王新兵毕业设计锅炉汽包给水位系统设计

毕业设计（论文） （说明书） 题 B:锅炉汽包给水位系统设计 姓 名：王新兵 编 号： 20092001759 平顶山工业职业技术学院 2012年4月15日 毕业设 计 （论文） 任务 书 姓名一 王新兵 专业 电厂设备运行与维护 任务 下达日期 2012 年 02 月 15 H 设计 （论文）开始日期— 2012 年 03 —月—15_ 日 设计 （论文）完成日期— 2012 年 04 月— 10 日 设计（论文）题目： 锅炉汽包给水位系统设计 指导教师 任伟 系（部）主任 黄颖辉 2012年04月10日 电力工程系 系 电厂设备运行与维护专业,学生 于 年 月 日 进行了毕业设计（论文）答辩。 设计题目： 锅炉汽包给水位系统设计 指导老师： 任伟 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答 辩委员会讨论评定，给予学生 王新兵 毕业设计（论文）成绩 为 O 答辩委员会 人，出席 人 答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， 第 页 共 页 学生姓名： 王新兵 毕业设计（论文）题目：_ 评阅人： _专业 电厂设备运行与维护 锅炉给水位系统设计 年级— 09级 指导教师： （签字） 年 月 日 成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日 毕业设计（论文）及答辩评语： 目录 绪论 1 第一章汽包的论述 1. 1汽包的概念 1. 2汽包 1. 3汽包的作用 1. 4汽包的工作流程 1. 5汽包中的水循环 第二章给水控制系统的动态特性 2. 1锅炉给水控制系统的任务 2. 2给水控制对象和各种扰动下水位变化的动态特性 2.2. 1给水控制对象的动态特性 2.2.2各种扰动下水位的动态特性 第三章 给水自动控制系统的基本要求和基本结构 3. 1给水控制系统的基本要求 3.2给水控制系统的基本结构及分析 第四章 给水控制系统的无扰切换 4. 1测量信号的自动校正 4. 1. 1水位信号的压力校正 4. 1.2过热蒸汽气流信号的压力、温度校正 4. 1. 3给水流量信号的温度校正 4.2给水控制系统的切换 4. 2. 1给水流量测量装置切换系统 4. 2.2大小给水调节阀门的切换 4. 2. 3 系统的无扰切换 第五章 系统的参数整定及MATLAB仿真 32 5.1控制系统的参数整定方法 32 5. 1. 1广义频率特性法 32 5. 1. 2工程整定法 33 5.2调节器的选取 35 5. 3参数整定及MATLAB仿真 36 5. 3. 1单冲量调节系统的参数整定及MATLAB仿真........36 5. 3.2串级三冲量调节系统的参数整定 37 5. 3. 3整个系统和各种扰动量下的SIMULINK结构图和仿真图41 结论 参考文献 谢辞 绪论 几年来，各火力发电厂积极组织落实《防止电力生产重大事故的二十五项要求》（以下简 称《要求》）中第八项“防止锅炉汽包满水和缺水事故”和《国家电力公司电站锅炉汽包 水位测量系统配置、安装和使用若干规定（试行）》（以下简称《规定》），但在组织落 实的过程中遇到了许多问题，造成各电厂在实际落实中的殊多困难，因而各显神通，使目 前国内各电厂的汽包水位测量和保护系统配置以及逻辑设计差异很大，存在很大的事故隐 患。这些困难和差异的存在，主要原因是现行的汽包水位测量系统技术落后、测量误差很 大、独立测点数量少所造成的。 目前，汽包水位多采用云母水位计、电接点水位计、射线液位计、液位开关、单室平衡器、 双室平衡容器等。这些水位计从一次传感转换的原理看，归纳为两种，一种是连通器原理 水位计，另一种是差压水位计原理。众所周知，目前的水位计根据上面两种原理设计而生 产，采用的工艺结构简单，无法克服因温度变化所造成的测量误差，其误差之大，严格说 不能满足锅炉安全经济运行 电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标 志。