基于MCGS的熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)組態(tài)汽包水位控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計說明書.doc

內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）題 目：基于MCGS的熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)組態(tài) -汽包水位控制系統(tǒng)學(xué)生姓名：邱玲學(xué) 號：200440503245專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器班 級：測控04-2班指導(dǎo)教師：左鴻飛50內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）基于MCGS的熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)組態(tài)-汽包水位控制系統(tǒng)摘 要電力資源在國民經(jīng)濟中是一項不可或缺的能源，在熱電廠的生產(chǎn)過程中，最基本的工藝過程是用鍋爐生產(chǎn)蒸汽，使汽輪機運轉(zhuǎn)，進而帶動發(fā)電機發(fā)電。而鍋爐在發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中是必不可少的重要的動力設(shè)備，因此，鍋爐生產(chǎn)過程中的各個主要參數(shù)必須嚴格控制。本設(shè)計結(jié)合鍋爐的生產(chǎn)工藝要求，針對鍋爐汽包水位的動態(tài)特性，具體分析了單沖量、雙沖量、三沖量鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)，并對其性能特點進行深入的分析和比較，最終選擇了三沖量。本設(shè)計的主要工作包括：對象特性分析、系統(tǒng)方案分析比較和選擇、硬件組成、軟件控制方案以及控制組態(tài)等。 關(guān)鍵詞：汽包水位；三沖量；集散控制系統(tǒng)；MCGS組態(tài)軟件內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）the boiler control system configuration of the hot power plant based on MCGS -drum water level control system Abstract The power resource is one kind of necessary energy in the national economy，and the most basic craft process is that using the boiler to produce steam and let the vapor to turn，then driving the generator to generate electricity.while the boiler is the essential motive equipment in the production processes such as generate electricity process.So，each parameter in the boiler production process must be strictly controled.Connecting with the craft requirement of the boiler，the design analyzes the one-variable、two-varisble、three-ariable boiler drum water level control system specificly aims at the dynamic characteristic of the boiler drum water level，and furtherly analyze their function and characteristics ，choosing the three-ariable control system in the end.The main work of this design includes：te object characteristic analysis、analyze compare and choose the system scheme、the hardware constitute、the software control scheme and control configuration etc.key words：drum water level；three-ariable；total distributed control system；MCGS configuration目 錄摘 要IAbstractII第一章 引言11.1 電力行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢11.1.1 熱電廠發(fā)展趨勢11.1.2 熱力發(fā)電廠生產(chǎn)流程241.2 鍋爐設(shè)備的工藝和分類271.2.1 鍋爐設(shè)備的工藝71.2.2 鍋爐分類9第二章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)102.1 鍋爐汽包水位的動態(tài)特性4102.2鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的基本方法132.3 單級三沖量和串級三沖量汽包水位控制系統(tǒng)的分析和整定5152.3.1單級三沖量汽包水位控制系統(tǒng)的分析和整定152.3.2串級三沖量給水控制系統(tǒng)的分析和整定202.4 控制給水的手段23第三章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計263.1分散控制系統(tǒng)11263.1.1分散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)273.1.2分散控制系統(tǒng)基本功能303.1.3分散控制系統(tǒng)的特點303.2鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)硬件圖313.3硬件選型32第四章 汽包水位控制系統(tǒng)的MCGS組態(tài)384.1組態(tài)軟件產(chǎn)生的背景384.1.1組態(tài)軟件MCGS的簡介17394.1.2 MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成394.1.3 MCGS組態(tài)軟件的特點414.2汽包水位控制系統(tǒng)的MCGS組態(tài)424.2.1定義數(shù)據(jù)變量424.2.3報警顯示與報警數(shù)據(jù)43總結(jié)47參考文獻48致謝49內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）第一章 引言1.1 電力行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢火電廠是利用煤、石油、天然氣等固體、液體燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為動能以生產(chǎn)電能的工廠。