锅炉控制方案

锅炉控制方案

一、工艺过程介绍

本控制对象是流程工业领域常见的自然循环锅炉，锅炉是用于生产蒸汽的装置，生产的蒸汽用于发电和提供热能，其工艺流程下图所示：

自然循环锅炉工艺流程图

锅炉上水流量为F1101，锅炉上水管线上设有上水泵出口阀XV1101，上水管线调节阀V1101，以及旁路阀HV1101。锅炉上水被分为两路。一路进入减温器E1101预热，预热后与另外一路混合进入省煤器E1102。两路锅炉上水管道上分别设有调节阀V1102和V1103。正常工况时，大部分锅炉上水直接流向省煤器，少部分锅炉上水流向减温器，其流量为F1102。汽包V1102顶部设放空阀XV1104，汽包压力为P1103。汽包中部设水位检测点L1102。在汽包中通过汽水分离得到的饱和蒸汽温度为T1102，经过炉膛汽相升温得到的过热蒸汽温度为T1103。

过热蒸汽进入减温器E1101，进行温度的微调。最终过热蒸汽压力为P1104，温度为T1104，流量为F1105。过热蒸汽出口管道上设调节阀V1105。

燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101的燃烧器，燃料流量为F1103，燃料压力为P1101，燃料流量管线设调节阀V1104，燃料泵出口阀XV1102。空气经由变频风机K1101送入燃烧器，变频器频率为S1101（被归一化到0—100%之间），空气量为F1104。

省煤器烟气出口处的烟气流量为F1107，温度为T1105。烟气含氧量A1101设有在线分析检测仪表。烟道内设有挡板DO1101。

炉膛压力为P1102，炉膛中心火焰温度为T1101，为红外非接触式测量，仅提供大致温度的参考。

二、锅炉汽包水位控制

1. 控制汽包水位的目的及作用

汽包水位是锅炉运行的重要指标，保证水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。水位的过高或过低都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不利的影响。首先水位过高会影响汽包内的汽水分离，饱和水蒸气将会带水过多，导致过热器管壁结垢并损坏，是过热蒸汽的温度严重下降。如以此过热蒸汽被用户用来带动汽轮机，即将因蒸汽带液损坏汽轮机的叶片，造成运行的安全事故。然而，水位过低，则因汽包内的水量较少，而负荷很大，加快谁的汽化速度，是汽包内的水量变化速度很快，若不及时加以控制，有可能汽包内的水将全部汽化，尤其对大型锅炉，水在汽包内的停留时间极短，从而导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。所以，必须对汽包水位进行严格的控制。

2. 影响汽包水位的变量

蒸汽流量和给水流量是影响汽包水位的重要因素。

（1）蒸汽流量对汽包水位的影响

当蒸汽量加大时，虽然锅炉的给水流量小于蒸发量，但在一开始，水位不仅不下降反而迅速上升，然后再下降；反之，蒸汽流量突然减少时，则水位线下降，然后上升，这种现象称之为“虚假水位”。（2）给水流量对汽包水位的影响

汽包水位在给水流量作用下的动态特性，下图是给水流量作用下的水位变化的阶跃响应曲线。

由于给水流量要比汽包水位内饱和水的温度低，所以给水流量增加后，需从原有饱和水中吸取热量，使水位下气泡容积减少。当水位下气泡容积的变化过程逐渐平稳时，水位将因汽包中储水量的增加而上升。最后水位下气泡容积不再变化时，水位变化就完全反映了因储水量的增加而直线上升。

3. 汽包水位的控制系统设计

为了能够同时控制给水干扰和蒸汽流量干扰，我们设计三冲量控制系统。

（1）控制变量与被控变量的选择

被控变量：汽包水位

被控变量：给水流量和蒸汽流量

（2）控制阀的选择

考虑到当给水信号消失时，可能会使锅炉因给水不足而造成的安

全事故，上水调节阀FV1101选择气闭式。

根据调节阀流量特性，选择等百分比调节阀。

（3）控制方案设计

双冲量控制系统对于单冲量控制系统存在的打三个问题——对给水干扰不能及时克服，同样不能解决。此外，由于控制阀的工作特性不一定完全是线性，做到静态补偿也比较困难，为此，把给水流量信号引入，构成三冲量控制系统。

下图所示的三冲量控制系统，实质上是前馈（蒸汽流量）-串级控制系统。

三冲量控制系统

三冲量控制方块图

（4）控制器正反作用的确定

汽包水位三冲量串级控制回路中，根据主、副控制器的正反作用的确定顺序为先副后主原则，首先确定其副回路给水流量控制器正反作用：

副回路：汽包液位控制回路中，管道上水流量调节阀为气闭式，为负作用，所以符号为负；当阀门开大时，汽包上水流量增大，所以被控对象为正作用，符号为正；测量变送器的符号为正；为使控制系统稳定，必须保证系统构成负反馈，所以汽包给水流量控制器为正作用。

主回路：将副回路看作正环节；测量变送器的符号为正；上水流量增大时，汽包的液位升高，所以被控对象为正作用，符号为正；为使控制系统稳定，必须保证系统构成负反馈，所以主控制器为负作用。

锅

炉

控

制

方

案

姓名：傅丽

学号：110240292

班级：自控1110