课 程 设 计 说 明 书
学生姓名: LIUBORAN 学 院: 班 级:
学 号： 0807240705 自动化工程学院 自动087班
题 目: 300MW火电机组给水控制系统的设计
指导教师： 蔚伟、侯一民 职称: 副教授
2011年11月14日
目录
1.1选题背景 .................................................................................................................................... 3 1.2技术要求 .................................................................................................................................... 3 1.3 设计内容 ................................................................................................................................. 4 2方案论证........................................................................................................................................ 5 2.1给水调节的动态特征 ................................................................................................................ 5 2.2扰动信号 .................................................................................................................................... 6 2.2.1给水扰动 ................................................................................................................................ 6 2.2.2蒸汽流量扰动 ........................................................................................................................ 7 2.2.3 燃料量扰动 ........................................................................................................................... 8 2.3控制方案的选择 ........................................................................................................................ 9 2.3.1前馈-反馈三冲量给水控制系统 ........................................................................................ 10 2.3.2给水流量的调节的实现方法 .............................................................................................. 11 2.3.3系统的组成 .......................................................................................................................... 12 3、过程论述 ................................................................................................................................... 12 3.1常规的水位控制系统的构成 .................................................................................................. 12 3.1.1汽包水位测量器的选择 ...................................................................................................... 13 3.1.2液位检测元件的选择 .......................................................................................................... 14 3.1.3 流量变送器的选择 ............................................................................................................. 14 3.1.4调节器的选择 ...................................................................................................................... 15 3.1.5执行器的选择 ...................................................................................................................... 15 3.1.5.1阀门定位器的选择 .......................................................................................................... 15 3.1.5.2其他执行元件的选择 ...................................................................................................... 16 3.2测量信号的自动校正 .............................................................................................................. 16 3.2.1汽包水位的压力校正 .......................................................................................................... 16 3.2.2过热蒸汽流量信号的压力和温度校正 .............................................................................. 18 3.2.3给水流量测量信号的校正 .................................................................................................. 18 3.3各种工况之间的互相切换与跟踪 ........................................................................................... 20 3.3.1工况之间的切换 .................................................................................................................... 20 3.3.2 工况之间的跟踪 ................................................................................................................. 21 3.4控制系统静态试验 .................................................................................................................. 21 3.4.1汽包水位测量系统检查 ...................................................................................................... 21 3.4.2信号流程检查 ...................................................................................................................... 22 3.4.3跟踪功能检查 ...................................................................................................................... 22 3.4.4其它一些控制功能检查 ...................................................................................................... 22 4、结论........................................................................................................................................... 22 5、课程设计心得体会 ................................................................................................................... 23 6、参考文献 ................................................................................................................................... 24
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1选题背景：
1.1选题背景
火力发电厂是我国电力工业中占有主要地位，是我国的重点能源工业之一，大型火力发电机组具有效率高，投资省，自动化水平高等优点，在国内外发展很快，如今随着科技的进步，大型火力发电厂地位显得尤其重要。但由于其内部设备组成很多，工艺流程的复杂，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操作和控制，这就需要有先进的自动化设备和控制系统使之正常运行，并且电能生产要求高度的安全可靠和经济性。大型发电单元机组是一个以锅炉，高压和中、低压汽轮机和发电机为主体的整体。锅炉作为电厂中的一个重要设备，起着重要的作用，根据生产流程又可以分为燃烧系统和汽水系统。其中，汽包锅炉给水及水位的调节已经完全采用自动的方式加以控制。给水控制系统是火电厂非常重要的控制子系统。汽包水位是锅炉安全运行的重要参数，同时它还是衡量锅炉汽水系统是否平衡的标志，因此水位控制系统一直受到重视。
1.2技术要求
随着机组的增大，运行参数的不断提高，对其包水位的控制品质要求也越来越高，为了机组的安全，经济运行，需要采用更合理更安全的控制系统，本次课程设计主要研究发电厂给水全程控制系统，即锅炉汽包水位控制。所谓全程控制是指在机组正常运行、负荷变化以及启停过程中均能对被控参数进行自动控制。而给水全程自动控制系统是指对锅炉的给水量在机组正常运行、负荷变化以及启停过程中均能进行自动控制的系统。显然，给水全程控制系统要比常规给水控制系统复杂。汽包锅炉给水自动控制的任务是维持汽包水位在一定的范围内变化。随着锅炉参数的提高和容量的扩大，对给水控制提出了更高要求。因为汽包水位变化得更快，锅炉负荷变化对水位的影响更大，给水系统也相应更复杂。对大容量、高参数锅炉来讲，给水系统采用自动控制是必不可少。本次课程设计主要研究发电厂给水控制系统，即锅炉汽包水位控制。锅炉汽包水位是一种非线性、时变大、强耦合的多变量系统。在锅炉运行中，水位是一个很重要的参数。若水位过高，则会影响汽水分离的效果，使用气设备发生故障；而水位过低，则会破坏
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汽水循环，严重时导致锅炉爆炸。同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务，就是控制给水流量，使其与蒸发量保持平衡，维持汽包内水位在允许的范围内变化。本次课程设计研究发电厂给水控制系统的控制方式及整定。
给水自动控制系统可以大大减轻运行人员的劳动强度，汽包水位的稳定性也可以达到极大提高，保障了机组的安全，稳定运行。而其控制系统的要求是提供合格的蒸汽，使锅炉发汽量适应符合的需要。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须加以严格控制。锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等。主要输出变量是汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气等。
1.3 设计内容
设计功能基本全面的全程给水控制系统，要求图纸采用SAMA标准图例，系统布局规范。
参考输入参数：汽包水位、汽包压力、给水流量、给水温度、汽机第一级压力、主汽温度、过热减温水流量等信号。
参考输出参数： A、B汽动泵转速、 电动给水泵转速、 给水旁路调节阀开度。
信号准确性：考虑汽包水位、给水流量和蒸汽流量等信号的修正。
信号监测与报警：重要信号需要监测与报警，同时注意信号的可靠性，考虑冗余。
工作方式：给水旁路阀单冲量控制、电动泵单级单冲量控制、电动泵串级三冲量控制、汽动泵串级三冲量控制。
切换与跟踪：电动泵运行时大小给水阀门、电动泵、汽动泵之间；单、三冲量；单、串级之间的切换。
跟踪原则：
1)电动泵单级单冲量工作时，电动泵三冲量副调跟踪单冲量调节器输出； 2)电动泵三冲量工作时，单冲量调节器跟踪阀位信号（电动泵手动）； 3)电动泵手动时， 单冲量调节器跟踪副调输出（电动泵自动）； 4)汽动泵手动工作时，三冲量主调跟踪给水流量信号，副调跟踪阀位信号。 注意泵的安全经济工作区。
控制部分：控制方案考虑采用单回路、串级、前馈等控制，控制器的控制规律（PI、PID、PD、P）选择准确，调节器可共用。
逻辑关系准确全面。
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2方案论证
2.1给水调节的动态特征
汽包水位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，是锅炉蒸汽负荷与给水间物质是否平衡的重要标志，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。汽包锅炉给水控制系统的作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定范围内波动。其中给水流量和蒸汽流量是影响汽包水位的两种主要扰动，前者来自调节器，称为内扰，后者来自负荷侧，称为外扰。
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 （1） 将式（1）进一步变换得： A(?'??'')dH?G?D （2） dt令 C?A(?'??'')，则上式变为： CdH?G?D （3） dt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。
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