按燃料的類別可分為燃煤火電廠、燃油火電廠和燃氣火電廠等。按功能又可分為發(fā)電廠和熱電廠。發(fā)電廠只生產(chǎn)并供給用戶以電能；而熱電廠除生產(chǎn)并供給用戶電能外，還供應(yīng)熱能。按服務(wù)規(guī)模可分為區(qū)域性火電廠、地方性火電廠以及流動性列車電站。區(qū)域性電廠裝機容量較大，一般建造在燃料基地，如大型煤礦附近，又稱坑口電廠，其電能通過長距離的輸電線路供給用戶。地方性電廠多建在負荷中心，需經(jīng)長距離運進燃料，它生產(chǎn)的電能供給比較集中的用戶?；痣姀S還按蒸汽壓力分為低壓電廠（蒸汽初壓力約為0.121.5兆帕（MPa）、中壓電廠(24MPa）、高壓電廠（610MPa）、超高壓電廠（1214MPa） 、亞臨壓力電廠（ 1618MPa ）和超臨界壓力電廠（22.6MPa）。在全世界范圍內(nèi)，火電廠的裝機容量約占總裝機容量的70 ，發(fā)電量約占總發(fā)電量的80 ，中國火電廠的裝機容量占總裝機容量的74.27，發(fā)電量占總發(fā)電量的79.7，可見火電廠對國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高都起著重大作用。1882年，中國在上海建成一座裝有1臺12KW直流發(fā)電機的火電廠，這是中國第一座火電廠。 經(jīng)過了100多年電力行業(yè)的發(fā)展，截止2006年底，全國發(fā)電裝機容量達到62200萬千瓦。其中，水電達到12857萬千瓦，約占總?cè)萘?0.67%；火電達到48405萬千瓦，約占總?cè)萘?7.82%。全國220千伏及以上輸電線路回路長度達到28.15萬公里， 220千伏及以上變電設(shè)備容量達到98131萬千伏安。從電力生產(chǎn)情況看，2006年全國發(fā)電量達到28344億千瓦時。其中，水電發(fā)電量4167億千瓦時，約占全部發(fā)電量14.70%；火電發(fā)電量23573億千瓦時，約占全部發(fā)電量83.17%；核電發(fā)電量543億千瓦時，約占全部發(fā)電量1.92%?！笆晃濉逼陂g，我國將迎來電網(wǎng)建設(shè)的新高潮。到2010年，國家電網(wǎng)在跨區(qū)域電網(wǎng)建設(shè)方面，交流特高壓輸電線路建設(shè)規(guī)模將達到4200千米，變電容量達到3900萬千伏安，跨區(qū)送電能力達到7000萬千瓦；在城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)方面，220千伏及以上交直流輸電線路要超過34萬千米，交流變電容量超過13億千伏安。1.1.1 熱電廠發(fā)展趨勢在本世紀最后十幾年左右的時間里，我國熱電廠自動化技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展，盡管經(jīng)歷過挫折和重重困難，但仍以前所未有的速度發(fā)展?？梢灶A(yù)見，進入21世紀，我國熱電廠自動化技術(shù)應(yīng)用很可能將以更快的速度發(fā)展，這是由于世界高科技飛速發(fā)展，世界進入信息時代。 熱電廠將進入信息網(wǎng)絡(luò)化時代未來21世紀的最初10年，火電廠必將隨著不可抗拒的潮流加速進入信息網(wǎng)絡(luò)時代，火電廠乃至電力系統(tǒng)和電力企業(yè)集團將形成生產(chǎn)過程自動化和管理現(xiàn)代化的信息網(wǎng)絡(luò)。 廠級生產(chǎn)過程自動化和管理現(xiàn)代化系統(tǒng)(簡稱廠級自動化系統(tǒng))由廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(Supervisory information system in plant level,簡寫SIS)和廠級管理信息系統(tǒng)(Management information system in plant level,簡寫MIS)組成。SIS主要處理全廠實時數(shù)據(jù)，完成廠級生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理，廠級故障診斷和分析，廠級性能計算、分析和經(jīng)濟負荷調(diào)度等；MIS主要為全廠運營、生產(chǎn)和行政的管理工作服務(wù)，主要完成設(shè)備和維修管理、生產(chǎn)經(jīng)營管理(包括電力市場報價子系統(tǒng))、財務(wù)管理等。SIS和MIS可以是設(shè)置在一個網(wǎng)絡(luò)中的2個功能，共用計算單元和數(shù)據(jù)服務(wù)器， SIS網(wǎng)與MIS網(wǎng)用網(wǎng)關(guān)(G)或其它接口分隔成2個網(wǎng)，分別設(shè)置相應(yīng)的計算單元和數(shù)據(jù)服務(wù)器，以提高SIS網(wǎng)的安全性。電力集團企業(yè)MIS和電網(wǎng)運營系統(tǒng)與火電廠的廠級MIS相連，而電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)則通過發(fā)電端的遠程發(fā)送單元(RTU)與網(wǎng)內(nèi)火電廠的的廠級SIS相連，進行1級或2級調(diào)度，也可采用傳統(tǒng)方法連接到網(wǎng)絡(luò)站監(jiān)控系統(tǒng)。隨著光纜在各地區(qū)，乃至全國范圍內(nèi)的鋪設(shè)，有可能不再需要RTU，而可以由專用Intrenet網(wǎng)實現(xiàn)上述通信。 輔助車間監(jiān)控系統(tǒng)一個火電廠有十幾個輔助車間，國外已有通過網(wǎng)絡(luò)集中到1個控制室進行集中控制的做法。過去國內(nèi)都是一個輔助車間內(nèi)由PLC和上位機構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)，在車間控制室內(nèi)控制。目前趨向于采用適度集中控制的方案，例如全廠形成煤、灰、水3個網(wǎng)絡(luò)、3個監(jiān)控點，待今后條件成熟時再減少控制點。輔助車間網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)連接到上層網(wǎng)廠級SIS網(wǎng)，不連接到單元機組DCS網(wǎng)，再將信息引到SIS網(wǎng)的做法，因為這樣增加了DCS負荷，降低了單元機組監(jiān)控可靠性，很難處理單元機組公用車間運行管理不同的矛盾，而且單元機組對大量輔助車間信息也沒有需要。 單元機組自動化將展現(xiàn)新的特點火電廠單元機組的自動化水平，無論國外和國內(nèi)，都是比較高的。