锅炉装置自动控制系统设计讲解

1、i邮电与信息工程学院课程设计说明书课题名称：锅炉装置自动控制系统设计学生学号：1002150221专业班级：10自动化02班学生姓名：吴亚辉学生成绩:指导教师：陈国平课题工作时间：2013年12月2日至 2013年12月14日填写说明:1. 表中第一、二、三、六项由指导教师填写；第四、五两项由学生填写。2. 表中第一、二、三在在课程设计开始前填写，第四、五、六项在课程设 计完成后填写。3. 本表格填写完整后连同正文装订成册一、课程设计的任务或学年论文的基本要求任务：完成锅炉装置自动控制系统设计。包括1. 熟悉锅炉装置工作要求，确定系统方案。2 .合理选择控制设备型号及规格，编制设备表。3. 完

2、成相关图纸的设计。4. 编制设计说明书。要求：控制方案合理、控制设备选型合理，图纸符合有关设计标准及规范。具体内容 包括1. 设计说明书，包括1)锅炉装置工艺说明2)相关控制系统说明3)自控设备选型（计算）说明4)自控设备表一览表2. 设计图纸（图纸符合相关国家标准），包括1）仪表管道流程图（PID）2）仪表盘正面布置图3）仪表盘背面电气接线图、进度安排12收集查阅资料，熟悉锅炉装置操作要求确定系统控制方案及选型原则34绘制相关的图纸5撰写设计说明书、答辩三、参考资料或参考文献1 .孙洪程，李大宇过程控制工程设计化学工业出版社.20092. 谭天恩，窦梅，周明华等化学工业出版社.20063.

3、周春晖，过程控制工程手册，化学工艺出版社。19934. 孙红程，翁维勤，过程控制系统工程设计，化学工艺出版社，2001指导教师签字：年 月日教研室主任签字：年 月日四、课程设计摘要（中文）锅炉参数是表示锅炉性能的主要指标，包括锅炉容量、蒸汽压力、蒸 汽温度、给水温度等。锅炉容量可用额定蒸发量或最大连续蒸发量来表示。额定蒸发量是在规定的出口压力、温度和效率下，单位时 间内连续生产的蒸汽量。最大连续蒸发量是在规定的出口压力、 温度 下，单位时间内能最大连续生产的蒸汽量。蒸汽参数包括锅炉的蒸汽压力和温度， 通常是指过热器、再热器 出口处的过热蒸汽压力和温度如没有过热器和再热器， 即指锅炉出口 处的饱

4、和蒸汽压力和温度。给水温度是指省煤器的进水温度，无省煤 器时即指锅筒进水温度。23五、课程设计摘要（英文）Parameters of the boiler is the main index, said boiler performanee in eludi ng the capacity of the boiler, steam pressure,steam temperature, feed temperature, etc. Boiler capacity available or maximum con ti nu ous rated evaporatio n evaporati on

5、. Evaporatio n is rated in the regulati on 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 continu ous producti on of steam.S

6、team parameters include the boiler steam pressure and temperature, usually refers to the superheated steam superheater and reheater outlet pressure and temperature such as no superheaterand reheater, namely the boiler exit of saturated vapor pressure and temperature. Feed temperature refers to the i

7、n let water temperature of econo mizer, the abse nee of econo mizer n amely drum water temperature.六、指导教师评分评价内容具体要求权重得分调查论证能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论 述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识 的能力。10实践能力独立设计、计算、绘图的能力（课程设计）；能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究的能力（学年论文）15分析解决问 题能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题（课程 设计）；或能对课题进行理论分析，得出有价值的结论（学 年论文）。1

8、5工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大， 工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。10质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论 严谨合理（或设计过程完整，设计内容完全）；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图 表完备、整洁、正确；论文（设计）结果有参考价值。40外语和计算 机应用能力在课程设计或学年论文中，能够体现外语和计算机的 应用能力。5创新工作中有创新意识；对前人工作有改进或独特见解。5综合评语指导教师签字：年 月日七、答辩记录1炉膛的压力为什么是负压一般的锅炉，燃烧时有送风机向炉膛内输送空气，还有引风机将燃烧后的废气向外引走，因为炉

