过程控制技术第二版课件教学课件 ppt 作者 王爱广 黎洪坤 主编Course_27.ppt

过程控制技术 第二十七讲 锅炉设备的控制 7 典型单元的基本控制方案 7.4 锅炉设备的控制 锅炉是工业生产过程必不可少的重要动力设备，它所产生的蒸汽不仅能够为工业生产的蒸馏、干燥、蒸发、化学反应等过程提供热源，而且，还可以为压缩机、泵、透平机等提供动力源。随着工业生产规模的不断扩大，生产过程的不断强化，生产设备的不断革新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高参数、高效率的方向发展。为确保安全，稳定生产，对锅炉设备的自动控制就显得由为重要了。 7 典型单元的基本控制方案 由于锅炉设备所使用的燃料种类、燃烧设备、炉体形式、锅炉功能和运行要求的不同，锅炉有各种各样的流程。常见的锅炉设备主要工艺流程如图7-29所示 7 典型单元的基本控制方案 7 典型单元的基本控制方案 由图可知，蒸汽发生系统由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管组成。燃料和热空气按一定的比例进入燃烧室燃烧，产生的热量传给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds，然后经过热器，形成一定汽温的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备控制阀供给生产负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，将饱和蒸汽变成过热蒸汽后，经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。 7 典型单元的基本控制方案 7.4.1 锅炉设备的控制要求 锅炉是重要的大型动力设备，对其要求是提供合格的蒸汽，使锅炉发汽量要适应负荷的需要，为此生产过程的各个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，主要输入变量有：负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等。主要输出变量有：汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、烟气含氧量等。 7 典型单元的基本控制方案 这些输入参数与输出参数之间存在着相互关联。如果蒸汽负荷发生变化时，必然会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度的变化；燃料量的变化不仅会影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位，过热蒸汽温度，烟气含氧量和炉膛负压；给水量的变化不仅会影响汽包水位，而且对蒸汽压力，过热蒸汽温度亦有影响；减温水的变化会导致过热蒸汽温度、蒸汽压力、汽包水位等的变化。所以，锅炉设备是一个多输入，多输出且相互关联的控制对象。对于这种复杂的对象，目前工程处理上作了一些假设之后，将锅炉设备的控制方案划分为若干个控制系统进行实施，主要的控制系统有： 7 典型单元的基本控制方案 （1）锅炉汽包水位的控制 控制参数是给水流量W，它主要考虑汽包内部的物料平衡，使给水量适应蒸发量，维持汽包水位在工艺允许的范围内。维持汽包水位在给定范围内是保证锅炉生产、汽轮机安全运行的必要条件，是锅炉正常运行的主要标志之一。 7 典型单元的基本控制方案 （2）锅炉燃烧系统的控制 有三个被控变量：蒸汽压力、烟气含氧量和炉膛负压。而操纵变量也有三个：燃料量、送风量和引风量。这三个被控变量和操纵变量互相关联，需要统筹兼顾，从而组成合适的燃烧系统的控制方案，以满足燃料燃烧时所产生的热量适应蒸汽负荷的需要，保证燃烧的经济性和锅炉的安全性。炉膛负压保持在一定的范围内。 7 典型单元的基本控制方案 （3）过热蒸汽系统的控制 以过热蒸汽温度为被控变量，喷水量为操纵变量组成的温度控制系统，以使过热器出口温度保持在允许范围内，并保证管壁温度不超过允许的工作温度。 7 典型单元的基本控制方案 7.4.2 锅炉汽包水位的控制 汽包水位是锅炉运行的主要指标。如果水位过低，则由于汽包内的水量较少，而蒸汽负荷却很大，水的汽化速度又快，会导致汽包内的水量加速减少，水位迅速下降，如不及时控制就会使汽包内的水全部汽化，可能导致锅炉烧坏和爆炸； 7 典型单元的基本控制方案 水位过高会影响汽包内汽水分离，产生蒸汽带液现象，会使过热器管壁结垢导致损坏，同时过热蒸汽温度急剧下降，该蒸汽如果是作为汽轮机动力的话，将会损坏汽轮机的叶片，影响设备运行的安全与经济性。由此可见，水位过低或过高时所产生的后果是极为严重的，所以汽包水位操作的平稳显得尤为重要，必须要严格保证控制质量。 7 典型单元的基本控制方案 汽包水位的主要干扰 蒸汽负荷对汽包水位的影响 在燃料量不变的情况下，蒸汽用量的突然增加，瞬时间必然会导致汽包压力下降，汽包内水的沸腾会突然加剧，水中汽包会迅速增加，将整个水位会抬高，形成了虚假的水位上升现象，即所谓假水位现象。 在蒸汽流量干扰下，水位变化的阶跃反应曲线如图7-30所示。当蒸汽流量突然增大时，由于假水位现象的产生，在开始阶段水位不会下降反而会上升，然后下降；反之，当蒸汽流量突然减少时，则水位先下降，然后再上升。蒸汽流量D的突然增加时，实际水位的变化L应是在不考虑水面下汽泡容积变化时的水位变化L1与只考虑水面下汽泡容积变化所引起水位变化L