第8章典型工业生产过程的控制.ppt

DZL型锅炉 我国生产的DZL型锅炉 锅炉汽包水位的控制 汽包水位的对象特性 非最小相位特性 汽包水位的单冲量控制 汽包水位的双冲量控制 汽包水位的三冲量控制 三冲量控制系统的其它连接形式 * zhm07@126.com * 8.8.1. 锅炉设备的控制 锅炉设备控制思考题 1、了解锅炉设备的控制问题与系统分解； 2、掌握汽包水位的对象特点与控制方案； 3、掌握锅炉设备燃料与空气逻辑变比值控制系统的 分析与设计方法； 4、了解锅炉设备过热蒸汽温度的控制问题与常用的控制方法。 8.8.1. 锅炉设备的控制 概述： 在石油化工、石油化工、发电等工业过程中采用的重要动力设备—锅炉，锅炉产生的高压蒸汽即作为透平机的驱动力，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热力源。现代大工业生产规模中，大容量、高参数、高效率的锅炉设备肩负着提供动力和热源的关键作用。火力发电厂最基本的工艺过程是用锅炉生产蒸汽，使汽轮机运转，带动发电机发电。 锅炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等分为多种类型，工艺流程多种多样，为了解对锅炉的控制，下图列出了常见的锅炉设备的主要工艺流程： 工作原理： 锅炉的蒸发系统由： 给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包 及循环管组成 Ds 将上图分解为： 锅炉设备是一个多变量受控对象，它的输入输出变量可表示为： 对锅炉的控制是确保锅炉在安全、经济的条件下运行， 并按照生产负荷的需要，供应一定压力或温度的蒸汽。 按照这些控制要求对锅炉设备设计的主要控制系统有 以下几种： （1）锅炉汽包水位的控制； （2）锅炉燃烧系统的控制； （3）过热蒸汽系统的控制。 锅炉设备是一个多变量受控对象，它的输入输出变量可表示为： 锅炉安全运行的首要条件：保持汽包水位在一定范围内 水位过高：直接影响锅炉汽包内的汽、水分离，饱水升起将会带水 过多，导致过热器管壁结垢并损坏，是过热蒸汽的温度 严重下降。特别是当过热蒸汽用于带动汽轮机时，会因 蒸汽带液损坏汽轮机的叶片，造成运行的安全事故。 水位过低：则因汽包内的水量较少，而负荷有很大时将加快水的气 化速度，若不及时控制将油可能使汽包内的水全部气 化，特别是对大型锅炉，水在汽包内的停留时间极端， 从而导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。 故必须对汽包水位加以严格控制 汽包水位控制（也称锅炉给水控制）： 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。 汽包水位控制系统流程如下图所示： q： Q给水，用G (s)表示 f：主要干扰是Q蒸汽，用D (s)表示 （锅炉的负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等影响水位） 讨论：给水量和蒸汽流量作用下水位变化的动态特性 y：汽包水位 用H (s)表示 影响汽包水位变化的因素有： Q给水、Q蒸汽、Q燃料、P汽包等 干扰通道特性 控制通道特性 飞升速度（蒸汽流量变化单位流量 时水位的变化速度 t/h mm/s） 对象为非最小相位（存在位于复平面右半平面的零点）的条件为: 特点：结构简单 缺点： ①不能克服虚假水位 负荷变化产生虚假水位时，将使LC误动作。分析： ②Q蒸汽变化时控制系统反应不灵敏 ③对给水量的扰动不能及时克服 适用于：负荷较稳定（配“联锁保护系统” 能保证安全操作） ＋ － ∴Kc0 即：正作用（＋） 引入蒸汽流量信号，用来纠正假水位引起的误动作，同时也能提前发现负荷的变化提高控制品质 实质上该系统是： 前馈+反馈 双冲量控制存在的问题： 1）给水干扰不能及时克服 2）因控制阀的工作特性并非线性，静态补偿难以很好实现 解决办法：引入给水流量信号，构成三冲量控制系统 方案一：实质上是前馈-串级复合控制系统 D 在炉筒内停留时间短，虚假水位严重时，需引入蒸汽流量信号的微分作用，如图所示： LC LT 省煤器 汽包 蒸汽 给水 FT FT ∑ LY IC IF 方案三： 类似方案二 仅加法器位置从控制器前移到控制器后 相当于属前馈-串级复合控制系统 方案二： 实质上是前馈-反馈控制系统 只需要一台多通道控制器 FT LC FT ∑ LY LT 省煤器 汽包 蒸汽 给水 IC IF 蒸汽过热系统的控制 控制任务：使过热器出口温度维持在允许范围内，并保护过热 器使管壁温度不超过允许的工作温度 温度过高：过热器