除氧器温度模糊控制系统设计与仿真研究毕业设计.docx
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除氧器温度模糊控制系统设计与仿真研究毕业设计
除氧器温度模糊控制系统设计与仿真研究毕业设计
绪论
锅炉除氧的意义与目的
电力生产是电力系统的重要组成部分,它是将自然界中的一次能源(如煤、天然气、水能、核能、风能、太阳能等)转换为电能。
火电厂是一个庞大而又复杂的生产电能与热能的工厂,火电厂基本生产过程是:
燃料在锅炉中燃烧,将其热量释放出来,传给锅炉中的水,从而产生高温高压蒸汽;蒸汽通过汽轮机又将热能转化为旋转动力,以驱动发电机输出电能。
火电厂是由化学水处理系统、锅炉、汽轮发电机组、输变电设备及其他辅助设备组成的庞大的能源转换设备群[1]。
除氧器是火电机组给水加热系统中的主要设备之一。
主要用来除去锅炉给水中的氧和二氧化碳等非凝结气体,其次是用汽机中压侧抽汽及其他方面的余汽、疏水等,将锅炉给水加热至除氧器运行压力下的饱和温度,从而提高了机组的热经济性,并将符合含氧量标准的饱和水,储存于除氧器水箱中,随时满足锅炉的需要,以保证锅炉的安全运行。
蒸汽系统流程示意图如图1.1
图1.1蒸汽系统流程示意图
锅炉给水中的溶解氧是造成热力设备腐蚀的主要原因之一。
腐蚀降低了设备工作的可靠性并严重影响锅炉寿命,其主要危害如下:
⑴产生腐蚀后,锅炉的省煤器、水冷壁、对流管束、锅筒等金属构件遭到破损而变薄,或局部点状腐蚀而凹陷甚至穿孔,严重的腐蚀会使金属内部结构破坏,甚至发生爆管事故。
这样会缩短锅炉的使用年限,或者停炉停产,直接影响工厂的经济效益。
⑵金属腐蚀产物转入水中,使水中杂质增多,又加剧受热面上的结垢过程。
含有高价铁的水垢,容易引起垢下金属铁的腐蚀,而铁的腐蚀又容易重新结成水垢。
这种恶性循环会迅速导致锅炉爆管事故的发生,结果会造成人的伤亡和设备的破坏[2]。
所以,锅炉和热力设备的氧腐蚀是锅炉安全运行的一大隐患,为防止和减轻热力设备的氧腐蚀,保证热力设备能安全经济运行,就需要对锅炉给水进行除氧处理。
因此,除氧器在热力发电过程中起着非常重要的作用。
除氧器是将溶解在水中的有害气体,尤其是水中的溶解氧从水中除去,避免这些有害气体进入锅炉系统造成设备的腐蚀,从而影响锅炉和汽轮机系统的寿命。
为了保证除氧器能达到很好的除氧效果,就需要采用先进的控制方法,所以,须采取智能化控制技术控制除氧器。
其主要目的是在满足经济性、实用性、科学性的条件下设计一套稳定、可靠的热力除氧器控制系统,使除氧器能起到良好的除氧效果。
本文是以包钢热电厂的除氧器为控制对象,采用智能控制技术来设计除氧器的控制系统。
国内外研究概况和发展趋势
除氧器在电站发电设备中起着重要作用,关系着锅炉系统的安全运行,所以人们用了许多办法来对除氧器进行控制,在这方面国内外都做了许多研究工作,同时也取得了一些较好的效果。
国外状况
加拿大的Chou,Q·B等人在新型除氧器水位压力控制系统一文中提出了用控制策略和容错算法来控制除氧器水位和压力,这种新的控制方法并入了不相互矛盾的控制方法,适用于不同的运行状态,很大程度地提高了系统性能,在系统受到严重干扰时降低了除氧器的噪声,提高了设备的可靠性和安全性[3]。
C.X.LU和R.D.Bell等人发表了题为发电厂除氧器的策略控制的论文,该文中提出运用策略控制的方法来控制除氧器,通过仿真研究证明该方法对除氧器的启动和过渡过程控制效果良好[4]。
