【正文】 日 內(nèi)蒙古科技大學課程 設計論文 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 總體方案設計 ..................................................................................................... 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)化設計 ................................................................................ 10 第 5章 總結 ................................................................................................................... 12 參考文獻 內(nèi)蒙古科技大學課程 設計論文 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力設備，其任務就是根據(jù)生產(chǎn)負荷的不同需求，提供相應規(guī)格（壓力和溫度）的蒸汽，同時應保證鍋爐經(jīng)濟和安全的進行。鍋爐的主要的控制要求主要包括供給滿足負荷需求的蒸汽量、過熱蒸汽壓力保持在一定范圍內(nèi)、過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)、爐膛負壓保持在一定范圍之內(nèi)、保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟性、保證鍋爐安全穩(wěn)定運行。汽包及蒸發(fā)管儲存著蒸汽和水，儲存量的多少，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，當給水量等于蒸汽量時，汽包水位就恒定不變。當蒸汽流量突然增大，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，而此時給水量并沒有增加。因此，我們有必要對汽包的水 位進行控制，將其嚴格控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。鍋爐的主要的控制要求主要包括供給滿足負荷需求的蒸汽量、過熱蒸汽壓力保持在一定范圍內(nèi)、過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)、爐膛負壓保持在一定范圍之內(nèi)、保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟性、保證鍋爐安全穩(wěn)定運行。如果水位過高則會影響汽包內(nèi)的汽水分離，出現(xiàn)蒸汽帶液的現(xiàn)象，這會使過熱器管壁結垢，并使過熱蒸汽溫度急劇下降，如以該過熱蒸汽作為汽輪機動力，將會損壞汽輪機葉片，影響安全運行；相反如果水位過低，則當負荷很大時，水將加快汽化速度，此時，如不及時補水，則會導致汽包內(nèi)的水全部汽化，燒毀水冷壁甚至引起爆管事故。 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)蒙古科技大學課程 設計論文 2 流量 D）、給水流量 W和燃料 B,下面重點介紹在給水流量和蒸汽流量的擾動下 汽包水位變化的動態(tài)特性。把汽包水位看作單容量無自衡過程，水位的階躍響應曲線如圖中的 1H 線。 由以上分析可知，當給水 流量擾動做階躍變化時，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，這近似一個積分環(huán)節(jié)和時滯環(huán)節(jié)的串聯(lián)，可以用一個傳遞函數(shù)來表示，故水位的動態(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水位的變化速度； ? 表示延遲時間，對非沸騰式省煤器的鍋爐， τ 這時為 30100 S；對于沸騰式省煤器的鍋爐， τ 為 100200 S；給水溫度越低，時滯 τ 亦越大。當蒸汽流量突然增加時，改變了汽包內(nèi)的物料平衡關系，蒸汽量大于給水量，因此水位下降，如圖中曲線 H1，但實際并非如此，由于蒸汽用量增加，瞬間導致汽包壓力的下降。因此，實際的水位曲線為 1H + 2H ，即為圖中的 H 。所以當蒸汽流量擾動時，水位變化的動態(tài)特性 [1]可表示為 : 22()( ) 1fk kHsD s s T S? ? ? ? (12) 式中， fk 響應速度，即蒸汽流量變化單位流量時，水位的變化速度，單位為毫米 /秒或 (噸 /小時 )； 2k 響應曲線的放大系數(shù)； 2T 響應曲線的時間常數(shù) 圖 蒸汽流量擾動下水位階躍 響應 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，還與鍋爐的氣壓有關，這會給汽包水位控制帶來一定的難度，設計控制方案時必須重點考慮。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于 Simulink。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink 提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結果。根據(jù)控制系統(tǒng)輸入變量的多少，可將鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)分為單沖量控制系統(tǒng)，雙沖量控制系統(tǒng)，三沖量控制系統(tǒng)。其設計的儀表圓圈圖和系統(tǒng)方框圖如圖 所示。這種方式將液位測量信號經(jīng)變送器送到液位調(diào)節(jié)器，液位調(diào)節(jié)器根據(jù)液位測量值與給定值的偏差去控制調(diào)節(jié)閥的閥門開度，改變給水量來保持汽包水位在允許的操作范圍內(nèi)。但是，它克服給水自發(fā)性干擾和負荷干擾的能力差，當負荷突然大幅度的變化時，鍋爐汽包會產(chǎn) 生虛假水位的現(xiàn)象，會使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生誤動作。 L TL C汽包蒸 汽省煤器給 水液 位 調(diào) 節(jié) 器 調(diào) 節(jié) 閥 鍋 爐 汽 包液 位 變 送 器汽 包 液 位 H_液 位 設定 值 R 圖 鍋爐汽包水位單沖量控制系統(tǒng) 雙沖量控制方式 在汽包水位的控制中，虛假水位現(xiàn)象是控制系統(tǒng)必須克服，而引起虛假水位現(xiàn)象的主要干擾量為負荷蒸汽流量，所以引入蒸汽流量作為系統(tǒng)的校正信號，就可以有效內(nèi)蒙古科技大學課程 設計論文 5 地糾正由虛假水為引起的誤動作，從而減少水位的波動，提高 控制品質(zhì)。 其設計的儀表圓圈圖和系統(tǒng)方框圖如圖 所示。其中由于 C1 是與調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)的乘積，相當于簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)的作用，一般取 C1=1?？紤]鍋爐排污等損失， W 需稍大于 D，即有： DW ??? ? (22) 式中：△ W 為給水流量變化量；△ D 為蒸汽流量變化量；α為排污系數(shù)，α 1。檢測變送環(huán)節(jié)的增益 Km 可由式 25 來計算。 內(nèi)蒙古科技大學課程 設計論文 6 結合（ 22）（ 23）（ 24）（ 25），得加法器系數(shù) C2 為