9、外的冷空气经燃烧后体积会增大，为了防止炉膛承受向外的压力发生爆炸，规定引风机的引风量要比送风机的送风量大，让炉膛内气压低于大气压力。2.锅炉汽包水位测量锅炉汽包水位是锅炉燃烧控制中最重要的参数之一，直接关系到锅炉的安全运行。锅炉汽包水位测量通常采取差压测量的原理来实现，然而随着汽包压力的变化（或温度的变化）汽包内水和蒸汽的密度是变化的，因此就造成了假水位现象，无法测量出实际的汽包水位。当压力增大或温度升高时这种误差也增大，并超过30%，因此必须进行压力补偿，以求出精确的汽包水位，确保锅炉安全运行不受影响。3. 除氧器的工作原理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，

10、与其他各路疏水在除氧器内混合，经旋膜多孔管喷出，形成裙状水膜，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。记录人（签字）：吴亚辉2013年 12月 14日答辩意见及答辩成绩答辩小组教师（签字）：年 月 日课程设计总评成绩:（指导教师评分X 80%+答辩成绩X 20%）目录1. 工艺流程2. 控制系统说明3. 要求与步骤4 设备的选型5.设计图1.1 工艺流程原理介绍所选被控对象为工业领域广泛应用的自然循环锅炉自然循环锅炉是指在锅炉蒸发系统中，利用降水管中的水与上升管中的汽水混合物 的密度差作

11、为推动力，建立起工质循环流动 （又称水循环 ），使蒸发受热面受到冷却的锅 炉。 随着锅炉容量的增大，自然循环锅炉的压力也相应提高。饱和水与饱和水蒸气之间的密 度差也随压力增大而减小。由于降水管中的水温与饱和水温非常接近，故可以认为是饱 和水。随着锅炉的工作压力升高，降水管中的水与上升管中的汽水混合物之间的密度差 也同样减小。 由于自然循环锅炉是靠降水管中的水与上升管中的汽水混合物的密度差形 成的推动力，建立起工质循环流动的，当压力提高后，这个推动力也随之减小，工质在 蒸发系统中的循环流动，也随压力提高而逐渐变得困难。当压力达到临界值 22.12 兆帕 时，饱和汽、水之间的密度差为零，这时，工质

12、循环停止。因此，自然循环锅炉的压力 一般都在超高压 （15.3 兆帕）及以下。要向更高压力发展，就变得相当困难。1.2 工艺流程介绍燃料经由燃料泵 P1102泵入炉膛F1101的燃烧器；空气经由变频鼓风机K1101送入燃烧器。燃料与空气在燃烧器混合燃烧，产生热量使锅炉水汽化。燃烧产生的烟气带有大量余热，对省煤器 E1102 中的锅炉上水进行预热。经处理的软化水进入除氧器 V1101 上部的除氧头， 进行热力除氧， 除氧蒸汽由除氧头底部通入。 除氧的目的是防止锅炉给水中溶解有氧气和二氧化碳，对锅炉造成腐蚀。热力除氧是用蒸汽将给水 加热到饱和温度， 将水中溶解的氧气和二氧化碳放出。 在除氧器 V1

13、101 下水箱底部也通入除氧蒸汽， 进一步去除软化水中的氧气和二氧化碳。除氧后的软化水经由上水泵 P1101 泵出，分两路，其中一路进入减温器 E1101 与过热蒸汽换热 后，与另外一路混合，进入省煤器E1102。进入减温器 E1101的锅炉上水走管程，一方面对最终产品（过热蒸汽）的温度起到微调（减温）的作用，另一方面也能对锅炉上水起到一定的预热作用。省煤器E1102由多段盘管组成，燃料燃烧产生的高温烟气自上而下通过管间，与管内的锅炉上水换 热，回收烟气中的余热并使锅炉上水进一步预热。被烟气加热成饱和水的锅炉上水全部进入汽包 V1102 ，再经过对流管束和下降管进入锅炉水冷 壁，吸收炉膛辐射热

14、在水冷壁里变成汽水混合物，然后返回汽包V1102 进行汽水分离。锅炉上汽包为卧式圆筒形承压容器，内部装有给水分布槽、汽水分离器等，汽水分离是上汽包的重要作用之一。 分离出的饱和蒸汽再次进入炉膛 F1101 进行汽相升温，成为过热蒸汽。出炉膛的过热蒸汽进入减温 器 E1101 壳程，进行温度的微调并为锅炉上水预热，最后以工艺所要求的过热蒸汽压力、过热蒸汽 温度输送给下一生产单元。1.3仪表及操作设备说明(1) 检测仪表位号检测点说明单位位号检测点说明单位AI1101烟气含氧量%PT1101燃料压力MPaFT1101锅炉上水流量kg/hPT1102炉膛压力MPaFT1102去减温器的锅炉上水流量k