澳大利亚Bell,Rodney等人在题为除氧器建模与控制的论文中提出了适用于预测除氧器装置的瞬态状态的数学模型,该数学模型是基于能量和质量平衡方程,建立了除氧器、给水泵、吸水泵的模型。
由于该模型是完全基于物理特性,所以很容易应用于不同尺寸的同类装置。
并在该模型的基础上应用于不同的控制方法,对除氧器的水位进行了控制仿真,其结果表明很理想[5]。
美国Ben—Abdennour,Adel提出用高斯线性二次型(LQG/LTR)的鲁棒性控制器对实验增值反应堆(EBR-II)进行了控制,在这篇文章中提到了当运行条件改变,系统受到扰动,或发生故障时,传统的PID控制器是不能维持它的理想性能,并反过来会影响其它设备的性能,上述鲁棒性控制器能适应系统故障,并能在一定范围内,模型的不确定性仍有较好的控制性能。
该鲁棒性控制器具有以下几个优点:
①即使在运行条件发生很大的变化时,控制器仍有理想的控制性能。
②能适应可能发生的一些故障。
③通过选择加权系数,使一个变量比另一个变量起更大的控制作用[6]。
国内状况
东南大学吕剑虹等人采用模糊控制方法对电站除氧器水位和凝汽器水位进行控制,通过对国内200MW火电机组除氧器及凝汽器水位控制系统进行分析,他们采用模糊控制技术对除氧器水位进行多变量控制,仿真了机组负荷变化,除氧器水位也发生相应阶跃变化响应的几种情况[7]。
郝吉廷和王莉在除氧器水位及溶氧的控制一文中,提出在原有的除氧器水温和水位的单回路调节系统中增加前馈控制回路,实现除氧器水温和水位控制的稳定和快速作用[8]。
曲延滨、潘毅等人发表的题为除氧系统模糊控制器的设计与实现的论文中,设计了基于模糊控制理论的多维模糊控制器来控制除氧器压力和水位,为了消除多台除氧器并联工作时相互间的影响,控制各除氧器平稳运行,结合人工控制经验设计了智能控制器,其控制效果达到了预期要求[9]。
马海林、刘军还针对除氧器水位自动调节系统投入难的问题,定性分析其症结所在,提出在常规控制系统的基础上采用协调控制策略进行控制,并将其运用在黄岛发电厂125MW和210MW火电机组上,取得了较为理想的效果[10]。
虽然国内外对锅炉以及除氧器的控制研究很多,也取得了一些成果,但都主要偏重于除氧器的压力和水位的控制方面,而本课题主要从除氧器的温度变化方面考虑,以达到除氧的目的。
本课题主要完成的任务
本课题是以包钢热电厂的除氧器为研究对象,除氧系统具有多输入、多输出、大滞后、时变性、非线性等一系列特点,除氧器的温度和压力相互影响,是一种强耦合系统,其精确数学模型难以建立。
为了达到除氧目的,必须保证温度和压力的恒定。
而采用传统的PID控制方法,当系统负荷变化较大时,实际运行结果很不理想,很难达到工业要求。
因此,提出了一种采用传统的PID控制结合模糊控制理论的设计思想,采用MATLAB对设计的控制系统进行仿真。
本课题主要的工作有:
⑴了解热电单元机组系统组成及工作原理,重点是热力除氧器的结构、原理、特点和运行特性;
⑵根据查阅的大量资料,分析研究除氧器的结构与运行特性,明确热力除氧器的温度控制系统的设计思路,选定控制方案;
⑶根据除氧器的参数变化特性及控制要求,设计适用于除氧器温度控制的模糊控制算法及PID控制算法;
⑷运用MATLAB对控制算法进行仿真研究,确定模糊控制器及PID控制器的最佳参数,并比较模糊控制和PID控制的控制效果;
