热工过程控制系统课程设计600MW机组除氧器水位控制系统

设计题目： 600MW机组除氧器水位控制系统

系 别 自控系 学生姓名 指导教师 起止日期：2011年 12 月 31 班级 学号 职称

—至 2012 年 1 月 6日止

日起

课程设计任务书

课程设计题目：600MW机组除氧器水位控制系统设计

系 别 自控系 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 课程设计进行地点： 任 务 下 达 时 间： 2011年12月26 日

起止日期：2012年1月9日起——至2012年1月13日止

教研室主任 年 月 日批准

1.设计主要内容及要求

（1）查找资料，完成题目指定电厂热工系统工艺分析。 （2）完成控制系统SAMA图分析。 （3）完成课程设计论文。

2.对设计论文撰写内容、格式、字数的要求

（1）课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。

（2）学生应撰写的内容为：课程设计论文的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》执行。

（3）论文正文要求打印，图手写或打印均可。打印时按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》的要求进行打印。

（4）课程设计论文装订顺序为：成绩评审意见表3.时间进度安排； 顺序 阶段日期 1 2 3 4 1.9 1.10-11 1.12 1.13 计 划 完 成 内 容 布置题目，分组，查找资料。 分析系统工艺和控制原理。 完成论文 验收 备注 1天 2天 1天 1天 4.参考资料

[1] 王建国，孙灵芳，张利辉．电厂热工过程自动控制．北京：中国电力出版社，2009．

[2] 西安电力高等专科学校／大唐韩城第二发电有限责任公司．600MW火电机组培训教材仪控分册．北京：中国电力出版社，2007．

摘 要

除氧器的水箱是为保证锅炉有一定的给水储备而设置的，其容量一般不应小于锅炉额定负荷下连续运行15~20min所需的给水量。除氧器水位过低，储水量不足有可能危及锅炉的安全运行，此外还有可能造成给水泵入口汽化。除氧器水位过高，则妨碍除氧器除氧。因此，除氧器水位应维持在容许范围内。由于热力循环中不断有工质损失，因此要向热力系统不断补充水。补充水来自化学水处理装置。补充水可直接进入除氧器，也可以送凝汽器进行真空除氧后在送至除氧器。

火力发电厂的热力除氧器利用汽轮机的抽气加热锅炉给水，使得锅炉的给水达到该压力下相应的饱和温度，以除去溶于水中的氧气等气体，防止锅炉、汽轮机和管道等热力设备遭到腐蚀，另一方面除氧器是汽水直接接触式的加热器，它是给水加热系统中的一环，利用汽轮机的抽气加热锅炉给水，可以提高电厂效率，节省燃料。除氧器是电厂重要的辅助设备之一，是电厂热力系统中不可缺少的环节。

所以说除氧器的水位控制对锅炉的安全稳定运行至关重要。

关键字：除氧器，水位调节，单冲量，串级三冲量

目 录

摘 要 ............................................................................................................................................. II 引 言 .............................................................................................................................................. 1 1 除氧器........................................................................................................................................... 2

1.1 除氧器简介 ........................................................................................................................ 2

1.1.1概述 .......................................................................................................................... 2 1.1.2除氧器控制任务 ...................................................................................................... 2 1.2 控制仪表知识简介 ............................................................................................................ 3

1.2.1变送器 ...................................................................................................................... 3 1.2.2控制器 ...................................................................................................................... 3 1.2.3执行器 ...................................................................................................................... 4

2除氧器水位控制系统分析 ............................................................................................................ 5

2.1测量部分 ............................................................................................................................. 5

2.1.1磁翻板水位计 .......................................................................................................... 5 2.1.2浮球水位开关 .......................................................................................................... 5 2.1.3差压式水位计 .......................................................................................................... 5 2.1.4差压式流量计 .......................................................................................................... 6 2.2变送部分 ............................................................................................................................. 7

2.2.1差压变送器（电容式差压变送器） ...................................................................... 7 2.3控制部分 ............................................................................................................................. 8

