锅炉汽包水位控制系统
锅炉汽包水位自动控制系统
第一章 绪论汽包水位是锅炉安全运行的指标之一,锅炉汽包水位的测量、控制和保护系统的合理配置是保证锅炉安全运行的重要措施。
过高的水位会影响汽水分离装置的汽水分离效果,使锅炉出口的饱和蒸汽的湿度增大,含盐量增多,造成过热器和汽轮机通流部分结垢,从而引起过热器管壁超温甚至爆管。
当水位严重过高时,还将使汽轮机产生水冲击, 引起破坏性事故。
水位过低,会影响锅炉的水循环安全,造成局部水冷壁管过热,严重缺水时造成锅炉爆炸。
因此,准确测量和保持汽包水位在规定的范围内有其重要意义。
我在本设计中，将通过单片机的控制，使锅炉汽包水位，维持在正常的标准下，在水位超过上限或下限的时候，能够及时报警并采取相应措施。
在水位超过上限或下限的时候，能够及时报警并采取相应措施。
第二章 工作原理与方案论证2.1工作原理 图2.1所示即为锅炉汽包水位自动控制系统示意图。
当系统受到扰动后，被控变量（液位）发生变化，通过检测仪表得到其测量值h 。
在自动控制装置（液位控制器LC ）中，将h与设定值h 0比较，得到偏差，经过运算后，发出控制信号算后，发出控制信号，这一信号作用于执行器（在此为控制阀，）改变给水量，给水量，以克服扰动的影响，以克服扰动的影响，以克服扰动的影响，使被控使被控变量回到设定值。
这样就完成了所要求的控制任务。
这些自动控制装置和被控工艺对象组成了一个自动控制系统。
被控工艺对象组成了一个自动控制系统。
2.2方案论证单冲量水位控制系统直接用水位信号与给定值信号相比较，控制器根据该偏差的正负与大小，与大小，输出开关给水调节阀门的信号，输出开关给水调节阀门的信号，输出开关给水调节阀门的信号，但这种系统具有严重的弊病：但这种系统具有严重的弊病：但这种系统具有严重的弊病：在蒸汽流量忽在蒸汽流量忽然增加时，因给水流量小于蒸发量，水位应当下降。
但是由于炉筒内的贮汽减少，内部压力忽降，从而使水面下的炉筒容积扩大，并加速汽化，由于水面下容积扩大，使水位不但不下降，反而迅速上升，产生“虚假水位”现象。
锅炉汽包水位自动控制系统改造
循 环系统 的流量增 加 了， 原 有 的饱 和汽 水 中吸 从
痧 移 痧 驴 痧 驴 ， 护
度提 高 ， 使蒸 发 面下 的气 泡膨 胀 ， 位上 升 ， 致 液 导
蒸汽 流量及 汽包压 力 的提 高 ， 时 给水 流量 并未 这
（） ３ 炉膛 热负荷 的扰 动 。当燃 料量 突 然增 加 时， 传给锅炉 水 的热 量也增多 ， 上升 管 中的蒸 发温
１ 原 因分 析
（） １ 给水 流量 的干扰对 锅 炉水 位 的影 响 。当 给水流量增 加时 ， 起始 平衡 状 态 突然加 大给水 在 量 后 ， 给水量大 于蒸发量 ， 水位 开始时并不 立 虽 但
系统 为简单 的单 回路 ｌＤ调节 系 统 ， ａ ｉ 即通 过 自动 调节锅 炉给水量 的大小 ， 其适 应 蒸发 量 的变 化 使
用户 用量突然 增加时 ， 单从物料 不平衡 考虑 ， 包 汽
中蒸发量大于给水量 ， 汽包水位下降 ， 液位应当直 线下 降 ， 但实 际在 扰动 的 初始 瞬 间水 位不 但 没有
（ 收稿 日期 ２ １ —２２ ） ０ ０１ －５
传 热系数 ， 提高换热效 率 ， 补因换热管 材质变化 弥 带 来 的换 热效率降低 和换热 面积减少带来 的换热
效 果降低 的问题 。并 且在 轧 制螺 旋槽 时 ， 热管 换
的外径基 本保持 不 变 ， 换 热 管 的布管 数 量不 至 使
增加 ， 因而这种 液位也 属 于“ 假 液位 ” 虚 。但 这种
由于燃料 量 突然 变 化 引起 的虚 假 现象 比较 小 ， 这 种扰动 因素是 次要 的。 通过 对 ３种 干扰 因素 的分 析 ， 中给 水 流量 其 和 蒸 汽负 荷 的干扰影 响很 大 ， 有 的单 回路调 节 原 于 因其排列 方式 的改变而减 少太多 。
锅炉汽包水位控制系统
摘要锅炉是典型的复杂热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散.管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。
锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安全. 稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于高蒸汽品质.减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。
锅炉汽包水位髙度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。
因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。
在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。
无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格控制水位在规定范围之内。
维持汽包水位在给定范围内是保证锅护和汽轮机安全运行的必要条件，也是锅炉正常运行的主要指标之一。