⑸对仿真结果进行相关的分析,根据常规PID控制和模糊控制的各自优点,把二者结合起来构成模糊—PID复合控制,利用MATLAB进行仿真实验研究,并与常规PID控制和模糊控制的效果进行比较。
热力除氧器的除氧原理及其数学模型
工业锅炉用水经过预处理和离子交换处理除去了水中的悬浮物、胶体和溶解在水中的钙、镁离子,使水得到了澄清和软化。
但水中溶解的气体还没有除掉。
这些气体中的氧和二氧化碳能引起给水系统和锅炉受热面腐蚀,特别是氧的腐蚀最为严重,腐蚀量达到2~5%时,就足以使设备管路遭到破坏,轻则造成设备管道内壁出现点坑,粗糙度大增,既增加流动阻力,又易积聚沉淀物,加速垢下腐蚀,最终导致暴裂穿孔报废。
因此,要保证锅炉安全、正常的运行,不使工艺过程遭受破坏,即在正常使用年限内,锅炉不因腐蚀过于剧烈而引起机械强度的过大损失而不安全,或腐蚀产物过多而引使水循环发生故障,锅炉的给水除氧就显得十分关键[11]。
热力除氧的原理与途径
锅炉给水中往往溶解有氧、氮、二氧化碳等气体,其中二氧化碳和氧气的存在,对锅炉和汽轮机更容易发生腐蚀。
尤其是氧的存在,腐蚀特别严重,因此,我们有必要研究气体在水中的特性,特别是氧在水中的特性及除氧的根本途径。
除氧的方法与原理
若水中含有溶解氧或游离的二氧化碳,或者pH值小于7呈现酸性水,或水中氯化物存在较多,都会使给水管道、省煤器、水冷壁、锅筒及对流管束等发生或加剧腐蚀。
化学除氧是把游离氧分子转变成金属氧化物或非金属氧化物,氧化还原树脂除氧即为当前除氧技术最为先进的一种,它的关键就是合成一种适合工业上应用的氧化还原树脂,能提供大量的廉价活性氧。
物理化学除氧原理是根据亨利定律Cn=kPn,在达到平衡条件下,水中溶解氧含量Cn,与水上方氧气的摩尔分压Pn成正比,如果水上方氧气的摩尔分压Pn=0,溶解氧就向水上方无氧气体中扩散,如果设法使水上方气体中氧气摩尔分压始终保持为零,扩散达到平衡,水中溶解氧含量就为零,即成无氧水。
无氧气体为蒸气就是热力除氧,无氧气体为氮气和二氧化碳混合气体就是解吸除氧,如果把水上方空气抽尽,仅留下水蒸气就是真空除氧[12]。
常用的除氧方法有热力除氧、真空除氧、解析除氧、化学除氧、海绵铁除氧(过滤除氧)、加药除氧等。
除氧技术基于化学原理和物理化学原理,在国际上,发达国家工业锅炉补给水除氧,除了一些特殊保留热力除氧(热电厂除氧)和真空除氧(海水除氧)外,大多数采用化学除氧。
化学除氧技术采用氧化还原树脂除氧,物理化学除氧技术采用膜分离除氧。
虽然氧化还原树脂除氧耗能小,但我们是以热电厂的除氧器为研究对象,该除氧器一般采用的是热力除氧的方法。
热力除氧的机理是基于分压定律、亨利定律、传热方程和传质方程[13],即用蒸汽加热给水,提高水的温度,当水被加热至相应压力下的饱和温度时,溶解于水中的气体就从水中全部逸出而除去,从而保证给水含氧量达到给水质量标准的要求。
该厂的热力除氧器是淋水式热力除氧器,除氧水箱压力为0.02~0.025MPa,工作温度为104℃。
水中气体的溶解特性及除氧的途径
各种气体在不同压力和温度下,其饱和含量都不相同,表2.1所示即为不同压力、温度下水的饱和含氧量[14],空气中氧较多,水与空气接触后,其含氧量很容易达到饱和或接近饱和,因此工业企业锅炉房一般不分析生水、软水或除氧前给水的含氧量,而按该压力及温度下水的饱和含氧量作为除氧前水的含氧量。