未來10年左右時間里，可以斷定，單元機組自動化必將在下列幾個方面進一步向前發(fā)展： 控制系統(tǒng)全計算機化，控制室緊湊小型化單元機組實現(xiàn)全CRT監(jiān)控，傳統(tǒng)監(jiān)控盤臺將取消，控制室(2臺單元機組)面積由目前的3504000m2，降到150 m2以下。 監(jiān)控系統(tǒng)的功能配置和物理配置 物理配置隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)將由以前的全部集中到一個控制樓里的配置方式，逐步趨向于采用適度物理分散配置的原則。龐大的控制樓將取消，變成若干個小型的電子設(shè)備間，分別布置在鍋爐、汽輪機房或其它主設(shè)備附近。節(jié)省電纜，并為主廠房模塊化設(shè)計、安裝、縮短工期，以及主廠房合理布局創(chuàng)造條件。對現(xiàn)場來的信號，將大量采用遠程I/O控制。 功能配置縱觀DCS發(fā)展史，結(jié)合火電廠單元機組控制系統(tǒng)的特點，DCS功能配置將與物理配置走正好相反的方向，正在趨向再適度集中一點的方向發(fā)展。首先，單元機組各個控制系統(tǒng)間有著千絲萬縷的信號聯(lián)系，一對控制器故障，往往會導(dǎo)致另一對控制器因沒有正確的聯(lián)系信號而不能正常工作，甚至誤動；其次，由于目前大多沒有常規(guī)后備監(jiān)控設(shè)備，因此，對于大部分重要控制器，只要其中一對控制器故障，可能就要被迫停機，而過多的控制器實際上反而增加了故障停機的概率；再次，目前控制器容量和速度均大大提高，多個相互聯(lián)系密切的控制系統(tǒng)集中在一對控制器中，反而因內(nèi)部信息交換方便而提高可靠性。目前有的公司推出的DCS，CPU采用22冗余(由于計算機技術(shù)發(fā)展，成本增加很小)，可靠性進一步提高。根據(jù)電廠特點，應(yīng)當在提高每一組控制器的可靠性上下功夫，而在控制器容量和速度允許情況下，可以合理地配置控制器，適當提高功能配置的集中度。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)DCS的本質(zhì)是監(jiān)控集中，控制分散，故又稱集散控制系統(tǒng)(TDCS)，F(xiàn)CS的全數(shù)字化通信將引起真正的革命。傳統(tǒng)DCS的一個致命弱點是，它可以控制和監(jiān)視工藝過程，對自身進行診斷、維護和組態(tài)。但是，由于其I/O信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號，因此，它無法在DCS的工程師站上對現(xiàn)場儀表(變送器、執(zhí)行機構(gòu)等)進行遠方診斷、維護和組態(tài)。FCS的現(xiàn)場總線和全數(shù)字的現(xiàn)場總線智能化儀表熔入DCS后，將徹底解決這個問題。 輔助車間高度集中控制一個電廠有十幾個輔助車間，過去在每個車間都設(shè)一個控制室，采用PLC實現(xiàn)順序控制，值班人員多達100200人，不少電廠輔助車間實際達到的自動化水平不高。輔助車間實現(xiàn)高度集中控制：(1) 提高可控性，并集中解決好某些特殊檢測問題，使設(shè)計的順序控制得以可靠運行，實現(xiàn)在當?shù)鼗緹o人值班；(2) 配置好輔助車間的計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)若干輔助車間遠方集中監(jiān)控。1.1.2 熱力發(fā)電廠生產(chǎn)流程2熱力發(fā)電是利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能，通過發(fā)電動力裝置（包括電廠鍋爐、汽輪機和發(fā)電機及其輔助裝置）轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電方式。在所有發(fā)電方式中，熱力發(fā)電是歷史最久的，也是最重要的一種。發(fā)電廠是把各種動力能源的能量轉(zhuǎn)變成電能的工廠。根據(jù)所利用的能源形式可分為熱力發(fā)電、水利發(fā)電、核電、地熱發(fā)電、風力發(fā)電等。生產(chǎn)工藝示意圖如圖1.1所示。圖1.1熱力發(fā)電廠的工藝示意圖熱力發(fā)電廠簡稱熱電廠，是利用煤、石油、天然氣等燃料的化學(xué)能產(chǎn)生出電能的工廠。按其功用可分為兩類，即凝汽式電廠和熱電廠。前者僅向用戶供應(yīng)電能，而熱電廠除供給用戶電量外，還向熱用戶供應(yīng)蒸汽和熱水，即所謂的“熱電聯(lián)合生產(chǎn)”?；痣姀S的容量大小各異，具體形式也不盡相同，但就其生產(chǎn)過程來說卻是相似的。燃煤，用輸煤皮帶從煤場運至煤斗中。大型火電廠為提高燃煤效率都是燃燒煤粉。因此，煤斗中的原煤要先送至磨煤機內(nèi)磨成煤粉。磨碎的煤粉由熱空氣攜帶經(jīng)排粉風機送入鍋爐的爐膛內(nèi)燃燒。煤粉燃燒后形成的熱煙氣沿鍋爐的水平煙道和尾部煙道流動，放出熱量，最后進入除塵器，將燃燒后的煤灰分離出來。潔凈的煙氣在引風機的作用下通過煙囪排入大氣。燃煤燃盡的灰渣落入爐膛下面的渣斗內(nèi)，與從除塵器分離出的細灰一起用水沖至灰漿泵房內(nèi)，再由灰漿泵送至灰場。在除氧器水箱內(nèi)的水經(jīng)過給水泵升壓后通過高壓加熱器送入省煤器。在省煤器內(nèi)，水受到熱煙氣的加熱，然后進入鍋爐頂部的汽包內(nèi)。在鍋爐爐膛四周密布著水管，稱為水冷壁。水冷壁水管的上下兩端均通過聯(lián)箱與汽包連通，汽包內(nèi)的水經(jīng)水冷壁不斷循環(huán)，吸收燃燒過程中放出的熱量。部分水在冷壁中被加熱沸騰后汽化成水蒸汽，這些飽和蒸汽由汽包上部流出進入過熱器中。飽和蒸汽在過熱器中繼續(xù)吸熱，成為過熱蒸汽。過熱蒸汽有很高的壓力和溫度，因此有很大的熱勢能。具有熱勢能的過熱蒸汽經(jīng)管道引入汽輪機后，便將熱勢能轉(zhuǎn)變成動能。高速流動的蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，形成機械能。汽輪機的轉(zhuǎn)子與發(fā)電機的轉(zhuǎn)子通過連軸器聯(lián)在一起。當汽輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時便帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。在發(fā)電機轉(zhuǎn)子的另一端帶著一臺小直流發(fā)電機，叫勵磁機。勵磁機發(fā)出的直流電送至發(fā)電機的轉(zhuǎn)子線圈中，使轉(zhuǎn)子成為電磁鐵，周圍產(chǎn)生磁場。當發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁場也是旋轉(zhuǎn)的，發(fā)電機定子內(nèi)的導(dǎo)線就會切割磁力線感應(yīng)產(chǎn)生電流。這樣，發(fā)電機便把汽輪機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。電能?jīng)變壓器將電壓升壓后，由輸電線送至電用戶。生產(chǎn)過程雖然較為繁雜，但從能量轉(zhuǎn)換的角度看卻很簡單，即燃料的化學(xué)能蒸汽的熱勢能機械能電能。