锅炉全程给水控制系统设计(附件)【字数：14040】
摘 要摘 要随着时代的发展科技的进步，人工成本的不断提高，提高机械半自动或全自动化乃大势所趋，全程自动给水控制系统也在其中。全程自动给水控制系统是火电锅炉的重要组成部分，稳定的汽包水位是锅炉正常运行的重要前提。汽包水位的变化受到给水量、温度、压力、机组负荷等多种因素的影响，因此，针对不同阶段要有不同的控制方式。因此本文设计的控制系统有单冲量控制和三冲量控制两种控制方式，当低负荷时采用单冲量控制，当高负荷时采用三冲量控制。同时针对控制系统切换过程中可能遇到的问题采用相应的措施才减小误差。最终，我们在设计好的系统基础上搭建matlab模型，通过仿真对系统的稳定性进行判断。关键词三冲量；锅炉；给水系统
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 工业锅炉汽包水位控制系统的发展和现状 1
1.3本文主要工作 3
第二章 锅炉系统简介 4
2.1锅炉简介 4
2.2锅炉的技术标准要求 4
2.3锅炉系统变量特点 5
2.4锅炉汽包水位的动态特性分析 6
2.4.1给水量作用下的汽包水位变化 7
2.4.2蒸汽量扰动下的汽包水位变化 8
2.5章节总结 9
第三章 汽包锅炉给水控制系统设计 10
3.1给水自动控制策略 10
3.2 PID控制器 10
3.2.1 PID控制器介绍 10
3.2.2 PID控制器原理 11
3.3 PID对控制系统的影响 11
3.3.1比例P调节 11
3.3.3 微分D调节 12
3.3.4 PID控制器参数整定 12
3.4 汽包锅炉给水控制系统简介 13
3.4.1 单冲量给水控制系统 13
3.4.2双冲量给水控制系统 14
3.4.3 三冲量给水控制系统 15
3.5 锅炉给水系统设计 17
3.5.1给水系统全程自动控制设计中的难题 17
3.5.2 输入信号的校正 17
3.5.3给水量测量 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
装置切换 20
3.5.4 系统给水量调节阀门切换 21
3.5.5 控制系统的切换 23
3.6 章节总结 24
第四章 系统仿真及参数整定 25
4.1 MTALAB语言介绍 25
4.2子系统的仿真及整定 25
4.2.1单冲量控制系统及三冲量控制系统 25
4.2.2控制系统的分析和整定 26
4.3仿真结果 27
4.4系统鲁棒性测试 29
4.5 章节总结 30
结论 31
致谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
自第二次工业革命以来，电能一直扮演着我们日常生活、科学研究等最重要的角色。近年来，我国一直是世界上电力建设最快的国家，2016年底，全国所有发电装机发电量16.5亿千瓦，相比之前增长8%,其中可再生能源电击发电量6.0亿千瓦，火力发电量10.5亿千瓦、相比之前情况增长5.5%，全口径火电发电量同比增长2.5%，可见我国火电占比达63%。
作为世界上最大的煤炭消费和生产国，我国是世界上少数几个煤炭占主体能源的国家之一。从以前的调查报告可知我国的煤炭储存量约为 1 亿万吨，这几乎是我国一次性能源的 90%以上。这种能源结构决使我国发电机中火电机组占绝对优势。作为火力发电机的心脏，锅炉的重要性不言而喻[1]。
鉴于锅炉控制系统对系统安全、稳定、经济的重要性，其自动控制系统研发是必须的。在锅炉的运行过程中，压力、蒸汽、水位是是保证其稳定运行的重要因素。
蒸汽压力是衡量蒸汽生产与消耗是否平衡的重要指标，其过低或过高对锅炉系统而言都是百害而无一利的。压力负荷太高，会超过金属管的弹性极限，引起蠕变现象，加速锅炉的损耗；负荷压力过低，蒸汽的品质会下降[2]。为了能提供稳定的蒸汽同时也为了改善机组热效率，过热蒸汽温度稳定很重要，其温度浮动一般不能超过士5℃。汽包水位是否稳定也是工业锅炉能否安全运行的标准之一。若汽包水位超出安全值，水汽占比失衡，这会给汽水分离装置的工作添加负担，严重时甚至会导致汽水分离机失去效果蒸汽中带有水分，水中的杂质会在过热器管壁上凝结，这样会影响蒸汽质量[3]。汽包水位过低，会导致水循环紊乱，轻则引起水冷壁管的破裂，重则造成干锅汽包损坏。为了避免这些以外的发生，锅炉给水自动控制系统应运而生，其广泛使用有效的降低了人员伤亡和人工成本[4]。
1.2 工业锅炉汽包水位控制系统的发展和现状
锅炉作为我国主要的能源转换设备，经济发展的各个领域都离不开它。2015年，我国的燃煤锅炉约47万台，而总工业锅炉使用量约59万；用在这些燃煤锅炉的煤炭每年有将近4亿，而我国每年总耗煤量才16亿，这意味着改进锅炉对全面减排又十分巨大的作用。目前，我国以煤为燃料的锅炉大多为链条炉，这种锅炉其燃烧效率和锅炉热效率低，远不及国际先进水平。不仅如此其烟尘排放大，约占全国排放总量的四成，二氧化碳排放量约占全国排放总量的一成，二氧化硫排放量占全国排放总量的四成。在这个人人提倡环保的时代，工业锅炉的技术改造及其智能化控制刻不容缓。