很显然,以饱和含氧量来代替水的含氧量,其数值比实际情况偏高,因为水与空气接触,其含氧量不一定就真正达到饱和,尤以混有大量回水的给水,由于回水中含氧量较低,故这种给水的含氧量都未达到饱和。
气体溶解定律(亨利定律)指出:
任何气体在水中的溶解度与该气体在水界面上的分压力成正比。
所谓分压力,就是在液面上的空间中,如果没有其它气体或蒸汽,仅有这种气体单独存在时的压力,称为这种气体的分压力。
气体在液体中的溶解度,决定于液体温度及液面上这种气体的分压力,也就是说,汽水界面上某种气体的分压力越小,水中溶解的该气体量就越小,分压力等于零时,则溶解气体的量就为零。
由该定律以及表2.1可见:
在加热水时,汽水分界面上水蒸汽的分压力将增加,其他气体的分压力就会相应减少。
根据气体溶解定律,水中溶解气体量将随水温度升高而减少。
当水被加热至沸腾时,汽水界面上的压力就是水的饱和蒸汽压,此时,气体在水中的溶解度也应等于零。
氧气是很活泼的气体,它能跟很多非金属直接化合,而且能跟绝大多数金属(金、银、铂等少数金属除外)直接化合。
当其与非金属或金属化合以后,往往形成稳定的氧化物,或生成沉淀。
这些氧化物中的氧就不再与金属化合,故实际上起腐蚀作用的,都是水中的溶解氧。
从氧在水中的溶解特性及其活泼的化学性质,我们可以得出,去除水中氧气可以从以下几个方面着手:
⑴使水加热,减少其中氧的溶解度,水中氧气就可以逸出;
⑵使水面上空间的氧气分子都排除,或转变成其它气体(如二氧化碳)。
既然水面上没有氧的分子存在,氧的分压力就为零,水中氧的溶解度就为零,水中的氧气就不断逸出;
⑶使水中的溶解氧在进入锅炉前就转变为与金属或其他药剂的稳定化合物而消耗干净。
这种使氧与金属或其他药剂化合的方法,可采用纯化学的氧化方法、电化学的方法,也可采用除氧树脂除氧的方法。
本课题的研究对象采用的是热力除氧。
即用蒸汽加热给水,提高水的温度,使水面上蒸汽的分压力逐步增加,而溶解气体的分压力渐渐降低,溶解于水中的气体就不断逸出,当水被加热至相应压力下的饱和温度,液面上的蒸汽的分压力几乎等于全压力,其它气体的分压力趋近于零,于是溶解于水中的气体就从水中全部逸出而除去。
为保证除氧效果,热力除氧必须具备两个条件:
第一,必须把水加热到除氧器压力对应的饱和温度;第二,必须及时排出水中分离逸出的气体。
第一个条件不具备,气体不能全部从水中分离出来;第二个条件不具备时,已分离出来的气体会重新回到水中。
热力除氧的实质是除气,在除氧的同时可以除掉溶解于水中的其他气体,而且不会生成任何残留物质;另外,热力除氧可作为一级回热加热器,除氧工艺的成本又很低廉,故被火电厂广泛采用。
热力除氧器的工作条件和特点
热力除氧是目前应用最多的一种除氧方法,但它本身具有一定局限性,为了保证热力除氧器具有可靠的性能,除了在设计方面满足需求之外,在实际运行中还应满足工况条件的苛刻要求[15]。
⑴水与蒸汽的接触面积要大,水流分配要均匀,不可波动。
如果除氧水箱的水位过低,蒸汽量无变化,瞬间除氧器的水负荷大为增加,当超过设计范围时,水即充满水槽,并以较厚的水流经过水槽栏板向外溢流。
这种水流不能被蒸汽加热到需要的温度,因此不能使氧完全除去。
当这种水落入水箱时,便将水箱中其余的水污染,同时蒸汽的均匀分配被破坏,除氧器对蒸汽的阻力增加,因而使水的加热不足,造成除氧效果恶化。
⑵保持在整个水面上水中溶解气体的分压力与水面上气体中该气体的分压力之间有压力差。
