【正文】 內(nèi)蒙古科技大學(xué)課程 設(shè)計(jì)論文 I 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 本科生課程設(shè)計(jì)論文 題 目：鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 內(nèi)蒙古科技大學(xué)課程 設(shè)計(jì)論文 II 目錄 第 1 章 概述 ..................................................................................................................... 1 鍋爐汽包水位控制概述 ...................................................................................... 1 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)分析 .............................................................................. 3 仿真軟件功能概述 .............................................................................................. 3 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) ..................................................................................................... 4 汽包水位控制方式 .............................................................................................. 4 單沖量控制方式 ........................................................................................... 4 雙沖量控制方式 ........................................................................................... 4 三沖量控制方式 ............................................................................................ 6 汽包水位控制規(guī)律 .............................................................................................. 7 調(diào)節(jié)規(guī)律選擇 ............................................................................................... 4 調(diào)節(jié)器正反方式的選擇 ............................................................................... 4 第 3 章 simulink 建模 ...................................................................................................... 9 第 4 章 simulink 仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì) ................................................................................ 10 第 5 章 總結(jié) ................................................................................................................... 12 參考文獻(xiàn) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)課程 設(shè)計(jì)論文 1 第 1 章 概述 鍋爐汽包水位控制概述 鍋爐是火電廠重要的動(dòng)力設(shè)備，其任務(wù)就是根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的不同需求，提供相應(yīng)規(guī)格（壓力和溫度）的蒸汽，同時(shí)應(yīng)保證鍋爐經(jīng)濟(jì)和安全的進(jìn)行。鍋爐的主要的控制要求主要包括供給滿足負(fù)荷需求的蒸汽量、過(guò)熱蒸汽壓力保持在一定范圍內(nèi)、過(guò)熱蒸汽溫度保持在一定范圍內(nèi)、汽包水位保持在一定范圍之內(nèi)、爐膛負(fù)壓保持在一定范圍之內(nèi)、保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性、保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。 汽包水位控制的任務(wù)是使鍋爐給水量始終跟著蒸發(fā)量，維持汽包水位在鍋爐生產(chǎn)允許的范圍內(nèi)。汽包及蒸發(fā)管儲(chǔ)存著蒸汽和水，儲(chǔ)存量的多少，是以被控制量水位表征的，通常情況下汽包的流入量是給水量，流出量是蒸汽量，當(dāng)給水量等于蒸汽量時(shí)，汽包水位就恒定不變。引起水位變化的主要擾動(dòng)式蒸汽流量和給水量的變化。