火電廠的主要系統(tǒng)有燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等。除了上述的主要系統(tǒng)外，火電廠還有其它一些輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，如燃煤的輸送系統(tǒng)、水的化學(xué)處理系統(tǒng)、灰漿的排放系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)與主系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，它們相互配合完成電能的生產(chǎn)任務(wù)。下面具體介紹燃燒系統(tǒng)，汽水系統(tǒng)。 燃燒系統(tǒng) 燃燒系統(tǒng)是由輸煤、磨煤、粗細分離、排粉、給粉、鍋爐、除塵、脫流等組成。煤炭是由皮帶輸送機從煤場,通過電磁鐵、碎煤機然后送到煤倉間的煤斗內(nèi),再經(jīng)過給煤機進入磨煤機進行磨粉，磨好的煤粉通過空氣預(yù)熱器來的熱風，將煤粉打至粗細分離器，粗細分離器將合格的煤粉（不合格的煤粉送回磨煤機），經(jīng)過排粉機送至粉倉，給粉機將煤粉打入噴燃器送到鍋爐進行燃燒。而煙氣經(jīng)過電除塵脫出粉塵再將煙氣送至脫硫裝置，通過石漿噴淋脫出流的氣體經(jīng)過吸風機送到煙筒排人天空。圖1.2 燃燒系統(tǒng)流程 汽水系統(tǒng)熱力發(fā)電廠的汽水系統(tǒng)是由鍋爐、汽輪機、凝汽器、高低壓加熱器、凝結(jié)水泵和給水泵等組成，他包括汽水循環(huán)、化學(xué)水處理和冷卻系統(tǒng)等。水在鍋爐中被加熱成蒸汽，經(jīng)過過熱器進一步加熱后變成過熱的蒸汽，再通過主蒸汽管道進入汽輪機。由于蒸汽不斷膨脹，高速流動的蒸汽推動汽輪機的葉片轉(zhuǎn)動從而帶動發(fā)電機。為了進一步提高其熱效率，一般都從汽輪機的某些中間級后抽出作過功的部分蒸汽，用以加熱給水。在現(xiàn)代大型汽輪機組中都采用這種給水回熱循環(huán)。此外，在超高壓機組中還采用再熱循環(huán)，既把作過一段功的蒸汽從汽輪機的高壓缸的出口將作過功的蒸汽全部抽出，送到鍋爐的再熱汽中加熱后再引入氣輪機的中壓缸繼續(xù)膨脹作功，從中壓缸送出的蒸汽，再送入低壓缸繼續(xù)作功。在蒸汽不斷作功的過程中，蒸汽壓力和溫度不斷降低，最后排入凝汽器并被冷卻水冷卻，凝結(jié)成水。凝結(jié)水集中在凝汽器下部由凝結(jié)水泵打至低壓加熱再經(jīng)過除氧氣除氧，給水泵將預(yù)加熱除氧后的水送至高壓加熱器，經(jīng)過加熱后的熱水打入鍋爐，再過熱器中把水已經(jīng)加熱到過熱的蒸汽，送至汽輪機作功，這樣周而復(fù)始不斷的作功。在汽水系統(tǒng)中的蒸汽和凝結(jié)水，由于疏通管道很多并且還要經(jīng)過許多的閥門設(shè)備，這樣就難免產(chǎn)生跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都會或多或少地造成水的損失，因此必須不斷的向系統(tǒng)中補充經(jīng)過化學(xué)處理過的軟化水，這些補給水一般都補入除氧器中。圖1.3 汽水系統(tǒng)流程1.2 鍋爐設(shè)備的工藝和分類2熱力發(fā)電廠的三大主機是鍋爐、汽輪機、發(fā)電機。鍋爐用燃料燃燒放出的熱能將水加熱成具有一定壓力和溫度的蒸汽，然后蒸汽沿管道進入汽輪機膨脹做功，帶動發(fā)電機一起高速旋轉(zhuǎn)，從而發(fā)電。整個過程中存在三種能量轉(zhuǎn)換過程，在鍋爐中燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能，在汽輪機將熱能轉(zhuǎn)換成機械能，在大電機中將機械能轉(zhuǎn)換成電能。鍋爐是發(fā)電廠最重要的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備之一。鍋爐是一種將煤炭、木材、甘蔗渣、石油、可燃氣體等能源所儲存的化學(xué)能以及工業(yè)生產(chǎn)中的余熱或其他熱源，轉(zhuǎn)化為一定溫度和壓力的水或蒸汽的換熱設(shè)備。鍋爐廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代社會國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，我國現(xiàn)階段70%以上的電能是利用蒸汽推動汽輪機發(fā)電機組發(fā)電而獲得的。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工藝過程中也都離不開蒸汽，供熱通風，空氣調(diào)節(jié)工程以及生活熱水供應(yīng)所需要的熱能也都是來自于高溫熱水或蒸汽。1.2.1 鍋爐設(shè)備的工藝鍋爐設(shè)備是由鍋爐本體和輔助設(shè)備兩大部分構(gòu)成： 鍋爐本體：鍋爐本體是由鍋和爐兩大部分組合在一起構(gòu)成的。“鍋”是接受高溫煙氣的熱量并將其傳給工質(zhì)的受熱面系統(tǒng)，它承受內(nèi)部或外部作用壓力，構(gòu)成封閉系統(tǒng)的各個部件，包括鍋殼、鍋筒（汽包）、下降管、集箱（聯(lián)箱）、水冷壁、凝渣管、鍋爐管束、汽水分離裝置、氣溫調(diào)節(jié)裝置、排污裝置、蒸汽過熱器、省煤器等。“爐”是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿娜剂舷到y(tǒng)，它是指構(gòu)成燃料燃燒場所的各種組成部件，包括爐膛（燃燒室）和爐前煤斗、煤閘門、爐排、除渣板、分配送風裝置等組成的燃燒設(shè)備。 鍋爐輔助設(shè)備： 燃料供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備：燃料供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備的作用是保證鍋爐連續(xù)運行所需要的符合質(zhì)量要求的燃料。燃料的儲存設(shè)備包括煤場、原煤倉、煤粉倉、貯油罐、工作油箱等。燃料的運輸設(shè)備包括帶式輸送機、埋刮板輸送機、多斗提升機、電動葫蘆吊煤罐、單斗提升機、給煤機、給粉機、橋式抓斗起重機、推煤機、油泵、輸油管道、過濾器、調(diào)壓器等。燃料的加工設(shè)備包括破碎機、磨煤機、粗粉分離器、細粉分離器、排粉風機等。 送、引風設(shè)備：送、引風設(shè)備的作用是給爐子送入燃燒所需要的空氣或給磨煤機系統(tǒng)輸送熱空氣干燥劑，并從爐膛內(nèi)引出燃燒產(chǎn)物煙氣，以保證鍋爐正常燃燒。送、引風設(shè)備包括送風機、引風機、冷風道、熱風道、煙道和煙囪等。 汽、水系統(tǒng)設(shè)備：汽、水系統(tǒng)包括蒸汽、給水、排污等三大系統(tǒng)。蒸汽系統(tǒng)的作用是將合格的蒸汽送往用戶或鍋爐自用汽，蒸汽系統(tǒng)設(shè)備包括蒸汽管、附件、分汽缸等。給水系統(tǒng)的作用是將經(jīng)過水處理后的符合鍋爐水質(zhì)要求的給水送入鍋爐，以保證鍋爐正常運行，給水設(shè)備包括水泵、水箱、給水管、再生液管、水的除硬、除堿、除鹽和除氣設(shè)備等。