蒸汽锅炉自动加药控制系统设计.doc

毕 业 论 文 课 题 名 称蒸汽锅炉自动加药控制系统设计 分 院 专 业 机械工程学院 机电一体化 班 级XXXX 学 号XXXXX 学 生 姓 名XXXXX 指导教师 XXXX 2012 年 6 月 1 日 毕业设计 论文 报告纸 I 装 订 线 摘 要 蒸汽锅炉给水中钙 镁等硬度会在高温下环境下发生化学反应 或者浓缩结晶 生成不溶 的水垢 XXXXXXXXXXXXX 行处理 也会结垢对锅炉安全运行造成威胁 为了控制锅炉内水的质量 本论文对蒸汽锅炉系统进行了分析 在原有的基础上结合 PLC 控制技术 增加了蒸汽锅炉自动加药装置 该装置主要包括药液溶配系统 加药泵加药系统 安全系统和控制系统等四部分 XXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXX 关键词 关键词 锅炉 自动加药装置 PLC 毕业设计 论文 报告纸 II 装 订 线 Abstract Steam boiler XXXXXXX The thesis XXXXXX Keywords boiler automatic dosing devices PLC 毕业设计 论文 报告纸 III 装 订 线 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 本课题的目的和意义 1 1 2 本课题现有技术情况 1 1 3 本课题应解决的主要问题及技术要求 2 第 2 章 蒸汽锅炉自动加药系统的工艺 3 2 1 蒸汽锅炉系统概述 3 2 1 1 汽水循环系统 3 2 1 2 锅炉水处理 4 2 2 锅炉自动加药系统的工艺过程及控制要求 4 2 2 1 锅炉水处理自动加药装置 4 2 2 2 加药系统的特点 5 第 3 章 XXXXXX 6 3 1 加药泵 6 3 2 搅拌器 6 3 3 过滤器 6 3 4 背压阀 安全阀 7 第 4 章 控制系统设计 8 4 1 方案概述 8 4 2 控制功能描述 8 4 3 电气配电及控制系统 9 4 3 1 配电系统主回路 9 4 3 2 控制系统 9 4 4 硬件及软件设计 9 4 4 1 PLC 选型 9 4 4 2 地址配置 9 4 4 3 PLC 的接线 10 4 4 4 PLC 控制程序设计 10 4 4 5 触摸屏 11 第 5 章 总结 12 谢 辞 13 毕业设计 论文 报告纸 IV 装 订 线 参考文献 14 附录 15 毕业设计 论文 报告纸 共 16 页 第 1 页 装 订 线 第 1 章 绪论 1 1 本课题的目的和意义 蒸汽锅炉是发电厂及其它工业企业中最普遍的热动力设备之一 它的功能是把燃料中的贮 能 通过燃烧转化成热能 以过热蒸汽的形式输向各种设备 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXX 工业蒸汽锅炉自动加药装置的增加 作为对水质的控制 起到了显著的效果 1 2 本课题现有技术情况 近几十年来 世界上以安全 节能 环保为发展战略的锅炉水处理技术获得了长足进步 许多重大研究成果 XXXXXXXX 但还存在着种种问题 与发达国家相比还有较大差距 例如 发达 国家锅炉使用寿命平均 30 50 年 我国锅炉使用寿命平均 15 年 甚至更低 锅炉事故是发达国 家 30 倍 蒸汽锅炉自动加药装置还在不断完善中 新技术也都慢慢应用其中 此外 在对锅炉水处 毕业设计 论文 报告纸 共 16 页 第 2 页 装 订 线 理 冷却水处理方面 新一代的除垢剂 防垢剂 清罐剂等一系列的药剂都在不断的发展和更新中 1 3 本课题应解决的主要问题及技术要求 1 XXXXXX 2 XXXX 3 XXXXXX 毕业设计 论文 报告纸 共 16 页 第 3 页 装 订 线 第 2 章 蒸汽锅炉自动加药系统的工艺 2 1 蒸汽锅炉系统概述 2 1 1 汽水循环系统 锅炉作为提供热动力和热源的系统设备 被广泛地用于各行各业的生产 生活中 针对下 面的案例 着重介绍蒸汽锅炉的汽水循环系统 