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多功能动态模拟实验装置检测方法设计1课程设计报告学生姓名:学号：学院:班级:题目:多功能动态模拟实验装置检测方法设计300MW锅炉给水DCS控制系统设计指导教师：2012年10月12日多功能动态模拟实验装置检测方法设计2目录第1章绪论.........................................................31.1课题的背景与意义................................................31.1.1锅炉给水控制的任务.....................................31.1.2动态特性分析...........................................41.2给水控制系统中需要注意的问题.................................51.2.1对测量信号进行压力温度校正.............................51.2.2保证给水泵工作在安全工作区内...........................71.2.3保证控制系统切换应该是安全无扰的.......................81.2.4适应工况9第2章汽包锅炉给水的控制方式......................................102.1单冲量控制..................................................102.2三冲量控制..................................................11第3章DCS的应用..................................................123.1单冲量控制算法组态：........................................123.2三冲量控制算法组态..........................................13第4章传感器的选型及系统图.........................................154.1检测类仪表.................................................154.1.1压力仪表的选型........................................154.1.2液位仪表的选型........................................154.1.3流量仪表的选型........................................154.2节阀的选型..................................................164.3I/O点清单..................................................164.4汽包炉单元机组给水控制系统................................164.5结论.......................................................17参考文献...........................................................18多功能动态模拟实验装置检测方法设计3第1章绪论1.1课题的背景与意义锅炉正常运行中，汽包液位是一个重要的见识参数，它反映了锅炉负荷与给水的动平衡关系。液位过高，会影响汽水分离的效果，产生蒸汽带液现象，液位过低会破坏水循环，影响省煤器运行，容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。因此及时而准确地把水位控制在允许的范围之内，并能适应各种工况的运行，是保证机炉安全运行的重要条件。1.1.1锅炉给水控制的任务给水控制的任务是维持汽包水位在工艺允许范围内。由于影响汽包水位的几个因素中，燃料量的扰动影响较小，因此，汽包水位的控制中，主要的目的是以汽包水位为被控变量，以调节给水流量为控制手段。同时，由于汽包水位不仅受锅炉侧的影响，也受到汽轮机侧的影响，当锅炉负荷变化或汽轮机用汽量变化时，给水控制都应该能限制汽包水位只在给定的范围内变化。其主要控制要求如下：保持汽包水位在规定的范围内：锅炉汽包水位的高度，关系到汽水分离的速度和生产蒸汽的质量，也是确保安全生产的重要条件。如果锅炉汽包水位过高，就会影响汽包水位分离装置的正常工作，造成出口蒸汽水分过多，结果可能会使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，并会引起汽轮机叶片上结垢增加，严重时将损坏汽轮机叶片，同时，还会使过热器气温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性。如果汽包水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生停滞，致使水冷壁因供水不足而烧坏，因此，必须对汽包水位进行控制，将其严格控制在规定的范围内。现在要求将其控制在0±5cm.多功能动态模拟实验装置检测方法设计41.1.2动态特性分析汽包水位是由汽包中储水量和水下面的汽包容积决定的，因此凡是引起汽包中储水量变化和水下面的汽包容积的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Pb、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。图1-1给水流量对汽包水位的影响图1-2锅炉蒸发量对汽包水位的影响wHDH多功能动态模拟实验装置检测方法设计5图1-3炉膛热负荷对汽包水位的影响1.非自衡，虚假水位（气泡体积变化产生虚假水位）2.W对H的影响惯性大，虚假水位小；D对H的影响惯性小，虚假水位大；B对H的影响惯性最大，虚假水位小。