排污系統(tǒng)的作用是將鍋水中沉渣和鹽分雜排除掉，使鍋水符合鍋爐水質(zhì)標準，排污系統(tǒng)設(shè)備包括排污管、附件、連續(xù)排污膨脹器、定期排污膨脹器、排污降溫池等。 除灰渣設(shè)備：除灰渣設(shè)備的作用是將鍋爐的燃燒產(chǎn)物灰渣連續(xù)不斷地除去并運送到灰渣場。除灰渣設(shè)備包括馬丁除渣機、螺旋除渣機、刮板出渣機、重型鏈條除渣機、水力除灰渣系統(tǒng)、沉灰池、渣場、渣斗、橋式抓斗起重機、推灰渣機等。 煙氣凈化系統(tǒng)設(shè)備：煙氣凈化系統(tǒng)包括煙氣的除塵、脫硫、脫硝設(shè)備，它們的作用是除去鍋爐煙氣中夾帶的固體的微粒飛灰和氮氧化物等有害物質(zhì)，改善大氣環(huán)境。除塵、脫硫、脫硝設(shè)備包括重力除塵器、慣性力除塵器、離心力除塵器等。 儀表及自動控制系統(tǒng)設(shè)備：儀表及自動控制系統(tǒng)設(shè)備的作用是對運行的鍋爐設(shè)備進行檢測、程序控制、自動保護和自動調(diào)節(jié)。儀表及自動控制系統(tǒng)設(shè)備包括微型計算機和溫度計、壓力表、水位計、流量計、負壓表等儀表、煙氣氧量表、自動調(diào)節(jié)閥以及控制系統(tǒng)等。1.2.2 鍋爐分類鍋爐用途廣泛，種類很多，一般按如下幾種方法分類： 按用途分類，工業(yè)鍋爐（用于工業(yè)生產(chǎn)、采暖通風、空氣調(diào)節(jié)工程和生活熱水供應(yīng)的鍋爐。）、電站鍋爐（用于發(fā)電，為高參數(shù)、大容量鍋爐，我國現(xiàn)行電站鍋爐標準參數(shù)，容量系列中，最大容量鍋爐的額定蒸發(fā)量為2008t/h,其發(fā)電量功率為600MW。）、船用鍋爐、機車鍋爐。 按鍋爐出口工質(zhì)壓力分類，常壓熱水鍋爐、低壓鍋爐、中壓鍋爐、高壓鍋爐、超高壓鍋爐、亞臨界鍋爐、超臨界鍋爐。 按所用燃料或能源分類，燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、混合燃料鍋爐、廢料鍋爐、余熱鍋爐、其他能源鍋爐。 按燃料方式分類，火床燃燒鍋爐、火室燃燒鍋爐、流化床燃燒鍋爐。 按通風方式分類，自然通風鍋爐、機械送風鍋爐、機械引風鍋爐、平衡通風鍋爐。 按循環(huán)方式分類，自然循環(huán)鍋爐、強制循環(huán)鍋爐、直流鍋爐。 按鍋爐結(jié)構(gòu)分類，鍋殼鍋爐、水管鍋爐、鑄鐵鍋爐。8 按鍋爐布置形式分類，鍋爐縱置式鍋爐、鍋爐橫置式鍋爐。 按鍋爐出廠形式分類，快裝鍋爐、組裝鍋爐、散裝鍋爐。第二章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)是確保鍋爐安全穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)。汽包水位過低，由于鍋爐的蒸汽量大，汽包容積相對較小，水的汽化速度很快，如果控制不及時，不能給汽包及時補水，汽包內(nèi)的水很快就會蒸發(fā)光而導(dǎo)致干鍋，嚴重時會引起鍋爐爆炸。對于大型鍋爐，這種危險尤為突出。汽包水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離，使蒸汽帶液，這會使過熱器結(jié)垢導(dǎo)致?lián)p壞，同時也會使過熱蒸汽溫度急劇下降，損壞汽輪機的葉片，影響汽輪機的安全進行，因此汽包的水位必須加以嚴格的控制。2.1 鍋爐汽包水位的動態(tài)特性4汽包水位是汽包中的貯水量和水面下的汽泡容積所決定的，因此凡是引起汽包中貯水量變化和水面下的汽包容積變化的各種因素都是給水控制對象的擾動。其中主要的擾動有：給水流量W、鍋爐蒸汽流量D、汽包壓力Pb、燃燒工況等。給水控制對象的動態(tài)特性是指上述水位變化的各種擾動與汽包水位的動態(tài)關(guān)系。1 給水流量擾動下水位的動態(tài)特性給水流量擾動下的水位階躍反應(yīng)曲線如圖2.1所示。在給水流量突然增加的瞬間,鍋爐的蒸發(fā)量還未改變,給水流量大于蒸發(fā)量,但水位一開始并不立即增加,這是因為溫度較低的給水進入省煤器及水循環(huán)系統(tǒng)的流量增加了,從原有的飽和汽水混合物中吸取了一部分熱量,使水面下的汽泡容積有所減少。當水面下汽泡容積不再變化時,水位才開始逐漸上升。如果不考慮水面下汽泡容積的變化,則當給水流量擾動時,水位的反應(yīng)曲線如圖2.1中的直線1所示;實際的水位反應(yīng)曲線應(yīng)如圖2.1中曲線2 所示。所以給水流量的擾動,水位反應(yīng)存在一定的遲延時間。圖2.1 給水流量擾動下水位的階躍反應(yīng)曲線2 蒸汽流量擾動下水位的動態(tài)特性蒸汽流量擾動下水位的階躍反應(yīng)曲線如圖2.2所示。當蒸汽流量突然增加(假定供熱量及時跟上)時,鍋爐的蒸發(fā)量大于給水流量,汽包的貯水量應(yīng)等速下降,又因為汽包是無自平衡對象,所以水位變化曲線應(yīng)如圖中曲線H1所示,實際上當蒸發(fā)量突然增加時,在汽水循環(huán)系統(tǒng)中蒸發(fā)強度也將成比例地增大,使汽水混合物中汽泡的容積增大,又因爐膛內(nèi)的發(fā)熱量并不能及時增加,從而使汽包壓力不斷下降,降低了飽和溫度,促使蒸發(fā)速度加快,汽泡膨脹,加大了汽水混合物的總體積,使水位變化過程如圖中曲線H2所示。水位實際變化過程的曲線是H1和H2 兩曲線疊加,即圖中的曲線H，由此可知,負荷變化時汽包水位的動態(tài)特性具有特殊的形式:負荷增加時,蒸發(fā)量大于給水量,但水位不是下降反而上升;負荷突然減小時,水位卻先下降,然后逐漸上升,即“虛假水位”現(xiàn)象。 圖2.2 蒸汽流量擾動下水位的階躍反應(yīng)曲線 爐膛熱負荷擾動下水位的動態(tài)特性爐膛熱負荷擾動下水位的階躍反應(yīng)曲線如圖2.3所示。當燃料量M增加時,爐膛熱負荷隨著增加,水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的汽水混合物的汽泡比例增加,蒸發(fā)強度增強。如果負荷設(shè)備的進汽閥不加調(diào)節(jié),則汽包飽和壓力升高,蒸汽流出量增加,蒸發(fā)量大于給水量,水位應(yīng)該下降。隨著汽包壓力的升高,汽水混合物中汽泡的比例將減小,又使得汽水總?cè)莘e下降;其次,在汽壓升高時,汽的比容變小,水的比容變大,總的效果是汽水混合物的比容變化不大。所以在燃料量擾動下,汽包水位也會出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象,但由于熱慣性的原因,這種虛假水位沒有蒸汽流量擾動下的那樣嚴重。圖2.3 爐膛熱負荷擾動下水位的階躍反應(yīng)曲線2.2鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的基本方法如果使用簡單的鍋爐汽包液位的單沖量控制系統(tǒng)，如圖2.4所示,一旦負荷急劇變化,虛假液位的出現(xiàn),調(diào)節(jié)器就會誤以為液位升高而關(guān)小供水閥門，影響了生產(chǎn)甚至造成危險。圖2.4 鍋爐汽包液位的單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)為此,圖2.5采取了鍋爐汽包液位的雙沖量控制,它在單沖量的基礎(chǔ)上,再加一個蒸汽沖量,以克服“虛假液位”。