鍋爐裝置自動控制系統(tǒng)設計

1、郵電與信息工程學院課程設計說明書課題名稱：鍋爐裝置自動控制系統(tǒng)設計學生學號：1002150221專業(yè)班級：10自動化02班學生姓名：吳亞輝學生成績：指導教師：陳國平課題工作時間：2013年12月2日至2013年12月14日填寫說明：1. 表中第一、二、三、六項由指導教師填寫；第四、五兩項由學生填寫。2. 表中第一、二、三在在課程設計開始前填寫，第四、五、六項在課程設計完成后填寫。3. 本表格填寫完整后連同正文裝訂成冊。一、課程設計的任務或?qū)W年論文的基本要求任務：完成鍋爐裝置自動控制系統(tǒng)設計。包括1 熟悉鍋爐裝置工作要求，確定系統(tǒng)方案。2 合理選擇控制設備型號及規(guī)格，編制設備表。3 完成相關圖紙

2、的設計。4 編制設計說明書。要求：控制方案合理、控制設備選型合理，圖紙符合有關設計標準及規(guī)范。具體內(nèi)容包括1 設計說明書，包括1） 鍋爐裝置工藝說明2） 相關控制系統(tǒng)說明3） 自控設備選型（計算）說明4） 自控設備表一覽表2 設計圖紙（圖紙符合相關國家標準），包括1） 儀表管道流程圖（PID）2） 儀表盤正面布置圖3） 儀表盤背面電氣接線圖二、進度安排12收集查閱資料，熟悉鍋爐裝置操作要求確定系統(tǒng)控制方案及選型原則34繪制相關的圖紙5撰寫設計說明書、答辯三、參考資料或參考文獻1 孫洪程，李大宇.過程控制工程設計.化學工業(yè)出版社.20092 譚天恩，竇梅，周明華等. 化學工業(yè)出版社.20063

3、周春暉， 過程控制工程手冊，化學工藝出版社。19934 孫紅程，翁維勤，過程控制系統(tǒng)工程設計，化學工藝出版社，2001指導教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日四、課程設計摘要（中文）鍋爐參數(shù)是表示鍋爐性能的主要指標，包括鍋爐容量、蒸汽壓力、蒸汽溫度、給水溫度等。 鍋爐容量可用額定蒸發(fā)量或最大連續(xù)蒸發(fā)量來表示。額定蒸發(fā)量是在規(guī)定的出口壓力、溫度和效率下，單位時間內(nèi)連續(xù)生產(chǎn)的蒸汽量。最大連續(xù)蒸發(fā)量是在規(guī)定的出口壓力、溫度下，單位時間內(nèi)能最大連續(xù)生產(chǎn)的蒸汽量。 蒸汽參數(shù)包括鍋爐的蒸汽壓力和溫度，通常是指過熱器、再熱器出口處的過熱蒸汽壓力和溫度如沒有過熱器和再熱器，即指鍋爐出口處的飽和

4、蒸汽壓力和溫度。給水溫度是指省煤器的進水溫度，無省煤器時即指鍋筒進水溫度。五、課程設計摘要（英文） Parameters of the boiler is the main index, said boiler performance including the capacity of the boiler, steam pressure, steam temperature, feed temperature, etc. Boiler capacity available or maximum continuous rated evaporation evaporation. Evapora

5、tion is rated in the regulation of outlet pressure, temperature and efficiency, continuous production of steam per unit time. Maximum continuous evaporation is under the regulation of outlet pressure, temperature, internal energy per unit time is maximum continuous production of steam.Steam paramete

6、rs include the boiler steam pressure and temperature, usually refers to the superheated steam superheater and reheater outlet pressure and temperature such as no superheater and reheater, namely the boiler exit of saturated vapor pressure and temperature. Feed temperature refers to the inlet water t