如图 2 1 所示 汽包 下 降 管 上升管 水冷壁 饱和蒸汽 过热蒸汽出口 过热器 上升管 水冷壁 下降管 省煤器 给水泵 除氧器 软化水或 纯水箱 凝结 回 水箱 补水泵回水泵 下联箱 图2 1 蒸汽锅炉的汽水循环系统 蒸汽锅炉的汽水循环系统中各部件的作用 1 汽包 将水冷壁 下降管 过热器及省煤器等各种直径不等 根数不同 用途不一 的管子有机地连接在一起 是锅炉加热 蒸发 和过热三过程的中枢 将水冷壁来的汽水混合 物进行汽水分离 分离出来的蒸汽进入过热器 水进入汽包下部水容积进行再次循环 汽包储 存有一定数量的水和热 在运行工况变化时可起一定的缓冲作用 从而稳定运行工况 2 过热器 负责把锅炉中首次蒸发的蒸汽加热成高品质的过热蒸汽 提高应用效率 3 上升管 水冷壁 是锅炉的主要辐射受热面 吸收炉膛辐射热 加热工质 保护 炉墙 后水冷壁管称为凝渣管 用以防止过热器结渣 4 省煤器 利用锅炉尾部烟气的热量加热给水 以降低排烟温度 节约燃料 5 除氧器 除去水中的氧 以防止对锅炉给水管道 省煤器和其它附属设备的腐蚀 毕业设计 论文 报告纸 共 16 页 第 4 页 装 订 线 6 下降管 上升管 水冷壁 给水管等组成水循环回路 蒸汽锅炉的汽水循环系统工作原理 给水由给水泵经给水管道送入省煤器 给水在省煤器 吸热后进入汽包 并沿下降管经下联箱流上升管 水冷壁 水在上升管中吸收炉膛辐射热后 形成汽水混合物流入锅筒 再由汽包输出饱和蒸汽 经加热器获得所需要的 高效的过热蒸汽 2 1 2 锅炉水处理 锅炉要想安全 经济 可靠 稳定地运行 其水质是个关键 对于工作压力和工作温度高 的锅炉来说 水质尤其重要 水质不良会使锅炉内受热的金属表面形成水垢 发生金属腐蚀并 恶化蒸汽品质 一般的说 工厂或工业的规模越大 我们越能发现工厂中有一层或多层蒸汽锅炉在操作运 转 然而真正的危险隐患也潜伏其中 1 降低锅炉的导热能力 因为水垢的导热系数比钢铁小几十倍 因此 锅炉有水垢后 会导致热效率大幅度降低 增加燃料 风量及电能的消耗 2 降低锅炉运行的安全性 由于水垢导热性能很差 严重结垢会在锅炉的受热面部分 产生局部过热 受热面则会因局部温度过高 引起管壁起疱 裂缝甚至于爆管 3 影响锅炉本体水系统的水循环 锅炉炉管内的水垢会减少管内的流通截面 增大管 内水循环流动的阻力 4 降低锅炉的使用寿命 一旦形成严重的水垢 清除将十分困难 不仅要增加化学清 洗次 2 2 锅炉自动加药系统的工艺过程及控制要求 2 2 1 锅炉水处理自动加药装置 自动加药装置是一种具投药 搅拌 输送液体 自动控制与一体的成套设备 他被广泛应 用于电厂的原水 锅炉给水 油田地面集输脱水处理系统 石油化工各种加药系统和废水处理 毕业设计 论文 报告纸 共 16 页 第 5 页 装 订 线 系统 如投加混凝剂 磷酸盐 氨液 石灰水 水质稳定剂 借助其产品的功能 能够很灵活地构造控制好方案 它相对于传统的电气控制具有更高的 可靠性 控制更准确 以下重点讨论该系统如何利用功能以实现加药系统的工艺要求 2 2 2 加药系统的特点 1 系统特点 1 该系统采用触摸屏与 PLC 控制 整个加药系统设自动 手动两种可选择的方式 能稳 定地给锅炉加药 使炉内水时刻保持一定的药液浓度 保证炉内的各项水质指标基本平稳 能 克服老式加药装置配药加药不方便等弱点 有效地提高了锅炉的自动化程度 2 加药系统操作简单 安全 可靠 设有电机搅拌器 溶解药剂 其中 溶解药剂多为 磷酸三钠固体或液体等 主要反应式如式 2 1 所示 10Ca 6PO 2OH Ca OH PO 2 1 2 3 4 10246 所需时间可根据实际情况进行设定 可控制药液的温度 完成自动加药及自动清洗等 2 系统组成结构 毕业设计 论文 报告纸 共 16 页 第 6 页 装 订 线 第 3 章 XXXXXX 3 1 加药泵 XXXXXX 在液力端 1 柱塞加药泵的柱塞密封采用填料密封 进出口阀采用双层球阀或单 层蘑菇阀 2 隔膜加药泵的柱塞密封采用活塞环形式 液压腔设有新型的放气安全阀 