1.2给水控制系统中需要注意的问题1.2.1对测量信号进行压力温度校正锅炉从启动到正常运行或是从正常运行到停炉的过程中，蒸汽参数和负荷在很大的范围内变化，这就使水位、给水流量和蒸汽流量测量信号的准确性受到影响。为了实现全程自动控制，要求这些测量信号能够自动地进行压力、温度校正。测量信号自动校正的基本方法是，先推导出被测参数随温度、压力变化的数学模型，然后利用各种元件构成运算电路进行运算，便可实现自动校正。按参数变化范围和要求的校正精度不同，可建立不同的数学模型，因而可设计出不同的自动校正方案。如，在锅炉启停过程中，汽压变化很大，汽包水位不仅与平衡容器式水位计测得的差压有关，同时还是主汽压力的函数，因此需要设计用主汽压力对水位差压进行校正的线路。同样，主汽温度和压力在全过程中变化也很大，需要对主蒸汽流量进行校正。过热蒸汽流量信号的压力、温度校正过热蒸汽流量测量通常采用标准喷嘴。这种喷嘴基本上是按定压运行额定工BH多功能动态模拟实验装置检测方法设计6况参数设计，在该参数下运行时，测量精度是较高的。但在全程控制时，运行工况不能基本固定。当被测过热蒸汽的压力和温度偏离设计值时，蒸汽的密度变化很大，这就会给流量测量造成误差，所以要进行压力和温度的校正。图1-4给水流量信号的温度校正计算和试验结果表明当给水温度为100℃不变，压力在0.196～19.6MPa范围内变化时，给水流量的测量误差为0.47%；若给水压力为19.6MPa不变，给水温度在100～290℃范围内变化时，给水流量的测量误差为13%。所以对给水流量测量信号可以只采用温度校正，其校正回路如图所示。若给水温度变化不大，则不必对给水流量测量信号进行校正。图1-5给水流量的温度校正A．单室平衡容器水位测量多功能动态模拟实验装置检测方法设计7图1-6单室平衡容器水位测量由于汽包中饱和水和饱和蒸汽的密度随压力变化，所以影响水位测量的准确性。B．单室平衡容器水位测量校正采用电气校正回路进行压力校正。就是在水位差压变送器后引入校正回路，图表示单容平衡容器的测量系统。图1-7单室平衡容器水位测量校正1.2.2保证给水泵工作在安全工作区内给水泵的安全工作区如图所示。图中阴影区由泵的上、下限特性、最高转速nmax和最低转速nmin，泵出口最高压力Pmax和最低压力Pmin，泵出口最高压力Pmax和最低低压力Pmin围成。给水泵不允许在安全工作区以外工作。为了满足上限特性要求，在锅炉负荷很低时，必须打开再循环门，以增加通过泵的流量。这样，在所需的相同的泵出口压力条件下，可使泵进入上限特性右边的安全区工作，泵工作点由a1移到b1点多功能动态模拟实验装置检测方法设计8由于给水泵有最低转速nmin的要求，在给水泵已接近nmin时就不能以继续降低转速的方式来调节给水量。这就需要用改变上水通道阻力，即设置给水调节阀的方式，使泵工作在安全区内。由于兼用改变泵转速和上水通道阻力两种方式调节给水量，增加了全程给水自动控制系统的复杂性。在锅炉负荷升到一定程度，即泵流量较大时，为了不使泵在下限特性右边区域工作，也需适当提高上水通道阻力，以使泵出口压力提高，这样给水调节门又保证了泵在下限特性左边安全区工作。如图泵工作点由a2移至b2。图1-8给水泵工作参数特性1.2.3保证控制系统切换应该是安全无扰的由于机组在高、低负荷下呈现不同的对象特性，要求控制系统能适应这样的特性。即随着负荷的变化，系统要从单冲量过渡到三冲量系统，或从三冲量过渡到单冲量系统，由此产生了系统的切换问题，并且必须有两套系统相互无扰切换的控制线路。在多种调节机构的复杂切换过程中，给水全程控制系统都必须保证无干扰。高低负荷需用不同的调节阀门，必须解决切换问题，调节阀门的切换伴随着有关截止门的切换，而截止门的切换过程需要一定的时间，导致了水位保持的困难。在低负荷时采用改变阀门的开度来保持泵的出口压力，高负荷时用改变调速泵的转速保持水位，这又产生了阀门与调速泵间的过渡切换问题。点火后，在升温升压过程中，由于锅炉没有输出蒸汽量，给水量及其变化量都很小，此时单冲量调节系统也不十分理想，就需要用开启阀门的方法（双位调节方式）进行水位调节。在这些切换中，系统都必须有相应的安全可靠的系统，保证给水泵工作在安全工作区内。多功能动态模拟实验装置检测方法设计9由于全程控制系统的工作范围较宽，对各个信号的准确测量提出了更严格的要求。例如，在高低负荷不同工况下，给水流量a的数值相差很大，必须采用不同的孔板进行测量，这样就产生了给水流量测量装置的切换问题.1.2.4适应工况适应机组过渡运行与滑压运行工况，必须适应冷态启动和热态启动工况。多功能动态模拟实验装置检测方法设计10第2章汽包锅炉给水的控制方式在锅炉给水控制系统中，由于机组在高低负荷下运行时具有不同的对象特性，一般控制系统采用单冲量、三冲量控制等变结构控制方案。它有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%或启停或三冲量变送器故障时为单冲量。给水泵出口设计了两个调节阀，目的是在锅炉启动过程中得到一个平滑的流量调节过程，给水控制方式如图2-1所示设计为全程自动控制。图2-1全程自动控制2.1单冲量控制此方式是汽包水位自动调节中最简单、最基本的一种形式，它引入汽包水位作为反馈量，是典型的单回路定植控制系统，此方式将水位测量信号经变送器送到水位调节器，水位调节器根据水位测量值与给定值的偏差去控制给水阀门，改变给水量来保持汽包水位在允许范围内。多功能动态模拟实验装置检测方法设计11启动阶段当蒸汽流量小于30%额定流量时，采用单冲量控制，启动副给水控制器PID1对设定值和水位测量值进行PI运算，自动控制指令由软手操控制器输出，去控制副给水调节阀LC1106b的开度，改进进入汽包的给水，最终使水位等于给定值。当运行工况和设备发生异常时，软手操控制器1强制为手动控制，同时把状态信号DV发送给副给水控制器PID1,退出自动状态，以保证锅炉安全运行。2.2三冲量控制一般情况下锅炉容量越大,汽包的相对水位容量就越小,允许的水位波动就越小,如果给水中断,就可能在极短的时间内发生危险水位,这就要求