7、emperature of economizer, the absence of economizer namely drum water temperature.六、指導教師評分評價內(nèi)容具 體 要 求權重得分調(diào)查論證能獨立查閱文獻和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲得新知識的能力。10實踐能力獨立設計、計算、繪圖的能力（課程設計）；能正確選擇研究（實驗）方法，獨立進行研究的能力（學年論文） 15分析解決問題能力能運用所學知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題（課程設計）；或能對課題進行理論分析，得出有價值的結論（學年論文）。15工作量、工作態(tài)度按期圓滿完成規(guī)定的

8、任務，工作量飽滿，難度較大，工作努力，遵守紀律；工作作風嚴謹務實。10質(zhì)量綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結論嚴謹合理（或設計過程完整，設計內(nèi)容完全）；文字通順，技術用語準確，符號統(tǒng)一，編號齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；論文（設計）結果有參考價值。40外語和計算機應用能力在課程設計或?qū)W年論文中，能夠體現(xiàn)外語和計算機的應用能力。5創(chuàng)新工作中有創(chuàng)新意識；對前人工作有改進或獨特見解。5綜合評語指導教師簽字： 年 月 日 七、答辯記錄 1.爐膛的壓力為什么是負壓 一般的鍋爐，燃燒時有送風機向爐膛內(nèi)輸送空氣，還有引風機將燃燒后的廢氣向外引走，因為爐外的冷空氣經(jīng)燃燒后體積會增大，為了

9、防止爐膛承受向外的壓力發(fā)生爆炸，規(guī)定引風機的引風量要比送風機的送風量大，讓爐膛內(nèi)氣壓低于大氣壓力。 2.鍋爐汽包水位測量鍋爐汽包水位是鍋爐燃燒控制中最重要的參數(shù)之一，直接關系到鍋爐的安全運行。 鍋爐汽包水位測量通常采取差壓測量的原理來實現(xiàn)，然而隨著汽包壓力的變化（或溫度的變化）汽包內(nèi)水和蒸汽的密度是變化的，因此就造成了假水位現(xiàn)象，無法測量出實際的汽包水位。當壓力增大或溫度升高時這種誤差也增大，并超過30%，因此必須進行壓力補償，以求出精確的汽包水位，確保鍋爐安全運行不受影響。3.除氧器的工作原理 來自低壓加熱器的主凝結水（含補充水）經(jīng)進水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后，進入除氧器，與其他各路疏水在除氧器內(nèi)混合，

10、經(jīng)旋膜多孔管噴出，形成裙狀水膜，與由下而上的加熱蒸汽進行混合式傳熱和傳質(zhì)，給水迅速達到工作壓力下的飽和溫度。此時，水中的大部份溶氧及其他氣體基本上被解析出來，達到除氧的目的。記錄人（簽字）：吳亞輝 2013 年 12 月 14 日答辯意見及答辯成績答辯小組教師（簽字）： 年 月 日課程設計總評成績：（指導教師評分×80%+答辯成績×20%）鍋爐裝置自動控制系統(tǒng)設計書目 錄1.工藝流程2.控制系統(tǒng)說明3.要求與步驟4設備的選型5.設計圖1.1工藝流程原理介紹所選被控對象為工業(yè)領域廣泛應用的自然循環(huán)鍋爐 自然循環(huán)鍋爐是指在鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)中，利用降水管中的水與上升管中的汽水混合物的

11、密度差作為推動力，建立起工質(zhì)循環(huán)流動(又稱水循環(huán))，使蒸發(fā)受熱面受到冷卻的鍋爐。隨著鍋爐容量的增大，自然循環(huán)鍋爐的壓力也相應提高。飽和水與飽和水蒸氣之間的密度差也隨壓力增大而減小。由于降水管中的水溫與飽和水溫非常接近，故可以認為是飽和水。隨著鍋爐的工作壓力升高，降水管中的水與上升管中的汽水混合物之間的密度差也同樣減小。由于自然循環(huán)鍋爐是靠降水管中的水與上升管中的汽水混合物的密度差形成的推動力，建立起工質(zhì)循環(huán)流動的，當壓力提高后，這個推動力也隨之減小，工質(zhì)在蒸發(fā)系統(tǒng)中的循環(huán)流動，也隨壓力提高而逐漸變得困難。當壓力達到臨界值22.12兆帕時，飽和汽、水之間的密度差為零，這時，工質(zhì)循環(huán)停止。因此，自

