少流动阻力，防止给水泵汽蚀，一般采用管道短、管径大、阀门少、系统简单的管道系统。
低压供水管道常分为单母管分段制和切换母管制两种。
单母管分段制是下水管接在低压给水母管上，给水再由母管分配到给水泵中。
这种系统由于系统简单，布置方便，阀门少，压力损失小，故应用比较广泛。
切换母管制是一台除氧器与一台给水泵组成单元，单元之间用母管联络，备用给水泵接在切换母管上。
这种系统调度灵活、阻力小，但管道布置复杂，投资大，多用于给水泵出力与机炉容量匹配的情况。
2、高压给水系统由给水泵出口经高压加热器到锅炉省煤器前的管道、阀门和附件组成，由于承受的给水压力很高，称为高压给水系统。
高压给水管道系统有：集中母管制、切换母管制、扩大单元制和单元制四种形式。
前三种形式的给水管道系统，由于运行调度灵活、供水可靠，并能减少备用泵的台数，在我国超高参数以下机组中普遍采用，如图3-51所示。
它们的共同特点是：①在给水泵出口的高压给水管道上按水流方向装设一个止回阀和一个截止阀。
止回阀用于防止高压水倒流，截止阀用于切断高压给水与事故泵和备用泵的关系。
②为防止低负荷时给水泵汽蚀，在各给水泵的出口截止阀前接出至除氧器给水箱的再循环管，保证在低负荷工况下有足够的水量通过给水泵。
③高压加热器均设有给水自动旁路，当高压加热器故障解列时，可通过旁路向锅炉供水。
④在冷、热高压给水母管之间，设置直通的“冷供管”，作为高压加热器事故停用或锅炉启动时间向锅炉直接供水，机组正常运行时，处于热备用状态。
目录1选题背景 (2)1.1引言 (2)1.2设计目的及要求 (2)2方案论证 (3)2.1方案一 (3)2.2方案二 (4)3过程论述 (5)3.1总体设计 (5)3.2详细设计 (6)3.2.1信号的测量部分 (6)3.2.2单冲量控制方式 (10)3.2.3串级三冲量控制方式 (11)3.3信号监测 (12)3.3.1给水旁路调节阀控制强制切到手动 (12)3.3.2电动给水泵强制切到手动 (13)3.3.3汽动给水泵强制切到手动 (13)3.4工作方式 (13)3.5切换与跟踪 (13)3.5.1切换 (13)3.5.2跟踪 (14)3.6控制器选型 (14)4结论 (14)5课程设计心得体会 (15)6参考文献 (15)1选题背景：1.1引言火电厂在我国电力工业中占有主要地位，大型火力发电机组具有效率高，投资省，自动化水平高等优点，在国内外发展很快，如今随着科技的进步，大型火力发电厂地位显得尤为重要。
但由于其内部设备组成很多，工艺流程的复杂，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操作和控制，这就需要有先进的自动化设备和控制系统使之正常运行，并且电能生产要求高度的安全可靠和经济性。
大型发电单元机组是一个以锅炉，高压和中、低压汽轮机和发电机为主体的整体。
锅炉作为电厂中的一个重要设备，起着重要的作用，根据生产流程又可以分为燃烧系统和汽水系统。
其中，汽包锅炉给水及水位的调节已经完全采用自动的方式加以控制。
给水全程控制系统是一个能在锅炉启动、停炉、低负荷以及在机组发生某些重大事故等各种不同的工况下，都能实现给水自动控制的系统而且从一种控制状态到另一种控制状态的判断、转换、故障检测也常常靠系统本身自动完成。
1.2设计目的及要求本次课程设计的要求是根据大型火电机组的生产实际设计出功能较为全面的300 MW火电机组全程给水控制系统，该控制系统的设计任务是使给水量与锅炉的蒸发量相适应，维持汽包水位在规定的范围内。
课程设计说明书内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：热工控制系统专业课程设计学院：班级：学生姓名：学号：指导教师： 一、题目300MW 单元机组给水全程控制系统设计二、目的与意义本设计是针对“热工控制系统”课程开设的课程设计，是培养学生综合运用所学理论知识分析问题、解决问题的一个重要的教学环节。
通过本课程设计，使学生能更好的掌握热工控制系统的组成、控制方式和控制过程，使学生得到一次较全面、系统的独立工作能力的培养。
三、要求已知条件：（1）单级三冲量给水控制系统方框图如图1-1所示，控制对象的特性参数为：图1-1110.037(/)mm s t h ε--=⋅⋅；30w s τ=；12 3.6(/)K mm t h -=⋅；215T s =调节器的传递函数为：11()(1)T i W s T sδ=+ 学校代码：10128学号：电站汽包锅炉的给水自动控制普遍采用三冲量给水自动控制系统方案。
