火电厂给水系统仿真学士学位论文.doc
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1、金陵科技学院学士学位论文 目录 目 录摘 要IIIAbstractIV第一章 绪 论11.1 课题的研究背景及意义11.2 我国火力发电厂的发展方向11.3本课题设计的内容2第二章 给水控制系统原理32.1 给水控制系统的任务32.2水位控制系统的构成32.2.1 测量部分32.2.2 调节器部分42.2.3 执行器部分42.2.4 常规的汽包水位控制系统4第三章 给水控制系统结构分析及策略研究53.1 给水调节对象的动态特性53.2 汽包水位的测量63.2.1 汽包水位信号的测量与补偿63.2.2 给水流量信号的补偿63.2.3 蒸汽流量的测量63.3系统扰动分析73.3.1 给水流量扰动7
2、3.3.2 蒸汽流量扰动83.3.3 燃料量扰动103.3.4其他扰动10第四章 给水三冲量系统的整定114.1 单级三冲量给水控制系统的参数整定114.1.1主、副调节器的参数整定114.1.2 前馈通路的参数整定124.2 串级三冲量给水控制系统的参数整定134.2.1 主、副调节器的参数整定134.2.2 前馈通路的设计15第五章 给水三冲量系统的仿真175.1 单级三冲量给水控制系统的MATLAB仿真175.1.1主、副回路的仿真175.1.2前馈通路的仿真195.2 串级三冲量给水控制系统的MATLAB仿真225.2.1 副回路的仿真225.2.2 主回路的仿真235.2.3 前馈通
3、路的仿真245.3 单级三冲量给水控制系统与串级三冲量给水控制系统比较28参考文献31致 谢33IV火电厂给水控制系统仿真摘 要虽然现在新能源发电领域比较火爆,但至今火力发电厂依然在我的的发电领域中拥有很重要的地位。我国虽然还是发展中国家,但是近年来GDP的增长已经处于世界的前列,当然对于电力的需求也越来越高,而且我国近年来对环境的保护和资源的利用也更加重视,所以随之我国的发电厂的建设开始向大容量、高参数的大型机组靠近。锅炉给水控制系统是火力发电厂中极其重要的控制系统之一。其中,我们一般都重点来研究锅炉的汽包水位,由此我们也能够了解锅炉是否处在平衡的状态。因此,电力工程师和研究者都把目光放在给
4、水控制系统的上面,经过好几次的更新优化,同时这还是火电厂发展一直以来需要优化的方面。首先先分析了控制原理和基本的机构,然后分析汽包水位,主要研究三冲量,将单级三冲量与串级三冲量进行了比较,最后通过仿真确定使用串级三冲量更优。关键词:火力发电厂;给水控制系统;汽包水位金陵科技学院学士学位论文 目录 金陵科技学院学士学位论文 Abstract Simulation of water supply control system in thermal power plantAbstractAlthough the new energy field is hot, but the thermal pow
5、er plant is still in power in my field has a very important position. Although China is still a developing country, but in recent years, the growth of GDP has been at the forefront of the world, of course, demand for electricity is also more and more high, and the use of China in recent years, the p
6、rotection of the environment and resources is becoming more and more attention, so will Chinas power plant construction began to large capacity, high parameter large near the unit.Boiler feedwater control system is one of the most important control system in thermal power plant. Among them, the drum
7、 water level we usually focus on the boiler, thus we can know whether the boiler being in balance. Therefore, power engineers and researchers have focused on water supply control system, after several times of updating, it is also the development of the thermal power plant has been the need to optim
