锅炉汽包水位控制系统过程控制仪表课程设计

1、比孽UNIVERSITYOFSOUTHCHINA过程控制仪表课程设计题目锅炉汽包水位控制系统指导教师高飞燕班级白动化071学号20074460107学生姓名丁滔滔如11年1月5号.20附录：仪表配接图锅炉汽包水位控制系统1 .系统简介：控制系统一般由以下几部分组成图1自动控制系统简易图锅炉水位系统如下图：a）原理图b）方块图图2单冲量控制系统原理图及方框图其单位阶跃响应图如下:0图3蒸汽流量干扰下水位阶跃曲线通过电容式液位计将检测来的液位信号变送给成标准信号，再输送给控制器，调节器再通过执行机构和阀来控制进水量，从而达到自动控制锅炉水位。2 .锅炉控制系统：2.1 锅炉：锅炉是火力发电厂中主要

2、设备之一。它的作用是使燃料在炉膛中燃烧放热，并将热量传给工质，以产生一定压力和温度的蒸汽，供汽轮发电机组发电。电厂锅炉与其他行业所用锅炉相比，具有容量大、参数高、结构复杂、自动化程度高等特点。2.2 过热器和再热器：蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽，并要求在锅炉负荷或其他工况变动时，保证过热气温的波动处在允许范围内。提高蒸汽初压和初温可提高电厂循环热效率，但蒸汽初温的进一步提高受到金属材料耐热性能的限制。蒸汽初压的提高随可提高循环热效率，但过热蒸汽压力的进一步提高受到汽轮机排气湿度的限制，因此为了提高循环热效率及降低排气湿度，可采用再热器。通常

3、，再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20流右，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相近。过热器和再热器内流动的为高温蒸汽，其传热性能差，而且过热器和再热器又位于高烟温区，所以管壁温度较高。如何使过热器和再热器管能长期安全工作是过热器和再热器设计和运行中的重要问题。在过热器和再热器的设计及运行中，应注意下列问题：运行中应保持汽温的稳定，汽温波动不应超过士（510）C。过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况在一定范围内变化时能维持额定的汽温。尽量防止和减少平行管子之间的偏差。2.3 省煤器和空气预热器：省煤器和空气预热器通常布置在锅炉对流烟道的尾部，进入这些受热面的烟气温度已较低，因此常把这两个受热面称为尾

4、部受热面或低温受热面。省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量来加热给水的一种热交换装置。它可以降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。在现代大型锅炉中，一般都利用汽轮机抽汽来加热给水，而且随着工质参数的提高，常采用多级给水加热器。空气预热器不仅能吸收排烟中的热量，降低排烟温度，从而提高锅炉效率；而且由于空气中的预热，改善了燃料的着火条件，强化了燃烧过程，减少了不完全燃烧热损失，这对于燃用难着火的无烟煤及劣质煤尤为重要。使用预热空气，可使炉膛温度提高，强化炉膛辐射热交换，使吸收同样辐射热的水冷壁受热面可以减少。较高温度的预热空气送到制粉系统作为干燥剂，在磨制高水分的劣质煤时更为重要。因此空气预热器也成为现

5、代大型锅炉机组中必不可少的组成部件。综上所述，省煤器和空气预热器的应用，主要是为了降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。同时，也为了减少价格较贵的蒸发受热面积改善燃烧与传热效果。锅炉控制系统流程图如图四所示黄河水空气原煤图4锅炉控制系统流程图3 .汽包水位的控制与调整：维持锅炉汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的重要条件之一'o当汽包水位过高时，由于汽包蒸汽容积和空气高度减小，蒸汽携带锅水将增加，因而整齐品质恶化，容易造成过热器积盐垢，引起管子过热损坏；同时盐垢使热阻增大，引起传热恶化，过热气温降低。汽包严重涉水时，除引起气温急剧下降外，还会造成蒸汽管道和汽轮机内的水冲击，甚至打坏

6、汽轮机叶片。汽包水位过低，则可能破坏水循环，使水冷壁管的安全受到威胁。如果出现严重缺水而又处理不当，则可能造成水冷壁爆管。1影响水位的因素：锅炉运行中，汽包水位是经常变动的。引起水位变化的原因一是锅炉外部扰动，如负荷变化；另一个是锅炉内部扰动，如燃烧工况的改变。出现外扰和内扰时，汽包物质平衡遭到破坏，即给水量与送气量的不平衡；或者工质状态发生变化（锅炉压力变化时，工质比体积和饱和温度随之改变），两者都能引起水位变化。水位变化的剧烈程度随扰动量增大、扰动速度加快而增强。自然循环锅炉的汽包水位，一般定在汽包中心线下50150mm范围内，容许变动范围为土50mm0对于强制循环汽包锅炉，汽包的低水位限