其中，汽包锅炉给水及水位的调节已经完全采用自动的方式加以控制，在不需要操作 人员干预的情况下，可以很好的完成生产过程中的给水及水位控制，大大提高了生产效率。 汽包锅炉给水控制系统的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包中水位保持在一定的 范围内。只有保证汽包水位的波动在允许范围内，才能实现机组安全经济运行。因此，汽 包水位是影响整个机组安全经济运行的重要因素，所以就要有一套较好的控制方案，来实 现汽包水位的控制。 随着火力发电厂装机容量的增大，发电机组的安全运行成为影响火力发电厂经济效益的重 点，因而预防电厂事故显得至关重要。我国火电机组中停运事故的50%以上发生在锅炉侧， 而且这些事故的绝大多数是由锅炉启动过程中的问题所引起的。所以火力发电厂锅炉的安 全启动在整个电厂的运行中成为了一个极其重要的问题！锅炉的启动状态一般按照停炉时 间、金属温度进行划分，根据锅炉的启动状态可以选择定参数启动还是滑参数启动。对于 自然循环锅炉来说，汽包和水冷壁在启动过程中的应力控制和运行工况尤其显得重要。通 过对自然循环锅炉的汽包在整个启动过程中热应力的分析、上下壁温差、内外壁温差造成 的热应力以及汽包疲劳寿命的分析，得出了汽包应力的控制原则和预防措施。针对汽包锅 炉的水位控制情况，结合具体实例，分析了造成汽包水位波动大的原因并提出了具体预防 汽包水位波动的措施。对于锅炉水冷壁在启动过程中的温度、水力偏差以及局部传热恶化 等运行工况从理论、实际运行经验等方面进行了分析研究，从而得出了水冷壁在机组启动 过程中的保护措施。 汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，维持正常水位是保证锅炉、汽机正常运行的主 要任务之一。水位过高将影响汽水分离效果，引起管壁结垢，使用汽设备发生故障，而水 位过低，则破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆管。汽包给水调节系统的任务就是:一是维持 锅炉水位在允许的范围，使锅炉的给水量适应于蒸发量。一般要求水位保持在0土 50mm的 正常水位范围；二是保持给水量稳定。给水量稳定，有助于省煤器和给水管道的安全运行。 第一章汽包的论述 1.1汽包的概念 汽包的概念是指气压通过水循环导致气压下降或上升，也可以理解为汽包是气体和水 分融合后形成的气压变化，极限压力中的空气与水分子会提高气体的压力上升，导致高压 达到一定数值后产生的压力集分子。工业中汽包罐是能够承受汽包产生的空气压力和水位 压力的一种工业设备。 汽包（亦称锅筒）是自然循环锅炉中最重要的受压元件，重要用于电力生产中中 压高压 亚临界锅炉中。 1.2汽包：1：是工质加热、蒸发、过热三过程的连接枢纽，保证锅炉正常的水循环。2： 内部有汽水分离装置和连续排污装置，保证锅炉蒸汽品质。3：有一定水量，具有一定蓄热 能力，缓和汽压的变化速度。4：汽包上有压力表、水位计、事故放水、安全阀等设备，保 证锅炉安全运行。 « 炉 MAN —-常知虞代曾 —一 *n«AW 外* ■汽管WZ6 L» %• wrn« SMI/' 仗水上 '水X 款水上水支胃 女费・ « F水上杏■ 1.3汽包的作用 1：是工质加热、蒸发、过热三过程的连接枢纽，保证锅炉正常的水循 环。汽包 2：内部有汽水分离装置和连续排污装置，保证锅炉蒸汽品质。 3：有一定水量，具有 一定蓄热能力，缓和汽压的变化速度。 4：汽包上有压力表、水位计、事故放水、安 全阀等设备，保证锅炉安全运行。 1.4汽包的工作流程 汽 包 工 作 流 程 如 下 1、从水冷壁来的汽水混 合物经过汽包上部引入管进入汽包内部，沿着汽包内壁与弧形衬板形成的狭窄的环形通道 流下，使汽水混合物以适当的流速均匀的传热给汽包内壁，这样克服了锅炉启停时汽包上 下壁温差过大的困难，可以较快的启动。 