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1、 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng) 1 2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正。 第 1 章 緒論 1.1 概述

2、 鍋爐作為一種把煤，石油或天然氣等化石燃料所儲(chǔ)藏的化石能轉(zhuǎn)換成水或水蒸氣的熱能的重要設(shè)備，長(zhǎng)期以來在工業(yè)生產(chǎn)和居民生活中都扮演著極其重要的角色，它已經(jīng)有二百多年的歷史。換言之，鍋爐是由氣鍋和爐子組成的。爐子指燃燒設(shè)備，為化石燃料的化石能提供必要的燃燒空間；起鍋是指加熱設(shè)備，為汽水循環(huán)和汽水吸熱以及汽水分離提供必要的吸熱和分離空間。 根據(jù)鍋爐在生產(chǎn)和生活中所起的作用不同，可將其分為電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、生活鍋爐等。其中電站鍋爐主要用于發(fā)電；工業(yè)鍋爐主要用于供給工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或驅(qū)動(dòng)機(jī)械；而生活鍋爐則主要用于提供熱水及取暖。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)過程不斷加強(qiáng)，生產(chǎn)設(shè)

3、備不斷革新，鍋爐也向著大容量、多參數(shù)、高效率方向發(fā)展。為確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，對(duì)鍋爐設(shè)備的自動(dòng)控制就顯得十分重要。 1.2 鍋爐汽包水位傳統(tǒng)控制方案及存在的問題 汽包水位的控制問題伴隨著鍋爐的出現(xiàn)而出現(xiàn)，長(zhǎng)久以來一直是控制領(lǐng)域的一個(gè)典型問題。隨著控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，鍋爐自動(dòng)化控制水平也在逐漸提高。期間主要經(jīng)歷了上世紀(jì)三、四十年代單參數(shù)儀表控 2 2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正。 制，四、五十年代單元組合儀表綜合參數(shù)儀表控制，以及六十年代興起的 計(jì)算機(jī)控制等幾個(gè)階

4、段。其控制方案一般有以下幾種： （ 1） 單沖量控制系統(tǒng)。即汽包水位的單回路液位控制系統(tǒng)。 （ 2） 雙沖量控制系統(tǒng)。即在單沖量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入了蒸汽流量信 號(hào)。 （ 3） 三沖量控制系統(tǒng)。是在雙沖量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上在引入給水流量信號(hào) 而 構(gòu)成。 這些控制方案一般采用 PID算法。可是由于汽包水位具有大滯后、多變量、強(qiáng)耦合及非線性等特性，使得現(xiàn)有的基于經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的控制系統(tǒng)都不能很好地對(duì)其進(jìn)行控制。其中，單沖量控制系統(tǒng)不能消除虛假水位帶來的影響，對(duì)負(fù)荷變化的反應(yīng)滯后，對(duì)給水流量的干擾也不能及時(shí)克服；雙沖量系統(tǒng)引

5、入蒸汽流量作為校正信號(hào)，雖然能夠糾正“虛假水位”引起的誤動(dòng)作，也能提前發(fā)現(xiàn)負(fù)荷的變化，但同樣不能及時(shí)克服給水流量的干擾； 三沖量系統(tǒng)引入了給水信號(hào)，使其成為調(diào)節(jié)器動(dòng)作后的反饋信號(hào)，能使調(diào)節(jié)器及早知道控制的效果，控制品質(zhì)有了較大的提高，達(dá)到控制的 穩(wěn)、準(zhǔn)、快，但增加了控制系統(tǒng)的負(fù)責(zé)程度和成本，同時(shí)，其 PID參數(shù) Kp、 KI、 Kd、也不容易整定，隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的增加和環(huán)境的變化，這三個(gè) 參數(shù)可能需要不定期的重新整定，根據(jù)對(duì)包鋼熱電廠調(diào)查情況表明：其汽 包水位的控制雖然引入了三沖量控制系統(tǒng)，但由于投產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，出現(xiàn)了 3

6、2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正。 設(shè)備老化的現(xiàn)象，如使用這一控制系統(tǒng)，其參數(shù)就需要頻繁進(jìn)行整定，電廠的經(jīng)濟(jì)效益必然會(huì)受到嚴(yán)重的損害。因此，當(dāng)前該控制系統(tǒng)是在操作工人的干擾下進(jìn)行人工控制。 1.3 課題的提出及意 義 今年來，隨著能源和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，以及國(guó)家的一系列相關(guān)政策的出臺(tái)，對(duì)鍋爐的運(yùn)行控制提出了新的要求。一臺(tái)鍋爐要能安全、可靠、有效地運(yùn)行，使運(yùn)行參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)值，除鍋爐本身設(shè)備和各種輔機(jī)完好外，還必須要求儀表的正常工作和自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案正確。如上所述，鍋爐的控制系統(tǒng)中汽包液位是工業(yè)

7、鍋爐安全運(yùn)行的一個(gè)十分重要的參數(shù)，是自動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)，汽包液位保持在規(guī)定范圍內(nèi)是保證鍋爐正常運(yùn)行的必要條件。“虛假水位”現(xiàn)象給水位控制帶來了困難和挑戰(zhàn)，原傳統(tǒng)的三沖量控制系統(tǒng)雖然能有效避免“虛假水位”現(xiàn)象，但系統(tǒng)復(fù)雜，成本太高。因此說開發(fā)出新型的水位控制系統(tǒng)，以解決當(dāng)前水位控制系統(tǒng)在性價(jià)比喻面的矛盾，為水位控制提出可靠、廉價(jià)、系統(tǒng)性能優(yōu)良的解決方案，開發(fā)出能適應(yīng)汽包水位控制低成本自動(dòng)化系統(tǒng)已勢(shì)在必行。 基于上述原因，我們有必要采用一種新型的控制方式，即使能控制系統(tǒng)的負(fù)責(zé)程度降低，又能達(dá)到設(shè)備的控制要求，同時(shí)，還要盡可能減少人工干擾。對(duì)于鍋爐這種多變量和耦合性強(qiáng)的控制對(duì)象，采用經(jīng)典控

8、制理論往往無(wú)法達(dá)到預(yù)期的目的，隨著計(jì)算機(jī)在控制作用中的強(qiáng)大的記憶能力、邏輯判斷能力、快速計(jì)算能力的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法提供了物質(zhì) 4 2020 年 4 月 19 日 文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請(qǐng)聯(lián)系改正。 基礎(chǔ)。這樣，就能夠在鍋爐控制中運(yùn)用先進(jìn)的控制理論和控制算法，有效 地控制汽包水位，達(dá)到希望的水位靜特性。 第 2 章 鍋爐工藝特點(diǎn) 2.1 鍋爐的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)述 受控對(duì)象是電廠型號(hào)為 JG-220/9.8-Q 型的粉煤鍋爐，其結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示，現(xiàn)將其生產(chǎn)過程簡(jiǎn)介如下：鍋爐是由“鍋”和“爐”兩大部分組成?！板仭本褪清仩t的水汽系統(tǒng)，“爐”是鍋爐的燃燒系統(tǒng)。 5 2020 年 4 月 19 日