2.3.1控制方式 .................................................................................................................. 8 2.3.2 单冲量调节系统 ..................................................................................................... 9 2.3.3 单级三冲量调节系统 ............................................................................................. 9 2.3.4 串级三冲量调节系统 ........................................................................................... 10 2.3.5单冲量、三冲量之间的无扰切换 ........................................................................ 11 2.4执行器部分 ....................................................................................................................... 13

2.4.1执行机构 ................................................................................................................ 13 2.4.2调节机构 ................................................................................................................ 13

3除氧器水位控制系统总体设计方案 .......................................................................................... 14

3.1各组成部分列表 ............................................................................................................... 14 3.2 控制系统SAMA图 ........................................................................................................ 14 3.3 SAMA图说明 .................................................................................................................. 15

3.3.1除氧器差压信号的选择 ........................................................................................ 15 3.3.2压力补偿（水位校正） ........................................................................................ 15 3.3.3单冲量、串级三冲量控制方式的选择 ................................................................ 15

小结 ................................................................................................................................................ 16 参考文献......................................................................................................................................... 17

引 言

在次课程设计中首先对除氧器有的大体的认识，以控制仪表及装置为知识背景，对除氧器水位控制系统进行设计。首先从除氧器的控制任务着手，在已有的控制仪表及装置的基础并通过查阅大量的参考文献资料，合理选择传感器、变送器、调节器和执行器等对整体方案进行设计。具体控制策略为：除氧器水位信号选择逻辑是两个模拟量水位差压信号进行的选择判断，信号选择原理是：两个信号都是好点，取两个信号的平均值，任一信号坏，取另一好值，它们之间的选择是通过切换来实现。将所测得的差压与压力信号经过一定的函数变换关系，得到校正后的除氧器水位。若水位高时，发出相应控制信号，同时显示并记录除氧器水位值。结合对测得的锅炉了给水流量进行分析，低负荷时进行单冲量控制，高负荷时进行三冲量的控制，将输出信号控制执行机构动作。再根据控制策略绘制SAMA图，完成设计要求。

1 除氧器

1.1 除氧器简介

1.1.1概述

火力发电厂的热力除氧器利用汽轮机的抽气加热锅炉给水，使得锅炉的给水达到该压力下相应的饱和温度，以除去溶于水中的氧气等气体，防止锅炉、汽轮机和管道等热力设备遭到腐蚀，另一方面除氧器是汽水直接接触式的加热器，它是给水加热系统中的一环，利用汽轮机的抽气加热锅炉给水，可以提高电厂效率，节省燃料。除氧器是电厂重要的辅助设备之一，是电厂热力系统中不可缺少的环节。

除氧器的主要作用是除去锅炉给水中的氧气和其它不凝结气体，以保证给水的品质。若水中溶解氧气，就会使与水接触的金属被腐蚀，同时在热交换器中若有气体聚积，将使传热的热阻增加，降低设备的传热效果。因此水中溶解有任何气体都是不利的，尤其是氧气，它将直接威胁设备的安全运行。在火电厂采用热力除氧，除氧器本身又是给水回热系统中的一个混合式加热器，同时高压加热器的疏水、化学补水及全厂各处水质合格的高压疏水、排汽等均可汇入除氧器加以利用，减少发电厂的汽水损失。

来自低压加热器的主凝结水(含补充水)经进水调节阀调节后，进入除氧器，与其他各路疏水在除氧器内混合，经喷头或多孔管喷出，形成伞状水膜，与由下而上的加热蒸汽进行混合式传热和传质，给水迅速达到工作压力下的饱和温度。此时，水中的大部份溶氧及其他气体基本上被解析出来，达到除氧的目的。从水中析出的溶氧及其他气体则不断地从除氧器顶部的排汽管随余汽排出器外。进入除氧器的高加疏水也将有一部分水闪蒸汽化作为加热汽源，所有的加热蒸汽在放出热量后被冷凝为凝结水，与除氧水混合后一起向下经出水口流出。为了使除氧器内的水温保持在工作压力下的饱和温度，可通过再沸管引入加热蒸汽至除氧器内。除氧水则由出水管经给水泵升压后进入高加。 1.1.2除氧器控制任务