水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多，蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击，引起轴封破损、叶片断裂等事故。
同时会使饱和蒸汽中含盐量增高，降低过热蒸汽品质，增加在过热器管壁和汽轮机叶片上的结垢。
水位过低，则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节，以致局部水冷管壁被烧坏，严重时会造成爆炸事故。
这些后果都是十分严重的。
随着锅炉容量的增加，水位变化速度愈来愈快，人工操作愈来愈繁重，因此对汽包水位实现自动调节提出了迫切的要求。
汽包水位的控制是锅炉控制的一个难点，目前，对汽包水位控制大多采用常规PID 控制方式，传统的常规PID控制方式是根据控制对象的数学模型建立，由于锅炉水位系统存在非线性.不确定性时滞和负荷干扰.非最小相位特征等，其精确的数学模型往往无法获得而且常规PID控制的参数是固定不变的，难以适应各种扰动及对象变化，其控制效果往往难以满足要求，控制效果不理想。
锅炉汽包水位控制系统初步论文
锅炉汽包水位控制系统的初步探析摘要：锅炉汽包水位自动调节的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量，并维持汽包中的水位在工艺允许的范围内。
维持汽包水位在给定范围内是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件，也是锅炉正常运行的主要指标之一，水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多，蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击，引起轴封破损、叶片断裂等事故。
同时会使饱和蒸汽中含盐量增高，降低过热蒸汽品质，增加在过热器管壁和汽轮机叶片的结垢。
水位过低，则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节，以致局部水冷管壁被烧坏，严重时会造成爆炸事故。
这些后果都是十分严重的，随着锅炉容量的增加，水位变化速度愈来愈快，人工操作愈来愈繁重，因此对汽包水位控制系统的调节愈显迫切。
关键词：锅炉汽包水位、三冲量控制系统、双冲量控制系统、单冲量控制系统abstract: the boiler drum water level to automatically adjust the task is to make water tracking the evaporation capacity of boiler, and maintain the drum water level in the process allows range. maintain the drum water level in a given range is to ensure the safe operation of the boiler and steam turbine necessary conditions, but also the major indexes of the normal operation of boilers, one of high water level, can affect the drum separation in effect, make the export ofsaturated steam drum with more water, steam and water will make steam turbines produce water impact, cause the shaft seal damage, such as impeller fracture accident. at the same time can make saturated steam in increased salinity, reduce the superheated steam quality, increase in superheater tube wall and the steam turbine blade scaling. low water, it may destroy the natural cycle boiler steaming-water circulation system of some of the weak link, so that local water-cooled wall be burnt out, will cause serious explosion accidents. the consequences are serious, along with the increase of boiler capacity, water level changes are increasingly fast, artificial operation more and hard, and so on the drum water level control system and greater regulation of urgent.keywords: boiler drum water level, impulse control system, three double impulse control system, single impulse control system汽包水位的特点汽包锅炉给水自动调节的主要任务是维持汽包水位在允许范围内变化。