因此，此次课程设计要求设计的便是采用单级三冲量的300MW单元机组给水全程控制系统。
本文首先介绍了给水自动控制系统的单级三冲量给水控制系统，对其的工作原理和静态特性进行了分析，并对具体的实际控制系统进行了分析和整定。
其次，还对给水调节对象进行了动态特性分析。
最后根据要求设计了300MW单元机组给水全程控制系统，分别分析了给水控制系统的组成及工作原理，包括了给水热力系统简介、给水全程控制系统原理、实例设计、控制过程分析、控制过程中的跟踪与切换等几部分。
关键词：300MW单元机组给水全程控制系统单级三冲量给水调节对象目录第一章给水自动控制系统的整定控制系统整定是根据被控对象的特性选择最佳的整定参数（控制器参数、各信号间的静态配合、变送器斜率等），其中主要是整定控制器参数。
对于一个已安装好的控制系统，各元件特性已经确定的情况下，能否使系统工作在最佳状态主要取决于系统参数整定得是否合适。
[1]调节器的参数可以通过理论计算求得，也可以通过现场试验调整求取。
《热⼯过程⾃动控制》课程设计（注意：保持清洁，设计结束后装订在设计说明书正⽂的第1页）《热⼯过程⾃动控制》课程设计任务书专业⽅向：热能与动⼒⼯程班级：学⽣姓名：指导教师：周数：1学分：1⼀、设计题⽬600MW单元机组直流锅炉给⽔控制系统的组态设计⼆、原始资料1. 控制对象600MW超临界机组直流锅炉给⽔控制系统采⽤两台分别带50%负荷的汽动给⽔泵作为正常负荷下的供⽔，设置⼀台可带50%负荷的电动给⽔泵，作为启动及带低负荷或两台汽动泵中有⼀台故障时作备⽤泵使⽤。
2. 控制要求直流锅炉必须使燃烧率和给⽔量随时保持适当的⽐例。
（1）给⽔流量控制回路仅当锅炉运⾏在纯直流⼯况下，才能对锅炉出⼝的主蒸汽温度起到粗调的作⽤。
为保证锅炉本⾝的安全运⾏，要求任何⼯况下省煤器⼊⼝给⽔流量不低于35%MCR；（2）给⽔泵串级控制回路的副调节器根据给⽔流量偏差输出给⽔泵控制指令，调节各台泵的转速以满⾜机组负荷变化的需要；（3）为保证给⽔泵的运⾏安全，给⽔流量调节阀控制回路通过调节给⽔阀门的开度维持泵出⼝母管的压⼒在适当范围内；（4）汽动给⽔泵再循环阀调节回路需保证通过每台汽泵的流量不低于最⼩允许流量。
三、设计任务1、了解⼤型单元机组控制系统概貌和集散控制系统概貌及其组态原理；2、了解ABB贝利公司Symphony集散控制设备及其重要功能模块的作⽤；3、掌握控制对象（包括⼯艺流程）及控制任务；4、根据控制系统原理进⾏相应集散控制系统的组态设计；给⽔控制系统包括三个部分：（1）给⽔流量指令形成回路（2）汽动给⽔泵转速控制回路（3）给⽔流量调节阀控制回路，可任选其中两部分做组态设计。
5、对所设计的部分进⾏组态分析。
四、建议时间安排课程设计时间安排序号内容时间1 收集资料，学习相关理论知识1天2.5天2 进⾏集散控制系统的组态设计并绘制组态图3 整理报告1天4 答辩0.5天5 合计5天五、成果要求1、课程设计报告（1）字数约5000左右，统⼀⽤A4纸⼿⼯书写，字迹⼯整。
摘要随着我国电力市场的实际情况和国民经济发展的需要，电站项目向着高参数、大容量的方向发展已成为大势所趋，近年来超临界发电机组在国内得到迅速发展和应用。
超临界锅炉将是国家未来的发展方向，给水系统是其中的重要环节。
超临界直流炉的给水控制技术是目前国内热控领域一个重要的研究课题。
本论文介绍了超临界机组的概况，分析了超临界锅炉的静、动态特性及控制特点与超临界锅炉给水系统的工艺过程，比较分析了亚临界汽包锅炉与超临界直流锅炉给水系统控制的异同，研究了超临界锅炉给水控制策略。
同时针对目前国内普遍使用的600MW超临界直流锅炉的给水控制系统，进行了设计。
设计内容主要包括锅炉干/湿态下给水流量控制的切换、PID模块的手/自动的无扰切换、储水箱水位控制等部分，并对设计SAMA图逐一进行说明。
关键词：超临界直流炉；给水控制系统；燃水比；中间点温度；中间点焓THE DESIGNING ON PLANT UNITFEEDWATER CONTROL SYSTEMAbstractIt becomes a trend that the power station projects go forward to high parameter and large capacity in consideration of china’s actual situation and the demand of the national economic development. In