8、ize the.First analysis the control principle and the basic mechanism, and then analyzes the three impulse, will single stage three impulse and on three impulses are compared, finally determined by simulation using cascade three impulse is better.Key words:Thermal power plant; water control system; w
9、ater level金陵科技学院学士学位论文 第1章绪论 第1章 绪 论1.1 课题的研究背景及意义虽然现在新能源发电领域比较火爆,但至今火力发电厂依然在我的的发电领域中拥有很重要的地位。我国虽然还是发展中国家,但是近年来GDP的增长已经处于世界的前列,当然对于电力的需求也越来越高,而且我国近年来对环境的保护和资源的利用也更加重视,所以随之我国的发电厂的建设开始向大容量、高参数的大型机组靠近。锅炉给水控制系统是火力发电厂中极其重要的控制系统之一。其中,我们一般都重点来研究锅炉的汽包水位,由此我们也能够了解锅炉是否处在平衡的状态。因此,电力工程师和研究者都把目光放在给水控制系统的上面,经过好几次
10、的更新优化,同时这还是火电厂发展一直以来需要优化的方面。1.2 我国火力发电厂的发展方向 大约在1980年左右,我国从国外引进了第一个火电机组(亚临界火电机组)。我国也对此进行了优化和改进,使得国华宁海火电厂也进入世界火电厂的前列,但引进的亚临界火电机组存在严重的问题,这些问题不仅仅在于火电厂的效率上,而且也限制了我国火电厂的进一步的发展和进步。通过借鉴国际上的经验发展的超临界火电机组也存在一些问题。因此,我国应该大规模的发展超超临界火电机组。以下为各个类型的火电机组的参数和效率,亚临界的参数为16.7兆帕/538摄氏度/538摄氏度,供电热效率约为百分之三十八,超临界的参数为24.1兆帕/5
11、38摄氏度/538摄氏度,供电热效率约为百分之四十一,而超超临界的参数为27.5兆帕/580摄氏度/580摄氏度,其供电热效率约为百分之四十三。通过三者的比较,我们可以看出超超临界机组的效率是最高的。超超临界的煤电机组发电效率可以达到40%-43%,目前,我国的燃煤电厂已经开始大范围使用超超临界技术,处于世界领先水平。开展超700超超临界发电机组的锅炉、汽机、辅机以及高温材料等关键技术研究,为“十三五”期间实现工程示范打下基础,主要技术指标:压力30MPa,蒸汽温度700,机组容量600MW;锅炉效率94%;发电机额定功率600MW;汽轮机热耗6950Kj/KWH,机组循环效率48.37;发电
12、机效率99。当然,除了超超临界技术外还有高超临界,但需要材料、锅炉等方面的技术进一步改进,但是还有一些技术没有解决。35金陵科技学院学士学位论文 第1章绪论 1.3本课题设计的内容主要介绍火力发电厂给水控制系统的原理和结构,及其如何安全稳定运行,本文重点分析了三冲量系统,并结合MATLAB仿真来比较单级三冲量系统和串级三冲量的系统的差别,最后总结出一个更好的方案。结合火力发电厂单机组的控制系统,设计出给水控制系统的数学模型。主要分析内扰和外扰,在串级控制中,其中内回路主要是采用P控制来控制给水扰动,而外回路我们一般会采取非线性PID控制的方法使得汽包水位保持在我们的给定值,该控制策略结构和算法
13、简单,但能够有效的克服蒸汽流量的扰动,且通过仿真结果可以发现,通过这样的一种方法与一般的串级控制方法相比较,其稳定性更好,而且在一些参数的影响下能够保持一些特性不变,即能够特别成功地克服内扰和外扰。金陵科技学院学士学位论文 第2章 给水控制系统原理 第2章 给水控制系统原理2.1 给水控制系统的任务火力发电厂系统中一个极其重要的一个组成的部分是给水控制系统,这就造成了一种不管在什么情况下,给水控制系统都要不停的往锅炉中输入水。在这其中,给水泵担任的角色是一个给水系统的心脏作用。传统的小一点容量的机组在正常的情况下采用的是定速水泵再加上一个给水操作平台的工作方式,但是如果机组的容量变大的话,操作