锅炉的供水系统中还包括除氧器压力控制和除氧器水位控制，除氧器压力控制主要是为了保证除氧器口有足够的蒸汽压力用于将软化水除氧，这是一个单闭环控制回路，输入参数是除氧器压力输出参数控制除氧器进汽阀。

除氧器水位控制主要是为了保证除氧器内有足够的水提供给锅炉，这是一个单闭环控制回路输入参数，是除氧器水位输出参数控制除氧器进水阀。在机组正常运行时，除氧器汽源来自汽轮机抽汽阀门全开的四段抽汽，除氧器汽源压力和

流量不受控制，而与被出洋的水温、气水接触面积与除氧器水位有直接的关系。除氧器水位高，可能造成除氧水加热不足，汽水接触面积减少和水中溶解氧气逸出困难而影响除氧效果；除氧器水位过高，可能造成汽封进水，抽汽管道水淹，威胁汽轮机的安全运行；除氧器水位过低，除了影响给水泵安全运行之外，甚至会威胁锅炉上水，造成断水事故。因此，在机组运行中稳定除氧器水位，将其控制在最佳的高度具有非常重要的意义。

一般来说，除氧器的水位波动会比较明显，为了维持水位，除氧工必须经常和机组联系开关补水量，并注意锅炉疏水箱的水位，合理安排锅炉司泵上水，除氧器的水位过低可能会引起给水泵进口汽化，水位过高可能会从汽平衡去机组轴封管道内通向机组的轴封，引起机组的水冲击，直接导致跳机。故需对除氧器水位进行控制。

1.2 控制仪表知识简介

1.2.1变送器

变送器是将各种被测参数如温度、压力、流量、液位等物理量转换成0~10mA或4~20mA直流统一标准信号，传送到指示、记录、调节等仪表或巡回检测装置、控制计算机，以实现对生产过程的自动检测和控制。

变送器的方框图如下图所示，这是一般性的构成原理方框图，各类变送器的差别在于输入转换部分、放大部分和反馈部分不同。

输入输入转换+-放大器输出反馈

图 1.1 变送器构成一般方框图

1.2.2控制器

控制器也称之为调节器，可以分为两大类，即模拟式和数字式。模拟调节器又分为三类，即电动、气动、液动。该系统主要有三个部分组成，即比较环节、放大器和反馈环节。比较环节的作用是把给定信号r(t)与测量信号y(t)做比较，得出偏差信号e(t)。放大器一般是一个稳态增益很大的比例环节。利用负反馈来实现P，PI等各种控制规律。

控制器将来自变送器的测量值与给定值进行比较后产生的偏差进行运算后输出统一信号去控制执行器动作。

调节器将被调量与给定值进行比较，对其偏差进行比例、积分、微分运算，并把结果以0~10mA或4~20mA直流统一标准信号输送至执行单元。

比例、积分、微分运算特点：

1、比例调节规律具有调节及时的特点，但比例调节为有差调节，因此调节过程结束时存在稳态偏差。通过减小调节器的比例带可减小稳态偏差，但会使系统的稳定性下降；

2、积分调节规律能消除稳态偏差，所以能最终消除扰动对被调量的影响，实现无差调节。但积分作用的调节不及时，又使调节过程的动态偏差加大，过渡过程时间加长，因此，在积分作用引入到比例调节器后，调节器的比例带应适当加大，以弥补积分作用对控制过程稳定性的影响；

3、微分调节是一种超前调节方式，其实质是阻止被调量的一切变化。适当的微分作用可收到减小动态偏差，缩短调节过程时间的效果，这样在采用比例积分微分调节器时，又可适当减小比例带和积分时间。 1.2.3执行器