15、g/hPT1103汽包压力MPaFT1103燃料流量kg/hPT1104过热蒸汽压力MPaFT1104空气量m3/sPT1106除氧器压力MPaFT1105过热蒸汽流量kg/hTT1101炉膛中心火焰温度CFT1106软化水流量kg/hTT1102汽水分离后的过热蒸汽温度CFT1107烟气流量kg/hTT1103进入减温器的过热蒸汽温度CLT1101除氧器液位%TT1104最终过热蒸汽温度CLT1102汽包水位%TT1105烟气温度C(2) 执行机构位号执行机构说明位号执行机构说明V1101锅炉上水管线调节阀V1106软化水管线调节阀V1102直接去省煤器的锅炉上水管线调节阀PV1101除氧蒸

16、汽管线调节阀V1103去减温器的锅炉上水管线调节阀S1101鼓风机变频器V1104燃料管线调节阀DO1101烟道挡板V1105过热蒸汽管线调节阀(3) 开关阀位号执行机构说明位号执行机构说明XV1101锅炉上水泵出口阀/截止阀XV1104汽包顶部放空阀XV1102燃油泵出口阀/截止阀XV1106通入除氧器下水箱的除氧蒸汽管线阀(4) 手操阀位号执行机构说明HV1101锅炉上水管线调节阀旁路阀1.4工艺过程简介过热蒸汽进入减温器 E1101，进行温度的微调。最终过热蒸汽压力为P1104,温度为T1104,流量为F1105。过热蒸汽出口管道上设调节阀V1105。燃料经由燃料泵 P1102泵入炉膛F

17、1101的燃烧器，燃料流量为F1103，燃料压力为P1101，燃料流量 管线设调节阀 V1104，燃料泵出口阀 XV1102。空气经由变频风机 K1101送入燃烧器，变频器频率 为S1101 (被归一化到 0100%之间)，空气量为F1104。省煤器烟气出口处的烟气流量为F1107,温度为T1105。烟气含氧量A1101设有在线分析检测仪表。烟道内设有挡板 DO1101。炉膛压力为P1102,炉膛中心火焰温度为T1101，为红外非接触式测量，仅提供大致温度的参考软化水流量为F1106，温度为常温20C，经由调节阀 V1106进入除氧器 V1101顶部。除氧蒸汽分两 路，一路进入热力除氧头，管线

18、上设有调节阀PV1101 ;另外一路进入除氧器下水箱，管线上设有开关阀XV1106。除氧器压力为 P1106,除氧器液位为 L1101。软化水在除氧器底部经由上水泵P1101泵出。锅炉上水流量为 F1101，锅炉上水管线上设有上水泵出口阀XV1101，上水管线调节阀 V1101，以及旁路阀HV1101。锅炉上水被分为两路。一路进入减温器E1101预热，预热后与另外一路混合进入省煤器E1102。两路锅炉上水管道上分别设有调节阀V1102和V1103。正常工况时，大部分锅炉上水直接流向省煤器，少部分锅炉上水流向减温器，其流量为F1102。汽包V1102顶部设放空阀 XV1104，汽包压力为 P11

19、03。汽包中部设水位检测点L1102。在汽包中通过汽水分离得到的饱和蒸汽温度为T1102，经过炉膛汽相升温得到的过热蒸汽温度为T1103。2.控制系统说明2.1烟气含氧量的控制(1) 控制要求：烟气含量维持在2%左右。(2) 分析：烟道起初需要全开，故DO1011为气关阀。氧气含量AT1101AC1101 (正作用DO1101 (气关阀氧气含量J(3) 控制方案为：用 AC1101通过挡板DO1101对烟气含氧量实施反馈控制，2%对应于AC1101的 给定值。2.2烟气温度的控制(1 )控制要求：排烟温度在200C左右。(2)分析：V1102起初全开，故 V1102为气关阀。排烟温度TT110

