第八章 自动调节系统在生产过程中的应用.ppt

* * 第 8 章 自动调节系在生产过程中的应用 8.1锅炉的自动调节系统 锅炉是发电、炼油、化工等工业部门的重要能源、热源动力设备。按所用燃料分类，有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉，还有利用残渣、残油、释放气等为燃料的锅炉。按所提供蒸汽压力不同，又可分为常压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉、超临界压力锅炉等类型。虽然不同类型的锅炉的燃料种类和工艺条件各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统的工作原理是基本相同的。 从图的工艺流程可以看出，锅炉系统主要的被控参数有汽包水位、过热蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、燃—空配比；主要的控制变量有：锅炉给水、燃料量、减温水流量、送风量。这些被控参数和控制变量之间相互影响的关系相当复杂。 锅炉的控制可划分为下面几个控制子系统： ①汽包水位控制系统 水位控制系统使锅炉给水量与锅炉的蒸发量相适应，维持汽包中水位在工艺允许的范围内。 ②过热蒸汽温度控制系统 将过热器出口蒸汽温度控制在在所要求的范围之内，并保证管壁温度不超过允许的温度上限。 ③燃烧控制系统 使燃料燃烧产生的热量适应锅炉负荷的需要；使燃料量与空气量之间满足一定比例，以保证经济燃烧；使引风量与送风量相适应，以保持炉膛负压稳定。 锅炉汽包水位系统流程如图所示。水位控制的任务是使给水量与锅炉蒸发量相适应，维持汽包中水位在工艺规定的范围内。汽包水位控制也称锅炉给水控制。 8.1气包水位调节 8.1.1 汽包水位控制系统的被控参数与控制变量选择 汽包水位控制系统可直接选择汽包水位作为被控参数。影响汽包水位变化的因素有：给水量变化、蒸气流量变化、燃料量变化、汽包压力变化等。 汽包压力变化通过汽包压力升高时的“自凝结”和压力降低时的“自蒸发”过程影响水位。 燃料量的变化要经过燃烧系统变成热量后，才能为水吸收，继而影响汽化量并改变水位。因此燃料量也不能作为汽包水位的控制变量。 只有锅炉给水量可作为汽包水位的控制变量。 8.1.2汽包水位动态特性 1．蒸气流量对汽包水位的影响 在其它条件不变的情况下，蒸气流量突然增加，会使汽包的物料平衡发生变化，汽包瞬时流出水量大于流入量，汽包存水量减少。图中的ΔH1(t)表示将汽包当作非自衡单容对象看待时，汽包水位对蒸汽流量的阶跃响应曲线。 汽包内部的水、汽变化过程，压力下降而非水量增加（水量实际上在减少）导致汽包水位上升的现象称为“虚假水位”现象。由于汽包压力下降，导致汽包液位上升对应的虚假水位阶跃响应曲线如图中的ΔH2(t)所示。 在蒸汽流量增加（ΔD）时，水位变化的实际阶跃响应曲线应如图中的ΔH(t)所示。由于虚假水位现象，在开始阶段水位先上升下降。蒸汽流量D突然增加时，实际水位的变化ΔH(t) 为ΔH1(t)与ΔH2(t)的叠加，即 ΔH(t)＝ΔH1(t)十ΔH2(t) ΔH(t)＝ΔH1(t)十ΔH2(t) 用传递函数来描述可以表示为 式中， 为蒸汽流量作用下，阶跃响应曲线的斜率（工程上也称飞升速度）；K2、T2分别为只考虑水面下汽泡体积变化所引起的水位变化ΔH2(t)的放大倍数和时间常数。 虚假水位变化大小与锅炉的工作压力和蒸发量有关。对于这种假水位现象，在设计方案时必须特别注意。 2．给水流量对水位的影响 在给水流量增加时，水位阶跃响应曲线如图中ΔH (t)所示。如果把汽泡水位对给水的响应看作无自衡单容过程，汽包水位的阶跃响应曲线如图中ΔH1 (t)所示。 水中汽泡总体积减小导致水位变化的阶跃响应曲线如图中ΔH2(t)所示。实际水位变化ΔH(t) 是ΔH1(t)与ΔH2(t)的叠的，即 ΔH(t)＝ΔH1(t)十ΔH2(t) ΔH(t)＝ΔH1(t)十ΔH2(t) 用传递函数来描述可以表示为 用一阶模型近似时，可表示为： 式中，ε0为给水流量作用下，阶跃响应曲线的斜率；τ为纯滞后时间。给水温度越低，纯滞后时间τ越大。一般τ约在15～100 s之间。 8.1.3 锅炉汽包水位控制系统几种基本结构 1．单冲量汽包水位控制系统 以汽包水位为被控参数，给水量作为控制变量可构成图的单回路水位控制系统，工程上也称为单冲量控制系统，单冲量控制系统框图见书本。 2．双冲量汽包水位控制系统 汽包水位的主要干扰是蒸汽流量变化。利用蒸汽流量变化信号对给水量进行补偿控制这种思路设计的双冲量液位控制系统如图所示，系统框图如图（P316）所示。 图中的加法器Σ将调节器的输出信号和蒸汽流量变送器的信号求和以后，控制给水调节阀的开度，调整给水量。 加法器Σ的具体运算功能如下： 式中，u为调节