其中調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥,液位調(diào)節(jié)器采用正作用,調(diào)節(jié)器輸出信號在加法器內(nèi)與蒸汽流量信號相減。雙沖量實際上是前饋與反饋調(diào)節(jié)相結(jié)合的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當負荷突然變化時,蒸汽的流量信號通過加法器,使它的作用與水位信號的作用相反；虛假液位出現(xiàn)時,液位信號a 要關(guān)小給水閥,而蒸汽信號b是開大給水閥,這就能克服“虛假液位”的影響。但是如果給水壓力本身有波動時,雙沖量控制也不能克服給水量波動的影響。圖2.5 鍋爐汽包液位的雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于單沖量和雙沖量都很難達到理想穩(wěn)定的控制所以這就要用如圖2.6所示的鍋爐汽包液位的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。即再加一個給水流量的沖量c,使它與液位信號的作用方向一致,這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于引進了液位、給水流量及蒸汽流量三個參數(shù),叫做三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 圖2.6 鍋爐液位的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)鍋爐汽包三沖量液位控制系統(tǒng)是在雙沖量液位控制基礎(chǔ)上引入了給水流量信號,由水位、蒸汽流量和給水流量組成了三沖量液位控制系統(tǒng)。汽包水位是被控變量,是主沖量信號，蒸汽流量，給水流量是兩個輔助沖量信號。實質(zhì)上三沖量控制系統(tǒng)是前饋加反饋控制系統(tǒng),可分為單級和串級兩種控制系統(tǒng)。當蒸汽流量增加時,調(diào)節(jié)器立即動作,相應(yīng)地增加給水流量,能有效地減小虛假液位所引起的調(diào)節(jié)器誤動作。當給水流量發(fā)生自發(fā)性擾動時(例如給水壓力波動引起給水流量的波動),調(diào)節(jié)器也能立即動作,控制給水流量使給水流量迅速恢復(fù)到原來的數(shù)值,從而使汽包水位基本不變。可見給水流量信號作為反饋信號,其主要作用是快速消除來自給水側(cè)的內(nèi)部擾動。當汽包水位增加時,為了維持水位, 調(diào)節(jié)器的正確操作應(yīng)使給水流量減小,反之亦然,即調(diào)節(jié)器操作給水流量的方向與水位信號的變化方向相反,因此調(diào)節(jié)器入口處水位信號定義為負極性但由于汽包鍋爐的水位測量裝置平衡容器本身已具有反號的特性,所以進入調(diào)節(jié)器的水位變送信號應(yīng)為正。2.3 單級三沖量和串級三沖量汽包水位控制系統(tǒng)的分析和整定52.3.1單級三沖量汽包水位控制系統(tǒng)的分析和整定 控制原理:單級三沖量給水控制系統(tǒng)自控原理框圖如圖2.7所示。圖2.7 單級三沖量給水自動控制原理框圖圖2.7中,各符號意義如下： 給水流量擾動； 調(diào)節(jié)閥對給水量的調(diào)節(jié)作用； 給水流量； 蒸汽流量； 蒸汽流量擾動下的水位變化的傳遞函數(shù)； 水位、給水流量、蒸汽流量測量變送器的斜率； , 蒸汽流量信號和給水流量信號的靈敏度； 執(zhí)行器的比例系數(shù)； 調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)。 內(nèi)回路的分析和整定圖2.8單級三沖量給水系統(tǒng)的內(nèi)回路方框圖內(nèi)回路方框圖如圖2.8 所示, 可以把內(nèi)回路作為一般的單回路系統(tǒng)進行分析。應(yīng)將副回路處理為具有近似比例特性的快速隨動系統(tǒng), 以使副回路具有快速消除內(nèi)擾及快速跟蹤蒸汽流量的能力。如果把調(diào)節(jié)器以外的環(huán)節(jié)等效地看作被控對象, 那么被控對象動態(tài)特性近似為比例環(huán)節(jié)。因此調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時間Ti 可以取的很小。和Ti的數(shù)值以保證內(nèi)回路不振蕩為原則, 一般Ti100 s。給水流量反饋裝置的傳遞系數(shù)( 給水流量信號的靈敏度)可任意設(shè)置一個數(shù)值,得到滿意的值, 如果以后有必要改變,則相應(yīng)地改變值,使保持試探時的值，以保證內(nèi)回路的開環(huán)放大倍數(shù)不變，保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。 主回路的分析和整定在內(nèi)回路經(jīng)過整定之后, 其控制過程是非?？斓摹＿@主要因為調(diào)節(jié)器為比例積分特性, 和Ti又設(shè)置的非常小,所以它能迅速動作。當外來控制信號V 改變時,調(diào)節(jié)器幾乎立即成比例地改變給水流量W,使,即,或,因此主回路等效圖如圖2.9所示。圖2.9 單級三沖量給水控制的主回路等效圖根據(jù)以上的分析,在整定主回路時,應(yīng)用試驗方法求得到對象的階躍響應(yīng)曲線。對象的輸入信號為給水流量變化W, 輸出信號為水位測量變送單元的輸出VH,從階躍響應(yīng)曲線上求得延遲時間和響應(yīng)速度,根據(jù)響應(yīng)曲線法可得下述計算公式: （2-1） （2-2） （2-3）由此可見,當變送器的斜率已經(jīng)確定后,增大給水量的靈敏度, 等于增加主回路調(diào)節(jié)器的比例帶, 因而使給水流量動作緩慢,增加主回路的穩(wěn)定性(減少主回路的振蕩) 。但是對內(nèi)回路來說,增加就增加了內(nèi)回路的開環(huán)放大倍數(shù), 因而增加了內(nèi)回路振蕩的傾向, 因此由于提高主回路的穩(wěn)定性而增加時,必須相應(yīng)地增加調(diào)節(jié)器的比例帶, 以保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。 前饋通道的分析和整定對于圖2.9所示的串級三沖量給水控制系統(tǒng), 當反饋回路經(jīng)過正確整定, 確定了給水流量反饋裝置的傳遞系數(shù)及調(diào)節(jié)器參數(shù), Ti 的數(shù)值后, 系統(tǒng)的方框圖就可以用圖2.10來表示。圖2.10 簡化的三沖量給水控制系統(tǒng)方框圖蒸汽流量前饋(,) 不在控制系統(tǒng)反饋回路之內(nèi),因此,它們的動態(tài)特性及取值大小不會影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 故可以根據(jù)蒸汽流量D 擾動時水位H不發(fā)生變化的原則來確定前饋環(huán)節(jié)的參數(shù)。