20、5TC1105 (反作用V1102 (气关阀软化水从省煤器中带带走烟气的热量排烟温度J(3)控制方案：用 TC1105 通过控制 V1102 的开度来控制软化水的量，从而对排烟温度实现反馈控 制，200C对应TC1105的给定值。2.3 蒸汽温度的控制(1) 控制要求：蒸汽温度保持在(440 土 5) C范围内。(2) 分析： V1103 起初全关，故 V1103 为气开阀。蒸汽温度ff TT1104 ff TC1104 (正作用)ff V1103 (气开阀)ff蒸汽温度在减温器中减小的 温度ff蒸汽的温度J(3) 控制方案：用 TC1104 通过控制 V1103 的开度来控制进入减温器的软化

21、水的量，从而对蒸汽温 度实现反馈控制，440 C对应TC1104的给定值。2.4 蒸汽压力的控制(1) 控制要求：过热蒸汽压力保持在 (3.8 0.05) MPa 范围内。(2) 分析： V1105 起初全关，故 V1105 为气开阀。蒸汽压力ff PT1104 ff PC1104 (正作用)ff V1105 (气开阀)ff蒸汽压力J汽包压力ff PT1103 ff PC1103 (正作用)ff V1105 (气开阀)ff蒸汽压力J( 3)控制方案：因为要求蒸汽压力稳定，而考虑到汽包内压力过大会产生安全隐患，所以选取汽包 压力为副变量， PC1103 为副调节器，蒸汽压力为主变量， PC110

22、4 为主调节器，通过二者对 V1105 开度的控制实现对蒸汽压力和汽包压力的串级控制。3.8 MPa 对应于主调节器 PC1104 的给定值，PC1104的输出为 PC1103的给定值。2.5 炉膛压力的控制( 1 )控制要求：炉膛压力小于 400mmH2O 。(2) 分析：选取 S1101 为气关阀。炉膛压力ff PT1102 ff PC1102 (正作用)ff S1101 (气关阀)Jf炉膛压力J(3) 控制方案：用 PC1102通过控制S1101的开度来控制进入炉膛的空气的量，从未实现对炉膛压 力的反馈控制。 PC1 1 02给定值应小于 400mmH2O。2.6 燃料气压的控制(1)

23、控制要求：燃料气压力在0.290.31MPa。(2) 分析：选取 V1104 为气开阀，以节省燃料、降低安全隐患。燃料气压ff PT1101 ff PC1101 (正作用)ff V1104 (气开阀)ff燃料气压JPC1101 的给定(3) 控制方案：用 PC1101 通过控制 V1104 的开度来实现对燃料气压的反馈控制， 值应在 0.290.31MPa 范围内。2.7 除氧器的压力的控制( 1)控制要求：除氧器的压力在 (2000100) mmH2O 。( 2)分析：选取 PV1101 为气关阀。除氧器的压力PT1106f PC1106 (正作用PV1101 (气关阀除氧器的压力J(3)

24、控制方案：用 PC1106通过控制PV1101的开度来控制除氧蒸汽进入除氧器的量，进而实现对 除氧器的压力的反馈控制。2000mmH20对应于PC1106的给定值。2.8 除氧器的液位的控制( 1)控制要求：除氧器的液位在 (40030)mm 。(2) 分析：选取 V1 106为气关阀。除氧器的液位LT1101LC1101 (正作用V1106 (气关阀除氧器的液位J(3) 控制方案：用 LC1101 通过控制 V1106 的开度来控制进入除氧器的软化水的量，实现对除氧器 的液位的反馈控制。 400mm 对应于 LC1101 的给定值。2.9 汽包水位的控制( 1)控制要求：汽包水位控制在 (3

25、0030)mm 。(2) 分析：选取 V1101 为气开阀。汽包水位ff LT1102 ff LC1102 (反作用)Jf V1101 (气关阀)Jf汽包水位J(3) 控制方案：用 LC1102 通过控制 V1101 的开度来控制进入汽包的除氧软化水的量，进而实现对 汽包水位的反馈控制。 300mm 对应于 LC1102 的给定值。3.控制要求及操作步骤3.1 主要控制要求1. 供给蒸汽量适应负荷变化2. 锅炉供给用气设备的蒸汽压力保持在一定范围内3. 锅炉水位保持在一定范围内4. 过热蒸汽温度保持在一定范围内3.2 主要操作步骤与运行指标1 、启动前阀位检查 检查所有的阀门和开关都处于关闭状

