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1、锅炉汽包水位控制系统12020 年 4 月 19 日文档仅供参考，不当之处，请联系改正。第 1 章 绪论1.1 概述锅炉作为一种把煤，石油或天然气等化石燃料所储藏的化石能转换成水或水蒸气的热能的重要设备，长期以来在工业生产和居民生活中都扮演着极其重要的角色，它已经有二百多年的历史。换言之，锅炉是由气锅和炉子组成的。炉子指燃烧设备，为化石燃料的化石能提供必要的燃烧空间；起锅是指加热设备，为汽水循环和汽水吸热以及汽水分离提供必要的吸热和分离空间。根据锅炉在生产和生活中所起的作用不同，可将其分为电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉等。其中电站锅炉主要用于发电；工业锅炉主要用于供给工、农业生产或驱动机械；而生
2、活锅炉则主要用于提供热水及取暖。随着工业生产规模的不断扩大，生产过程不断加强，生产设备不断革新，锅炉也向着大容量、多参数、高效率方向发展。为确保安全，稳定生产，对锅炉设备的自动控制就显得十分重要。1.2 锅炉汽包水位传统控制方案及存在的问题汽包水位的控制问题伴随着锅炉的出现而出现，长久以来一直是控制领域的一个典型问题。随着控制理论和控制技术的发展，锅炉自动化控制水平也在逐渐提高。期间主要经历了上世纪三、四十年代单参数仪表控22020 年 4 月 19 日文档仅供参考，不当之处，请联系改正。制，四、五十年代单元组合仪表综合参数仪表控制，以及六十年代兴起的计算机控制等几个阶段。其控制方案一般有以下
3、几种：（ 1） 单冲量控制系统。即汽包水位的单回路液位控制系统。（ 2） 双冲量控制系统。即在单冲量系统的基础上引入了蒸汽流量信号。（ 3） 三冲量控制系统。是在双冲量系统的基础上在引入给水流量信号而构成。这些控制方案一般采用 PID算法。可是由于汽包水位具有大滞后、多变量、强耦合及非线性等特性，使得现有的基于经典控制理论和现代控制理论的控制系统都不能很好地对其进行控制。其中，单冲量控制系统不能消除虚假水位带来的影响，对负荷变化的反应滞后，对给水流量的干扰也不能及时克服；双冲量系统引入蒸汽流量作为校正信号，虽然能够纠正“虚假水位”引起的误动作，也能提前发现负荷的变化，但同样不能及时克服给水流量
4、的干扰；三冲量系统引入了给水信号，使其成为调节器动作后的反馈信号，能使调节器及早知道控制的效果，控制品质有了较大的提高，达到控制的稳、准、快，但增加了控制系统的负责程度和成本，同时，其PID参数 Kp、KI、 Kd、也不容易整定，随着设备运行时间的增加和环境的变化，这三个参数可能需要不定期的重新整定，根据对包钢热电厂调查情况表明：其汽包水位的控制虽然引入了三冲量控制系统，但由于投产时间较长，出现了32020 年 4 月 19 日文档仅供参考，不当之处，请联系改正。设备老化的现象，如使用这一控制系统，其参数就需要频繁进行整定，电厂的经济效益必然会受到严重的损害。因此，当前该控制系统是在操作工人的
5、干扰下进行人工控制。1.3 课题的提出及意义今年来，随着能源和环保意识的增强，以及国家的一系列相关政策的出台，对锅炉的运行控制提出了新的要求。一台锅炉要能安全、可靠、有效地运行，使运行参数达到设计值，除锅炉本身设备和各种辅机完好外，还必须要求仪表的正常工作和自动控制系统设计方案正确。如上所述，锅炉的控制系统中汽包液位是工业锅炉安全运行的一个十分重要的参数，是自动控制的重要环节，汽包液位保持在规定范围内是保证锅炉正常运行的必要条件。“虚假水位”现象给水位控制带来了困难和挑战，原传统的三冲量控制系统虽然能有效避免“虚假水位”现象，但系统复杂，成本太高。因此说开发出新型的水位控制系统，以解决当前水位
6、控制系统在性价比喻面的矛盾，为水位控制提出可靠、廉价、系统性能优良的解决方案，开发出能适应汽包水位控制低成本自动化系统已势在必行。基于上述原因，我们有必要采用一种新型的控制方式，即使能控制系统的负责程度降低，又能达到设备的控制要求，同时，还要尽可能减少人工干扰。对于锅炉这种多变量和耦合性强的控制对象，采用经典控制理论往往无法达到预期的目的，随着计算机在控制作用中的强大的记忆能力、逻辑判断能力、快速计算能力的发展，为实现复杂的控制算法提供了物质42020 年 4 月 19 日文档仅供参考，不当之处，请联系改正。基础。这样，就能够在锅炉控制中运用先进的控制理论和控制算法，有效地控制汽包水位，达到希望的水位静特性。第 2 章 锅炉工艺特点2.1 锅炉的生产工艺简述受控对象是电厂型号为JG-220/9.8-Q 型的粉煤锅炉，其结构如图2.1所示，现将其生产过程简介如下：锅炉是由“锅”和“炉”两大部分组成。“锅”就是锅炉的水汽系统，“炉”是锅炉的燃烧系统。52020 年 4 月 19 日