锅炉汽包水系统设计

目录

目录 (1)

第1章绪论 (2)

1.1 概述 (2)

1.2 锅炉的工作过程简介 (2)

第2章锅炉汽包水位动态特性分析 (3)

2.1汽包水位在给水流量W作用下的动态特性 (3)

2.2汽包水位在蒸汽流量D扰动下的动态特性 (4)

第3章锅炉汽包水位的控制方案 (5)

3.1单冲量控制方式 (5)

3.2双冲量控制方式 (5)

3.3我选择的控制方式 (7)

第4章仪器仪表的选择与参数的整定 (7)

4.1液位变送器的选择 (7)

4.2 控制器的选择 (8)

4.3 执行器的选择 (9)

4.4 控制器的作用方式 (10)

4.5 阀的开闭选择形式 (10)

4.6工程整定 (10)

参考文献: (14)

第1章绪论

1.1 概述

汽包水位是锅炉运行的重要指标，是一个非常重要的被控变量。维持水位在一定范围内是保障锅炉安全运行的首要条件，液位过高, 会使蒸汽带水过多, 汽水分离差, 使后续的过热器管壁结垢, 传热效率下降, 过热蒸汽温度下降, 严重时将引起蒸汽品质下降, 影响生产和安全; 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损坏, 严重时会发生锅炉爆炸。因此, 在锅炉运行中, 保证汽包水位在正常范围是非本设计是锅炉汽包水位控制系统的设计，锅炉汽包水位的良好控制是保证系统输出蒸汽温度稳定的前提。经分析后采用二冲量的控制方式。

1.2 锅炉的工作过程简介

锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备，锅炉的任务是根据外界负荷的变化，输送一定质量(汽压、汽温)和相应数量的蒸汽。它所产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反应、干燥等过程提供热源，而且还可以作为风机、压缩机、泵类驱动透平的动力源。

锅炉是由“锅”和“炉”两部分组成的。“锅”就是锅炉的汽水系统，如图所示。由省煤器3、汽包4、下降管8、过热器5、上升管7、给水调节阀2、给水母管1及蒸汽母管6等组成。锅炉的给水用给水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收烟气的热量，使温度升高到本身压力下的沸点，成为饱和水然后引入汽包。汽包中的水经下降管进入锅炉底部的下联箱，又经炉膛四周的水冷壁进入上联箱，随即又回入汽包。水在水冷壁管中吸收炉内火焰直接辐射的热，在温度不变的情况下，一部分蒸发成蒸汽，成为汽水混合物。汽水混合物在汽包中分离成水和汽，水和给水一起再进入下降管参加循环，汽则由汽包顶部的管子引往过热器，蒸汽在过热器中吸热、升温达到规定温度，成为合格蒸汽送入蒸汽母管。

“炉”就是锅炉的燃烧系统，由炉膜、烟道、喷燃器、空气预热器等组成。锅炉燃料燃烧所需的空气由送风机送入，通过空气预热器，在空气预热器中吸收烟气热量，成为热空气后，与燃料按一定的比例进入炉膛燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽。然后经过过热器，形成一定的过热蒸汽，汇集到蒸汽母管。具有一定压力的过热蒸汽，经过负荷设备调节阀供负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，其中含有大量余热，除了将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还预热锅炉给水和空气，最后经烟囱排入大气。

6

1

图1 锅炉的汽水系统

第2章 锅炉汽包水位动态特性分析

2.1汽包水位在给水流量W 作用下的动态特性

图2.1是锅炉汽包水位在给水流量作用下，水位的阶跃响应曲线。把汽包水位看作单容

量无自衡过程，水位的阶跃响应曲线如图中的Hl 线。

t W H1

H

t

H

图2给水流量作用下水位阶跃响应

但是由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，所以给水流量增加后，从原有饱和水中吸

收部分热量，这使得水位下汽泡容积有所减少，当水位下汽泡容积的变化过程逐渐平衡时，水位的变化就完全反映了由于汽包中储水量的增加而逐渐上升。因此，实际水位曲线如图中的弯线，即当给水量作阶跃变化后，汽包水位一开始不立即增加，而要呈现出一段起始惯性段。用传递函数表示时

n

S T S k s W s H S G )1()()()(111+== 2-1 式中K1—反应速度，即给水流量改变单位流量时水位的变化速度，单位为毫米/秒或(吨

/小时)。

从式2-1可知，汽包水位在给水流量作用下的动态特性由一个积分环节和一个滞后环节

所组成，K1、T1的数值可通过实验测试求得，数值的大小同锅炉的结构有关。有些锅炉当给水量增加时，在较长的一段时间里，汽包水位并不增加，有一较长的起始惯性段，对于这种锅炉用式2-2来表示它的动态特性，误差较大，这时可选用下面近似计算：

s e S

k s W s H τ-=0)()( 2-2 式中，τ —给水量扰动后的纯滞后时间，对非沸腾式省煤器的锅炉，τ 这时为30至

100秒;对于沸腾式省煤器的锅炉，τ 为100至200秒;K0一水位的反应速度。给水温度越低，时滞τ 亦越大。

总之，汽包水位调节对象在给水量作用下，具有纯迟延和惯性，无自衡能力。具体特性

可用二种形式来描述，究竟采用何种形式，可根据锅炉结构和汽化强度来定。

2.2汽包水位在蒸汽流量D 扰动下的动态特性

在蒸汽流量刀扰动作用下，水位的阶跃响应曲线如图2.1所示。当蒸汽流量突然增加，

从锅炉的物料平衡关系看，蒸汽流量D 大于给水量，水位应下降，如图中曲线H1。但实际并非如此，由于蒸汽用量增加，瞬间导致汽包压力的下降。汽包内水的沸腾突然加剧，水中汽泡迅速增加，由于汽泡容积增加而使水位变化的曲线如图中的H2线。因此，实际的水位曲线为H1+H2，即为图中的H 。从图中可以看出，当蒸汽负荷增加时，水位不仅不下降反而上升，然后再下降(反之，蒸汽流量突然减少时，则水位先下降，然后再上升)，这种现象称之为“虚假水位”。当汽水混合物中汽泡容积与负荷相适应达到稳定后，水位才反映出物料的不平衡，开始下降。应该指出，当负荷阶跃改变时，水面下汽泡容积变化引起的水位变化是很快的，图2.3中H2的时间常数只有10~20秒。蒸汽流量扰动时，水位变化的动态特性可表示为:

n

f S T k S k s D S H s G )1()()()(222++-== 2-3

式中，Kf 响应速度，即蒸汽流量变化单位流量时，水位的变化速度，单位为毫米/秒或(吨

/小时)。

K 响应曲线玩的放大系数

T2 响应曲线的时间常数

H

H1

H2

H

t

图3 蒸汽流量扰动下水位阶跃响应

“虚假水位”变化的幅度与锅炉的汽压与蒸汽量有关，对于一般100一230吨/小时的中

高压锅炉，如负荷阶跃变化10%时，“虚假水位”现象可使水位变化达30一40毫米。由于“虚假水位”现象属于反向特性，其出现的水位最大偏差很难依靠调节来克服，如果要求水位波动不能太大，只有限制负荷D 的变化速度或限制负荷一次变化量。

由此可见，汽包水位调节对象在蒸汽流量扰动下，非但没有自平衡能力，而且存在着“虚

假水位”现象，“虚假水位”的变化速度很快，变化幅度与蒸发量扰动大小成正比，也与压力变化速度成正比，在设计调节系统时必须考虑。