锅炉房动力设备电气控制.doc

乌鲁木齐职业大学毕业论文 乌鲁木齐职业大学毕业论文论文题目： 锅炉房动力设备电气控制 姓 名： XXX 学 号： XXXXXXXX 专 业： 电气自动化 学 院： 应用工程学院 指导教师： XXXX 完成时间： 2012年04月20日 目 录一、 引言11.1 锅炉系统概况11.2 设计背景1二、 主要设备及电气技术要求22.1 锅炉辅助设备的系统构成22.2 系统供电42.3 技术要求4三、电气系统设计53.1 配电设计53.2 导线的选择和敷设63.3 电气控制及控制保护器件选择73.4 照明系统设计103.5 防雷接地系统设计103.6 防火封堵设计11四、电气计算124.1 负荷计算124.2 照度计算124.3 防雷计算13五、 设计依据及参考资料14六、 结语15一、 引言1.1 锅炉系统概况1.1.1 启动锅炉的用途 大型发电机组的锅炉在启动时需要辅助蒸汽，正常运行时辅助蒸气由正在运行的机组，也就是临机提供。而新建电厂首台机组启动时，由于没有正在运行的临机提供辅汽，需要单独设置一个燃油/气/煤的启动锅炉提供蒸气帮助启动。1.1.2 锅炉的分类 锅炉的燃料多为燃油、天然气、煤等，按其蒸汽蒸发量及使用功能可分为小、中、大三类：小型锅炉蒸汽蒸发量在10t/h及以下，多数用于工业生产及采暖；中型锅炉蒸汽蒸发量为10t/h-75t/h时之间，多用于中小型发电厂；大型锅炉蒸汽蒸发量为75t/h及以上，多用于大型发电厂。1.2 设计背景1.2.1 本论文中的新建热联电厂，其启动锅炉为以煤为燃料、蒸汽蒸发量在35t/h的中型工业锅炉，其产生蒸汽的作用一方面是作为电厂机组的启动蒸汽用，另一方面可在采暖期提供采暖用蒸汽。1.2.2 本论文中的电气系统，就是为启动锅炉的辅助设备及控制等提供安全可靠的电源而设计的。二、 主要设备及电气技术要求2.1 锅炉辅助设备的系统构成2.1.1 点火系统：锅炉的点火，保护及控制（由甲方另行委托设计）。2.1.2 上煤系统：平皮带输送机、悬挂式电磁除铁器、犁式卸料器、斗式提升机、电磁振动给料机。2.1.3 燃煤系统：炉排电动机、重型框链除渣机。2.1.4 水循环系统：锅炉给水泵、二次网热水循环泵。2.1.5 水处理系统：除氧泵、磷酸盐计量泵、氨计量泵、加药装置、搅拌电机。2.1.6 补水系统：二次网补水泵泵、凝结水回收泵。2.1.7 送风系统：鼓风机、引风机、除灰机。2.1.8 潜污系统：渣浆泵。2.1.9 设备列表名 称规 格型号单位数量备 注炉排调速箱配35t/h锅炉，P=3kW台1鼓风机Q=40692m3/h P=2975Pan=1450r/min G4-73N011D台1右90o 电机P=75kW台1引风机Q=86500m3/h P=3879Pan=1450r/min Y4-73NO14D台1左0o 电机P=185kW台1锅炉给水泵Q=40m3/h，H=140mH2On=2950r/minDG46-306台2一开一备（加变频）电机P=37kW台2一开一备（加变频）重型框链除渣机Q=612t/a, P=15kW,=25L1=12240mm L2=20800mm 套1斗式提升机v=1.4m/s, Q=60t/h， P=7.5kW，H=26m套1GZM5电磁振动给料机=10，生产率100t/h，给料粒度150mm，P=3kWGZ5台1平皮带输送机B=500mm,v=1.0m/s,Q=87t/h,P=5.5Kw，L=10598mmTD75套1除氧泵Q=50m3/h H=32mH2On=2900r/min台2一开一备 电机P=7.5kW台2一开一备二次网热水循环泵Q=240m3/h，H=32m，台2一开一备（加变频）电机P=37kW台2一开一备（加变频）二次网补水泵Q=5m3/h，H=35m 台2一开一备（加变频）电机P=2.2kW台2一开一备（加变频）凝结水回收泵P=2.2kW台2液下渣浆泵(潜污泵)Q=15m3/h，H=26mH2O n=2950r/min (PH值4-11)台1渣浆泵Q=120m3/h，H=50mH2O n=2950r/min (PH值4-11)台2一开一备 电机P=55kW从cco 台2一开一备磷酸盐加药装置套1电动磷酸盐搅拌箱Q=0.5m3台2一开一备磷酸盐计量泵Q=20L/h H=125mH2O P=1.1kW台2一开一备电动加氨搅拌箱Q=0.5m3台2一开一备氨计量泵Q=20L/h H=125mH2O P=1.1kW台2一开一备悬挂式电磁除铁器P=3kW台1犁式卸料器P=1.25kW台1螺旋输送机Q=20-30m3/h， N=2.2KW台12.2 系统供电2.2.1应设置启动锅炉房电动机控制中心（以下简称MCC），向启动锅炉房内全部用电负荷供电。2.2.2 该电厂启动锅炉房电气系统为二级负荷，电厂提供2路互为备用的总电源（1路工作，1路备用），电压380/220V。2.2.3 该电厂厂内高压厂用电电压为6kV（中性点低电阻接地），低压厂用电电压为AC380/220V（中性点直接接地），启动锅炉房厂用电系统的电压和接地方式应与主体工程一致。2.3 技术要求2.2.1 锅炉电气设备能通过电动机控制中心（MCC）进行集中控制，亦可现场手动控制。2.2.2 配电回路具有满足系统安全运行的的电气保护措施。2.2.3 所有的电气元器件应能在高温、潮湿、多尘的环境中正常工作，绝缘良好。三、电气系统设计 3.1 配电设计 3.1.1 该电厂启动锅炉相关低压配电系统属二级负荷，采用由厂方提供的两路380/220V三相四线制电源TN-C系统配电。3.1.2 考虑到启动锅炉的蒸汽蒸发量达到35t/h（6t/h）,故设置专用低压配电室。3.1.3 采用动力设备与照明系统共用母线的接线方式。3.1.4锅炉辅助设备放射式配电，其他如照明系统树干式配电。3.1.5配电柜选用MNS交流低压配电柜，锅炉辅助设备按照功能类别及功率大小由不同的配电柜配电，布置及实物图见图3.1-1、2。 图3.1-1 MNS低压配电柜布置大样 图3.1-2 MNS低压配电柜实物图3.2 导线的选择和敷设3.2.1 导线型号的选择根据启动锅炉房的导线使用环境及敷设方式等，确定启动锅炉相关辅助设备的用电干线采用YJV-1KV交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电，普通照明等用电线路采用BV-500V铜芯塑料线穿钢管敷设，应急疏散照明采用NHBV-450/750V耐火铜芯导线传钢管敷设。3.2.2 导线截面的选择 根据启动锅炉房电气设备多为在湿热环境下持续大电流工作的情况，及电压损失、导线穿管及敷设情况、导线发热问题等，选择电线电缆时应在结合载流量、热阻系数等的情况下再留有一定裕量。 3.2.3 导线的敷设 结合启动锅炉房工艺、设备等专业地沟及设备布置情况，导线的敷设方式主要为：（1）从配电室靠水处理水泵间方向引出一个电缆沟到距除渣间前地沟600mm处引出桥架明敷上墙至水处理水泵间尽头；（2）从配电室做两路桥架，一路沿墙上屋顶明敷架设于4.2米平面，一路引上5米平面至电机控制室；（3）由配电室穿管直埋至各用电设备；（4）由配电室穿管引上、引下至各用电设备。由于启动锅炉房为湿热环境，且锅炉间、输煤廊等处属11区爆炸危险环境区域的线路敷设还应符合下列要求： （1）敷设电气线路时宜避开可能受到机械损伤、振动、腐蚀以及可能受潮受热的地方，如不能避开时，应采取预防措施。（2）敷设电气线路的沟道、电缆或钢管，在穿过不同区域之间墙或楼板处的孔洞，应采用非燃性材料严密堵塞。 （3）电气线路应在爆炸危险性较小的环境处敷设，接线盒等处应采用密闭或防尘型。 （4）爆炸性粉尘环境区内高压配线除用电设备和线路有剧烈振动者外，可采用铝芯电缆。 爆炸性粉尘环境区内有剧烈振动的，电压为以下用电设备的线路，均应采用铜芯绝缘导线或电缆。3.3 电气控制及控制保护器件选择3.3.1 所有锅炉辅助设备均在电机控制中心通过二次回路控制变频器/交流接触器来实现DCS控制的目的。