12、然循環(huán)鍋爐的壓力一般都在超高壓(15.3兆帕)及以下。要向更高壓力發(fā)展，就變得相當困難。1.2工藝流程介紹 燃料經(jīng)由燃料泵P1102泵入爐膛F1101的燃燒器；空氣經(jīng)由變頻鼓風機K1101送入燃燒器。燃料與空氣在燃燒器混合燃燒，產(chǎn)生熱量使鍋爐水汽化。燃燒產(chǎn)生的煙氣帶有大量余熱，對省煤器E1102中的鍋爐上水進行預熱。 經(jīng)處理的軟化水進入除氧器V1101上部的除氧頭，進行熱力除氧，除氧蒸汽由除氧頭底部通入。除氧的目的是防止鍋爐給水中溶解有氧氣和二氧化碳，對鍋爐造成腐蝕。熱力除氧是用蒸汽將給水加熱到飽和溫度，將水中溶解的氧氣和二氧化碳放出。在除氧器V1101下水箱底部也通入除氧蒸汽，進一步去除軟化

13、水中的氧氣和二氧化碳。 除氧后的軟化水經(jīng)由上水泵P1101泵出，分兩路，其中一路進入減溫器E1101與過熱蒸汽換熱后，與另外一路混合，進入省煤器E1102。進入減溫器E1101的鍋爐上水走管程，一方面對最終產(chǎn)品（過熱蒸汽）的溫度起到微調(diào)（減溫）的作用，另一方面也能對鍋爐上水起到一定的預熱作用。省煤器E1102由多段盤管組成，燃料燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣自上而下通過管間，與管內(nèi)的鍋爐上水換熱，回收煙氣中的余熱并使鍋爐上水進一步預熱。 被煙氣加熱成飽和水的鍋爐上水全部進入汽包V1102，再經(jīng)過對流管束和下降管進入鍋爐水冷壁，吸收爐膛輻射熱在水冷壁里變成汽水混合物，然后返回汽包V1102進行汽水分離。鍋爐

14、上汽包為臥式圓筒形承壓容器，內(nèi)部裝有給水分布槽、汽水分離器等，汽水分離是上汽包的重要作用之一。分離出的飽和蒸汽再次進入爐膛F1101進行汽相升溫，成為過熱蒸汽。出爐膛的過熱蒸汽進入減溫器E1101殼程，進行溫度的微調(diào)并為鍋爐上水預熱，最后以工藝所要求的過熱蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度輸送給下一生產(chǎn)單元。 1.3儀表及操作設備說明（1）檢測儀表位號檢測點說明單位位號檢測點說明單位AI1101煙氣含氧量%PT1101燃料壓力MPaFT1101鍋爐上水流量kg/hPT1102爐膛壓力MPaFT1102去減溫器的鍋爐上水流量kg/hPT1103汽包壓力MPaFT1103燃料流量kg/hPT1104過熱蒸汽壓

15、力MPaFT1104空氣量m3/sPT1106除氧器壓力MPaFT1105過熱蒸汽流量kg/hTT1101爐膛中心火焰溫度FT1106軟化水流量kg/hTT1102汽水分離后的過熱蒸汽溫度FT1107煙氣流量kg/hTT1103進入減溫器的過熱蒸汽溫度LT1101除氧器液位%TT1104最終過熱蒸汽溫度LT1102汽包水位%TT1105煙氣溫度（2）執(zhí)行機構位號執(zhí)行機構說明位號執(zhí)行機構說明V1101鍋爐上水管線調(diào)節(jié)閥V1106軟化水管線調(diào)節(jié)閥V1102直接去省煤器的鍋爐上水管線調(diào)節(jié)閥PV1101除氧蒸汽管線調(diào)節(jié)閥V1103去減溫器的鍋爐上水管線調(diào)節(jié)閥S1101鼓風機變頻器 V1104燃料管線調(diào)