锅炉汽包水位测量与控制
锅炉汽包水位测量与控制锅炉汽包是锅炉中储存水溶解气体的容器，用以减轻锅炉系统中的压力变化。
汽包内的水位控制是保障锅炉正常运行的重要环节，因此需要实时测量汽包水位并进行控制。
本文将介绍锅炉汽包水位的测量原理和控制方法。
一、测量原理（一）测量方法目前常用的汽包水位测量方法主要有以下几种：1. 水位计法。
水位计法是指通过读取水位计所示的高度差来确定汽包内的水位。
水位计一般采用激光、声波、浮子等原理进行测量。
这种方法使用方便，但需要经常进行维护和校准。
2. 微波法。
微波法是利用微波射频信号与水位之间的关系来测量汽包水位。
这种方法具有高精度、不受温度、压力等因素的影响，但价格较高。
3. 压力变送器法。
压力变送器法是利用汽包内的压力和水位之间的关系来确定水位。
这种方法精度较高，但需要进行定期校准和维护。
（二）测量误差锅炉汽包水位测量误差会受到以下因素的影响：1. 测量方法。
不同的测量方法测量误差不同。
2. 测量设备。
测量设备的精度和稳定性也会影响测量误差。
3. 温度和压力变化。
锅炉操作过程中，汽包内的温度和压力都会发生变化，这些变化也会影响测量误差。
（三）安全措施为保障锅炉运行安全，需要在设计和操作时采取以下措施：1. 在汽包上方安装喷淋装置。
当水位过高时，喷淋装置可以迅速淋水降低汽包水位。
2. 安装多个水位传感器。
这样即使一个传感器出现问题，其他传感器也能够发挥作用。
3. 常规维护与检修。
定期检查、维护水位控制设备，确保其正常运转并定期检查检修控制系统。
二、水位控制方法（一）PID控制器PID控制器是目前常用的汽包水位控制器。
PID控制器通过比较设定值和反馈值之间的差异，算出控制量，并对水位进行调整，使其接近设定值。
1. 比例（P）控制。
比例控制调整量与反馈量成比例，响应速度较快。
2. 积分（I）控制。
积分控制根据反馈值和设定值之差的积累量进行调整，可以消除稳态误差。
3. 微分（D）控制。
微分控制响应速度较慢，但可有效消除过冲现象。
锅炉汽包水位控制系统设计
锅炉汽包水位控制系统设计锅炉汽包水位控制是工业生产中极其重要的环节之一，对于保证锅炉运行的安全、稳定、经济具有十分重要的意义。
本文将对锅炉汽包水位控制系统设计进行阐述。
锅炉汽包是锅炉系统中用于调节锅炉水位的装置，也是一种储存水量的容器。
锅炉汽包通常会在锅炉的高处，且容量较大，同时也具有缓冲作用和膨胀作用。
锅炉汽包水位控制的主要目的是为了保证锅炉工作时的水位稳定，防止因水位不稳定而引起的事故或设备损坏。
1.水位控制方式选择锅炉汽包水位控制的方式通常有三种：手动控制、自动控制、程控系统。
手动控制方式是通过人工调整水位来控制，缺点是易造成人为误操作；自动控制是通过水位控制器对水位的感应和控制，优点是精度高、效率高；程控系统是利用PLC等控制器对水位进行控制和监测，可以实时监测水位变化，减少操作人员的工作量。
水位控制器的选择应该根据锅炉的实际情况进行选择，按照锅炉的类型、规模、水位控制方式等来选择。
具体可选择容易维护、控制精度高，适用于复杂环境的水位控制器。
3.气动执行机构选择气动执行机构是水位控制器的核心部件，主要功能是根据控制信号对锅炉汽包进水和排水进行控制。
在选择时应注意气动执行机构的工作电压、输出信号等等，并根据自身情况进行选择。
4.水位控制系统的组成水位控制系统主要由水位控制器、气动执行机构、水位控制阀和电气控制柜等四部分组成。
其中，水位控制器具有实时感应水位的功能，并对水位进行自动控制；气动执行机构负责执行水位控制器的控制信号，对锅炉汽包进水和排水进行控制；水位控制阀起到控制锅炉汽包进水和排水的作用；电气控制柜是整个系统的电源管理中心，负责实现水位控制器和气动执行机构的联动控制。
水位控制系统的调试是保证系统正常运行的基础，需要根据系统的实际情况进行调试，并记录下调试时的相关参数。
在调试中需要注意的是，锅炉汽包水位应该维持在合理的范围内，避免出现水位太高或太低的情况。
1.水位控制精度的提高为了保证锅炉的正常运行，对水位控制精度的提高显得尤为重要。
锅炉汽包水位控制系统设计
锅炉汽包水位控制系统设计一、引言锅炉汽包水位控制系统是锅炉控制系统中的一个重要部分，它对保证锅炉运行安全稳定起着至关重要的作用。
水位过高或过低都会对锅炉运行产生不良的影响。
因此，本文将详细介绍锅炉汽包水位控制系统的设计方法和关键技术。
二、系统结构1.水位传感器：水位传感器是用来测量锅炉汽包中的水位高度的装置，常用的有浮子式水位传感器和电容式水位传感器，它能将水位高度转换成电信号传给水位控制器。
2.控制阀：控制阀根据水位控制器的信号来调整供给水的流量，保持锅炉汽包的水位稳定在设定水位范围内。
常用的控制阀有电动调节阀、气动调节阀和液动调节阀等。
3.水位控制器：水位控制器是锅炉汽包水位控制系统的核心部件，它接收来自水位传感器的信号，并根据设定的水位范围和控制策略来输出控制信号给控制阀。
水位控制器采用PID控制算法，综合考虑系统响应速度和稳定性。
4.操作界面：操作界面提供了对水位控制系统的监控和调节功能，包括显示当前锅炉汽包水位、设定水位范围、控制方式选择等。
