汽包锅炉给水控制系统设计

目录

目录 (1)

1绪论 (3)

1.1锅炉汽包水位测量的重要性 (3)

1.2 锅炉汽包水位测量 (3)

2 控制系统总体结构设计 (4)

2.1 控制对象的选择 (4)

2.1.1 给水任务 (4)

2.1.2给水自动调节系统被 (4)

2.1.3被调量Ｈ变化的主要原因 (5)

2.2 整体结构设计 (7)

2.2.1控制方案 (7)

2.2.2 300MW机组给水控制过程 (9)

3 测量仪表选型 (13)

3.1 给水控制系统测量任务 (13)

3.1.1汽包水位的修正 (13)

3.1.2给水流量的校正 (13)

3.1.3主蒸汽流量的校正 (14)

3.2测量仪表的选型 (15)

3.2.1汽包水位测量方面 (15)

3.2.2给水流量测量方面 (17)

3.2.3主蒸汽流量测量方面 (18)

4 数据采集系统选型 (20)

4.1数据采集基本知识 (20)

4.2数据采集卡的主要性能指标 (20)

4.3 数据采集系统选型 (21)

4.3.1数据采集卡的选型 (21)

4.3.2 NI PCI-6221数据采集卡相关配件 (21)

4.2.3数据采集系统结构图如下 (24)

第五章：数据采集程序设计 (25)

5.1 LabVIEW数据采集介绍 (25)

5.2 基于LabVIEW平台的虚拟仪器程序设计 (25)

5.3数据采集程序设计 (26)

5.3.1配置采集任务 (26)

5.3.2程序设计步骤 (26)

6控制系统界面设计 (31)

6.1LabVIEW界面设计介绍 (31)

6.2控制系统界面设计 (31)

6.2.1锅炉给水操作控制面板图如下 (31)

6.2.2界面总图如下 (32)

分组说明 (32)

参考文献 (34)

汽包锅炉给水全程控制系统

1绪论

1.1锅炉汽包水位测量的重要性

对火力发电厂来说，锅炉汽包满、缺水事故是长期困扰其安全的重大恶性事故之一，究其原因，首先是因为锅炉汽包水位的测量技术尚有一些不完善，而另一个原因，则是缺乏对汽包水位测量技术的理解，这些都导致了恶性事故的屡屡发生。因此，可知保持锅炉汽包水位处于正常范围内波动是锅炉运行的一项重要安全性指标，必须对其进行透彻的理解。

锅炉气包水位是确保安全生产和提高优质蒸汽的重要变量。尤其对于大型锅炉，其蒸发量明显要高，气包容积相对较小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成气包满水或者缺水，甚至造成干锅。前者将使蒸汽带水，影响蒸汽品质，且长期运行会使过热器结垢；后者会引起锅炉爆炸的危险。

1.2 锅炉汽包水位测量

锅炉运行中，我们是通过水位测量系统来监视和控制汽包水位的。当汽包水位超出正常运行范围时，报警系统将发出报警信号，保护系统将立即采取必要的保护措施，以确保锅炉和汽轮机的安全。因此，锅炉汽包水位测量系统是机组安全运行的极端重要的系统，这也是锅炉给水控制系统的最主要任务。

2控制系统总体结构设计

2.1 控制对象的选择

此次设计对象为300MW机组锅炉给水控制，锅炉的主要参数如下表

300MW机组锅炉的主要参数。

2.1.1 给水任务

锅炉给水控制的任务是使给水量对应于锅炉的蒸发量，以保持锅炉运行过程中的汽水流量平衡，并维持汽包水位在正常的规定范围内波动。一般国产的300MW 机组的汽包锅炉蒸发量为1025t/h，而泡包的容积仅为30~40m³，汽包水位过高或过低都将危及锅炉的安全运行，因此，对于汽包锅炉来说，给水控制系统的主要任务是保证给水流量适应于锅炉蒸发量的要求，维持汽包水位在合适的范围内（正常情况下汽包水位限制在-50mm~+50mm 范围内变化）以保证机组的安全运行。2.1.2给水自动调节系统

被调对象的示意图如下：

2.1.3被调量Ｈ变化的主要原因

影响H 的原因有：给水量Ｗ，蒸汽量Ｄ，锅炉燃烧率Q 。

图2.2 ①给水流量w 对水位的干扰：

在平衡状态突然加大给水量，虽然给水量大于蒸发量，但由于温度较低的给水进入水循环系统后，要从原有饱和汽水中吸取一部分热量使得水面下气包容积有所减少，进入水系统的水首先去填补汽水管路中气包所让出的空间，只有当气包容积不再变化时，水位才随给水量的增加呈线性上升。由上述分析，给水量扰动时，水位调节对象有一定的惯性与滞后。

水位在给水扰动下的传递函数为： 其中τ──迟延时间 s ；ε──飞升速度

=

+01ε

G (s)s(τs 1)

图2.3 图2.4

②蒸汽负荷对水位的干扰：

当蒸汽用户设备用气量突然增大，单从物料不平衡考虑，汽包中蒸发量大于给水量，水位应该直接下降，如曲线

H1；但由于蒸汽负荷量突然增大时，汽

包中压力减小，汽水循环管路中的汽化

强度增加，蒸发面以下汽包容积增加而

引起水位上升，如曲线H2；因而在蒸

汽负荷量突然增大的起始瞬间，液位不

会下降，反而上升，出现“虚假液位”

现象，如曲线H；只有当气包容积与负

荷相应达到稳定后，水位才能反映出物

料的不平衡，开始下降。因此，蒸汽流

量扰动时，非但没有自平衡能力，而且

存在“虚假现象”，在控制系统的设计

中必须予以考虑。

图2.5

水位的变化为上述两者变化之和，即H(t)=H1(t)+H2(t) 传递函数也为两者之和，即

式中T ——H2的时间常数，约为10~20s;k ——H2的放大系数；ε──飞升速度。

③炉膛热负荷对水位的干扰

当燃料量突然增大时，传给锅炉的热量必然增加，上升管中的蒸发强度增大，蒸发面下的气包膨胀，使得液位上升，因而带来了蒸汽量及气包压力的增加，但此时给水量并未增加，因此，这种液位变化也属于“虚假液位”。但是热负荷由蒸汽压力控制系统来保证，因而它的影响是次要的。蒸汽量扰动主要取决于汽轮机的运行工况，属于外部扰动，锅炉燃烧率扰动其实也是一种间接的外部扰动。很显然这两种物理量是不可能作为调节汽包水位的调节手段的，调节作用量只能选择给水量。“虚假水位” (level swell)现象主要是来自于蒸汽量的变化，显然蒸汽量是一个不可调节的量（对调节系统而言），但它是一个可测量，所以在系统中需要引入这些扰动信息来改善调节品质。

2.2整体结构设计

全程给水系统流程图2.6

2.2.1控制方案

锅炉启动及低负荷阶段，汽包水位采用单冲量控制方式；达到一定负荷

后，控制系统能自动或手动切换到由蒸汽流量、给水流量和汽包水位信号组成的三冲量控制方式。在启动或低负荷运行过程中，由于锅炉需要供水量很小，常会造成使给水泵工作流量太小的情况，从而使泵得不到足够的冷却而引起泵的汽蚀，甚至振动。因此，在调节给水量的过程中，必须保证给水泵的工作流量不低于满足泵足够冷却的最小冷却水量。所以需要采用最小流量的控制方式，即设置给水泵再循环阀实现最小流量保护。

①单冲量水位控制系统如图2.7

单冲量水位控制系统是典型的单回路 图2.7

=

-+02k ε

G (s)Ts 1s

单冲量给水系统