炉排、锅炉给水泵、二次热水循环泵、二次网补水泵等长时间运行的设备考虑到节能降耗与控制方便等因素通过变频器进行DCS控制，其他锅炉辅助设备均通过交流接触器进行DCS控制，控制示意图见图3.3-1。3.3.2 除鼓引风机和炉排、给水及循环水泵、补水泵等采用变频器控制的设备外，其他锅炉辅助设备均设置现场控制箱，可在现场监测设备的运行状态、切换就地控制与远程控制且能手动控制设备的启动和停止，现场控制箱布置见图3.3-2：图3.3-2 现场控制柜布置图图3.3-1 DCS控制系统示意图3.3.4 电流互感器的选用电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行继电保护及电流、电能、功率测量等用途。可根据需要选用的用电设备的功率、使用用途及使用电压来确定符合使用要求的具体型号，选用的电流互感器一定要根据用电设备的额定电流留有一定裕量。 本次设计选用的电流互感器为LMZJ1-0.5型，其额定电压为0.5kV，为母线式浇注绝缘式加大容量电流互感器，在配电干线出现端，及鼓风机、引风机出现端使用，额定电压根据出线端功率确定。3.3.5 交流接触器的选用交流接触器以主触点开闭电路，辅助触点接控制回路，以其控制容量大、距离远，安全便捷的特点在工业生产中得到广泛的应用。本节的内容是根据启动锅炉辅助设备的功率、使用功能及使用电机的类型、操作和使用频率等，选择和用电设备相匹配的交流接触器，以实现正常稳定的操作和保护线路及用电设备的目的：（1）交流接触器的电压等级要和负载相同，选用的接触器类型要和负载相适应。（2）负载的计算电流要符合接触器的容量等级，即计算电流小于等于接触器的额定工作电流。（3）按短时的动、热稳定校验。线路的三相短路电流不应超过接触器允许的动、热稳定电流，当使用接触器断开短路电流时，还应考虑接触器的分断能力。（4）接触器吸引线圈的额定电压、电流及辅助触头的数量、电流容量应满足控制回路接线要求。本设计中所有交流接触器的选用均依据此原则来确定交流接触器的额定工作电流Ie、约定发热电流Ith，最终确定选用交流接触器的型号。3.3.6 热继电器的选用启动锅炉辅助设备在运行中，若出现异常情况使电机遇到过载，电机将转速下降、绕组电流增大，使电动机的绕组温度升高。如果载时间长，过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，使电动机绕组老化，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会使电动机绕组烧毁。本节的内容是根据启动锅炉辅助设备电机的技术性能、启动情况、负载性质以及电机允许过载能力等选用合适的热继电器，以实现在出现电机不能承受的过载时切断电机电路，为电机提供过载保护的目的： （1）长期稳定工作的电机可按电机的额定电流选用热继电器。取热继电器整定电流的0.951.05倍或中间值等于电机额定电流。（2）根据电机的绝缘等级及结构进行考虑 由于电机绝缘等级不同，其的容许温升和承受过载的能力也不同。同样条件下，绝缘等级越高，过载能力就越强。即使所用绝缘材料相同，但电机结构不同，在选用热继电器时也应有所差异。（3）应考虑电机的启动电流和启动时间。电机的启动电流一般为额定电流的57倍。对于不频繁启动、连续运行的电机，在启动时间不超过6s的情况下，可按电机的额定电流选用热继电器。 （4）应考虑具体工作情况。若要求电机不允许随便停机，以免遭受经济损失，只有发生过载事故时，方可考虑让热继电器脱扣。此时，选取热继电器的整定电流应比电机额定电流偏大一些。3.4 照明系统设计3.4.1 配电室及电机控制室设计照度为300lx,采用密闭型双管荧光灯，配电线路带充电线且灯具自带蓄电池，在发生停电事故的情况下可持续工作时间大于180分钟。3.4.2 其余房间设防水防尘防震型灯具，灯具光源为高显色钠灯，灯具回路中留一半做应急光源，配电线路带充电线且灯具自带蓄电池，在发生停电事故的情况下可持续工作时间大于180分钟。