2、进入汽包的汽水混合物分别进入汽水旋 风分离器，利用改变流动方向时的惯性进行惯性分离，这是汽水混合物的第一次分离。 3、被分离出来的蒸汽仍带有不少水分，从分离器顶部进入波形板分离器，它装在旋风分离 器顶部，带有部分水滴的蒸汽在波形板间的缝隙中流动，利用使水黏附在金属壁面上形成 水膜往下流 4、二次分离后的蒸汽最后经过蒸汽清洗，利用水的密度差进行重力分离, 这是三次分离。 5、蒸汽经过三次分离后，达到了蒸汽质量标准，再由汽包顶部饱和 蒸汽管引往屏式过热器。 1.5汽包中的水循环 1、汽包中通常是属于汽水共存的。在一定压力的情况下，汽包内水汽的温度也不同（可 参解水的特性表，即额定压力下的额定饱和温度），如果是在饱和状态，水的温度与汽的温 度是相同的。 2、汽包中水的循环是一种对流热循环（除却汽包外壁的热辐射及烟管 或外壁直接热传递外），热的水由于质量轻往上走的过程中将热量进行交换，达到一定的热 量后，部分水转化为气态。 第二章给水控制系统的动态特性 2.1自动控制技术在电厂的应用 电能由于其固有的优点而成为国民经济各领域最广泛使用的能量，从而成为人类社会 生产和生活中时刻不能离开的二次能源，电力已经深入到社会生产和生活的各个领域，一 个国家的电气化程度已成为国民经济现代化的一个重要标志。只有电力产业的迅速发展才 有可能保证整个国民经济的迅速而稳步的发展。热力发电厂是电力工业的重要组成部分。 热力发电厂包括燃化石燃料（煤、油、气）的火力发电厂与使用核燃料的核动力电厂，迄 今为止，热力发电厂在世界大多数国家中仍占着各种发电形式中的主导地位，我国的火力 发电占70%左右，而且根据我国国情，火力发电厂基本是燃煤电厂。目前的大型燃煤电厂 都已经有了非常先进的自动控制系统，自动控制水平的高低是衡量一个国家的生产技术和 科学水平先进与否的一项重要标志。电力工业中电厂热工生产过程自动化技术相对于其它 民用工业部门有较长的历史和较高的自动化水平，电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂 生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志。 早期的自动控制系统因热力发电机组单机容量小，对控制系统要求也不高，所以非常 简单，只需对给水、汽温、汽压和汽机的转速作简单的控制。这些控制系统大多分散在锅 炉和汽机车间就地安装，整个电厂的机、炉、电也是分散控制的。随着现代科学技术的发 展，发电机组已由中温、中压、中小容量发展到今天的大容量、高参数的单元机组。 2.2锅炉概述 锅炉由汽锅和炉子组成。炉子是指燃烧设备，为化石烯料的化学能转换成热能提供必 要的燃烧空间。汽锅是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。 锅炉作为一种把煤、石油或天然气等化石燃料所储藏的化学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 百多年的历史了，但是锅炉工业的迅猛发展却是近几十年的事情。国外的锅炉控制工业 50〜60年代发展最快，70年代达到高峰。我国的锅炉工业是在新中国成立后才建立和发 展起来的，1953年在上海首创了上海锅炉厂，从其在生产和生活中所起的作用不同，锅炉 可分为电站锅炉，主要用于发电；工业锅炉，主要用于直接供给工农业生产或驱动机械能 源；生产锅炉，主要用于为居民提供热水和供居民取暖。应该说锅炉控制问题伴随着锅炉 的出现也就相应的出现了，它长期以来就是控制领域的一个典型问题。伴随着控制理论和 控制技术的发展，锅炉自动化控制的水平也在逐步提高。锅炉的自动化控制，经历了三四 十年代单参数仪表控制，四五十年代单元组合仪表综合参数仪表控制，以及六十年代初期的计算机过程控制几个阶段，随着六十年代第一台计算机在控制中的应用以及此后计算机 和通信技术的迅猛发展，计算机逐渐进入了锅炉控制领域并正在成