600MW机组给水自动控制毕业论文.doc
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1、600MW 机组给水自动控制 I 中文摘要 目前,大型火电单元机组都采用机、炉联合启动的方式,锅炉、汽轮机按 照启动曲线要求进行滑参数启动。随着机组容量的增大和参数的提高,机组在 启停过程中需要监视和控制的项目也就越来越多,因此人工操作、监视的方式 已远远不能满足运行的要求,而必须在启停过程中实现自动控制。这就需要有 全程控制系统。 汽包锅炉水位是锅炉运行中一个重要的监控参数。它间接的表示了锅炉 蒸汽负荷和给水量之间的平衡关系。维持汽包水位正常是保正汽轮机和锅炉安 全运行的重要条件。锅炉汽包水位过高,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。
2、汽包出口 蒸汽水分过多,也会使过热气温产生急剧变化,直接影响机主运行的安全性和 经济性。汽包水位过低,则可能破坏锅炉水循环,造成水冷壁管烧坏而破裂。 本论文结合元宝山发电厂的实际情况对其给水系统进行了全程控制设计, 论文比较详细的论述了控制系统的工作原理及特点,控制对象的动态特性,控 制系统的构成以及具体的控制方案与策略。 关键词:给水全程控制系统、汽包水位控制、串级三冲量控制 沈阳工业大学毕业设计(论文) II Abstract Current, large fire electricity unit machine a way for all adopting machine, boile
3、r uniting starting, boiler, vapor a machine according to start the curve request proceed the slippery parameter starts.Along with the aggrandizement of the machine a capacity with the exaltation of the parameter, machine an item for in start and stop process needing keeping watch on with control too
4、 more and more, the for this reason artificial operates, the monitoring way cant satisfy the request of the movement already and far and far, but must realizes in start and stop process the auto control.This need the whole distance control system. The vapor a boiler water level is a boiler to circul
5、ate inside to supervise and control the parameter importantly.It meant indirectly that the boiler steam carries with the equilibrium relation of the amount of water applied.Maintaining the vapor a water level normal is an important term to protect the positive vapor a machine to circulate with the b
6、oiler safety.Boiler vapor a water level over high, will affect the normal work that vapor an inside soda separate equip, making exit steam humidity excessive but made the hot machine take care of the wall knot dirty mark, burn easily bad over hot machine.A safety for exporting steam humidity excessi
7、vely, and also would making hot air temperature producing nasty upheaval turning, directly affecting machine lord circulating with economic.Vapor a water level over low, then may break the boiler water circulates, resulting in the cold wall in water tube burns bad but break. The actual circumstance
8、of the combinative coin in this thesis mountain power plant as to its water supply system proceeded whole distance control design, detailed treatise in thesis control work principle and characteristicses of the systems, control the dynamic characteristic of the object, control the composing of the s