执行器由执行机构和调节机构组成。执行机构指产生推力或位移的装置，调节机构指直接改变能量或物料输送量的装置，通常称为控制阀（调节阀）。

执行器接受调节器的输出信号或来自手动操作信号，将其转换成调节机构（阀门、风门或挡板）动作的位移信号，从而改变被调量的大小。执行器通常由伺服放大器和执行机构两部分组成。执行机构主要由两相伺服电动机、机械减速器和位置发送器组成。两相伺服电动机是执行机构的动力装置，可能将电能转换成机械能。机械减速器将高转速、小力矩的输出功率转换成低转速、大力矩的输出，带动调节机构改变被调量的大小。位置发送器用来提供与执行机构输出轴角位移成正比的电流信号，以表明阀门开度，改电流信号作为位置反馈信号送到伺服放大器的反馈通道。

2除氧器水位控制系统分析

2.1测量部分

除氧器水位的测量通常采用的方法有三种：磁翻板水位计、浮球水位开关、差压式水位计测量。综合分析在除氧器水位控制系统的设计中采用差压式水位计测量。

2.1.1磁翻板水位计

外形如下图所示，当被测容器内的液位升降时，液位计主导管中的浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到现场指示器，驱动红、白翻柱翻转180°，当液位上升时，翻柱由白色转为红色，当液位下降时，翻柱由红色转为白色，指示器的红、白分界处为容器内介质液位的实际高度，从而实现液位的指示。

2.1.2浮球水位开关

一般采用SOR的机械式液位开关作为高低液位报警。安装时根据报警水位高度，通过开关上的动作标记来确定安装位置。当水位超过或低于动作值时，浮球筒内的浮球带动内部的磁铁滑块移动，从而引起筒外面的微动开关动作。 2.1.3差压式水位计

差压式水位计是通过把液位高度变化转换成差压变化来测量水位的，因此其测量仪表就是差压计。差压式水位计准确测量水位的关键是水位与差压之间的准确转换,这种转换是通过平衡容器实现的,常用的双室平衡容器结构示意图如下图所示所示。正压头式从容器中引出,负压头是从置于宽容器中的水侧连通管中取得。宽容器中的水面高度是一定的，当水面增高时,水便通过汽侧连通管溢流入除氧器；要降低时,由蒸汽冷凝水来补充。因此当宽容器中的水的密度一定时, 正压头为定值，负压管与除氧器是连通的。因此,负压管中输出压头的变化反映了水位的变化。

H按照流体静力学原理,当除氧器水位在正常水位0 (即零水位)时,平衡容器

p的差压输出0为

p0L1gH02g（LH0）sg （2.1）

其中：s为除氧器汽空间密度；w为对应压力下的饱和水密度。当除氧器

水位偏离正常水位变化H时，平衡容器的差压输出p为:

图 2.1 双室平衡容器

输出0就是常数，也就是说差压式水位计的零水位差压是稳定的。平衡容器的输出差压p则是除氧器水位变化H的单值函数。水位增高，输出差压减小。

上述平衡容器在实际使用时，它存在下列问题会造成差压式水位计指示不准：

1、 由于平衡容器向外散热，正、负压容器中的水温由上至下逐步降低，且温度分布不易确定。因此用式（2.1）和（2.2）分度差压计时，因密度1和2的数值很难准确确定，分度好的差压式水位计装到现场后，其指示值与云母水位计的指示值不一致。即使在现场对照云母水位计的指示调好刻度值，随着使用情况的变化，还会由于1和2数值改变而指示不准。为解决这个问题，通过改**衡容器结构，设法使1和2为已知确定值。例如，用蒸汽套保温，可使1和2都等于汽包压力下饱和水的密度w，这时，差压p和水位H有下列关系式：

pL（ws）g—H（ws）g （2.3）

HH0H0

其中：

2、 一般，差压式水位计是在额定工作压力下分度的，因此差压式水位计只有在额定工作压力下运行其指示才正确。当除氧器压力变化时，饱和水密度和汽空间蒸汽密度随之变化，使差压式水位计的指示发生很大的误差。