當(dāng)蒸汽流量突然增大，汽包壓力將急劇下降，飽和水將快速蒸發(fā)，使得飽和水中產(chǎn)生大量的汽包致使水位上升，而此時(shí)給水量并沒(méi)有增加。這就是鍋爐的“虛假水位”現(xiàn)象，此時(shí)的水位并不能代表鍋爐中水位真實(shí)情況。因此，我們有必要對(duì)汽包的水 位進(jìn)行控制，將其嚴(yán)格控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)分析 鍋爐是火電廠重要的動(dòng)力設(shè)備，其任務(wù)就是根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的不同需求，提供相應(yīng)規(guī)格（壓力和溫度）的蒸汽，同時(shí)應(yīng)保證鍋爐經(jīng)濟(jì)和安全的進(jìn)行。鍋爐的主要的控制要求主要包括供給滿足負(fù)荷需求的蒸汽量、過(guò)熱蒸汽壓力保持在一定范圍內(nèi)、過(guò)熱蒸汽溫度保持在一定范圍內(nèi)、汽包水位保持在一定范圍之內(nèi)、爐膛負(fù)壓保持在一定范圍之內(nèi)、保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性、保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。 其中鍋爐汽包是鍋爐運(yùn)行的重要指標(biāo)，本次設(shè)計(jì)是針對(duì)鍋爐汽包水位控制的設(shè)計(jì)，維持汽包水位在一定的范 圍之內(nèi)是保證鍋爐安全正常運(yùn)行的首要條件。如果水位過(guò)高則會(huì)影響汽包內(nèi)的汽水分離，出現(xiàn)蒸汽帶液的現(xiàn)象，這會(huì)使過(guò)熱器管壁結(jié)垢，并使過(guò)熱蒸汽溫度急劇下降，如以該過(guò)熱蒸汽作為汽輪機(jī)動(dòng)力，將會(huì)損壞汽輪機(jī)葉片，影響安全運(yùn)行；相反如果水位過(guò)低，則當(dāng)負(fù)荷很大時(shí)，水將加快汽化速度，此時(shí)，如不及時(shí)補(bǔ)水，則會(huì)導(dǎo)致汽包內(nèi)的水全部汽化，燒毀水冷壁甚至引起爆管事故。因此必須對(duì)汽包水位進(jìn)行嚴(yán)格控制。 鍋爐汽包水位特性：影響汽包水位變化的因素很多，但主要是鍋爐蒸發(fā)量（蒸汽內(nèi)蒙古科技大學(xué)課程 設(shè)計(jì)論文 2 流量 D）、給水流量 W和燃料 B,下面重點(diǎn)介紹在給水流量和蒸汽流量的擾動(dòng)下 汽包水位變化的動(dòng)態(tài)特性。 ○ 1 汽包水位在給水流量 W作用下的動(dòng)態(tài)特性 圖 是鍋爐汽包水位在給水流量作用下，水位的階躍響應(yīng)曲線。把汽包水位看作單容量無(wú)自衡過(guò)程，水位的階躍響應(yīng)曲線如圖中的 1H 線。 圖 給水流量作用下水位階躍響應(yīng) 但是考慮到給水溫度低于汽包內(nèi)的飽和水溫度，所以當(dāng)給水進(jìn)入汽包后就會(huì)吸收原有飽和水中的一部分熱量，水面以下的汽包總體積就相應(yīng)減少，從而導(dǎo)致水位下降，固水位的實(shí)際響應(yīng)曲線是曲線 H。 由以上分析可知，當(dāng)給水流 量擾動(dòng)做階躍變化時(shí)，汽包水位起初并不立即上升，而是呈現(xiàn)出一段起始慣性段，這近似一個(gè)積分環(huán)節(jié)和時(shí)滯環(huán)節(jié)的串聯(lián)，可以用一個(gè)傳遞函數(shù)來(lái)表示，故水位的動(dòng)態(tài)特性 [1]可表示為： 0()() skHs eW s s ??? (11) 式中， 0k 表示給水流量做單位變化時(shí)水位的變化速度； ? 表示延遲時(shí)間，對(duì)非沸騰式省煤器的鍋爐， τ 這時(shí)為 30100 S；對(duì)于沸騰式省煤器的鍋爐， τ 為 100200 S；給水溫度越低，時(shí)滯 τ 亦越大。 ○ 2 汽包水位在蒸汽流量 D作用下的動(dòng)態(tài)特性 在蒸汽流量 D 擾動(dòng)作用下，水位的階躍響應(yīng)曲線如圖 所示。當(dāng)蒸汽流量突然增加時(shí)，改變了汽包內(nèi)的物料平衡關(guān)系，蒸汽量大于給水量，因此水位下降，如圖中曲線 H1，但實(shí)際并非如此，由于蒸汽用量增加，瞬間導(dǎo)致汽包壓力的下降。汽包內(nèi)水的沸騰突然加劇，水中汽泡迅速增加，由于汽泡 容積增加而使水位變化的曲線如圖中的 2H 線。因此，實(shí)際的水位曲線為 1H + 2H ，即為圖中的 H 。從圖中可以看出，當(dāng)蒸汽負(fù)荷增加時(shí)，水位不僅不下降反而上升，然后再下降 (反之，蒸汽流量突然減內(nèi)蒙古科技大學(xué)課程 設(shè)計(jì)論文 3 少時(shí)，則水位先下降，然后再上升 )，這種現(xiàn)象稱之為虛假水位。所以當(dāng)蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)，水位變化的動(dòng)態(tài)特性 [1]可表示為 : 22()( ) 1fk kHsD s s T S? ? ? ? (12) 式中， fk 響應(yīng)速度，即蒸汽流量變化單位流量時(shí)，水位的變化速度， 單位為毫米 /秒或 (噸 /小時(shí) )； 2k 響應(yīng)曲線的放大系數(shù)； 2T 響應(yīng)曲線的時(shí)間常數(shù) 圖 蒸汽流量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng) 虛假水位現(xiàn)象屬于反向特性，其變化的幅度不僅與蒸汽量有關(guān)，還與鍋爐的氣壓有關(guān)，這會(huì)給汽包水位控制帶來(lái)一定的難度，設(shè)計(jì)控制方案時(shí)必須重點(diǎn)考慮。 仿真軟件功能概述 Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之