7、制取决于循环泵的工作，但一般来说其水位波动的幅度没有自然循环锅炉要求那样严格。自然循环锅炉汽包的最高、最低水位，应通过热化学实验和水循环试验确定。最高允许水位应当比临界水位稍低，以保证整齐品质；最低允许水位应不影响水循环安全。3.2影响水位变化的主要因素：锅炉运行中，汽包水位是经常变动的。引起水位变化的原因一是锅炉外部扰动，如负荷变化；另一个是锅炉内部扰动，如燃烧工况的改变。出现外扰和内扰时，汽包物质平衡遭到破坏，即给水量与送气量的不平衡；或者工质状态发生变化（锅炉压力变化时，工质比体积和饱和温度随之改变），两者都能引起水位变化。水位变化的剧烈程度随扰动量增大、扰动速度加快而增强。4.仪表的选

8、择：控制仪表是自动控制被控变量的仪表，由各种不同的，相互关联的控制仪表构成的控制系统，是操纵一个或几个变量达到预定状态的系统。为了实现自动控制，除自动装置本身外，控制系统还包括向自动装置提供信息的变送器和开关部件，以及执行自动装置控制指令的执行器等。1变送器：变送器在自动检测和控制系统中的作用，是对各种工艺参数，如温度，压力，流量，液位，成分等物理量进行检测，以供显示，记录或控制之用。无论是由模拟构成的系统，还是由计算机装置构成的系统，变送器都是不可缺少的，获取精确可靠的过程参数值是进行控制的基础。审级控制系统在抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量方面有较好的性能，因此在复杂的工业过程控制中得

9、到了广泛的应用.产品简介：UYZ-50系列电容物位计适用于工业生产过程中各种贮槽、容器内导电、非导电介质液位、粉状料料位的连续测量和指示。仪表的输出电流010mA可以接电流表或DDZII型显示控制仪表，回路中任何一点不得接地，否则必须配用隔离器以便与计算机输入端相匹配。UYZ50系列电容物位计由以下六个部件构成：1.传感器转换部件，2.温度缓冲器，3.散热装置，4.安全火花型防爆栅，5显示仪表，6测量电极，其中1和5是仪表基本组成单元，再分别配以2,3,4,6则构成各种形式的产品。UYZ-50系列电容物位计工作原理图如图五。图5UYZ50系列电容物位计工作原理当被测物位发生变化时，传感电容量发

10、生相应变化，经传感器前置线路转换成直流信号，再传送到显示仪表放大成标准电信号输出，并使电流表直接指示，显示仪表是通用的，表面上的直型条形给出相应的物位指示，同时有绿色指针供高低物料报警位置的整定。信号籁入电流输出上限报警下限报警678910动合触头动触头动开触头动合触头动触头动开触头图6UYZ-50接线图1,2输入，3,4输出5,6,7是上限报警8,9,10是下限报警11是显示单元电源16接地1820是交流电参数与规格：精度：非防爆型小防爆型虫.5%测量范围：0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0m(UYZ-561B型的测量范围可为3.0,4.0,6.0,10m四档)。负载电阻：1.5

11、kQ输出信号：010mADC供电电源：220VAC(+10%/-15%)50Hz介质压力：2.5Mpa工作环境：传感器温度40+85C,相对湿度1095%显示仪表温度045C,相对湿度1090%高低位报警定点误差：苣.5%高低位报警设定点范围：0100%全量程内任意给定高低位报警触点容量：220VAC3A防爆型选用防爆栅型号：DFA-3100型检测端齐纳安全栅防爆型仪表防爆等级：ianCT6型号表示表1UYZ5口5_S元弋口测量电极正式旦介质温度范围县迁移口防爆等级号1）绝缘式2）同轴裸极式3）裸极式4）同轴绝缘式5）分离式6）绝缘绳式1）标准：40+85c2）高温：85200C3）低温：I1

12、0040C4）低温：H156100c5）低温：m-200156cA）微电容650PFB）中电容301300pFianCT64.2控制器控制器在自动控制系统中起控制作用。它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规律进行运算，运算结果为控制信号，输送至执行器。单元组合式仪表和单个仪表形式的控制器习惯上称为调节器，常用的有DDZ-R型电动调节器，DDZ皿型调节器和可编程调节器。对于液位控制器，阀气闭为W,变送器为，对于研究对象当控制信号增大时液位将相应减小，故为（三，液位控制器LC为，为反作用。对于流量控制器，阀气闭为！W,变送器为，当控制信号增大时给水流量将相