操作界面通常包括触摸屏和物理按键等。
三、系统设计1.水位传感器的选择：根据锅炉汽包的实际情况选择合适的水位传感器。
浮子式水位传感器适用于低压锅炉，安装简单可靠；电容式水位传感器适用于高压锅炉，具有高精度和抗干扰能力。
2.控制阀的选择：根据系统需要选择合适的控制阀。
电动调节阀适用于小型锅炉，可以实现精确的控制；气动调节阀适用于大型锅炉，具有快速响应和稳定性好的特点；液动调节阀适用于需要高压力和高流量的锅炉，具有良好的密封性能。
3.水位控制器的设计：根据锅炉汽包水位控制的需求，选择合适的水位控制器。
水位控制器应具有高可靠性、抗干扰能力和快速响应等特点。
在PID控制算法中，根据锅炉汽包水位变化的特性和系统响应要求来调节控制参数，提高控制系统的稳定性和响应速度。
4.操作界面的设计：操作界面应具有友好的人机交互界面，能够直观地显示当前水位、设定范围和系统运行状态。
锅炉汽包水位控制系统(过程控制仪表课程设计)
过程控制仪表课程设计题目锅炉汽包水位控制系统指导教师高飞燕班级自动化071学号20074460107学生姓名丁滔滔2011年1月5号附录：仪表配接图 (20)锅炉汽包水位控制系统1.系统简介：控制系统一般由以下几部分组成图1 自动控制系统简易图锅炉水位系统如下图：图2 单冲量控制系统原理图及方框图其单位阶跃响应图如下：图3 蒸汽流量干扰下水位阶跃曲线通过电容式液位计将检测来的液位信号变送给成标准信号，再输送给控制器，调节器再通过执行机构和阀来控制进水量，从而达到自动控制锅炉水位。
2．锅炉控制系统：2.1锅炉：锅炉是火力发电厂中主要设备之一。
它的作用是使燃料在炉膛中燃烧放热，井将热量传给工质，以产生一定压力和温度的蒸汽，供汽轮发电机组发电。
电厂锅炉与其他行业所用锅炉相比，具有容量大、参数高、结构复杂、自动化程度高等特点。
2.2过热器和再热器：蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽，并要求在锅炉负荷或其他工况变动时，保证过热气温的波动处在允许范围内。
提高蒸汽初压和初温可提高电厂循环热效率，但蒸汽初温的进一步提高受到金属材料耐热性能的限制。
蒸汽初压的提高随可提高循环热效率，但过热蒸汽压力的进一步提高受到汽轮机排气湿度的限制，因此为了提高循环热效率及降低排气湿度，可采用再热器。
通常，再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%左右，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相近。
过热器和再热器内流动的为高温蒸汽，其传热性能差，而且过热器和再热器又位于高烟温区，所以管壁温度较高。
如何使过热器和再热器管能长期安全工作是过热器和再热器设计和运行中的重要问题。
在过热器和再热器的设计及运行中，应注意下列问题:⑴运行中应保持汽温的稳定，汽温波动不应超过±（5～10）℃。
⑵过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况在一定范围内变化时能维持额定的汽温。
⑶尽量防止和减少平行管子之间的偏差。
2.3省煤器和空气预热器：省煤器和空气预热器通常布置在锅炉对流烟道的尾部，进入这些受热面的烟气温度已较低，因此常把这两个受热面称为尾部受热面或低温受热面。
锅炉汽包水位的控制
锅炉汽包水位的控制
在稳定状态下,液位测量信号等于给定值,液位调节 器的输出,蒸汽流量及给水流量等三个信号,通过加法器 得到的输出电流为:I0 = K1 I1 - K2 I2 + K3 I3式中, I1 为 液位调节器的输出电流; I2 为蒸汽流量变送器的电流; I3 为给水流量变送器的电流; K1 、K2 、K3 分别为加法器 各通道的衰减系数。设计K2 I2 = K3 I3此时I0 正是调节 阀处于正常开度时所需要的电流信号(为了安全调节阀必 须用气关阀) 。假定在某一时刻,蒸汽负荷突然增加,蒸汽 流量变送器的输出电流I2 相应增加,加法器的输出电流I0 就减少,从而开大给水调节阀。但是与此同时出现了假液 位现象,液位调节器输出电流I1 将增大。由于进入加法器 的两个信号相反, 蒸汽流量变送器的输出电流I2 会抵消 一部分假液位输出电流I1 , 所以, 假液位所带来的影响将 局部或全部被克服。
蒸汽
气泡
三个问题：
省
① 不能克服虚假水位带来的后果
煤
器
② 对蒸汽负荷的变化控制不灵敏
LC
给水
③ 对给水扰动控制滞后
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。
锅炉汽包水位的控制 （1）单冲量PID控制系统
液位 设定
液位
检测
PID
给水调节阀
汽包锅炉给水自动控制系统
第五章汽包锅炉给水自动控制系统5-1 前馈--反馈调节系统一.前馈--反馈调节原理反馈调节系统特点：事后控制，反馈校正。
调节过程中被调量的动态偏差较大,且调节过程也较长。
前馈调节系统特点：直接根据扰动进行调节,减小动态偏差。
()yxW s()oxW s()bxW sxu y1.定义直接根据造成被调量偏差的原因进行调节的系统,称为前馈调节系统。
2.前馈的类型及整定前馈调节的类型：很多,因而()b SW的规律不同。
不变性原理：设计前馈补偿器,使被调量y与扰动无关。