3.4.3 疏散照明灯具，亦采用防水防尘型，配电线路带充电线且灯具自带蓄电池，应急时间应大于30分钟。3.5 防雷接地系统设计3.5.1 由于烟囱部分甲方未委托我方设计，启动锅炉房剩余建筑经计算无需采取防屋面直击雷措施（具体计算内容见4.3 防雷计算）。3.5.2 由于启动锅炉房供电系统为TN-C系统，且部分场所为爆炸危险环境，故正常运行情况下不带电的低压设备均应中性点直接接地、中压设备应均应中性点低电阻接地。3.4.3 防雷接地系统利用基础钢筋作为自然接地体，与在电源进户处设置的MEB及金属设备外壳可靠连接。3.5.4 本锅炉房接地分支线路采用角钢接地极L50x50x2500热镀锌、扁钢接地体-40x40热镀锌。接地线应至少4点与电厂主接地网连接，接地干线采用-60X6热镀锌扁钢。接地系统电阻要求小于1欧姆，以实测为准。若接地电阻达不到要求，应增加室外接地极。 3.6 防火封堵设计 3.6.1由于热联电厂启动锅炉房为较易发生火灾的区域，且如果发生火灾，将会造成比较大的社会影响和经济影响，所以为防止火灾蔓延到起货源相邻的区域，达到保护人员和设备安全的目的，我们用防火封堵材料密封电缆穿过墙体或楼板形成的孔洞及沟壑。 3.6.2墙洞、盘柜开孔处使用防火堵料封堵。电缆沟进入建筑物入口处以及电缆沟内分段处设置分段阻火墙、电缆表面防火涂层。在电缆沟采用矿棉板或防火板并辅以防火泥封堵。盘柜开孔处及电缆桥架的贯穿孔口采用矿棉板或阻火包并辅以防火泥封堵3.6.3 防火封堵材料应选用环保无毒无卤，不燃无烟的产品，封堵耐火极限不低于3小时，且其使用年限应与贯穿物的使用年限一致。四、电气计算4.1 负荷计算4.1.1 单台设备负荷计算 由于数据量太多太大，只选一个单台设备来作为计算实例： 启动锅炉鼓风机设备功率Pe =75kW，工作电压Ur=380V,根据其工作运行频率，将其需要系数Kx定为0.8，根据其设备功率、型号和电机转速，查电机技术数据表得到其功率因数COS=0.81，则有： 有功功率Pjs =Kx Pe =60kW 计算电流Ijs =Pjs/UrCOS=112.55A 4.1.2 配电干线负荷计算 已知同期系数Kp =0.9 Kq =0.95 ,各用电设备有功功率之和 （Kx Pe）=498.8Kw,无功功率之和（Kx Petg）=486.3kW,则有： 配电干线有功功率Pjs= Kp（Kx Pe）=448.92kW 配电干线无功功率Qjs = Kq（Kx Petg）= 462.01kvar 配电干线视在功率Sjs =644.2kVA 配电干线计算电流Ijs =Sjs/Ur =978.78A4.2 照度计算 由于数据量太多太大，只选一个房间的照度来作为计算实例： 已知电机控制室面积A=33.95，照度值E标准取300lx,选用应急型双光荧光灯236W,灯具光通量=6500，此房间灯具维护系数K=0.75,利用系数U经查表为0.52，采用利用系数法计算，则有：计算灯具数目N=E标准A/UK =4.02组 故实际灯具数目N取4组实际照度值E=UKN/A =298.7lx4.3 防雷计算已知该热联电厂所在地点平均雷击次数30.6次/(km2.a)，该启动锅炉房截收雷击次数的等效面积为0.0179 km2，由于锅炉房为特别潮湿建筑物，故修正系数取1.5，将启动锅炉房各项相关数据带入年预计雷击次数公式：N= kNgAe 得出预计雷击次数N=0.055，小于三类防雷最低要求0.6。故启动锅炉房无需做防屋面直击雷措施。注：式中N- 建筑物预计雷击次数(次/a)； k-校正系数Ng-建筑物所处地区雷击大地的年平均密度次/(km2.a)；Ae-与建筑物截收相同雷击次数的等效面积(km2)。五、 设计依据及参考资料供配电系统设计规范 GB50052-2009低压配电系统设计规范 GB50053-94通用用电设备配电设计规范 GB50055-93民用建筑电气设计规范 JGJ 16-2008建筑防火设计规范