16、節(jié)閥DO1101煙道擋板V1105過熱蒸汽管線調(diào)節(jié)閥（3）開關閥位號執(zhí)行機構說明位號執(zhí)行機構說明XV1101鍋爐上水泵出口閥/截止閥XV1104汽包頂部放空閥XV1102燃油泵出口閥/截止閥XV1106通入除氧器下水箱的除氧蒸汽管線閥（4）手操閥位號執(zhí)行機構說明HV1101鍋爐上水管線調(diào)節(jié)閥旁路閥1.4工藝過程簡介過熱蒸汽進入減溫器E1101，進行溫度的微調(diào)。最終過熱蒸汽壓力為P1104，溫度為T1104，流量為F1105。過熱蒸汽出口管道上設調(diào)節(jié)閥V1105。 燃料經(jīng)由燃料泵P1102泵入爐膛F1101的燃燒器，燃料流量為F1103，燃料壓力為P1101，燃料流量管線設調(diào)節(jié)閥V1104，燃料

17、泵出口閥XV1102。空氣經(jīng)由變頻風機K1101送入燃燒器，變頻器頻率為S1101（被歸一化到0100%之間），空氣量為F1104。 省煤器煙氣出口處的煙氣流量為F1107，溫度為T1105。煙氣含氧量A1101設有在線分析檢測儀表。煙道內(nèi)設有擋板DO1101。 爐膛壓力為P1102，爐膛中心火焰溫度為T1101，為紅外非接觸式測量，僅提供大致溫度的參考軟化水流量為F1106，溫度為常溫20，經(jīng)由調(diào)節(jié)閥V1106進入除氧器V1101頂部。除氧蒸汽分兩路，一路進入熱力除氧頭，管線上設有調(diào)節(jié)閥PV1101；另外一路進入除氧器下水箱，管線上設有開關閥XV1106。除氧器壓力為P1106，除氧器液位為

18、L1101。軟化水在除氧器底部經(jīng)由上水泵P1101泵出。 鍋爐上水流量為F1101，鍋爐上水管線上設有上水泵出口閥XV1101，上水管線調(diào)節(jié)閥V1101，以及旁路閥HV1101。鍋爐上水被分為兩路。一路進入減溫器E1101預熱，預熱后與另外一路混合進入省煤器E1102。兩路鍋爐上水管道上分別設有調(diào)節(jié)閥V1102和V1103。正常工況時，大部分鍋爐上水直接流向省煤器，少部分鍋爐上水流向減溫器，其流量為F1102。 汽包V1102頂部設放空閥XV1104，汽包壓力為P1103。汽包中部設水位檢測點L1102。在汽包中通過汽水分離得到的飽和蒸汽溫度為T1102，經(jīng)過爐膛汽相升溫得到的過熱蒸汽溫度為T

19、1103。 2.控制系統(tǒng)說明2.1煙氣含氧量的控制（1）控制要求：煙氣含量維持在2%左右。（2）分析：煙道起初需要全開，故DO1011為氣關閥。氧氣含量AT1101AC1101（正作用）DO1101（氣關閥）氧氣含量（3）控制方案為：用AC1101通過擋板DO1101對煙氣含氧量實施反饋控制，2%對應于AC1101的給定值。2.2煙氣溫度的控制（1）控制要求：排煙溫度在200左右。（2）分析：V1102起初全開，故V1102為氣關閥。排煙溫度TT1105TC1105（反作用）V1102（氣關閥）軟化水從省煤器中帶帶走煙氣的熱量排煙溫度（3）控制方案：用TC1105通過控制V1102的開度來控制