由 (2-4) 得到 (2-5) 由此可見,前饋環(huán)節(jié)不是一個簡單的比例環(huán)節(jié), 而是一個復(fù)雜的動態(tài)環(huán)節(jié), 要從物理上實現(xiàn)式(5) 所表征的動態(tài)特性在技術(shù)上也是困難的。但是由于控制系統(tǒng)中已有了反饋控制, 而且容許汽包水位在一定范圍內(nèi)變化, 因此蒸汽流量前饋環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可以取比較簡單的近似形式。前饋環(huán)節(jié)只要取用比例特性, 就能使在負荷變化時的水位保持在允許范圍內(nèi), 通常都用蒸汽流量信號和給水流量信號靜態(tài)配合原則選擇。如果要求在不同負荷時,水位的穩(wěn)定值不變,則 （2-6）一般蒸汽流量變送設(shè)備的斜率等于給水流量變送設(shè)備的斜率,則 （2-7） 即蒸汽流量前饋裝置的傳遞系數(shù)(蒸汽流量信號的靈敏度) 等于給水流量反饋裝置的傳遞系數(shù)。2.3.2串級三沖量給水控制系統(tǒng)的分析和整定 控制原理: 串級三沖量給水控制系統(tǒng)的控制原理如圖2.11 所示。圖2.11 串級三沖量給水控制系統(tǒng)自控原理框圖整個系統(tǒng)由兩個閉合回路和前饋部分組成的,系統(tǒng)組成如下: 由給水流量W, 給水流量變送器, 給水流量反饋裝置副調(diào)節(jié)器PI2 ,執(zhí)行器kz 和調(diào)節(jié)閥k 組成副回路。 由被控對象,水位測量變送器,主調(diào)節(jié)器PI1 和副回路組成主回路。 由蒸汽流量信號D, 以及蒸汽流量變送器及蒸汽流量前饋裝置構(gòu)成前饋控制部分。 副回路的分析和整定根據(jù)串級控制系統(tǒng)的分析整定方法, 應(yīng)將副回路處理為具有近似比例特性快速隨動系統(tǒng), 以使副回路具有快速消除內(nèi)擾及快速跟蹤蒸汽流量的能力。圖3.11中所示副回路與圖3.9所示的內(nèi)回路完全相似,其分析整定原則完全相同。即用試探的方法選擇副調(diào)節(jié)器的比例帶2, 以保證內(nèi)回路不振蕩為原則,在試探時,給水流量反饋裝置的傳遞函數(shù)可任意設(shè)置一個數(shù)值,得到滿意的2值,如果以后有必要改變,則應(yīng)相應(yīng)地改變 2值, 使保持試探時的值,以保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。 主回路的分析和整定在主回路中,如果把副回路近似看作比例環(huán)節(jié), 則主回路的等效方框圖如圖3.12 所示。這時,主回路等效為一個單回路控制系統(tǒng)。如果以給水流量W 作為被控對象的輸入信號, 則可以把PI1 調(diào)節(jié)器與副回路兩者看作為等效主調(diào)節(jié)器,它的傳遞函數(shù)為 （2-8） 所以等效主調(diào)節(jié)器仍然是比例積分調(diào)節(jié)器, 等效的比例帶為 （2-9） 式中1 主調(diào)節(jié)器PI1 的比例帶。等效主調(diào)節(jié)器的積分時間就是PI1 調(diào)節(jié)器的積分時間。主回路仍按單回路系統(tǒng)的整定方法整定,如通過試驗方法求取主回路被控對象的階躍響應(yīng)曲線,并由曲線上求得延遲時間和響應(yīng)速度,在按曲線整定法中給出的公式計算等效主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)為 （2-10） （2-11）則PI1 調(diào)節(jié)器的參數(shù)為 （2-12） （2-13） 圖2.12 串級三沖量給水控制系統(tǒng)的主回路等效圖通過對串級三沖量給水控制系統(tǒng)的分析, 可以看出串級系統(tǒng)的主、副回路的工作可以認為基本上是各自獨立的。給水流量W, 給水流量反饋裝置的傳遞系數(shù)雖然也同時對主、副回路的工作產(chǎn)生影響,但它們在系統(tǒng)中的作用卻比在單級系統(tǒng)中小得多。在單級三沖量控制系統(tǒng)中,主回路的等效調(diào)節(jié)器比例帶,可以通過改變來調(diào)整,但的選擇還必須同時兼顧內(nèi)回路的穩(wěn)定性。串級三沖量系統(tǒng)中的等效主調(diào)節(jié)器的比例帶,可以改變PI1 調(diào)節(jié)器的比例帶來調(diào)整。因此,調(diào)整并不會影響到副回路的工作穩(wěn)定性,從而做到主、副回路互不影響, 即副回路的穩(wěn)定性由改變來保證, 主回路的穩(wěn)定性由改變來保證。 蒸汽流量前饋裝置的傳遞函數(shù)的選擇在串級三沖量給水控制系統(tǒng)中, 水位偏差完全由主調(diào)節(jié)器來校正,使靜態(tài)水位值總是等于給定值。因此,不要求送到副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號等于給水流量信號,所以前饋裝置的傳遞函數(shù)的選擇將不受靜態(tài)特性無差條件的限制, 而可以根據(jù)鍋爐“虛假水位”的嚴重程度來確定, 從而改善負荷擾動時控制過程的穩(wěn)定性。一般使蒸汽流量信號大于給水流量信號,即 K 1 （2-14）如果給水流量變送器和蒸汽流量變送器的斜率相等,則 K 1 （2-15）由于在負荷擾動時,水位的最大偏差(第一個波幅) 往往出現(xiàn)在擾動發(fā)生后不久(虛假水位現(xiàn)象造成),這個水位最大偏差的數(shù)值決定于擾動的大小, 擾動的速度和鍋爐的特性, 蒸汽流量信號加強后的控制作用對水位的最大偏差起不了多大作用。加強蒸汽流量信號的作用在于減少控制過程中第一個波幅以后的水位波動幅度和縮短控制時間, 因此蒸汽流量信號也不需過分加強(一般可取K= 2)。對于大型鍋爐,通常其給水控制通道延遲性及慣性較大,采用串級控制的控制質(zhì)量、調(diào)試整定比較方便,因此采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)。串級三沖量給水控制系統(tǒng)與單級三沖量給水控制系統(tǒng)相比較,串級控制系統(tǒng)是由兩個調(diào)節(jié)器組成,主調(diào)節(jié)器PI1 采用比例積分控制規(guī)律,以保證水位無靜態(tài)偏差。主調(diào)節(jié)器的輸出信號和給水流量,蒸汽流量都作用到副調(diào)節(jié)器PI2 上。在一般的情況下,副調(diào)節(jié)器可采用比例調(diào)節(jié)器,以保證副回路的快速性。串級系統(tǒng)主副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同,副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是用以消除給水壓力波動等因素引起的給水流量的自發(fā)性擾動以及當蒸汽負荷改變時迅速調(diào)節(jié)給水流量,以保證給水流量和蒸汽流量的平衡;主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位偏差。