⑶使水与蒸汽流动方向相对,这样可以保证有最大可能的气体压力差和尽可能多地除气。
⑷必须迅速将水面上的气体除去,以免它们的分压力增高,阻碍除气。
这就要求除气中的气汽混合物有足够的剩余压力,并且排气管要有足够的流通截面。
除氧器内压力一般为0.01~0.02MPa,在此压力下的沸腾温度为102~104℃。
通常将0.02MPa设定为表压力。
⑸能很可靠地将水加热到除氧器工作压力下的沸腾温度。
由于热力除氧器的除氧过程是在水的沸点下进行的,所以运行中必须将水加热至沸点,稍有加热不足,都会引起除氧效果的恶化,以致提高水中的残留含氧量。
水的沸点随水面上压力的变化而变化,运行中应根据除氧器内的压力检查其沸点。
⑹大气热力除氧器进水温度不宜低于70℃,否则不易维持沸腾温度。
保证补水(即除盐水)的温度,由于补水(除盐水)的水温低,将使得除氧器的运行工况发生波动而影响其除氧效果。
因此,为了保证除氧器运行的稳定性,主要是通过调整软水加热器及轴封加热器的汽量来保证进入除氧器的水温不低于70℃。
⑺尽量采用连续进水和自动控制,以保持工况稳定。
热力除氧器一般有大气式热力除氧器、喷射式热力除氧器以及淋水式热力除氧器。
国内目前工业锅炉(蒸汽类)的除氧器,淋水式热力除氧器是最常用的热力除氧器。
其特点是:
(1)不仅能除氧,而且能除去O2、CO2、N2、NH3等腐蚀性气体;
(2)除氧后的水不再增加含盐量,也不再增加其它气体溶解量;
(3)控制操作容易,与其它常用除氧方法相比较效果稳定可靠;
(4)热负荷变动频繁,当除氧水温超过104±3℃范围时,除氧效果难于保证;
(5)蒸汽消耗量比较大,通常按设计规范达到锅炉自产蒸汽量的一定量时,就造成热力除氧器运行费用非常高;
(6)提高给水进入省煤器的温度,使废烟气回收利用率降低;
(7)负荷变动时不易调整;
(8)要求设备高位布置,增加了基建投资、设计、安装、操作的不方便;
(9)对压力、温度、以及除氧器的水位要求比较高。
热力除氧器动态特性测定
建模综述
任何一个自动控制系统,都是由被控对象(工艺设备)和自动控制设备(如变送器、调节器、执行器等)两大部分组成。
只有掌握了它们各自的动态特性,并把它们合理地构成控制系统,才能实现人们预期的控制目的。
控制系统设计、使用的好坏,在很大程度上取决于对被控对象动态特性了解的程度。
被控对象的动态特性实际上就是建立被控对象的动态数学模型,即用数学方程来描述被控对象各变量间的关系,简称建模[14]。
研究被控对象动态特性的作用主要有:
①设计合理的自动控制系统。
从控制系统的设计原则知道,只有准确地掌握了被控对象的动态特性,才能确定最优的控制规律,设计出合理的控制系统;②对工艺设备的设计提出合理的要求和建议。
目前,被控的工艺设备的设计制造只是以静态特性为依据。
如果通过对被控对象特性的研究,得出被控对象的结构和参数对动态特性的影响,则可对工艺设备提出具体的设计要求或合理的改进意见,使工艺设备具有良好的动态特性,为设计满意的控制系统创造先决条件;③确定控制系统的最佳整定参数,只有掌握了被控对象的动态特性,才有可能应用控制理论计算确定控制系统的最佳整定参数[16]。
被控对象的动态特性可以通过两个途径获得,即理论建模或实验建模,或者把二者结合起来。
理论建模是根据基本的物理、化学定律和工艺参数,在一定的假设条件下,导出被控对象的数学模型。