(a)扰动有单独通道()()()()0()()yxyx b o boW sW s W s W s W sW s+=⇒=-(b) 扰动作用在对象之前补偿作用在调节器之前。
例如:喷水压力改变时对温度的影响。
()()()()()10()()1()()()o b a o b a o a W s W s W s W s Y s W s X s W s W s W s +==⇒=-+(c) 扰动有单独通道,补偿作用在调节器之后()()()()()0()()1()()()yx b o yx b a o W s W s W s W s Y s W s X s W s W s Wo s +==⇒=-+(d) 扰动有单独通道,补偿在调节之前()()()()()()0()()1()()()()yx a b o yx b a o a W s W s W s W s W s Y s W s X s W s W s W s Wo s +==⇒=-+前馈一般不能做到完全补偿。
常用静态前馈或者一些特定形式的动态前馈。
(a) 静态前馈即根据不变性原理求出()b S W ,用其静态放大系数作为补偿装置,它是一个比例环节: ()0|b b S s k W →=(b) 动态前馈直接根据不变性原理求得。
在热工过程控制中常用:211()1b bT s W s k T s +=+-----超前—滞后环节()0|b b S s k W →=当21T T >时 ,超前补偿(PD 作用) 当12T T >时,滞后补偿(PI 作用)21T T >tktk 12211(0)lim ()lim ()b b S S T y SY S SW S k S T →∞→∞===01()lim ()b b S y SW S k S→∞==3. 存在缺点:(1) 只能针对一种或者几种典型扰动设计()b W s ,然而生产过程中扰动因素很多,因而调节效果受到限制. (2) 对不可测量的扰动,无法实现补偿. (3) 不能做到完全补偿,实现复杂,采用b k 或者2111bT sk T s++近似补偿. 前馈—反馈调节系统：必须将前馈和反馈结合起来进行调节,利用前馈来减小扰动对被调量的影响,而反馈作用保障被调量等于给定值.二.前馈—反馈调节系统. 1.概念r y前馈控制:作用是有效抑制主要扰动,开环控制。
锅炉汽包水位控制系统工艺流程
锅炉汽包水位控制系统工艺流程一、背景介绍锅炉是工业生产中常用的设备之一，其作用是将水加热成蒸汽，为工业生产提供动力。
在锅炉运行过程中，汽包水位的控制是非常关键的，如果水位过高或过低都会对锅炉的安全运行产生影响。
因此，锅炉汽包水位控制系统的设计和运行是非常重要的。
二、锅炉汽包水位控制系统工艺流程1. 水位计的安装在锅炉汽包中安装水位计是控制水位的前提。
水位计通常安装在汽包侧面，通过测量水位计上下两个电极之间的电阻值来判断汽包水位的高低。
2. 控制系统的设计控制系统的设计是锅炉汽包水位控制的核心。
控制系统通常由水位计、控制器、执行器三部分组成。
水位计用于测量汽包水位，将水位信号传输给控制器；控制器接收水位信号，根据设定值进行比较，计算出误差，再将误差信号传输给执行器；执行器根据误差信号控制进水阀门的开度，从而实现对汽包水位的控制。
3. 系统的调试和运行在系统安装完成后，需要进行调试和运行。
首先，需要对系统进行校准，包括水位计的校准和控制器的校准。
然后，进行系统的调试，通过调整进水阀门的开度来控制汽包水位的高低。
最后，进行系统的运行，监测汽包水位的变化，及时调整进水阀门的开度，保持水位在安全范围内。
三、实例某工厂的一台锅炉汽包水位控制系统出现故障，导致汽包水位过高，严重影响了锅炉的正常运行。
经过检查，发现是水位计的电极出现了故障，导致水位计无法正常测量汽包水位。
工程师及时更换了故障的水位计电极，并对控制系统进行了校准和调试，最终成功恢复了锅炉的正常运行。
四、总结锅炉汽包水位控制系统是保障锅炉安全运行的重要组成部分。
在设计和运行过程中，需要严格遵守相关规定和标准，确保系统的可靠性和稳定性。
同时，需要定期进行维护和检修，及时发现和排除故障，保证系统的长期有效运行。
锅炉汽包水位测量与控制
锅炉汽包水位测量与控制一、引言在锅炉系统中，锅炉汽包的水位是非常重要的参数之一，它直接关系到锅炉的安全运行和热能转换效率。
正确和准确地测量和控制锅炉汽包的水位对于安全和经济稳定地运行锅炉至关重要。
本文将探讨锅炉汽包水位的测量与控制方法。
二、锅炉汽包水位测量1. 传统机械浮球水位计传统的锅炉汽包水位计采用机械浮球原理进行测量。
浮球水位计由铜制浮球和连接浮球的浮子杆组成，浮子杆上设有水位指示标线，可以直观地显示锅炉汽包的水位。
浮球水位计具有结构简单、可靠稳定的特点，但其测量精度较低，易受到水位变动和震动的干扰，而且无法实现远程监控和自动控制。
2. 电容式水位计电容式水位计利用电容效应原理进行水位测量。
电容式水位计由外壳和两个金属电极组成，其中一个电极安装在锅炉汽包内，另一个电极安装在锅炉汽包外。
当水位上升时，电容值增大；当水位下降时，电容值减小。
通过测量电容值的变化，可以得知锅炉汽包的水位高低。
电容式水位计具有测量精度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，已经成为现代锅炉水位测量的主要方式。
3. 压力式水位计压力式水位计利用压力测量原理进行水位测量。
压力式水位计由压力传感器、水位管和水位显示装置组成。
压力传感器安装在锅炉汽包中，通过测量压力变化来得知水位的高低。
