过程控制课程设计

课程设计说明书学生姓名:学号：学院:班级:题目:300MW火电机组给水控制系统的设计指导教师：张利辉王秋平职称:教授2011年12月20日2目录1选题背景...........................................................................................................................................................32方案论证...........................................................................................................................................................42．1设计原理.............................................................................................................................................42.1.1给水扰动对水位的影响...........................................................................................................42.1.2负荷扰动对水位的影响..........................................................................................................52.1.3燃料量扰动对水位的影响......................................................................................................62.2方案的选择...........................................................................................................................................63过程论述...........................................................................................................................................................73.1系统设计...............................................................................................................................................73.1.1前馈-反馈三冲量给水控制系统.............................................................................................73.1.2给水流量的调节的实现方法...................................................................................................83.1.3系统的组成...............................................................................................................................93.2信号分析...............................................................................................................................................93.2.1汽包水位信号.............................................................................................................................93.2.2给水流量信号.........................................................................................................................103.2.3主蒸汽流量信号.....................................................................................................................103.3各种工况之间的互相切换与跟踪.......................................................................................................113.3.1工况之间的切换......................................................................................................................113.3.2工况之间的跟踪....................................................................................................................124、结论..............................................................................................................................................................125、课程设计心得体会......................................................................................................................................12参考文献............................................................................................................................................................1331选题背景随着单元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越来越多，因此，为了机组的安全和经济运行，必须实现锅炉给水从机组的启动到正常运行，又到停炉冷却全部过程均能实现。我国大型火电机组的给水控制基本上还是采用经典的PID控制算法。不同的控制公司在给水控制策略的设计上虽然各有特点差异，但基本上还是遵循了单冲量和三冲量控制相结合的控制模式，采用的也基本上是调阀和调泵相结合的控制方法。虽然从理论上讲，现有的控制方法应该可以实现机组的全程给水自动。但是，实际上由于给水系统和机组运行的复杂性，机组在启动和低负荷时往往投不上自动。另外，机组在高负荷时，虽然可以实现三冲量给水自动且正常情况时效果也不错。但其控制系统的鲁棒性较差，适应异常工况的能力和出现设备故障的情况时的自调整能力也较差。因此，如何真正实现全程给水控制是现今控制工程人员急于解决的一个课题。目前，国内机组实现全程给水控制考虑的方案一般是在低负荷时，用启动调节阀控制汽包水位，调速给水泵维持给水母管压力，采用单冲量的控制方式；高负荷时，使用调速给水泵控制汽包水位，大旁路调节阀维持给水压力，采用三冲量的控制方式。它由单冲量和三冲量两个调节回路组成全程给水控制,当负荷大于30%时为三冲量,当负荷小于30%或三冲量变送器故障时为单冲量。由于不同容量的机组其给水系统结构不一样，其控制方式及控制设备也有区别，因而实现给水全程自动系统的方案也有不同，这就要求在考虑方案时，要结合具体的控制对象进行合理的设计，同时参考其它同类型机组一些成功的设计、调试经验，重新完善原汽包水位调节系统的设计及组态，最终选定一种合理且切实可行的设计方案，来实现锅炉给水自动系统的全程控制。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。其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。主要输出变量是A、B汽动泵转速、电动给水泵转速、给水旁路调节阀开度。42方案论证2．1设计原理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P。控制系统的物质平衡方程为：dtDGDdtGdtdHA)()('''（1）将式（1）进一步变换得：DGdtdHA)('''（2）令'''()CA，则上式变为：DGdtdHC（3）式中H——汽包水位，m或cm；A——汽水分离面积，2m或2cm；'——水的密度，t/3m或kg/3cm；——蒸汽密度，t/3m或kg/3cm；D——蒸发量，/th或/kgs；G——给水量，/th或/kgs；C——容量系数。2.1.1给水扰动对水位的影响给水量的扰动是给水自动控制系统中影响汽包水位的主要扰动之一，因为它是来自控制侧的扰动，又称内扰。在给水流量W的阶跃扰动下，水位H的响应曲线可以用图2-1来说明。若把汽包及水循环系统当做单容水槽，水位的响应曲线应该如图中的直线1。但是在实际情况中，当给水流量突然增加的时候，因为给水温度低于汽包内的饱和水温度，当它进入汽包后吸收了原有的饱和水中的一部分热量，使锅炉的蒸汽产量下降，水面以下的汽泡总体积sV也就相应减小，导致水位下降。sV对水位的影响可以用图中的曲线2表示。水位H（即曲线3）的实际响应曲线是曲线1和曲线2的总和。这种分析方法是分别从两个角度进行分析的：51.仅从物质平衡角度来分析；2.仅从热平衡角度来分析图2-1给水扰动下的水位响应曲线2.1.2负荷扰动对水位的影响蒸汽流量扰动主要来自汽轮发电机组的负荷变化，属外部扰动。在汽机耗汽量D的阶跃扰动下，水位H的响应过程可以用图2-2来说明。当汽机耗汽量D突然阶跃增加时，如果只从物质平衡的角度来讲，一方面改变了汽包内的物质平衡状态，使得水位下降，如图2-2中的曲线1。但当锅炉蒸发量突然增加时，迫使锅内汽