the past years the super-critical unit were applied and developed quickly.The supercritical boiler will be the future nationai tendency, and the water supply system is an important link. The feedwater control of super critical once through boiler is an important study subject in thermal field at present. This paper introduces the general situation of supercritical unit, analyses the static or dynamic characteristics and the control feature of the supercritical boiler . The technological process of supercritical boiler feed water system is analyzed too, Comparative analysis the similarities and differences between the subcritical and supercritical once-through boiler steam drum boiler feed water system control, studies the strategy of the supercritical boiler feed water control. At the same time, designs the 600MW supercritical once-through boiler feed water control system in view of the present domestic universal. Design content mainly includes Boiler feed water flow control under the wet/dry state switch, running state of the switch of hand/auto undisturbed switching of PID module, storage tank water level control, illustrates the design SAMA graph one by one.Key Words：Supercritical once-through boiler; Feedwater control system; Coal to water ratio; Intermediate point’s enthalpy; Intermediate point’s temperature目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1论文研究的背景和意义 (1)1.2国内外研究动态 (1)1.3论文的主要工作 (2)1.4本章小结 (3)2 超临界直流锅炉概述 (4)2.1超临界机组简介 (4)2.1.1 超临界机组定义 (4)2.1.2 超临界机组在国外的应用 (4)2.1.3 超临界机组在我国的应用 (5)2.2超临界直流锅炉 (6)2.2.1 直流炉的工作原理 (6)2.2.2 超临界直流炉的静态特性 (7)2.2.3 超临界直流炉的动态特性 (8)2.3超临界机组的控制特点 (9)2.3.1 汽包锅炉的控制特点 (9)2.3.2 超临界锅炉的控制特点 (10)2.3.3 超临界直流炉和汽包炉控制系统比较 (10)2.3.4 超临界锅炉的控制任务 (11)2.4超临界锅炉的给水控制系统 (12)2.4.1 锅炉给水控制系统的主要任务 (12)2.4.2 锅炉给水系统的工艺流程 (12)2.5几种常见的超临界锅炉给水控制方案简介 (13)2.5.1 超临界直流锅炉燃水比控制 (13)2.5.2 中间点温度校正的给水控制系统简介 (15)2.5.3 中间点焓值校正的给水控制系统 (16)2.6本章小结 (17)3 600MW超临界机组给水系统控制设计 (18)3.1600MW超临界机组的给水系统设计背景 (18)3.1.1 给水控制系统的指令 (18)3.1.2 给水系统控制方案 (19)3.2600MW超临界机组的给水系统控制方案 (21)3.2.1 给水流量定值形成说明 (30)3.2.2 电泵给水流量调节说明 (30)3.2.3 给水旁路阀水位辅助调节系统调节原理 (30)3.2.4 汽泵给水流量调节说明 (30)3.3600MW超临界机组的储水箱水位调节系统控制方案 (31)3.3.1 储水箱水位补偿说明 (41)3.3.2 储水箱水位控制说明 (41)3.4本章小结 (41)结论 (42)参考文献 (43)致谢 (44)1 绪论1.1 论文研究的背景和意义电力工业在我国国民经济中有着非常重要的作用。
我国电力工业在新的起点上实现了又好又快发展，发电量和电网规模已居世界第一位。
转变发展方式进展明显，电源结构逐步优化，水电装机2.3亿千瓦，年发电量6900亿千瓦时，风电并网运行规模超4500万千瓦，均居世界第一。
技术装备水平显著提高，在大型空冷机组、循环流化床机组应用等方面取得国际领先地位[1]。
超临界锅炉具有发电效率高、负荷适应性强等特点，是中国未来大型锅炉的发展趋势，深入研究并掌握其动态特性是十分重要的。
直流锅炉是指靠给水泵压力，使给水顺序通过省煤器、蒸发受热面、过热器并全部变为过热蒸气的锅炉。
由于给水在进入锅炉后，水的加热、蒸发和水蒸气的过热，都是在受热面中连续进行的，不需要在加热中途进行汽水分离。
因此，它没有自然循环锅炉的汽包。
在省煤器受热面、蒸发受热面和过热器受热面之间没有固定的分界点，随锅炉负荷变动而变动。
直流锅炉的主要优点是它可适用于一切压力，特别在临界压力及以上压力范围内广泛应用。
由于它没有汽包，因此，加工制造方便，金属消耗量小；水冷壁布置比较自由，不受水循环限制；调节反应快，负荷变化灵活；启、停迅速；最低负荷通常低于汽包锅炉[3]。
超临界直流锅炉的这些特点，也决定了其运行调节特性有别于汽包炉，汽温调节与给水控制的配合更为密切。
机组的主要设备之一是锅炉，超临界机组中的锅炉都是直流炉，与汽包炉相比在控制上有其特殊性。
最显著的区别是，在直流炉中没有汽包将给水控制系统与汽温控制系统和燃烧控制系统隔离开来。
给水系统虽然在超临界机组中只是一个子系统，但其在整个机组中发挥着举足轻重的作用。
通过使用，调试引进的国外超临界机组锅炉给水控制策略、供水控制系统的工艺流程，及时归纳、研究探讨和改进以形成我们自己的技术，以及对后面超临界机组仿真系统的开发和超超临界机组控制系统的研究有重要意义。
本文将对直流炉的给水系统进行设计。
1.2 国内外研究动态超临界直流炉的专利方案，是由移居美国的捷克人马克本生在1919年提出的，1923 年德国西门子公司按他的专利建成了第一台实验性超临界机组。
从30年代至60年代，德国、美国、前苏联和日本，先后对超临界机组实验台进行实验，发现超临界机组不仅效率高，而且超临界蒸汽也有一定的优越性。
因而，吸引着生产发展速度快、电力需求急、竞争能力较强的国家如美国、前苏联和日本，大步向前发展超临界机组，先后掌握了先进的超临界技术，而且技术比较成熟，自动控制水平比较高[5]。
梁福余，庄建华在文献[9]中以国华太仓电厂6O0MW超临界机组全程给水系统为对象，对给水控制系统进行了详细分析，提出实现全程给水控制系统的控制策略，在调试过程中，主要进行了逻辑和参数的调整这种控制策略对其他发电厂同类机组实现全程给水自动调节具有一定参考作用，也为完善其他控制系统提供了新的思路。
王玉清，董传敏等在文献[10]中针对超临界直流锅炉对象特性复杂、控制回路间相互耦合，导致实现给水全程控制难度较大。
把机组整个给水过程分为干态模式和湿态模式给水2个阶段，分别采用相应的控制方案。
干态模式用分离器出口焓值校正给水流量指令；湿态模式用最小流量来维持给水流量。
同时，合理采用了前馈、变参数、变结构以及解耦等控制技术，来改善调节品质。
通过现场调试和实际运行表明，焓值能很好地反映燃水比的变化，用焓值校正给水流量对维持过热汽温非常效果比较好。
张秋生，岳建华等在文献[11]中根据超临界直流炉的控制特点及给水控制，分析了目前国内常用的两种控制结构，比较了基于中间点焓值校正和基于中间点温度校正的优缺点，提出了给水超驰控制策略以克服部分特殊工况下常规给水控制策略的不足，工程应用效果良好。
李长青，毕艳洲等在文献[12]中针对超临界机组的控制特点，对淮浙煤电有限公司安徽凤台发电分公司1600MW超临界直流机组给水控制工作原理及其控制策略进行了介绍。