水位管用来表示锅炉汽包的水位高度，水位显示装置通过连杆和压力传感器相连，显示水位高度。
压力式水位计具有结构简单、可靠性高的特点，但由于涉及到压力测量，需要进行一定的校验和维护，比较容易受到湍流和蒸汽冲击的干扰。
三、锅炉汽包水位控制1. 过热蒸汽水平控制过热蒸汽水平控制是通过控制进入过热器的蒸汽量来实现的。
当锅炉汽包水位过低时，控制系统会调整给水阀门的开度，增加给水量，以提高锅炉汽包的水位；当锅炉汽包水位过高时，控制系统会调整给水阀门的开度，减少给水量，以降低锅炉汽包的水位。
通过这种方式，可以保持锅炉汽包的水位在正常范围内。
2. 低水位保护低水位保护是为了防止锅炉汽包的水位过低而造成干燥燃烧，引发爆炸事故。
锅炉汽包水位控制系统
锅炉汽包水位控制系统摘要：锅炉是过程工业中必不可少的动力设备，锅炉控制装置，其主要的任务是保证锅炉的安全、稳定运行，同时减轻工作人员的劳动强度，确保人员的人身安全。
锅炉的汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，因此控制好汽包液位是很有必要的。
关键词：单冲量水位控制，CR-604锅炉专用液位计。
一、锅炉的工艺过程：锅炉是过程工业中必不可少的动力设备。
它所产生的蒸汽不仅可以供生产过程作为热源，而且还可以作为蒸汽透平的动力源。
随着工业生产过程规模的不断扩大，生产过程不断强化，作为全厂动力和热源的锅炉设备，亦向大容量、高参数。
高效率方向发展。
为确保锅炉生产的安全操作和稳定运行，对锅炉设备的自动控制也提出了更高的要求。
锅炉控制装置中的汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高会导致蒸汽带水进入过热器并在过热器内结垢，影响传热效率，严重的将引起过热管爆管；水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环，引起水冷壁局部过热而爆管。
锅炉给水调节对象可以用如下所示图1表示。
图1 锅炉给水调节系统框图二、影响汽包水位因素：2.1汽包水位H的主要有给水量W在给水量W的阶跃扰动下，水位H的响应曲线可以用图2来说明。
如把汽包及水循环系统当作单容量水槽，水位的响应曲线应该如图中的直线H1。
考虑到给水温度低于汽包内的饱和水温度，当它进入汽包后吸收了原有的饱和水中的一部分热量，使锅炉的蒸汽量下降，水面以下的汽包总体积Vs也相应减小，导致水位下降。
Vs对水位的影响可以用图中的曲线H2表示。
水位H的实际响应曲线是H1和H2的总和。
从图中可知，响应过程有一段迟延时间τ。
给水的过冷度越大，纯迟延时间也越大。
给水扰动下的传递函数可以近似表示为式中Ko为响应速度，即给水流量变化单位流量时，水位的变化速度2.2汽轮机的耗汽量D在耗气量D的阶跃扰动下，水位H的响应过程可以用图2来说明。
当耗气量D突然阶跃增加时，一方面改变了汽包内的物质平衡状态，使水位下降，图中H1表示把汽包当作单容对象时水位应有的变化；另一方面，由于耗气量D的增加，迫使锅内汽包增多；同时由于燃料量维持不变，汽包压力Pd下降，使水面以下的蒸汽泡膨胀，总体积Vs增大，从而导致汽包水位的上升，如图中H2所示。
锅炉汽包水位测量与控制
锅炉汽包水位测量与控制锅炉汽包是锅炉系统中一个非常重要的部件，它主要起到水蒸气分离和收集的作用。
而锅炉汽包水位的测量和控制则是锅炉运行的关键环节之一，影响着锅炉的安全性、经济性和运行稳定性。
1、压力法水位测量原理压力法水位测量是锅炉汽包水位测量中最常用的方法。
其原理是根据在流体中的静力学原理，测量压力头与液位高度之间的关系来确定液位高度的位置。
当锅炉汽包内水位越高，水柱所产生的压力头就越大。
为了测量水位高度，需要在锅炉汽包内外分别安装两个压力表，它们分别称为高压表和低压表。
高压表的作用是测量锅炉汽包内的蒸汽压力，而低压表则用于测量锅炉汽包内的水柱压力头。
当锅炉汽包内水位高度变化时，对应的液位高度也会改变，造成高压表和低压表的读数发生变化。
根据它们的差值可以计算出液位高度的位置。
这种方法机构简单，测量精度高，但同时还存在一些问题，如压力表的灵敏度难以保证，压力口防腐保温有难度等。
电导法水位测量是通过在锅炉汽包内部安装一对电极，利用电极与液位之间的导电性差异来测量水位高度的位置。
当电极位于液面上方时，两极之间没有导电现象；当电极位于液面下方时，电极间的导电现象则明显增加。
通过测量两极之间的电导差异，即可判断液位高度的位置。
电导法水位测量的优点是机构简单、维修方便，而且应用广泛。
唯一的缺点是电极会受到水垢、污物等物质的影响，导致测量偏差或完全失效。
超声波法水位测量是利用超声波的传播时间来测量液位高度的位置。
当锅炉汽包内水位高度缩短时，超声波在空气和水之间传播的时间也会变短，从而可以推算出液面的高度。
超声波法水位测量的优点是测量范围广、抗干扰能力强。
缺点是对于非标准形状的汽包，测量精度可能会有所下降。
锅炉汽包水位控制是保证锅炉正常运行和安全的重要措施之一。
当锅炉汽包内的水位处于正常水平时，锅炉的燃烧热效率可以得到充分发挥。
但是如果水位过高或太低，锅炉的运行就会受到极大影响，甚至引发爆炸等灾难性后果。
