电厂锅炉汽包水位的控制分析
- 格式:doc
- 大小:24.50 KB
- 文档页数:5
电厂锅炉汽包水位的控制分析
[摘要]本设计分析了锅炉汽包水位的特性和控制要求,通过研究选择确定最佳的控制方案,并通过dcs对汽包水位实现控制,设计重点对汽包水位的特性和控制要求进行分析,并确定三冲量的控制方案,对此作了详尽的分析和阐述。
[关键词]汽包水位;三冲;自动控制
中图分类号:tk223.6文献标识码:a文章编号:1009-914x(2013)17-0282-02
对锅炉的控制主要是对汽包的控制,对汽包的控制主要是对汽包水位的控制,对汽包水位的控制直接关系着蒸汽的质量。
汽包水位控制系统实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。
它是以水位作为水量平衡与否的控制指标,通过调整进水量的多少来达到进出平衡。
系统将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近,以提高锅炉的蒸发效率,保证生产安全。
由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象,运行中存在虚假水位现象,在实际应用中可根据情况采用水位单冲量;双冲量或水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。
1.汽包水位特性
1.1 给水流量扰动下水位的动态特性
在给水流量突然增加的瞬间,锅炉的蒸发量还未改变,给水流量大于蒸发量,但水位一开始并不立即增加,这是因为温度较低的给水进入省煤器及水循环系统的流量增加了,从原有的饱和汽水混合
物中吸取了一部分热量,使水面下的汽泡容积有所减少。
当水面下汽泡容积不再变化时,水位才开始逐渐上升。
如果不考虑水面下汽包容积的变化,则当给水流量扰动时,水位反应存在一定的迟延时间。
1.2 蒸汽流量扰动下水位的动态特性
当蒸汽流量突然增加(假定供热量及时跟上)时,锅炉的蒸发量大于给水流量,汽包的贮水量应等速下降,又因为汽包是无自平衡对象,所以蒸发量突然增加时,在汽水循环系统中蒸发强度也将成比例地增大,使汽水混合物中汽泡的容积增大,又因炉膛内的发热量并不能及时增加,从而使汽包压力不断下降,降低了饱和温度,促使蒸发速度加快,汽泡膨胀,加大了汽水混合物的总体积。
由此可知,负荷变化时汽包水位的动态特性具有特殊的形式:负荷增加时,蒸发量大于给水量,但水位不是下降反而上升;负荷突然减小时,水位却先下降,然后逐渐上升,即“虚假水位”现象。
1.3 炉膛热负荷扰动下水位的动态特性
当燃料量增加时,炉膛热负荷随着增加,水循环系统内的汽水混合物的汽泡比例增加,蒸发强度增强。
如果负荷设备的进汽阀不加调节,则汽包饱和压力升高,蒸汽流出量增加,蒸发量大于给水量,水位应该下降。
随着汽包压力的升高,汽水混合物中汽泡的比例将减小,又使得汽水总容积下降;其次,在汽压升高时,汽的比容变小,水的比容变大,总的效果是汽水混合物的比容变化不大。
所以在燃料量扰动下,汽包水位也会出现“虚假水位”现象,但由于热
惯性的原因,这种虚假水位没有蒸汽流量扰动下的那样严重。
2 汽包水位三冲量控制
2.1 常用的水位控制方法
如果使用简单的锅炉汽包液位的单冲量控制系统,一旦负荷急剧变化,虚假液位的出现,调节器就会误以为液位升高而关小供水阀门。
影响了生产甚至造成危险。
为此,采取了锅炉汽包液位的双冲量控制,它在单冲量的基础上,再加一个蒸汽冲量,以克服“虚假液位”。
其中调节阀为气关阀,液位调节器采用正作用,调节器输出信号在加法器内与蒸汽流量信号相减。
双冲量实际上是前馈与反馈调节相结合的调节系统。
当负荷突然变化时,蒸汽的流量信号通过加法器,使它的作用与水位信号的作用相反;假液位出现时,液位信号a要关小给水阀,而蒸汽信号b是开大给水阀,这就能克服“虚假液位”的影响。
但是如果给水压力本身有波动时,双冲量控制也不能克服给水量波动的影响。
由于单冲量和双冲量都很难达到理想稳定的控制所以这就要用
锅炉汽包液位的三冲量调节系统。
即再加一个给水流量的冲量c,使它与液位信号的作用方向一致,这种调节系统由于引进了液位、给水流量及蒸汽流量三个参数,叫做三冲量调节系统(如图1)。
2.2 汽包水位三冲量调节
原理分析:锅炉汽包三冲量液位控制系统是在双冲量液位控制基础上引入了给水流量信号,由水位、蒸汽流量和给水流量组成了三
冲量液位控制系统,汽包水位是被控变量,是主冲量信号;蒸汽流量、给水流量是两个辅助冲量信号,实质上三冲量控制系统是前馈加反馈控制系统,可分为单级和串级两种控制系统。
当蒸汽流量增加时,调节器立即动作,相应地增加给水流量,能有效地减小虚假液位所引起的调节器误动作。
当给水流量发生自发性扰动时(例如给水压力波动引起给水流量的波动),调节器也能立即动作,控制给水流量使给水流量迅速恢复到原来的数值,从而使汽包水位基本不变。
可见给水流量信号作为反
??(15)
由于在负荷扰动时,水位的最大偏差(第一个波幅)往往出现在扰动发生后不久(虚假水位现象造成),这个水位最大偏差的数值决定于扰动的大小,扰动的速度和锅炉的特性,蒸汽流量信号加强后的控制作用对水位的最大偏差起不了多大作用。
加强蒸汽流量信号的作用在于减少控制过程中第一个波幅以后的水位波动幅度和
缩短控制时间,因此蒸汽流量信号也不需过分加强(一般可取k=2)。
5)单级和串级三冲量给水控制系统的比较
对于大型锅炉,通常其给水控制通道延迟性及惯性较大,采用串级控制的控制质量、调试整定比较方便,因此采用串级三冲量给水控制系统。
串级三冲量给水控制系统与单级三冲量给水控制系统相比较,串级控制系统是由两个调节器组成,主调节器pi1采用比例积分控制规律,以保证水位无静态偏差。
主调节器的输出信号和给水流量,
蒸汽流量都作用到副调节器pi2上。
在一般的情况下,副调节器可采用比例调节器,以保证副回路的快速性。
串级系统主副调节器的任务不同,副调节器的任务是用以消除给水压力波动等因素引起的给水流量的自发性扰动以及当蒸汽负荷改变时迅速调节给水流量,以保证给水流量和蒸汽流量的平衡;主调节器的任务是校正水位偏差。
这样,当负荷变化时,水位稳定值是靠主调节器pi1来维持的,并不要求进入副调节器的蒸汽流量信号的作用强度按所谓的“静态配比”来进行整定。
在这里可以根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度,从而改变负荷扰动下的水位控制品质。
因此,串级三冲量系统比单级三冲量的工作更合理,控制品质要好一些。
3.200mw机组dcs组态
对于我厂使用的是上海新华控制公司的dcs控制系统它的控制特点是系统组态直观容易上手。
以下是使用新华dcs控制系统对锅炉汽包水位的三冲量控制组态(如图4)。