这种方法一般只用来描述新研制的被控对象动态特性。
实验建模是从试验数据中分析推导数学模型,即先根据经验或数据分析确定模型的结构,然后由试验数据确定其未知参数。
实验建模的过程又称为系统辨识(识别)。
工程中许多被控对象都是相当复杂的设备和系统,它们的数学模型很复杂,采用理论建模方法获得其数学模型相当困难,或者说需要用很复杂的数学模型来描述其动态特性。
因此,在工程上主要借助于实验建模方法来获得可靠的被控对象数学模型。
这种方法的特点在于不要求清楚了解系统的内部机理,而只着眼于系统的整体特性。
除氧器即属于这一类。
被控对象的数学模型
除氧器温度控制系统的稳定状态是建立在一个动态平衡的基础上的。
温度高或温度低时通过调节阀门开度的大小来维持除氧器内温度的稳定。
因此,在除氧器温度控制系统的研究中,其动态特性的分析是关键。
被调对象的动态特性是比较复杂的,要想从理论上建立一个完全符合实际的动态模型是不可能的,必须采用一定的方法,对被调对象进行简化[17]。
本课题对除氧器控制系统的建模采用统计建模的方法。
测定除氧器系统响应曲线时用的标准信号有阶跃信号和方波信号,阶跃信号是最常见的输入信号,其对应的随时间变化的输出信号曲线称为阶跃响应曲线(或称飞升曲线),它能比较直观地反映被控对象的动态特性,特性参数数据直接取自记录曲线,无须中间转换,试验方法也较简单。
因此,本系统采用阶跃信号作为输入信号。
将系统处于开环状态,将控制器置于手动,阶跃改变控制器的手操输出电压,记录温度测量变送器的输出电流,可得到一条阶跃响应曲线,如图2.1所示。
经简单处理,就可得到该过程的模型参数。
t0—响应曲线的拐点时间;t1—切线达到稳态值的时间;
ta—对象的广义时间常数;τ—迟延时间;
y0—响应曲线上拐点对应的输出参数
一般来说,可将测试的阶跃响应曲线与标准的一阶、二阶阶跃响应曲线比较,来确定与其相近的传递函数形式作为数据处理的模型。
对同一条响应曲线,用低阶传递函数拟合,数据处理简单,计算量也小,但准确程度较低。
用高阶传递函数来拟合则数据处理麻烦,计算量大,但拟合精度高。
闭环控制,尤其是采用先进而合适的控制策略的控制系统,并不要求非常精确的被控对象模型。
因此,在满足精度要求的情况下,尽量使用低阶传递函数来拟合。
所以,对一般的工业过程对象,常采用一阶、二阶传递函数进行拟合。
典型的工业过程的传递函数可以取下式。
(2-1)
热工被控对象的绝大多数是属于有自平衡能力的,并且属于有纯滞后的多阶惯性环节[44]。
除氧器控制系统可以用二阶惯性环节和一个延时环节来近似,这样可以得到除氧器系统的传递函数:
(2-2)
式中,τ—除氧器的滞后时间,T—除氧器的时间常数,K—放大系数。
现将除氧器的控制器不接入控制回路中,使系统处于开环状态,用飞升曲线法测得式2-2各系数的近似值如下:
τ=3秒,T=4.6秒,K=9.4。
于是就得到了该除氧系统的传递函数为:
(2-3)
本章小结
本章通过分析热力除氧器的原理、特点、结构以及工作条件,利用飞升曲线法对其进行实验室建模,得出其数学模型,为下一章方案的确定奠定了基础。
热力除氧器控制系统设计
热力除氧器控制系统现状
热力除氧器除氧效果的好坏,最主要的因素是调节进汽量和给水量,保持除氧器汽压、水温稳定。
若进汽量调节不当,蒸汽不足,除氧器内汽压降低,温度降低,则除氧效果变坏;进汽过多,汽压过高,则将水封装置中的水冲出,而排出蒸汽,造成损失。