为了消除除氧器压力变化造成的误差，可采用除氧器压力补偿措施，进行水位的校正。 2.1.4差压式流量计

为了更好的控制除氧器水位，除了对除氧器水位进行测量，还需检测给水流量和凝结水流量，以便对除氧器水位进行三冲量控制。现采用差压式流量计对流量进行测量。

差压式流量计主要由节流装置、压差信号管路和显示仪表三部分组成。 在管道内装入节流件，流体流过节流件时流束收缩，于是在节流件前后产生差压。对于一定形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管段情况、一定参数的流体以及其他条件下，节流件前后产生的差压值随流量而变，两者之间有确定的关系，因此可通过测量差压来测量流量。其他条件不变时，节流件前后的差压p与流量q的关系为qkp。

差压式流量计的工作原理如下图所示：

pL、H0为确定值，若1、2和s为已知的确定值时，正常水位的相对差压

pp0（2s）gH （2.2）

图 2.2 差压式流量计工作原理图

如图2.2所示：1—节流件；2—引压管路；3—三阀组；4—差压计。

差压式流量计适用于被测流体充满全部管道，并沿着内径不小于50mm的圆形管道流动；流体在管道内的流动是稳定流，流速为亚音速；被测流体通过节流装置时是单相均质流体，不发生相变和析出杂质；标准节流装置安装在两段内径相同的直管段之间，在节流装置前后的最小直管段长度内不得有其他凸出物或肉眼可见的凹凸不平现象等场合。

2.2变送部分

2.2.1差压变送器（电容式差压变送器）

为了对除氧器水位进行校正，需利用除氧器压力进行运算，故利用差压变送器将压力取出来以便使用。现采用电容式差压变送器对压力进行转换。

电容式压力变送器中，以测压弹性膜片为电容器的可动极板，它与固定极板之间形成一可变电容。随被测压力的变化，膜片产生位移使电容器的可动极板与固定极板之间的距离改变，从而改变了电容器的电容量，这样就完成了压力信号与电容量之间的变换。

将激励电压加于电容器，产生的交变电流经整流、控制、放大，输出4～20m A直流电流。这就是电容式（差压）变送器的基本工作原理。

在常用的1151系列电容式变送器中，电容式传感部分又被称为δ室，如图 2.3所示：

图 2.3 电容式变送器结构

1151变送器的变换过程示意如图 2.4所示：

测量部分转换部分差压位移电容电流放大输出

图 2.4 变送器的变换过程示意图

2.3控制部分：

2.3.1控制方式

除氧器水位调节系统不外乎采用如下三种基本结构： 单冲量调节系统结构。 单级三冲量调节系统结构。 串级三冲量调节系统结构。

低负荷阶段，给水和蒸汽流量存在严重的不平衡，而且流量太小时，测量误差大，故在低负荷阶段，很难采用三冲量调节方式，一般均采用单冲量调节方式。 由于除氧器容积较大。作为被调量的除氧器水位存在较大惯性。负荷增减过程中给水流量变化较大时有可能出现“虚假水位”现象，使得给水流量和凝结水流量的不平衡增大，延长了调节时间。这时，在高负荷阶段原则上可以采用三冲量控制回路以解决这一问题。但是由于单级三冲量调节系统参数整定需要兼顾的因素多，因此单级三冲量事实上一般也很难采用。串级三冲量调节方式，采用主、副两个调节器。两个调节器的任务分工明确，整定相对容易，而且不要求稳态时兼顾的因素多，易于得到较好的调节品质，因此采用串级三冲量调节系统调节结构来控制高负荷时的除氧器水位。

由于兼顾低负荷阶段和高负荷阶段的调节，采用给水全程控制方式。这时不再是单一的单冲量系统或三冲量系统，而是单冲量和三冲量系统的有机结合并配有完善的方式自动切换与连锁逻辑。

采用两种控制方式的原因： 在直流锅炉的启动初期，其水冷壁管必须通过个保证该受热面安全的最小流量，当锅炉的产汽量小这个最小安全流量时，多的水经过汽水分离器及其水箱回到凝汽器。本锅炉这个最小安全流量为425T。所以在给水流量小于450T时锅炉的给水基本上是维持不变的，除氧器水位受给水流量变化的拢动也就很小。因此采用单冲量系统即满足调节品质的要求，又可以减小整个给水全程调节的参数的整定。