1、锅炉汽包水位过高的原因及控制方法（1）进水量过大或汽发量过小。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第1章绪论1.1概述锅炉作为一种把煤，石油或天然气等化石燃料所储藏的化石能转换成水或水蒸气的热能的重要设备，长期以来在工业生产和居民生活中都扮演着极其重要的角色，它已经有二百多年的历史。
换言之，锅炉是由气锅和炉子组成的。
炉子指燃烧设备，为化石燃料的化石能提供必要的燃烧空间；起锅是指加热设备，为汽水循环和汽水吸热以及汽水分离提供必要的吸热和分离空间。
根据锅炉在生产和生活中所起的作用不同，可将其分为电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉等。
其中电站锅炉主要用于发电；工业锅炉主要用于供给工、农业生产或驱动机械；而生活锅炉则主要用于提供热水及取暖。
随着工业生产规模的不断扩大，生产过程不断加强，生产设备不断革新，锅炉也向着大容量、多参数、高效率方向发展。
为确保安全，稳定生产，对锅炉设备的自动控制就显得十分重要。
1.2锅炉汽包水位传统控制方案及存在的问题汽包水位的控制问题伴随着锅炉的出现而出现，长久以来一直是控制领域的一个典型问题。
随着控制理论和控制技术的发展，锅炉自动化控制水平也在逐渐提高。
期间主要经历了上世纪三、四十年代单参数仪表控制，四、五十年代单元组合仪表综合参数仪表控制，以及六十年代兴起的计算机控制等几个阶段。
其控制方案通常有以下几种：（1）单冲量控制系统。
即汽包水位的单回路液位控制系统。
（2）双冲量控制系统。
即在单冲量系统的基础上引入了蒸汽流量信号。
（3）三冲量控制系统。
是在双冲量系统的基础上在引入给水流量信号而构成。
这些控制方案通常采用PID算法。
但是由于汽包水位具有大滞后、多变量、强耦合及非线性等特性，使得现有的基于经典控制理论和现代控制理论的控制系统都不能很好地对其进行控制。
其中，单冲量控制系统不能消除虚假水位带来的影响，对负荷变化的反应滞后，对给水流量的干扰也不能及时克服；双冲量系统引入蒸汽流量作为校正信号，虽然可以纠正“虚假水位”引起的误动作，也能提前发现负荷的变化，但同样不能及时克服给水流量的干扰；三冲量系统引入了给水信号，使其成为调节器动作后的反馈信号，能使调节器及早知道控制的效果，控制品质有了较大的提高，达到控制的稳、准、快，但增加了控制系统的负责程度和成本，同时，其PID参数Kp 、KI、Kd、也不容易整定，随着设备运行时间的增加和环境的变化，这三个参数可能需要不定期的重新整定，根据对包钢热电厂调查情况表明：其汽包水位的控制虽然引入了三冲量控制系统，但由于投产时间较长，出现了设备老化的现象，如使用这一控制系统，其参数就需要频繁进行整定，电厂的经济效益必然会受到严重的损害。
因此，目前该控制系统是在操作工人的干扰下进行人工控制。
1.3课题的提出及意义今年来，随着能源和环保意识的增强，以及国家的一系列相关政策的出台，对锅炉的运行控制提出了新的要求。
一台锅炉要能安全、可靠、有效地运行，使运行参数达到设计值，除锅炉本身设备和各种辅机完好外，还必须要求仪表的正常工作和自动控制系统设计方案正确。
如上所述，锅炉的控制系统中汽包液位是工业锅炉安全运行的一个十分重要的参数，是自动控制的重要环节，汽包液位保持在规定范围内是保证锅炉正常运行的必要条件。
“虚假水位”现象给水位控制带来了困难和挑战，原传统的三冲量控制系统虽然能有效避免“虚假水位”现象，但系统复杂，成本太高。
所以说开发出新型的水位控制系统，以解决目前水位控制系统在性价比方面的矛盾，为水位控制提出可靠、廉价、系统性能优良的解决方案，开发出能适应汽包水位控制低成本自动化系统已势在必行。
基于上述原因，我们有必要采用一种新型的控制方式，即使能控制系统的负责程度降低，又能达到设备的控制要求，同时，还要尽可能减少人工干扰。
对于锅炉这种多变量和耦合性强的控制对象，采用经典控制理论往往无法达到预期的目的，随着计算机在控制作用中的强大的记忆能力、逻辑判断能力、快速计算能力的发展，为实现复杂的控制算法提供了物质基础。
这样，就可以在锅炉控制中运用先进的控制理论和控制算法，有效地控制汽包水位，达到希望的水位静特性。
第2章锅炉工艺特点2.1锅炉的生产工艺简述受控对象是电厂型号为JG-220/9.8-Q型的粉煤锅炉，其结构如图2.1所示，现将其生产过程简介如下：锅炉是由“锅”和“炉”两大部分组成。
“锅”就是锅炉的水汽系统，“炉”是锅炉的燃烧系统。
图2.1 锅炉结构和工艺流程图Fig2.1Diagram of boiler structure and technological process该锅炉主要设计参数为：额定蒸发量：220t/h 额定蒸汽压力：9.8Mpa 额定蒸汽温度：540℃给水温度：215℃排烟温度：170℃锅炉的水汽系统其工作过程：给水由给水泵打入省煤器以后，在此加热成为汽包工作压力下的饱和水，进入汽包，然后然下降管进入炉膛四周的水冷壁，在此吸收炉膛中的热量气化后沿上升管回到汽包，从汽包中分离出的饱和蒸汽进入过热器，进一步吸收烟气中的热量变成过热蒸汽，送往汽轮机中做功，在汽轮机高压缸中做过功的蒸汽又被送回锅炉的再热器，第二次过热成为高温过热蒸汽，在送往汽轮机中、低压缸中继续做功。
锅炉燃烧流程是一个复杂过程：燃料与相应的送风量进入炉膛，燃料燃烧产生的热量被布置在炉膛四周的蒸发受热面吸收而产生蒸汽，蒸汽流进过热器加热成过热蒸汽，过热蒸汽由蒸汽管道送入汽轮机做功。
根据其生产流程，可画出压调节对象的方框图，如图2.2所示。