20、軟化水的量，從而對排煙溫度實現(xiàn)反饋控制，200對應TC1105的給定值。2.3蒸汽溫度的控制（1）控制要求：蒸汽溫度保持在(440±5) 范圍內(nèi)。（2）分析：V1103起初全關，故V1103為氣開閥。蒸汽溫度TT1104TC1104（正作用）V1103（氣開閥）蒸汽溫度在減溫器中減小的溫度蒸汽的溫度（3）控制方案：用TC1104通過控制V1103的開度來控制進入減溫器的軟化水的量，從而對蒸汽溫度實現(xiàn)反饋控制，440對應TC1104的給定值。2.4蒸汽壓力的控制 （1）控制要求：過熱蒸汽壓力保持在(3.8±0.05) MPa范圍內(nèi)。（2）分析：V1105起初全關，故V1105

21、為氣開閥。蒸汽壓力PT1104PC1104（正作用）V1105（氣開閥）蒸汽壓力汽包壓力PT1103PC1103（正作用）V1105（氣開閥）蒸汽壓力（3）控制方案：因為要求蒸汽壓力穩(wěn)定，而考慮到汽包內(nèi)壓力過大會產(chǎn)生安全隱患，所以選取汽包壓力為副變量，PC1103為副調(diào)節(jié)器，蒸汽壓力為主變量，PC1104為主調(diào)節(jié)器，通過二者對V1105開度的控制實現(xiàn)對蒸汽壓力和汽包壓力的串級控制。3.8 MPa對應于主調(diào)節(jié)器PC1104的給定值，PC1104的輸出為PC1103的給定值。2.5爐膛壓力的控制（1）控制要求：爐膛壓力小于400mmH2O。（2）分析：選取S1101為氣關閥。爐膛壓力PT1102P

22、C1102（正作用）S1101（氣關閥）爐膛壓力（3）控制方案：用PC1102通過控制S1101的開度來控制進入爐膛的空氣的量，從未實現(xiàn)對爐膛壓力的反饋控制。PC1102給定值應小于400mmH2O。2.6燃料氣壓的控制（1）控制要求：燃料氣壓力在0.290.31MPa。（2）分析：選取V1104為氣開閥，以節(jié)省燃料、降低安全隱患。燃料氣壓PT1101PC1101（正作用）V1104（氣開閥）燃料氣壓（3）控制方案：用PC1101通過控制V1104的開度來實現(xiàn)對燃料氣壓的反饋控制，PC1101的給定值應在0.290.31MPa范圍內(nèi)。2.7除氧器的壓力的控制（1）控制要求：除氧器的壓力在(20

23、00±100) mmH2O。（2）分析：選取PV1101為氣關閥。除氧器的壓力PT1106PC1106（正作用）PV1101（氣關閥）除氧器的壓力（3）控制方案：用PC1106通過控制PV1101的開度來控制除氧蒸汽進入除氧器的量，進而實現(xiàn)對除氧器的壓力的反饋控制。2000mmH2O對應于PC1106的給定值。2.8除氧器的液位的控制（1）控制要求：除氧器的液位在(400±30)mm。（2）分析：選取V1106為氣關閥。除氧器的液位LT1101LC1101（正作用）V1106（氣關閥）除氧器的液位（3）控制方案：用LC1101通過控制V1106的開度來控制進入除氧器的軟化水

24、的量，實現(xiàn)對除氧器的液位的反饋控制。400mm對應于LC1101的給定值。2.9汽包水位的控制（1）控制要求：汽包水位控制在(300±30)mm。（2）分析：選取V1101為氣開閥。汽包水位LT1102LC1102（反作用）V1101（氣關閥）汽包水位（3）控制方案：用LC1102通過控制V1101的開度來控制進入汽包的除氧軟化水的量，進而實現(xiàn)對汽包水位的反饋控制。300mm對應于LC1102的給定值。 3.控制要求及操作步驟3.1主要控制要求1. 供給蒸汽量適應負荷變化2. 鍋爐供給用氣設備的蒸汽壓力保持在一定范圍內(nèi)3. 鍋爐水位保持在一定范圍內(nèi)4. 過熱蒸汽溫度保持在一定范圍內(nèi)