9、ystem and in a specific way of control project and strategy. Key words: feedwater whole distance control system, drum water level control, serial class three element control 600MW 机组给水自动控制 III 目录 中文摘要I ABSTRACT.II 引言 .1 1、设计(论文)课题的目的及意义.1 2、设计(论文)课题的国内外现状及发展趋势.1 3、本课题研究的主要内容.1 1 给水全程控制系统综述.2 1.1 给水控
10、制概述.2 1.1.1 给水控制的任务 2 1.1.2 给水控制对象的动态特性2 1.2 给水全程控制系统概述.6 1.2.1 全程控制的概念 6 1.2.2 对给水全程控制系统的要求6 2 给水全程控制系统构成.8 2.1 串级控制系统论述 .8 2.1.1 串级控制系统概述8 2.1.2 串级控制系统的设计8 2.2 串级三冲量控制系统论述.9 2.2.1 单级三冲量控制系统9 2.2.2 串级三冲量控制系统11 2.3 给水全程控制系统 .14 2.3.1 在给水全程控制中测量信号的自动校正14 2.3.2 在给水全程控制中变速给水泵的安全工作区15 2.3.3 单元制锅炉给水全程控制方
11、案16 3 本套给水自动控制系统论述.18 3.1 给水热力系统简介.18 3.2 本套给水自动控制系统概述.18 3.3 控制过程分析.18 4 控制系统组态分析 .21 4.1 INFI-90 分散控制系统概述 .21 4.2 控制系统组态分析.22 4.3 硬件配置说明.22 4.4 控制系统的仿真.22 5 结论 .25 致谢 .26 参考文献 .27 附录:附录:给水自动控制系统 SAMA 图及组态图.28 600MW 机组给水自动控制 1 引言 1、设计(论文)课题的目的及意义 汽包锅炉给水自动控制的目的是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量,以维 持汽包水位在规定的范围内。 汽包水位是
12、锅炉运行中一个重要的监控参数。它间接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,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。汽包出口蒸汽中水分过 多,也会使过热汽温产生急剧变化,直接影响机组运行的安全性和经济性。汽 包水位过低,则可能破坏锅炉水循环,造成水冷壁管烧坏而破裂。 随着锅炉容量和参数的提高,汽包的容积相对减小,锅炉蒸发受热面的热 负荷显著提高。因此加快了负荷变化时水位的变化速度。 企图用人工控制给水量来维持汽包水位不仅操作繁重,而且是非常困难的。 所以,锅炉运行中迫
13、切要求对给水实现自动控制。 2、设计(论文)课题的国内外现状及发展趋势 目前,国内外汽包水位控制策略采用三冲量控制,模糊控制及 PID 自校准 与自调整的比较多,特别是前 2 种,其中模糊控制主要是朝智能化方向发展, 表现在模糊控制与智能控制的结合,采用遗传算法优化模糊控制等。主要解决 的问题是:规则的完整性、自校正主要采用不同的优化方法对参数进行自调整; 预测函数控制、广义预报自适应控制、模型参考自适应控制等基于模型的控制 方法发展的比较少,具体在实际应用过程中应用的则更少。 3、本课题研究的主要内容 本设计是针对元宝山发电厂的给水系统进行全程控制设计,该设计系统为 串级三冲量控制系统,需要
14、考虑到测量信号的校正、系统的无扰切换、手自动 的无扰切换以及各种报警设置等问题。从而完成该给水系统在从启动到额定负 荷和从额定负荷到停炉的全过程的给水控制。 沈阳工业大学毕业设计(论文) 2 1 给水全程控制系统综述 1.1 给水控制概述 1.1.1 给水控制的任务 汽包锅炉给水自动控制的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量,以 维持汽包水位在规定的范围内。 汽包锅炉水位是锅炉运行中一个重要的监控参数。它间接的表示了锅炉 蒸汽负荷和给水量之间的平衡关系。维持汽包水位正常是保正汽轮机和锅炉安 全运行的重要条件。锅炉汽包水位过高,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
15、管壁结垢,容易烧坏过热器。汽包出口 蒸汽水分过多,也会使过热气温产生急剧变化,直接影响机主运行的安全性和 经济性。汽包水位过低,则可能破坏锅炉水循环,造成水冷壁管烧坏而破裂。 随着锅炉容量的增大和参数的提高,汽包的容积相对减小,锅炉蒸发受 热面的热负荷显著提高,因此,负荷变化时水位的变化速度加快。 锅炉工作压力的提高,使给水管道系统相应复杂,因而对控制系统的功 能和调节机构的特性要求更高。 为减轻运行人员的劳动强度,保证锅炉的安全运行,实现给水系统的自 动控制是非常必要的。 1.1.2 给水控制对象的动态特性 汽包水位是由汽包中的贮水量和水下面的汽包容积所决定的,因此凡是引 给水母管 汽包 水
16、 循 环 管 路 过热器 省 煤 器 调节阀 600MW 机组给水自动控制 3 起汽包中贮水量变化和水面下的汽包容积变化的各种因素都是给水控制对象的 扰动。其中主要的扰动有:给水流量 W、锅炉蒸发量 D、汽包压力 P、炉膛热负 荷等。给水控制对象的动态特性是指上述引起水位变化的各种扰动与汽包水位 间的动态关系。 汽包炉给水控制对象结构如图所示。 影响水位的因素主要有:锅炉蒸发量(负荷 D) ,给水量 G , 炉膛热负荷 (燃烧率 M ),汽包压力 pb 。控制系统的物质平衡方程为: A(/-/)dH=Gdt-Ddt=(G-D)dt 将上式进一步变换得: A(/-/) =G-D 令 C= A(/