进入干态运后锅炉的给水流量即为锅炉输入需求值（BID）的比例函数，所以给水流量是随BID每时每刻都在变化，特别是负荷改变时变化更为剧烈，因此为提除氧器水位的调节品质就有必要受用较为复杂的三冲量串级控制系统。根据机组的特性可

以发现锅炉干态和湿态切换的区间（130~160MW）锅炉的给水流即约为500T左右，即为单冲量和三冲量控制方式的切换点。

三冲量控制时为了保证除氧器水位在不同的干态负荷下均有良好的控制品质，在不同负荷下相当于副调节器能够有不同的参数整，控制系统有一定和自适应能力。

2.3.2 单冲量调节系统

单冲量控制用于给水流量小于500T时的工况。控制器仅接受除氧器水位H信号，与给定值进行比较得出偏差，再按照一定的控制规律输出信号去执行器，控制除氧器水位。

除氧器液位信号通过三选二逻辑输出，与设定值进行比较后输入到数字PID控制器，经过数字PID计算后通过手、自动切换器把控制型号输出给阀门执行机构，进而通过2个凝结水调节阀进行凝结水流量的调节，以控制除氧器水位。通过合理的设置数字PID控制器的各个控制参数可以达到较为满意的控制效果。单冲量除氧器水位控制系统如下图所示：

实际测量水位HH1H2H3给定值H0三选二逻辑PIDh

图 2.5 单冲量除氧器水位控制系统

2.3.3 单级三冲量调节系统

在给水流量大于500T时除氧器的水位控制可采用单级三冲量调节系统。除氧器水位调节接受除氧器的水位和主凝结水流量、总给水流量三个信号再按照一定的控制规律输出信号去执行器，控制除氧器水位。单级三冲量除氧器水位控制系统如下图所示：

GHNVgVhVnAghgAnn给定值图 2.6 单级三冲量除氧器水位控制系

统

PIDｕ 其中，G、H、N——分别为给水流量、除氧器水位、凝结水流量；Vg、Vh、Vn——为给水流量、除氧器水位、凝结水流量测量变送器的斜率；Ag、An——为给水流量信号与凝结水流量信号的分流系数；g、h、n——分别为输入控制器的给水流量、除氧器水位、凝结水流量信号。 2.3.4 串级三冲量调节系统

在给水流量大于500T时除氧器的水位控制是一个典型的串级三冲量控制系统。与单冲量调节系统相比，其调节任务由两个调节器来完成。主调节器才有PI调节规律，以保证水位无静态偏差，主调节器的输出信号和主凝结水流量、总给水流量信号都

作用在负调节器。一般串级调节系统的负调节器可采用比例调节器，以保证副回路的快速性。

串级调节系统主、副调节器的任务不同，主调节器调节除氧器水位，副调节器调节凝结水流量，同时将总给水流量作为副调节器的前馈信号。当凝结水流量发生扰动时。通过内回路的作用可以迅速消除；当给水流量发生扰动时，通过内回路的作用可以使凝结水流量迅速跟踪给水流量的变化。

从串级三冲量调节系统与单级三冲量调节系统进行比较，可以看出它们的不同点在于：串级系统的主、副回路的工作可以认为基本上是各自的，主凝结水流量和总给水流量虽然也同时对主、副回路产生影响，但它们在系统中的作用

比单级的小得多。在串级三冲量给水调节系统中，水位偏差完全由主调节器来校正，是静态水位值总是等于给定值。

串级控制系统的目的是使系统具有良好的动态性能和稳态性能，确保主被控量的控制质量，实现无差调节。当有扰动出现于副回路时，由于主被控对象的时间常数大于副被控对象的时间常数，因而当主被控量未作出反映时，副回路已作出快速响应，及时地消除了扰动对主被控量的影响。此外，如果扰动作用于主被控对象，由于副回路的存在，使副被控对象的时间常数大大减小，从而加快了系统的响应速度，改善了动态性能。