13、应增大，故为，流量控制器为三，为正作用。产品概述：DTL型调节器是DDZ-R型系列仪表中的一个主要单元。它接受从变送器或转换器来的010mADC测量信号，并与内给定值或外给定值比较，它们的差值经调节器比例积分、微分运算输出010mADC信号至执行机构。仪表分二类：DTL-221A、321A、121A型主要为石油化工服务，该类仪表有二个输入通道，一个主通道、一个付通道（可接受微分信号）。面板部分带有一个偏差显示表头、内给定带刻度拨盘、软硬手动、自动切换、带刻度的手操作拨盘，单针010mADC输出电流指示表。另一类DTL-331A、231A、154A型主要为电厂服务，输入通道数达45通道，都不带手

14、动操作。当被测物位发生变化时，由变送器传送而来的电信号发生相应变化，经传感器前置线路转换成直流信号，再传送放大成标准电信号输出，并使执行器发生动作。DTL-221A、321A、231A、331A为大偏差表，指示调节器。外工壬卢I<D>0<o><x>&i&血.:翅13悭至NRV一DTL一331哙人EU图7DTL-231接线图1,2是出入I3,4是输入H5,6是输入田7,8是输入IV11,13输出14,15外部手操18接地19,20电源技术参数输入信号：DC010mA输出信号：DC010mA负载电阻：01.5KQ(11)端0KQ3KQ(11)端独

15、立微分增益：K(D)=010倍可调(DTL-154A、331A)积分增益：K11180倍(P=100%时)干扰系数：1+2TD/TI微分独立运算内给定值稳定度：0.25%内给定值刻度误差：2.5%工作条件：环境温度：045c相对湿度：85%工作振动：频率025Hz振幅0.1mm（双向）供电电源；220V50Hz消耗功率：6W结构型式：面板嵌入式表2型号规格型号T1STDS虫立微分P%TDS虫立微分操作通道数型式DTL-121A6120033001200带2小DTL-154A6600330012003300/、带5/DTL-221A66001500带2大DTL-321A6120033001200

16、带2大DTL-331A61200330012003300/、带5大DTL-231A66001500/、带4大4.3执彳二耳口J命:执行器再自动控制系统中的作用是接受来自控制器的控制信号，通过其本身开度的变化，从而达到控制流量的目的。因此执行器是自动控制系统中的一个重要的，必不可少的组成部分。执行器的构成如下：P0I0.执行机构调节机构被控介质流量图8变送器的基本组成4.3.2执行机构：执行器常直接与介质接触，常常在高压，高温，深冷，高粘度，易结晶，闪蒸，汽蚀，高压差等情况下工作。使用条件恶劣，因此，它是控制系统的薄弱环节。如果执行器选择使用不当，往往给生产过程自动化带来困难。在许多场合下，会导

17、致自动控制系统的控制质量下降，控制失灵，甚至因介质的易燃易爆，有毒，而造成生产事故。执行器分为气动执行器、电动执行器、液动执行器3大类。气动执行器按其执行机构形式分为薄膜式、活塞式和长行程式。近年来还研制了增力型薄膜调节阀。电动和液动执行器按执行机构的运动形式分为直行程和角行程两类。4.3.1执行机构:由于我们采用的是DDZn型的010mA信号，故选择DDZn型仪表。DKJ角行程、DKZ直行程是我国最早的、唯一生产的电动执行器，它是我国计划经济时期，全国联合统一设计的产品。随着现代工控计算机管理的发展，今天，我们的DKJ、DKZ系列与以前相比，有了2大实质性改进，生产出直接受计算机控制的智能电

18、子式型、户外型、隔爆型等改进型产品将电路控制部分灌封在一个小型塑料盒中，俗称模块，形成了便于维护的即插即用型，调节精度更高、使用寿命更长。DKJ/ZKJ型角行程电动执行机构DKZ/ZKZ型直行程电动执行机构ZKJ/DKJ-210DKJ电动执行机构由伺服放大器、伺服电动机、减速器、位置发信器和电动操作器组成。其工作原理如图十所示。出图9DKJ电动执行机构原理图来自调节器的输入信号，在伺服放大器内与位置反馈信号相比较，其偏差经伺服放大器放大后，去驱动伺服电动机旋转，然后经减速器输出角位移。位置发信器将执行机构输出轴角位移转换成与输入信号相对应的直流信号(0-10mA或4-20mA),作为位置反馈信