26、态。2、除氧器投运1) 将软化水管线调节阀 V1106 打开，手动向除氧器充水，使液位指示达到 400(mm) ，并保持稳定。 开除氧器下水箱蒸汽管线阀XV1106加热到100 C后关闭2) 打开除氧蒸汽管线调节阀PV1101,将除氧器压力升至 1000mmH20。3、锅炉上水1) 打开汽包放空阀 XV1104 。2) 开启上水泵出口阀 XV1101 ，全开去省煤器锅炉上水管线调节阀 V1102。3) 缓开给水调节阀的小旁路阀HV1101，手控上水(注意上水流量不得大于10t/h，因为上水过快，排气不畅，会导致局部受压，损坏设备)。待水位升至250m m,关闭旁路阀HV1101。4) 调节V1

27、101，使汽包水位达到 300mm，并保持稳定。5) 调节PV1101，将除氧器压力达到 2000 mmH20，并保持稳定。4、锅炉点火升压1) 检查汽包放空阀 XV1104 是否打开。2) 全开烟道挡板 DO1101，开启风机S1101通风5分钟，使炉膛不含可燃气体。3) 将烟道挡板 D01101 调至 20%左右。4) 打开点火器,点燃开工烧嘴。5) 打开油路截止阀 XV1102，开调节阀V1104，投入主燃料系统。6) 升压过程应缓慢平稳,时间应严格控制不得小于 10 分钟,以免过热器管壁温度急剧上升和对流 管束胀口渗水等现象发生。当蒸汽压力达到 1.5MPa 时,关闭汽包放空阀 XV1

28、104。7) 过热蒸汽温度达到 400 C时，投入减温器，打开V1103，开度为50%。8) 当压力升至 3.6MPa 之后,保持此压力达到平稳。5、锅炉负荷提升1) 检查蒸汽温度不低于 420 C。2) 调整汽包水位为 250300mm。3) 调整过热蒸汽压力在 3.63.65MPa 。4) 缓慢开蒸汽管线调节阀 V1105，约5%。5) 调节蒸汽压力达到 3.8MPa，并保持稳定。6) 缓慢调节蒸汽管线调节阀V1105，提升燃烧负荷，使产汽量达到 20t/h左右。7) 检查燃油管线调节阀 V1104位于小开度，调节蒸汽管线调节阀V1105，使负荷提至35t/h。8) 缓慢调节 V1105

29、继续提升负荷,提升速度每分钟不得超过 3-5t/h ,同时注意调节燃油管线调节阀 V1104 补充燃油量,直至负荷升至 65t/h。9) 调整蒸汽温度达到 440C,并使其保持稳定。6、锅炉正常运行工况1) 调整烟道挡板 DO1101，使烟气含氧量维持在 2%左右。2) 蒸汽温度保持在(440 5) C范围内。3) 均衡进水,保持正常水位,使给水量和蒸汽负荷达到平衡。汽包水位控制在(300 30)mm。4) 过热蒸汽压力保持在 (3.8 0.05) MPa 范围内。5) 给水压力保持在 4.85.5MPa。6) 炉膛压力小于 400mmH2O 。7) 排烟温度在 200C左右。8) 燃料气压力

30、在 0.290.31MPa。9) 除氧器的压力在(2000 100) mmH2O。除氧器的液位在(400 30)mm。4.自控设备的选型及其计算4.1检测类仪表本次设计用到了压力，液位，流量，温度等检测仪表。（i）压力仪表的选型ST3000-S900系列STH960压力变送器标准型测量范围：0.710M PaSTH940压力变送器标准型测量范围：3535000K Pa（2 ）温度仪表的选型WZ系列 热电阻 WZPK铠装铂热电阻 PtIOO 标准型 特点：铠装铂热电阻，具有体型细长，热响应快、抗震动、使用寿命长等优点。技术指标：测温范围-200500 C绝缘电阻：常温绝缘电阻值不小于 100KQ，试验电压10100V DC（3 ）液位仪表的选型UQZ-1-0001型浮球液位计，量程 01000mm，介质密度0.7g/cm3 ,介质压力w 0.6MPa（4 ）流量仪