锅炉汽包水位控制系统仿真设计本科论文 .doc

内蒙古科技大学 本科生课程设计论文 题 目：锅炉汽包水位控制系统仿真设计 学生姓名： 学 号： 专 业：测控技术与仪器 班 级： 指导教师： 年 月 日 目录 第1章 概述 1 1.1锅炉汽包水位控制概述 1 1.2锅炉汽包水位控制系统分析 3 1.3仿真软件功能概述 3 第2章 总体方案设计 4 2.1汽包水位控制方式 4 2.1.1 单冲量控制方式 4 2.1.2 双冲量控制方式 4 2.1.3三冲量控制方式 6 2.2汽包水位控制规律 7 2.2.1 调节规律选择 4 2.2.2 调节器正反方式的选择 4 第3章 simulink建模 9 第4章 simulink仿真与优化设计 10 第5章 总结 12 参考文献  第1章 概述 1.1锅炉汽包水位控制概述 锅炉是火电厂重要的动力设备，其任务就是根据生产负荷的不同需求，提供相应规格（压力和温度）的蒸汽，同时应保证锅炉经济和安全的进行。锅炉的主要的控制要求主要包括供给满足负荷需求的蒸汽量、过热蒸汽压力保持在一定范围内、过热蒸汽温度保持在一定范围内、汽包水位保持在一定范围之内、炉膛负压保持在一定范围之内、保持锅炉燃烧的经济性、保证锅炉安全稳定运行。 汽包水位控制的任务是使锅炉给水量始终跟着蒸发量，维持汽包水位在锅炉生产允许的范围内。汽包及蒸发管储存着蒸汽和水，储存量的多少，是以被控制量水位表征的，通常情况下汽包的流入量是给水量，流出量是蒸汽量，当给水量等于蒸汽量时，汽包水位就恒定不变。引起水位变化的主要扰动式蒸汽流量和给水量的变化。当蒸汽流量突然增大，汽包压力将急剧下降，饱和水将快速蒸发，使得饱和水中产生大量的汽包致使水位上升，而此时给水量并没有增加。这就是锅炉的“虚假水位”现象，此时的水位并不能代表锅炉中水位真实情况。因此，我们有必要对汽包的水位进行控制，将其严格控制在规定的范围内。 1.2锅炉汽包水位控制系统分析 锅炉是火电厂重要的动力设备，其任务就是根据生产负荷的不同需求，提供相应规格（压力和温度）的蒸汽，同时应保证锅炉经济和安全的进行。锅炉的主要的控制要求主要包括供给满足负荷需求的蒸汽量、过热蒸汽压力保持在一定范围内、过热蒸汽温度保持在一定范围内、汽包水位保持在一定范围之内、炉膛负压保持在一定范围之内、保持锅炉燃烧的经济性、保证锅炉安全稳定运行。 其中锅炉汽包是锅炉运行的重要指标，本次设计是针对锅炉汽包水位控制的设计，维持汽包水位在一定的范围之内是保证锅炉安全正常运行的首要条件。如果水位过高则会影响汽包内的汽水分离，出现蒸汽带液的现象，这会使过热器管壁结垢，并使过热蒸汽温度急剧下降，如以该过热蒸汽作为汽轮机动力，将会损坏汽轮机叶片，影响安全运行；相反如果水位过低，则当负荷很大时，水将加快汽化速度，此时，如不及时补水，则会导致汽包内的水全部汽化，烧毁水冷壁甚至引起爆管事故。因此必须对汽包水位进行严格控制。 锅炉汽包水位特性：影响汽包水位变化的因素很多，但主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量D）、给水流量W和燃料B,下面重点介绍在给水流量和蒸汽流量的扰动下汽包水位变化的动态特性。 汽包水位在给水流量W作用下的动态特性 图1.1是锅炉汽包水位在给水流量作用下，水位的阶跃响应曲线。把汽包水位看作单容量无自衡过程，水位的阶跃响应曲线如图中的线。 图1.1 给水流量作用下水位阶跃响应 但是考虑到给水温度低于汽包内的饱和水温度，所以当给水进入汽包后就会吸收原有饱和水中的一部分热量，水面以下的汽包总体积就相应减少，从而导致水位下降，固水位的实际响应曲线是曲线H。 由以上分析可知，当给水流量扰动做阶跃变化时，汽包水位起初并不立即上升，而是呈现出一段起始惯性段，这近似一个积分环节和时滞环节的串联，可以用一个传递函数来表示，故水位的动态特性[1]可表示为： (1-1) 式中，表示给水流量做单位变化时水位的变化速度；表示延迟时间，对非沸腾式省煤器的锅炉，τ?这时为30-100 S；对于沸腾式省煤器的锅炉，τ?为100-200 S；给水温度越低，时滞τ?亦越大。 汽包水位在蒸汽流量D作用下的动态特性 在蒸汽流量D扰动作用下，水位的阶跃响应曲线如图1.4所示。当蒸汽流量突然增加时，改变了汽包内的物料平衡关系，蒸汽量大于给水量，因此水位下降，如图中曲线H1，但实际并非如此，由于蒸汽用量增加，瞬间导致汽包压