17、-/),则上式变为: C =G-D 式中 H 汽包水位,m 或 cm; A 汽水分离面积,m2或 cm2; /水的密度,t/m3或 kg/cm3; /蒸汽密度,t/m3或 kg/cm3; D蒸发量,t/h 或 /kg/s; G给水量,t/h 或 kg/s; C容量系数。 容量系数 C 是用来表征锅炉的结构系数的,而它的动态特性则往往用飞升 速度或飞升时间来表征。 对于汽包炉来说,由飞升速度的定义知: =()max/Z=()max/Hmax= dt dy dt dH max max D)-(G C 1 H 式中 飞升速度。 把扰动量即水位变化量转成用相对量表示的水位变化范围,通常的水位 允许变化
18、范围为200mm,这个范围扰动量的相对极限值为 100%。上式中 ()max=max dt dH )( 1 DG C 右边一项表示汽包内工质的变化量,当给水量 G=0,而蒸发量为最大时,变化 量最大,因此有: ()max= max dt dH D C 1 可见这时的扰动量是下降的。故有: dt dH dt dH 沈阳工业大学毕业设计(论文) 4 = max/-H max=(D max /H max)1/A(/-/) 式中 Dmax锅炉最大的蒸发量; H max 水位变化允许的最大范围。 飞升时间 Ta为 Ta= 。 对于蒸发量为 100230t/h 的单汽包炉,当水位变化100mm 时, Ta
19、=6030s,对于蒸发量为更大的汽包炉 Ta=30s,它的意义在于当锅炉在满负 荷运行时,如果突然停止供水,则由于蒸发量和给水量的不平衡造成水位迅速 下降,在 30s 内将下降 200mm,或者换句话说,如果给水量减少 10%,经过 30s 的时间,水位将下降 20mm。 1.1.2.1 给水流量扰动下水位的动态特性 从物质平衡的观点来看,加大了给水量,水位应立即上升。但是实际上并 不是这样,而是经过一段迟延,甚至先下降后上升。这是因为给水温度远低于 省煤器的温度,即给水有一定的过冷度,水进入省煤器后,使一部分汽变成水, 特别是沸腾式省煤器,给水减轻了省煤器内的沸腾度,省煤器内的汽包总容积 减
20、少。因此,进入省煤器内的水首先用来补偿省煤器中因汽泡破灭、容积减少, 而降低的水位,经过一段迟延甚至水位下降后,才能因给水量不断从省煤器进 入汽包而使水位上升。在此过程中,负荷还未发生变化,汽包水位仍然在蒸发, 因此水位也有下降的趋势。 水位在给水扰动下的传递函数可表示为: WOW(s)= H(s)W(s)=/s(1+s) 式中 延迟时间,s; 响应速度,即给水流量改变一个单位流量时,水位变化速 度。 W H W t t 2-1 给水流量阶跃扰动下的水位响应曲线 D C 1 1 600MW 机组给水自动控制 5 1.1.2.2 蒸汽流量扰动下的水位的动态特性 蒸汽流量扰动主要来自汽轮机发电机组
21、的负荷变化,属外部扰动。蒸汽流 量 D 扰动下水位变化的阶跃响应曲线如图2-2 所示。当蒸汽流量突然阶 跃增大时,由于汽包水位对象是无自平衡能力的,这时水位应按积分规 律下降,图 2-2 中 H1 曲线所示。但是当锅炉蒸发量突然增加时,汽包 水下面的汽包容积也迅速增大,即锅炉的蒸发量增加,从而使水位升高, 因蒸发强度增加是有一定限度的,故汽包容积增大而引起水位变化可用 惯性环节特性来描述H2 曲线,实际水位变化曲线H。 当锅炉蒸汽负荷增加时,虽然给水流量小于蒸发量,但水位不仅不 下降, H 反而迅速上升(反之,当负荷减少时,水位反而下降),这 种现象称为 “虚假水位 ”现象。这是因为在负荷变化
22、的初始阶段,水面下 汽泡的体积变化很快,它对水位的变化起主要影响作用的缘故,因此水位随汽 泡体积增大而上升。 只有当汽泡容积与负荷适应而不再变化时,水位的变化就仅由物资平 衡关系来 定,这时水位就随负荷增大而下降,呈无自平衡特性。 蒸汽流量扰动下的水位响应特性可用下述传递函数表示: WOD(s)=H(s)/D(s)=K2/1+T2(S) /s 式中 T2H2 曲线的时间常数; K2H2 曲线的放大系数; H1 曲线的响应速度。 上述蒸汽流量扰动下的水位控制对象动态特性,只是从蒸发强度变 化对汽包容积的影响方面说明水位的特点。实际上,改变汽轮机的用汽 量引起的蒸汽流量的阶跃扰动,必定引起汽压的变
23、化,汽压的变化也会 影响到水面下汽泡的体积变化,所以实际的虚假水位现象会更严重些。 1.1.2.3 炉膛热负荷扰动下水位控制对象的动态特性 当燃料量扰动时,例如燃料量增加使炉膛热负荷增强,从而使炉锅 炉蒸发强度增大。若此时汽轮机负荷未增加,则汽轮机侧调节阀开度不 变。随着炉膛负荷增加,锅炉出口压力提高,蒸汽流量也相应增加,这 样蒸汽流量大于给水流量,水位应该下降。但蒸发强度增大同样也使水 沈阳工业大学毕业设计(论文) 6 面下汽泡容积增大,因此也会出现虚假水位现象。 影响水位的因素除上述之外,还有给水压力、汽包压力、汽轮机调节阀门 开度、二次风量分配等,不过这些因素几乎都可以用 D、M、G 的
24、变化体现出来。 为了保证汽压的稳定,燃料量和蒸发量必须保持平衡,所以这两者往往是一起 变化的,只是先后的差别。给水量是内扰,其他是外扰。 1.2 给水全程控制系统概述 1.2.1 全程控制的概念 目前,大型火电单元机组都采用机、炉联合启动的方式,锅炉、汽轮机 按照启动曲线要求进行滑参数启动。随着机组容量的增大和参数的提高,机组 在启停过程中需要监视和控制的项目也就越来越多,因此人工操作、监视的方 式已远远不能满足运行的要求,而必须在启停过程中实现自动控制。所谓全程 控制系统是指机组在启停过程和正常运行时均能实现自动控制的系统。全程控 制包括启停控制和正常运行工况下控制两方面的内容。常规控制系统
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