這樣, 當負荷變化時,水位穩(wěn)定值是靠主調(diào)節(jié)器PI1 來維持的，在這里可以根據(jù)對象在外擾下虛假水位的嚴重程度來適當加強蒸汽流量信號的作用強度,從而改變負荷擾動下的水位控制品質(zhì)。因此,串級三沖量系統(tǒng)比單級三沖量的工作更合理,控制品質(zhì)要好一些。2.4 控制給水的手段電動定速給水泵+調(diào)節(jié)閥對于20世紀70年代投產(chǎn)的200MW單元機組，普遍采用電動定速給水泵+調(diào)節(jié)閥的控制方式對汽包水位進行調(diào)節(jié)，其簡化給水系統(tǒng)圖如圖2.13所示。這種系統(tǒng)每臺鍋爐配置兩臺容量各為100%的電動定速泵，運行時，一臺工作，另一臺熱備用，跟蹤工作泵。鍋爐點火前，旁路給水截止閥和主給水截止閥全關(guān)，上水截止閥全開，通過上水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水量，控制汽包水位；在低負荷階段，上水截止閥和主給水截止閥全關(guān)，旁路給水截止閥全開，通過旁路給水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水量，控制汽包水位；當負荷上升到某一負荷值時，上水截止閥和旁路給水截止閥全關(guān)，主給水截止閥全開，通過主給水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水量?？刂破?。從上水開始到帶滿負荷的全過程，汽包水位的控制都由調(diào)節(jié)閥完成。圖2.13 電動定速泵+調(diào)節(jié)閥的簡化給水系統(tǒng)圖電動調(diào)速給水泵+調(diào)節(jié)閥對于20世紀80年代以后投產(chǎn)的200MW單元機組，普遍采用電動調(diào)速給水泵+調(diào)節(jié)閥對汽包水位進行調(diào)節(jié)，其簡化給水系統(tǒng)圖如圖2.14所示。這種系統(tǒng)每臺鍋爐配備兩臺容量各為100的電動調(diào)速泵，運行時，一臺工作，另一臺熱備用，跟蹤工作泵。電動調(diào)速泵的驅(qū)動電動機經(jīng)聯(lián)軸器與給水泵連接，通過改變液力聯(lián)軸器中勺管的徑向行程來改變聯(lián)軸器的工作油量，實現(xiàn)給水泵轉(zhuǎn)速的改變。鍋爐點火前的上水和低負荷階段。主給水截止閥一直關(guān)閉，汽包水位的控制與電動定速泵+調(diào)節(jié)閥的方式一樣，采用調(diào)節(jié)閥控制。當負荷超過某一較高負荷值時，上水截止閥、旁路給水截止閥關(guān)閉，主給水截止閥全開，通過改變給水泵的轉(zhuǎn)速改變給水流量，控制汽包水位。圖2.14 電動調(diào)速閥+調(diào)節(jié)閥的簡化給水系統(tǒng)圖 汽動給水泵+電動調(diào)速泵+調(diào)節(jié)閥300MW及以上機組采用這種控制方式。對于300MW及以上機組，每臺鍋爐配有一臺50%容量的電動調(diào)速泵和一臺100%容量的汽動給水泵，或者兩臺每臺容量各為50%的汽動泵。為與單元機組的汽輪機下相區(qū)別，汽動泵的汽輪機稱小汽輪機，一般驅(qū)動小汽輪機工作的汽源來自汽輪機的高壓缸抽汽，通過控制小汽輪機的進汽量，改變小汽輪機的轉(zhuǎn)速，達到改變給水泵的轉(zhuǎn)速。小汽輪機的轉(zhuǎn)速是以微處理器為核心組成的小汽輪機的轉(zhuǎn)速從零升到某一臨界轉(zhuǎn)速，當達到這一轉(zhuǎn)速后小汽輪機的轉(zhuǎn)速給定值由給水控制系統(tǒng)設(shè)置，此后小汽輪機只相當于給水控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。采用一臺50%容量的電動調(diào)速泵、兩臺容量各為50%的汽動泵和調(diào)節(jié)閥對汽包水位進行調(diào)節(jié)的簡化圖如圖2.15所示。圖2.15 汽動泵+電動調(diào)速泵+調(diào)節(jié)閥的簡化給水系統(tǒng)圖第三章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計熱電廠的各運行設(shè)備必須進行在線狀態(tài)的監(jiān)測，而且熱電廠的自動化系統(tǒng)應(yīng)具備一定的故障預(yù)測、判斷、保護、處理、追憶與分析等功能，先進的計算機分散控制系統(tǒng)可以對整個生產(chǎn)過程進行控制和自動調(diào)節(jié)，根據(jù)不同情況協(xié)調(diào)各設(shè)備的工作狀況，使整個電廠的自動化水平達到了新的高度。3.1分散控制系統(tǒng)11單元機組的熱工過程是由許多設(shè)備共同完成的。每一設(shè)備既具有相對獨立的功能和作用，又按照特定的工藝流程與其它設(shè)備組成子系統(tǒng)，若干子系統(tǒng)構(gòu)成相應(yīng)的系統(tǒng)。系統(tǒng)與系統(tǒng)間，系統(tǒng)與它的子系統(tǒng)間緊密聯(lián)系，運行中互相影響，機組的安全經(jīng)濟運行決定于各系統(tǒng)，各系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)配合。DCS以CPU群為核心，這些功能強弱不同的微處理器有的對子系統(tǒng)的設(shè)備或工藝流程進行控制，有的對子系統(tǒng)與子系統(tǒng)間進行協(xié)調(diào)控制，有的完成系統(tǒng)和子系統(tǒng)間的控制，還有的進行系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)控制，即整個機組的控制目標和任務(wù)事先按一定方式分配給各個微處理器，形成功能上的分級，而各個CPU通過數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)進行聯(lián)系，交換信息，實現(xiàn)CPU控制作用分散、顯示和操作以及管理集中的有機結(jié)合，實現(xiàn)信息資源共享。分散具有廣泛的含義，它包括功能分散、控制分散、數(shù)據(jù)分散、通信分散、設(shè)備分散，從而達到危險分散，提高機組的安全運行水平。DCS控制方式符合熱電生產(chǎn)的熱工過程基本特征，因此在新廠建設(shè)和老廠技術(shù)改造中，獲得了大力推廣和廣泛應(yīng)用。DCS綜合了現(xiàn)代計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)，是一種新型的控制系統(tǒng)。在介紹DCS之前，先對以下模件進行簡單介紹： I/O模件（輸入或輸出模件）：I/O模件一般裝有微處理器芯片，可分擔上一級計算機的一部分工作，對信號進行必要的處理。 A/D轉(zhuǎn)換（模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量）：轉(zhuǎn)換成計算機能夠接受的數(shù)字信號。 V/I轉(zhuǎn)換（電壓轉(zhuǎn)換為電流）：以便信號的遠傳。 控制策略：又稱控制方案或控制算法，指根據(jù)被控對象的特性，微處理器中執(zhí)行控制任務(wù)的有關(guān)程序軟件。 預(yù)處