图2.2锅炉燃烧流程示意图Fig2.2Flow chart of burning system in the boiler2.2锅炉的系统要求锅炉做为发电厂的主要设备之一，其主要任务是根据外界负荷的变化，输出一定质量和相应数量的蒸汽给汽轮机，以满足用户的用电要求。
为满足负荷设备的要求，保证锅炉正常运行的安全性和经济性，提高锅炉的自动化水平，减少操作工人的劳动强度。
其主要控制任务如下：（1）保持汽包水位在规定的范围内：锅炉汽包水位的高度，关系到汽包分离的速度和生成蒸汽的质量，也是确保安全生产的重要条件。
随着科学技术的迅猛发展，现代锅炉则逐渐向着蒸发量大、汽包容积相对减小的方向发展，这样要是锅炉的蒸发量随时适应负荷设备的需要量，汽包水位的变化速度必然很快，稍不注意就容易造成汽包满水，或者烧成干锅。
如果汽包水位过高，蒸汽会带走过多水分和盐分，蒸汽进入过热器，并在过热管内结垢，影响传热效率，严重的会导致过热器爆管，直接影响机组运行的经济性和安全性。
如果汽包水位过低，就会影响自然循环的正常运行，严重时会是个别的上水管形成自由水面，产生流动滞后，知识水冷壁因供水不足而烧坏，因此，必须对汽包水位进行控制，将其严格控制在规定的发范围内。
现场要求控制在-5到+5厘米内。
（2）稳定蒸汽温度：过热蒸汽温度是发电厂锅炉设备的重要参数，要求比较严格。
由于过热器的作用是将从汽包出来的饱和蒸汽成为过热蒸汽，因此，过热器长期承受高温高压。
因此必须相当严格地将过热器温度控制在给定值附近，气温过高，会使过热器和汽轮机高压缸承受过高的热应力而损坏，同时也会使汽轮机内部引起过度的热膨胀，严重影响生产运行的安全，若蒸汽温度过低，会直接影响负荷设备的使用，对汽轮机来说，会影响它的相率。
因此，从安全生产和技术指标上看，必须对其进行控制，是蒸汽温度保持在额定值范围内。
（3）控制蒸汽压力稳定：蒸汽压力是衡量蒸汽供求关系是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要工艺参数。
蒸汽压力过高或过低，对于金属导管和负荷设备都是不利的。
因此，蒸汽压力是安全生产的需要，是维持负荷设备正常工作的需要，也是保证燃烧经济性的需要。
（4）控制炉膛负压在规定的范围内：炉膛负压的变化，反映了引风量与送风量的不相适应。
维持炉膛负压在一定范围内，对于过路的安全运行是有利的。
（5）保持烟气含氧量在一定范围内：要是锅炉燃烧过程出现最佳工况，提高锅炉的效率和经济性，必须是空气和燃料维持在适当的比例。
将过剩空气降低到接近理想水平而不出现一氧化碳和冒黑烟，这就需要快速而准确的对燃烧过程进行自动控制，是空气和煤出现最佳的配比。
否则，势必会增加热量损失，降低经济技术指标，并造成对周围经济的污染。
锅炉是一个比较复杂的控制对象，待控因素较多，还存在错综复杂的扰动因素，本文主要研究的就是其中一个重要的系统——汽包水位系统。
2.3发电锅炉对象的特点锅炉是一个十分复杂的受控对象，有许多个调节参数和被调参数。
还存在错综复杂的扰动参数，它具有如下特点：（1）多变量性。
为了保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，它有许多输入变量和输出变量。
锅炉对象的受控变量主要有汽包水位、过热蒸汽温度、过热蒸汽压力，炉膛负压和烟道气中的含氧量等五个参数，其主要输入变量有锅炉给水、燃料量、减温水量、送风量和引风量等。
可见，锅炉是一个多输入多输出的被控变量。
（2）相相互关联强。
锅炉是一个多输入多输出且相互关联强的系统，输入和输出变量之间存在许多交叉的影响。
例如，当锅炉负荷变化时，不仅会影响蒸汽压力和蒸汽流量，同时也会引起汽包水位、蒸汽温度、炉膛压力以及烟气中的含氧量发生变化。
根据现场经验和分析可知，许多关联十分强，如果不考虑这些关联，就难以获得良好的控制方法。
（3）具有非线性特性。
锅炉系统中有许多物理特性是非线性的，他的不少物理参数也不是常数，例如介质的比热，就不是常数。
随着温度的升高，在不同的温度下，每升高十度，所需要的热量大小是不同的。
另外，锅炉设备中有些参数是分散。
例如锅炉内的温度，在炉膛里面各处的温度是不同的。
（4）随机扰动因素多。
锅炉系统出了较多内部关联外，还受到一些外部扰动的影响。
如燃烧品质，管路阻力，运行状况，火焰中心移动及锅炉受热面结垢等，均属于外部随机扰动因素。
（5）锅炉对象的动态特性。
此受控对象不仅有较大的时间参数，而且还存在严重的纯滞后。
这是由于风、煤、水等在运行过程中的够需要一定的时间。
例如，在减温水流量扰动下，由于扰动地点与测量蒸汽温度的地点之间有着较大的距离，因此存在纯滞后，且滞后时间较大。
这里既包含传递滞后，也包括由于过热器管壁储热量和表面传热阻力造成的容量滞后。
综上所述，锅炉是一个具有多输入、多输出、多回路、内部关联强、随机扰动因随频繁，具有明显的时间滞后和非线性的受控对象，要把它控制好，具有较强难度。
第3章 锅炉汽包水位系统的动静态特性分析3.1.1锅炉汽包水位系统的动态方程式在蒸汽发生过程中，汽包内部可以看成是由蒸汽空间的蒸汽容积V D ，蒸发面以下的汽水容积，即汽容积V S 和水容积V W 三部分组成。
由于在汽包内要进行水和蒸汽两相物质的交换，考虑到燃料量对汽包影响有较大的滞后，影响十分缓慢，可以忽略不计，对于汽包压力的变化往往是由于蒸汽负荷变化引起的，压力的变化可以归并到蒸汽负荷中去，所以，压力的变化对于水位的影响也可以忽略不计。