GHNVgVhVnAggPIhAnn给定值Pｕ

图 2.7 串级三冲量调节系统

其中，G、H、N——分别为给水流量、除氧器水位、凝结水流量；Vg、Vh、Vn——为给水流量、除氧器水位、凝结水流量测量变送器的斜率；Ag、An——为给水流量信号与凝结水流量信号的分流系数；g、h、n——分别为输入控制器的给水流量、除氧器水位、凝结水流量信号。 2.3.5单冲量、三冲量之间的无扰切换

1、单冲量和三冲量系统切换原理

调节器均可采用PI节器，单冲量、三冲量调节的主调节器。三冲量的副调节器也可采用PI调节器构成串级调节系统，主调节器的输出信号与蒸汽流量信号相加后作用于副调节器作为给定信号，而副调节器的被调量是给水流量信号。

上述两套调节系统，低负荷时用单冲量，高负荷时用三冲量，两调节系统的切换是根据蒸汽流量信号的大小进行控制的。

2、单冲量三冲量系统无扰切换跟踪技术

单冲量三冲量系统切换过程应是无扰动的。因此，在单冲量运行时，三冲量调节的输出信号（从动信号）应跟踪于单冲量调节器的输出信号（主动信号），反之，在三冲量系统运行时，单冲量调节器输出信号跟踪于三冲量系统副调节器的输出信号

在除氧器水位控制系统中，通常主管道和旁路管道都配备有调节阀。在机组起动和带低负荷阶段，通过旁路管道的调节阀控制除氧器水位，在机组带较大负荷时，通过主管道的调节阀控制除氧器水位。旁路管道的最大流量一般为主管道最大流量的15%~30%。在低负荷下使用小阀，在高负荷下使用大阀，避免了大阀在小开度下较长时间运行，减小了大阀的磨损!和节流损失，提高了机组效率。

3、无扰切换具体实现

600MW超临界机组除氧器水位控制两个调节阀，可由控制系统自动进行切换。如图2.8，A为可由运行人员手动操作的除氧器水位设定值，其后分别为防止设定值变化时对系统冲击过大的速率器，以及为了防止运行人员误操作的最大和最小设定值，PI1为低负荷下小阀使用的单冲量调节器，PI2为高负荷下大阀使用的单冲量调节器，PI3为高负荷下大阀使用的三冲量调节主调节器，P为高负荷下大阀使用的三冲量调节副调节器 。设计在低负荷下采用单冲量控制除氧器水位，在高负荷时采用三冲量控制除氧器水位，其差别仅在于把大阀和小阀所使用的调节器完全分开!使调节器跟踪方便：PI1跟踪小阀的控制指令，PI2和P跟踪大阀的控制指令，PI3跟踪凝结水流量和锅炉总给水流量之差。

除氧器水位设定值锅炉总给水量A最大和最小设定值除氧器水位凝结水给水量B速率器C_++_+_PI1PI2PI3+∑ ++PS2S1_TM/AM/A除氧器水位控制小阀指令除氧器水位控制大阀指令

图 2.8 单冲量、三冲量无扰切换系统原理图

当大小阀在自动控制方式，并在三冲量控制阶段，小阀将自动按一定速度（比如1%/min）从当前开度强制关小到零。当大小阀在自动控制方式，并在单冲量

控制阶段，大阀将自动按一定速度（比如1%/min）从当前开度强制关小到零。如果两个阀门中有任何一个处于手动控制方式，则上述自动切换不会进行。

2.4执行器部分

2.4.1执行机构

气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式、活塞式、拨叉式和齿轮齿条式。活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合；而薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。拨叉式气动执行器具有扭矩大、空间小、扭矩曲线更符合阀门的扭矩曲线等特点，但是不很美观；常用在大扭矩的阀门上。齿轮齿条式气动执行机构有结构简单，动作平稳可靠，并且安全防爆等优点，故常选用它。 2.4.2调节机构