若除氧器的负荷突然增加,会造成水温下降,影响除氧效果[14]。
1给水流量的调节
有的热力除氧器采用液位控制来满足锅炉负荷的变化。
锅炉负荷的变化引起了除氧水箱的出水流量的变化,引起了除氧水箱的水位变化,现有系统通过水位调节器来调节流入热力除氧器的回水及软水的流量,保持除氧水箱内水位的稳定。
但由于工业锅炉的负荷波动较大,现有的水位调节器经常失灵而不能使用。
因此除氧器的除氧效果就大为降低。
2进汽流量的调节
热力除氧器通过对除氧器内汽压的控制来满足除氧器对除氧温度的要求。
当锅炉负荷波动范围不大时,除氧头内的汽压与温度的变化几乎成线性关系,因此通过控制除氧头内的汽压能够达到控制除氧温度的目的。
而当锅炉负荷急剧波动时,除氧头内的汽压与温度的变化成非线性关系,如:
锅炉负荷急剧上升时,除氧器给水大量增加,除氧头内的温度急剧下降,而除氧头内汽压的变化不大。
因此工业锅炉热力除氧器仅控制汽压的变化是很难将除氧器内的温度控制在规定范围内的。
3温度单回路控制系统
采用单回路控制系统来控制影响除氧效果的主要参数——除氧器内的温度,控制系统框图如图3.1所示[18]。
由于除氧系统管路及除氧器本身比较复杂,其动态特性较难确定,当锅炉负荷急剧变化时,该系统的主要干扰——给水流量产生较大的变化,而该系
统的被调参数——除氧器内的温度尚未变化,蒸汽调节阀是不会产生调节作用的。
由于偏差是在干扰作用之后才产生,控制作用往往不及时,使得温度产生较大的偏差,且偏差时间也较长。
因此,工业锅炉热力除氧器的除氧效果往往很差。
热力除氧器控制系统的设计思路
针对发电厂锅炉热力除氧器及其控制系统的特点,我们可以从下面几个方面来研究设计热力除氧器的控制系统,以提高系统的控制品质,提高除氧器的除氧效果。
⑴在工业锅炉的运行工况下,除氧器的主要扰动——给水流量的波动大而频繁,导致系统的控制品质非常差,甚至于失控。
唯一的方法是减少给水流量的波动频率,减小给水流量的波动范围。
为了减少给水流量的波动频率,可以采取程序控制的方法来保持给水流量在某一时间段内稳定不变。
同时,采用水量调节器来缓冲锅炉负荷的变化而引起的除氧水箱内的液位变化,当锅炉负荷小于除氧器负荷时,水量调节器能容纳多余的除氧水,反之,能够补充除氧器的供水,使除氧器能以预先给定的负荷工作,不受锅炉负荷波动的影响,使除氧器处于最佳工作状态,起到良好的除氧效果。
⑵从水中气体的溶解特性以及热力除氧的特点可以看出,采用温度控制系统来替代压力控制系统,能更好地满足热力除氧工艺对温度的要求。
通过分析计算,我们可以得到以下结论:
除氧器内压力保持在0.02~0.025Mpa,温度为104℃时,水中的溶解氧几乎完全逸出,水中的含氧量为零,而且只要除氧器内的温度不超过107℃,除氧器的压力就不会超过最大允许压力。
因此,我们将温度的控制范围设定在104土3℃。
考虑到除氧器的滞后特性以及执行器电动阀不宜频繁动作,当除氧器的温度在101~107℃范围内时,系统细调或微调,当除氧器的温度超出这个范围,系统粗调。
⑶除氧器内的主要干扰是给水干扰,其扰动幅值大而频繁,对被调参数影响较大,反馈控制难于达到除氧工艺的要求,采用单一的PID
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- 温度 模糊 控制系统 设计 仿真 研究 毕业设计