14、平台里面的调节阀承受的压力会随着机组容量的变大而将压力差变大,但是这样会造成一个节流损失的加重,这样安全性和经济性就不能得到了充分的保证。正是因为上述的原因,所以现在很多的大容量或点击组就改变了给水方式,由以前的定速给水方式变成了现在的变速给水方式,正常情况下。运行泵的作用是由汽动给水泵来担任的,与此同时也可以分情况使用,在有事故的时候或者在启动阶段的时候可以使用电动给水泵,但是在平时的时候就可以将它作为备用泵使用。一个锅炉中,是由一系列的系统组成的,这些系统有燃烧系统,汽温控制系统还有给水控制系统和辅助控制系统。这些系统是衡量一个锅炉是否正常运行的一个重要指标,锅炉能安全运行的重要标准是一定
15、要将水位保持在一个指定的范围内,锅炉的安全运行时不能允许水位的幅度波动的,这样会给锅炉的运行带来不好的影响。如果水位是过于高的话,这样汽包的水汽就会迅速分离,这样的后果就是水蒸气带水太多,会对锅炉的运行造成安全影响,可能导致重大事故的发生,过高时不好的,那么过低的话,就会因为汽包内的水量小,造成锅炉的负荷超载,这样会使水的气化速度变快,谁的气化速度变快的话就会使汽包内的水量变化速度加快,在没有外界控制环节的加入时,这样就会到时汽包内的水变得化。 所以我们可以知道,给水控制系统其实就是为了将汽包水位维持在一个特定的正常范围值内的。给水控制对象的被控量是汽包水位H。水位的变化水手很多的因素干扰的,
16、有有锅炉给水量w、蒸发量D、汽包压力等。2.2水位控制系统的构成水位控制系统一般都是由测量部分、调节器部分、执行器部分和调节阀部分等方面组成,下面我们对其分别加以分析。2.2.1 测量部分大部分的水位控制系统的测量通常是采用双室平衡容器接差压变送器的方式,如图2-1所示。图2-1 常用汽包水位测量原理2.2.2 调节器部分调节器部分在一般情况下可以由两种方式来完成,分别为单元组合式仪表和计算机控制系统两种方式。这两种方式都是把测量到的信号与我们的给定值加以比较和计算从而得到一个偏差值,接着我们将其进行数学运算,之后就把运算到的结果发送给执行器。2.2.3 执行器部分执行器部分,一般情况下我们会
17、采用电动式的执行器再加上调节阀。其作用是将发送过来的偏差信号和位置发送器的反馈信号相比较,在运用放大器来放大信号,以此来驱动伺服电动机,来带动调节阀,从而达到改变水流量的目的。2.2.4 常规的汽包水位控制系统水位控制系统一般情况下是由四个方面组成的,分别为调节器、执行器、调节阀和变送器。测量部分得到的汽包水位的数值与一开始给定的数值通过调解器进行对比,当两者不相等的时候,则会产生偏差值。而后调节器会接收到这样的偏差信号,随之按照确定的运算规律运算后输出控制信号,然后再输送给执行器,执行器再经过运转,随之调节阀的开度也得到了改变,从而使得供给汽包的水流量发生改变,从而使被控参数(汽包水位H)回
18、到给定值上来。金陵科技学院学士学位论文 第3章 给水控制系统结构分析及策略研究 第3章 给水控制系统结构分析及策略研究3.1 给水调节对象的动态特性汽包水位是火电厂给水调节系统的最关键的指标,保持汽包水位在特定的范围内是确保锅炉和汽轮机节能安全运行的首要条件。给水控制系统的目标是使汽包的给水量与蒸发量相同,使得汽包水位在特定的范围内。当中主要有两种扰动,分别为给水流量扰动和蒸汽流量扰动。其中,给水流量扰动被称为内扰,在调节器中发生。而蒸汽流量扰动被称为外扰,在负荷侧产生。其结构见下图3-1。 汽包炉给水控制对象的结构如图3.1所示。影响锅炉水位的要素有很多,其中最主要的有给水量(G)和蒸发量(
19、D),还包括汽包压力(P)等。控制系统的物质平衡方程为: (3-1) 经过数学的基础变换可得: (3-2)令,(3-2)式可变换为: (3-3)式中字母的意义如下:汽包水位 :给水量 :蒸发量 :汽水分离面积 :容量系数 :水的密度 :蒸汽密度 其中(3-3)中的容量系数C是用来表征结构系数的,而其动态特性则是用速度和时间来表示的。 图3-1 给水调节对象锅炉给水控制对象的动态特性有以下特点:(1)锅炉给水系统中给水流量扰动存在延迟,所以我们一般不用单级控制,而采用串级控制。本文的仿真会将单级很串级进行比较。(2)锅炉给水系统在蒸汽流量的时候会出现虚假水位,所以在考虑蒸汽流量扰动的时候要加入前
20、馈信号来提高其控制水平和效率。其后的仿真也考虑到了这一点。3.2 汽包水位的测量3.2.1 汽包水位信号的测量与补偿由上文可知,测量水位采用双室平衡容器接差压变送器的方式。因为锅炉从开始到产生负荷的过程中汽包压力P产生了很大的波动,所以只能采取差压的方式来进行补偿,而不是采取整压的方式。3.2.2 给水流量信号的补偿采取差压的方式进行补偿,由于水的密度有很大的波动,所以根据其变化的快慢程度来进行补偿。我们一般会采用差压式流量计,该设备由两方面构成。第一个方面是测量的方面,安装在管道中,与给水流量产生流量差。而另一方面是显示方面,主要是接收第一方面的产生的信号。3.2.3 蒸汽流量的测量蒸汽流量
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