19、号。执行机构的旋转方向决定于偏差信号的极性，而又总是朝着减小偏差的方向转动，只有当偏差信号小于伺服放大器的不灵敏区时，执行机构才停转，因此执行机构的输出位移与输入信号始终成正比关系。配用电动操作器可实现自动调节系统的自动手动无扰动切换。手动操作时，由操作开关直接控制电动机电源，使执行机构在全行程转角范围内操作。自动调节时，两相伺服电动机由伺服放大器供电，输出轴转角随输入信号而变化。主要技术参数：输入信号：0-10mADC出轴有效转角：0-90度输入电阻：200Q(H)、250Q(IH)输入通道：3个隔离通道电源电压：AC220V50Hz使用环境温度：-10-+55C使用环境湿度：95%rl十图

20、10DKJ执行器安装图图11DKJ接线图1脚接位置发送器正电；2脚接位置发送器反负；345可以连一起做电机正转接DTL-23111脚；8910可以连一起做电机反转接DTL-23113脚；136脚连一起接交流N;147脚连一起接交流L;12接地，其他的不需要接或者内部已经接好表3DKJ、DKZ系列电动执行器规格及参数规格型号输出力矩(N.m)母转时间(S)消耗功率(VA)重量(Kg)II型m型ZKJ/DKJ-210ZKJ/DKJ-210010010011031ZKJ/DKJ-310ZKJ/DKJ-310025010014048ZKJ/DKJ-410ZKJ/DKJ-410060010027086Z

21、KJ/DKJ-510ZKJ/DKJ-51001600100490145ZKJ/DKJ-610ZKJ/DKJ-610040001001400255ZKJ/DKJ-710ZKJ/DKJ-7100600010018005004.3.2调节阀：调节机构是执行器重要部分，在执行机构的输出力F(输出力矩M)和输出位移作用下，调节机构阀芯的运动，改变了阀芯和阀座之间的流通截面积，即改变了调节阀的阻力系数，使被控介质流体的流量发生相应变化。KVGD9113-1P型电动双水冷式超高温蝶阀概述：双水冷式超高温蝶悯单水冷式超高温螳相图12KVGD9113-1P结构示意图KVGD9113-1P型电动双水冷式超高温蝶阀

22、系我厂95年度通过国家科委鉴定，并荣获国家级新产品证书，广泛地应用于冶金、化工、建材、电站等行业中的超高温气体管道中，作为高温气体介质流量调节或切断装置可与各种执行器配套使用组成不同性能设备。该阀中的阀体采用优质碳钢和不锈钢内腔通水冷却，阀板采用双层优质耐热钢，内腔和轴通水冷却，并在阀出口处设有流量开关报警功能，同时在进出口设有二个流量调节阀。具有耗水量少、耐温高、体积小、转动灵活、使用寿命长、操作维护方便等优点。公称压力：0.1MPa额定转角：090°普通型泄漏率：05%后座型低泄漏：<1%工作温度：P9t<950;P10t<10502;P11t<11503

23、;P12t<11502;P13t<1350（瞬间最高温度：01400C）适用介质：高温烟气或其它含尘高温气体；调节型：(KVGD9113a-1)配ZKJ型电动执行机构(或根据用户选定执行机构)电压：根据用户选定的执行机构而定220(或380)VAC;输入信号：010(4-20)mADC(用户自定)；两位开关型：(KVGD9113b-1)配Z型电动装置，本阀可水平或垂直安装，但阀轴应处于水平位置安装4.4操作器：DFD-07型电动操作器是DDZ-II型电动单元组合仪表中的一个辅助单元。适用于由DDZ-R型变送单元、调节单元与电动执行机构所组成的自动调节系统。应用DFD-07型电动操作

24、器可实现自动调节系统由“自动到手动(或手动到自动)”工作状况的无扰动切换。.电源电压：220V5060Hz.开关触关额定容量：主回路：L500V15A.信号回路：110V2A.跟踪电压：010VDC.环境温度：045c.相对湿度：85%7,重量：3kg.外形尺寸：295X80X160(mm.开孔尺寸：75+1X153+1(mm电机电机限位公共点III中）220V（相）放大靠榆出放大器输出+位置反情信号（入）十位置反馈一信号31）上限住下限位图13DFD-07作器接线图.仪表配接图及说明:配接图见附录，各仪表之间说明如下：UYZ50系列电容物位计有测量和变送物位的功能，输出010mADC电流信号，其中1,2脚接测量电极至于锅炉中，