除氧器水位调节阀分有一阀和两阀（主阀和启动阀），国内多采用一个调节阀代替两个阀，而国外多采用两阀：主阀和启动阀。此课程设计中除氧器水位调节阀采用一个主调节阀和一个副调节阀并联进行调节的方式，在控制过程中先开副调节阀，等副调节阀全开后再开主调节阀，关闭时的控制刚好相反。采用两个调节阀的目的是为了更好地实现调节与凝结水流量之间的线性关系。

3除氧器水位控制系统总体设计方案

根据对除氧器水位控制系统的各个部分的分析，总体设计方案总结如下：

3.1各组成部分列表

系统构成部分 测量、变送 控制 执行器 项目 除氧器水位 给水、凝结水流量 低负荷时 高负荷时 执行机构 调节机构 方案 电容式差压变送器 差压流量计 单冲量控制系统 串级三冲量控制系统 气动执行机构 直通型调节阀 3.2 控制系统SAMA图

5号低压加热器至 除氧器水位 除氧器水流量 给水量

MEDIAN SELECT

Y A I N T1∑1

调节门A.B均手动 s p PID1PID2 D1111 PID3 Y N T 2 Y 除水位跟踪 N T3 F1(x) F2(x) A T I I A T

∑2

除氧器水位调节门A 除氧器水位调节门B

3.3 SAMA图说明

3.3.1除氧器差压信号的选择

除氧器水位信号选择逻辑是三个模拟量水位差压信号进行的选择判断，信号选择原理是：取三个信号的平均值。它们之间的选择是通过切换来实现。 3.3.2压力补偿（水位校正）

由于除氧器水位是差压的函数，故可通过压力补偿来校正除氧器水位值。具体措施：将所测得的差压与压力信号经过一定的函数变换关系，得到校正后的除氧器水位。

3.3.3单冲量、串级三冲量控制方式的选择

除氧器水位控制通常设计为全程控制系统，通过控制进入除氧器的主凝结水流量来维持除氧器水位为定值。在机组启动和低负荷运行时，给水流量小，为单冲量控制系统，PID1为单冲量调节器，它只接受水位测量值和设定值（运行人员设定），其输出经切换器T2和T3后，再分别经f1(x)和f2(x)去控制除氧器水位调节门，改变进入除氧器的凝结水流量，达到控制水位的目的。

当给水流量超过一定数值后，采用串级三冲量控制系统，其中PID2为串级控制系统主调节器，接受水位测量值和设定值信号，负责将水位精确调回到给定值，起细调作用。主调节器的输出作为副调节器PID3的设定值，副调节器的测量值为加法器∑1的输出，∑1的值为5号低压加热器至除氧器的流量减去总给水流量，副调节器的主要目的是快速克服凝结水流量的自发性扰动，同时保持凝结水量与给水量的平衡，起粗调作用。调节器输出经M/A站后并行输出两路，分别经f1(x)和f2(x)去控制除氧器水位调节门，改变进入除氧器的凝结水流量，从而控制除氧器水位。

单冲量三冲量系统切换过程应是无扰动的。因此，在单冲量运行时，三冲量调节的输出信号应跟踪于单冲量调节器的输出信号，反之，在三冲量系统运行时，单冲量调节器输出信号跟踪于三冲量系统副调节器的输出信号。

小结

经过了历时两个星期的除氧器水位控制系统的设计，从开始的课程设计答辩，可以说是一个从迷茫逐渐走向清晰的过程，在其中收获颇多。短暂的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。

对于热工过程控制系统这门课程的认识已经从仅仅是对其的书面层次的认识提升到了应用实际。其中对于除氧器的控制策略有了较为深入的研究，对控制策略中单冲量、三冲量的控制有了深入的认识；同时对SAMA图及其组态图也有了更新的认识。从以前对SAMA图只是有所耳闻到现在的自己动手绘制，其中的成长历程令人欣慰。总之此次课程设计让我感觉收获挺大的。

感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！

最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，感谢郭老师在课程设计中给我们的悉心教导！

参考文献

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[5] 宋海华. 三冲量调节的除氧器水位控制系统分析优化模型与实验[M].湖南省电力试验研究院,2005

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