锅炉的汽包水位控制系统发展至今，经历了多个阶段。从最早的单冲量到双冲量和三冲量。单冲量控制系统作为一种早期的简单、基本的控制方案。是以水位为反馈的单参数控制回路。目前来看，这种控制方式充满了缺点。由于其只有一个输入变量即水位，当锅炉负荷大时，会产生一种虚假水位的现象（虚假水位即当锅炉负荷大汽包中许多蒸汽停留在蒸汽面下，导致水位上升）。水位一开始上升，调节器若根据水位判断就会降低给水量，这个对于锅炉流量平衡是不正确的。这种操作会使蒸汽量和给水量的波动变大，水位无法保持平衡[5]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 工业锅炉汽包水位控制系统的发展和现状 1
1.3本文主要工作 3
第二章 锅炉系统简介 4
2.1锅炉简介 4
2.2锅炉的技术标准要求 4
2.3锅炉系统变量特点 5
2.4锅炉汽包水位的动态特性分析 6
2.4.1给水量作用下的汽包水位变化 7
2.4.2蒸汽量扰动下的汽包水位变化 8
2.5章节总结 9
第三章 汽包锅炉给水控制系统设计 10
3.1给水自动控制策略 10
3.2 PID控制器 10
3.2.1 PID控制器介绍 10
3.2.2 PID控制器原理 11
3.3 PID对控制系统的影响 11
3.3.1比例P调节 11
3.3.3 微分D调节 12
3.3.4 PID控制器参数整定 12
3.4 汽包锅炉给水控制系统简介 13
3.4.1 单冲量给水控制系统 13
3.4.2双冲量给水控制系统 14
3.4.3 三冲量给水控制系统 15
3.5 锅炉给水系统设计 17
3.5.1给水系统全程自动控制设计中的难题 17
3.5.2 输入信号的校正 17
3.5.3给水量测量 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
装置切换 20
3.5.4 系统给水量调节阀门切换 21
3.5.5 控制系统的切换 23
3.6 章节总结 24
第四章 系统仿真及参数整定 25
4.1 MTALAB语言介绍 25
4.2子系统的仿真及整定 25
4.2.1单冲量控制系统及三冲量控制系统 25
4.2.2控制系统的分析和整定 26
4.3仿真结果 27
4.4系统鲁棒性测试 29
4.5 章节总结 30
结论 31
致谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
自第二次工业革命以来，电能一直扮演着我们日常生活、科学研究等最重要的角色。近年来，我国一直是世界上电力建设最快的国家，2016年底，全国所有发电装机发电量16.5亿千瓦，相比之前增长8%,其中可再生能源电击发电量6.0亿千瓦，火力发电量10.5亿千瓦、相比之前情况增长5.5%，全口径火电发电量同比增长2.5%，可见我国火电占比达63%。
作为世界上最大的煤炭消费和生产国，我国是世界上少数几个煤炭占主体能源的国家之一。从以前的调查报告可知我国的煤炭储存量约为 1 亿万吨，这几乎是我国一次性能源的 90%以上。这种能源结构决使我国发电机中火电机组占绝对优势。作为火力发电机的心脏，锅炉的重要性不言而喻[1]。
鉴于锅炉控制系统对系统安全、稳定、经济的重要性，其自动控制系统研发是必须的。在锅炉的运行过程中，压力、蒸汽、水位是是保证其稳定运行的重要因素。
蒸汽压力是衡量蒸汽生产与消耗是否平衡的重要指标，其过低或过高对锅炉系统而言都是百害而无一利的。压力负荷太高，会超过金属管的弹性极限，引起蠕变现象，加速锅炉的损耗；负荷压力过低，蒸汽的品质会下降[2]。为了能提供稳定的蒸汽同时也为了改善机组热效率，过热蒸汽温度稳定很重要，其温度浮动一般不能超过士5℃。汽包水位是否稳定也是工业锅炉能否安全运行的标准之一。若汽包水位超出安全值，水汽占比失衡，这会给汽水分离装置的工作添加负担，严重时甚至会导致汽水分离机失去效果蒸汽中带有水分，水中的杂质会在过热器管壁上凝结，这样会影响蒸汽质量[3]。汽包水位过低，会导致水循环紊乱，轻则引起水冷壁管的破裂，重则造成干锅汽包损坏。为了避免这些以外的发生，锅炉给水自动控制系统应运而生，其广泛使用有效的降低了人员伤亡和人工成本[4]。
1.2 工业锅炉汽包水位控制系统的发展和现状
锅炉作为我国主要的能源转换设备，经济发展的各个领域都离不开它。2015年，我国的燃煤锅炉约47万台，而总工业锅炉使用量约59万；用在这些燃煤锅炉的煤炭每年有将近4亿，而我国每年总耗煤量才16亿，这意味着改进锅炉对全面减排又十分巨大的作用。目前，我国以煤为燃料的锅炉大多为链条炉，这种锅炉其燃烧效率和锅炉热效率低，远不及国际先进水平。不仅如此其烟尘排放大，约占全国排放总量的四成，二氧化碳排放量约占全国排放总量的一成，二氧化硫排放量占全国排放总量的四成。在这个人人提倡环保的时代，工业锅炉的技术改造及其智能化控制刻不容缓。
锅炉的汽包水位控制系统发展至今，经历了多个阶段。从最早的单冲量到双冲量和三冲量。单冲量控制系统作为一种早期的简单、基本的控制方案。是以水位为反馈的单参数控制回路。目前来看，这种控制方式充满了缺点。由于其只有一个输入变量即水位，当锅炉负荷大时，会产生一种虚假水位的现象（虚假水位即当锅炉负荷大汽包中许多蒸汽停留在蒸汽面下，导致水位上升）。水位一开始上升，调节器若根据水位判断就会降低给水量，这个对于锅炉流量平衡是不正确的。这种操作会使蒸汽量和给水量的波动变大，水位无法保持平衡[5]。
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