限位 补偿阀 多向轧制聚四氟乙烯膜片 可配隔膜破裂报警装置 3 2 搅拌器 不管是哪种搅拌器叶轮都必须在大于 D 的液位下运转 否则将损坏机器 减小使用寿命 固体颗粒的含量要小于 10 3 3 过滤器 过滤器 能过滤介质中的杂质 对加药泵形成保护作用 一般安装在进口管路上并靠近加 药泵 图3 2 过滤器 结构及用途 该过滤器由壳体 排污盖 滤网等组成 是输送介质的管道系统所不可缺少 的一种装置 其作用是清除介质中的机械杂质 以保护设备管道上的配件免受磨损和堵塞 在 锅炉自动加药系统中选用的过滤器体积小 滤眼细 阻力小 效率高 安装检修方便 成本低 维修方便 材质一般为不锈钢 PVC 等 主要技术性能 1 适用介质 水 油 气 2 适用 介质温度 200 3 过滤网规格为10目 寸 20目 寸 30目 寸 40目 寸 60目 寸 100 目 寸等 4 过滤网局部阻力系数2 2 在介质额定流速下阻力为0 1 0 2水柱 主要外形尺寸 如表3 1所示 毕业设计 论文 报告纸 共 16 页 第 7 页 装 订 线 表3 1 过滤器的主要外形尺寸 公称通径L公称通径L公称通径L 151402015025160 321804020050220 6526080310100350 125400150450200500 250550300580350760 4008004509005001000 3 4 背压阀 安全阀 XXXXXXXXXXX 毕业设计 论文 报告纸 共 16 页 第 8 页 装 订 线 第 4 章 控制系统设计 4 1 方案概述 该自动加药系统的控制方案采用可编程控制器操作使用触摸屏 配置常规电气配电控制系 统 一般来说 加药系统的控制并不复杂 但是对工艺过程却有较为严格的要求 根据生产锅 炉的加药系统的具体特点 做如下方案 该加药系统控 3 常规电气控制 常规电气控制系统是各种供配电系统 电力拖动 驱动 设备等实现其功能并完成其运转 的控制中枢 在该系统中其主要控制如下 1 气动阀最好配置手动旁路阀 可根据实际情况选择 使加药系统在触摸屏和 PLC 控 制系统进行维护时也可能通过手动方式工作 2 绞龙式给料机 搅拌器和加药泵均可通过常规电气手动控制启停 4 2 控制功能描述 1 加药系统设人工手动控制加触摸屏 PLC 手动和自动控制两种方式 2 触摸屏和 PLC 控制方式又设触摸屏自动控制方式和触摸屏手动控制方式 其中触摸 屏自动控制方式是指加药的全过程可以自动完成 而触摸屏手动控制方式是指加药的每个过程 通过操作人员操作触摸屏来完成 这种触摸屏手动控制方式具有简化操作的作用 特别是在清 洗时可以灵活使用 同时也是自动控制方式的补充 3 人工手动控制 通过常规电气控制的方式来控制绞龙式给料机 搅拌器 和加药泵 的启停 再通过对气动阀的旁路阀操作来完成整个配药和加药过程 4 加药系统设人工手动控制加触摸屏 PLC 手动和自动控制两种方式的选择是通过一 两工位 工作位 停止位 的选择开关来完成 5 工序监控 触摸屏和 PLC 控制方式可以实现对所有加药系统设备工作状态的监控 6 故障告警 触摸屏和 PLC 控制方式对绞龙式给料机 搅拌器和加药泵的故障状态进 行监控 一旦发现某台设备故障 可以在触摸屏上显示报警信号 而常规电气控制系统在人工 手动控制加触摸屏 PLC 手动和自动控制两种控制方式下可实现声光报警 提示工作人员注意 毕业设计 论文 报告纸 共 16 页 第 9 页 装 订 线 4 3 电气配电及控制系统 4 3 1 配电系统主回路 XXXXXXXXXXXXXXX 4 3 2 控制系统 XXXXXXXXXXXXXXX 4 4 硬件及软件设计 4 4 1 PLC 选型 4 4 2 地址配置 1 I O 地址配置 I0 7 总电源连接控制自动方式及手动方式 2 PLC 内部地址配置及 PLC I O 位地址配置如表 4 4 所示 表4 4 PLC 地址配置 PLC 地址配置PLC 地址配置 M0 4自动加药I0 0低物位 M0 5自动清洗I0 1中物位 M3 0自动加药启动I0 