锅炉汽包给水控制

过程控制系统设计与实践

工艺过程及要求

6号课题：锅炉汽包给水控制系统（该题目不要有任何改动）

该课题由第六组4名同学完成。

汽包水位是影响锅炉安全运行的重要因素，水位过高会破坏汽水分离装置的正常工作，水位过低会引起水冷壁破裂。锅炉汽包给水控制的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，使汽包中水位保持一定范围内。工艺上要求：

1)正常运行时水位波动范围：±30～50mm。

2)异常情况：±200mm。事故情况：>±350mm。

3)出现事故时能进行报警。

4)保持稳定的给水量。给水量不应该时大时小地剧烈波动，否则对省煤

器和给水管道的安全运行不利。

图1 汽包给水系统工艺流程图

目录

1 引言 (1)

1.1 论文选题背景 (1)

1.2 锅炉汽包给水系统 (1)

1.2.1 工作过程 (1)

1.2.1 控制对象及控制任务 (1)

2 给水控制基本方案 (2)

2.1 单冲量控制系统 (2)

2.2 双冲量控制方案 (3)

2.3 三冲量控制系统 (4)

2.4 几种控制方案的比较 (4)

2.5 最优方案 (5)

3 系统的实现 (6)

3.1 引起“虚假水位”原因分析 (6)

3.2 汽包水位检测元件 (7)

3.2.1 测量的问题 (7)

3.2.2 检测元件的型号选择 (8)

3.2 给水阀的选择 (8)

3.2.1 气开气关的选择 (8)

3.2.2 调节阀的型号选择 (8)

3.3 调节器的选择 (9)

3.3.1 控制规律与正反作用确定 (9)

3.3.2 调节器的型号选择 (10)

3.3 流量检测元件的选择 (10)

3.4 仪器仪表清单 (11)

4 结束语 (12)

参考文献 (13)

附录..................................... 错误！未定义书签。

1 引言

1.1 论文选题背景

锅炉是典型的复杂控制系统，其中锅炉汽包水位是锅炉运行中的重要参数，同时，它还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志，维持锅炉汽包水位在规定的范围内，是锅炉正常运行的主要指标之一。因此要时刻掌握锅炉汽包的液位情况，研究汽包液位的检测原理，保证仪表检测装置的检测精度是非常有必要的。

1.2 锅炉汽包给水系统

1.2.1 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，然后沿下降管进入炉膛四周的水冷壁，在此吸收炉膛中的热量汽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。如图1所示锅炉给水系统结构。

1.2.1 控制对象及控制任务

汽包水位反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件，这是因为：①汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽水分过多而使过热器管壁结垢，容易烧坏过热器，也会使饱和水蒸气温度急剧下降，该过热蒸汽作为气轮机动力的话，将会损坏气轮机叶片，影响运行的安全性和经济性。②水位过

低，则由于汽包内的水量转少，而负荷很大时，如不及时调节就会使汽包内的水全部液化，导致水冷壁馆烧坏而破裂，甚至引起爆炸。因此，锅炉汽包水位必须严加控制。

影响汽包水位的因素主要有锅炉蒸汽流量、给水流量、汽包水位。锅炉给

水控制的任务主要是保持汽包水位的正常，使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，保持汽包水位在给定的范围内变化。

1—给水母管 2—给水调节阀 3—省煤器 4—汽包 5—下降管 6—上升管

7—过热器

8—蒸汽母管

图1 锅炉的给水系统

显然，在锅炉给水自动控制系统中，应以汽包水位H 作为被控参数。汽

包水位不仅受汽包中储水量的影响，亦受水位下气泡容积的影响。而水位下气泡容积与锅炉的负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。因此，影响水位变化的因数很多，其中主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量D ）、给水流量W 。

2 给水控制基本方案

2.1 单冲量控制系统

单冲量水位控制系统是以汽包水位测量信号为唯一的控制信号。

这种控制

1

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结构简单，是单回路定值控制系统，在汽包内水的停留时间较长，负荷又比较稳定的场合下再配上一些锁报警装置就可以安全操作。

然而，在停留时间较短，负荷变化较大时，采用单冲量水位控制系统就不能适用。这是由于：①负荷变化时产生的“虚假水位”将使调节器反向错误动作，负荷增大时反向关小给水调节阀，一旦急剧汽化平息下来，将使水位严重下降，波动厉害，动态品质很差。②负荷变化时，控制作用缓慢。即使“虚假水位”现象不严重，从负荷变化到水位下降要有一个过程，到阀门的动作已滞后一段时间。如果水位过程时间常数很小，偏差必然相当显著。③给水系统出现扰动时，动作缓慢。假定给水泵的压力发生变化，进水流量立即变化，然而到水位发生偏差而使调节阀动作，同样不够及时。

为了克服上述这些矛盾，可以不仅依据水位，同时也参考蒸汽流量和给水流量的变化，则可用双冲量或三冲量控制系统来控制给水调节阀，能收到很好的效果。

2.2 双冲量控制方案

双冲量锅炉给水控制系统，是以锅炉汽包水位测量信号作为主控制信号，以蒸汽流量信号作为前馈信号构成的锅炉汽包水位自动控制系统。在汽包的水位控制中，最主要的扰动是负荷的变化。

用双冲量控制系统的特点是：①引入蒸汽流量前馈信号可以消除“虚假水位”现象对控制的不良影响。当蒸汽流量变化时，就有一个给水量与蒸汽量同方向变化的信号，可以减少或抵消由于“虚假水位”现象而使给水量与蒸发量相反方向变化的错误方向。而调节阀一开始就向正确的方向动作。因而能极大地减少给水量和水位的波动，缩短过渡过程的时间。②引入蒸汽流量前馈信号，能够改善控制系统的静态特性，提高控制质量。

双冲量水位自动控制系统存在的问题是：控制作用不能及时地反映给水方