25、3.2主要操作步驟與運行指標1、啟動前閥位檢查 檢查所有的閥門和開關都處于關閉狀態(tài)。 2、除氧器投運 1) 將軟化水管線調(diào)節(jié)閥V1106打開，手動向除氧器充水，使液位指示達到400(mm)，并保持穩(wěn)定。開除氧器下水箱蒸汽管線閥XV1106加熱到100后關閉 2) 打開除氧蒸汽管線調(diào)節(jié)閥PV1101，將除氧器壓力升至1000mmH2O。 3、鍋爐上水 1) 打開汽包放空閥XV1104。 2) 開啟上水泵出口閥XV1101，全開去省煤器鍋爐上水管線調(diào)節(jié)閥V1102。 3) 緩開給水調(diào)節(jié)閥的小旁路閥HV1101，手控上水（注意上水流量不得大于10t/h，因為上水過快，排氣不暢，會導致局部受壓，損壞設

26、備）。待水位升至250mm，關閉旁路閥HV1101。 4) 調(diào)節(jié)V1101，使汽包水位達到300mm，并保持穩(wěn)定。 5) 調(diào)節(jié)PV1101，將除氧器壓力達到2000 mmH2O，并保持穩(wěn)定。 4、鍋爐點火升壓 1) 檢查汽包放空閥XV1104是否打開。 2) 全開煙道擋板DO1101，開啟風機S1101通風5分鐘，使爐膛不含可燃氣體。 3) 將煙道擋板DO1101調(diào)至20%左右。 4) 打開點火器，點燃開工燒嘴。 5) 打開油路截止閥XV1102，開調(diào)節(jié)閥V1104，投入主燃料系統(tǒng)。 6) 升壓過程應緩慢平穩(wěn)，時間應嚴格控制不得小于10分鐘，以免過熱器管壁溫度急劇上升和對流管束脹口滲水等現(xiàn)象發(fā)

27、生。當蒸汽壓力達到1.5MPa時，關閉汽包放空閥XV1104。 7) 過熱蒸汽溫度達到400時，投入減溫器，打開V1103，開度為50%。 8) 當壓力升至3.6MPa之后，保持此壓力達到平穩(wěn)。 5、鍋爐負荷提升 1) 檢查蒸汽溫度不低于420。 2) 調(diào)整汽包水位為250300mm。 3) 調(diào)整過熱蒸汽壓力在3.63.65MPa。 4) 緩慢開蒸汽管線調(diào)節(jié)閥V1105，約5%。 5) 調(diào)節(jié)蒸汽壓力達到3.8MPa，并保持穩(wěn)定。 6) 緩慢調(diào)節(jié)蒸汽管線調(diào)節(jié)閥V1105，提升燃燒負荷，使產(chǎn)汽量達到20t/h左右。 7) 檢查燃油管線調(diào)節(jié)閥V1104位于小開度，調(diào)節(jié)蒸汽管線調(diào)節(jié)閥V1105，使負荷提至35t/h。 8) 緩慢調(diào)節(jié)V1105繼續(xù)提升負荷，提升速度每分鐘不得超過3-5t/h，同時注意調(diào)節(jié)燃油管線調(diào)節(jié)閥V1104補充燃油量，直至負荷升至65t/h。 9) 調(diào)整蒸汽溫度達到440，并使其保持穩(wěn)定。 6、鍋爐正常運行工況 1) 調(diào)整煙道擋板DO1101，使煙氣含氧量維持在2%左右。 2) 蒸汽溫度保持在(440±5)