2高物位 M3 1自动加药停止I0 3低水位 M4 0自动清洗启动I0 4中水位 M4 1自动清洗停止I0 5高水位 Q0 0绞龙给料I0 6安全阀 Q0 1加液I1 0加粉工作 Q0 2加汽I1 1加液工作 Q0 3加水I1 2加汽工作 毕业设计 论文 报告纸 共 16 页 第 10 页 装 订 线 续表 4 4 PLC 地址配置 Q0 4清洗I1 3加水工作 Q0 5排放I1 4清洗工作 Q0 6给药I1 5排放工作 Q0 7出药I2 0给药工作 Q1 0搅拌器I2 1出药工作 Q1 1加药泵I2 2搅拌工作 I2 3加药泵工作 I2 4加粉报警 I2 5搅拌器报警 I2 6加药泵报警 4 4 3 PLC 的接线 1 CPU224 接线 见附录 1 2 EM221 数字量输入模块接线 见附录 2 3 EM231 模拟量输入模块接线 见附录 3 4 4 4 PLC 控制程序设计 I0 7M0 4M3 0M3 1T40 M7 0 I2 4Q0 4Q0 0 T40 TONIN PT100ms I0 7M0 4M3 0M3 1T41Q0 4 M7 1 Q0 1 VW100 T41 TONIN PT100msVW102 加粉 加液 I0 7M0 4M3 0M3 1 M7 2 M7 0 I0 7M0 7Q0 2 加汽 M0 5M4 0M4 1 M7 2 I0 3 VD10 R VD178 M0 7 I0 3 I0 7M0 5M4 0M4 1T44 M7 4 I0 5Q0 6M7 4 T44 TONIN PT100ms I0 7M7 4Q0 4 I0 7M0 5M4 0M4 1T45Q1 1 M7 5 Q0 5 VW112 T45 TONIN PT100msVW114 清洗 排放 Q0 3 I0 5Q0 6Q1 1 T44 M4 2 M4 2 I0 7M0 4M3 0M3 1M5 5I0 5 M7 3 I0 7 M7 3 M7 3 Q0 3 T43 TONIN PT100msVW110 加水 Q0 4 T43Q0 6 M3 4 M3 4 M3 5 M3 4 I0 5 毕业设计 论文 报告纸 共 16 页 第 11 页 装 订 线 4 4 5 触摸屏 XXXXXX 毕业设计 论文 报告纸 共 16 页 第 12 页 装 订 线 第 5 章 总结 早期的锅炉多直接采用天然水 或仅一些简单的方法除去水中的悬浮物和大颗粒 再而就 是就是较为完善的锅外水处理体系 然而这都不能达到工业的需求 随着时代的发展 相信现有的设备和技术都将慢慢的被淘汰 各种新型的药剂及新型的现 代加药装置或其他的除盐设备也都将相继出现 进一步促进了锅炉水处理的发展 从而被广泛 应用于各行各业的生产 生活中 毕业设计 论文 报告纸 共 16 页 第 13 页 装 订 线 谢 辞 从去年10月份实习以来 时至今日 论文已基本完成 本论文在选题和研究的过程中 得 到XXX老师的悉心指导和不懈的支持 他多次指导 并为我指点迷津 帮助我开拓研究思路 精 心点拨 热忱鼓励 XXXXXX老师一丝不苟的作风 XXXXXXXXXXX 此外 感谢XXXXXXX等老师在大学期间对我的教育和培养 他们细心指导我的学习与研究 在此 XXXXXXXXXXXXXXXXXX惑 直至论文的顺利完成 时光匆匆 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 从开始确定选题一直到论文的顺利完成 都离不 开老师 朋友 同学给我的热心帮助在这里请接受我最诚挚的谢意 毕业设计 论文 报告纸 共 16 页 第 14 页 装 订 线 参考文献 1 廖常初 PLC 编程及应用 M 机械工业出版社 2007 2 丁加军 盛靖琪 自动机与自动线 M 机械工业出版社 2005 3 赵亦亦 张万路 提高工业锅炉和蒸汽系统效率培训教材 M 中国计量出版社 2007 4 史国生 电气控制与可编程控制器技术 M 化学工业出版社 2003 5 李金钟 电机与电气控制技术 M 苏州大学出版社 2005 6 陈亚林 PLC 变频