锅炉控制系统设计汇编.docx
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锅炉控制系统设计汇编.docx
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锅炉控制系统设计汇编
武汉工程大学
课程设计
说明书
课题名称:
锅炉装置自动控制系统设计
专业班级:
************
学生学号:
******
学生姓名:
**
学生成绩:
指导教师:
*****
课题工作时间:
2012.12.17
至
2012.12.21
武汉工程大学教务处
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
二、进度安排
1~2
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
3~4
熟悉相关图纸标准、绘制流程图
设备选型、编制设备一览表,绘制布置图及接线图
5
设备计算
撰写设计说明书、答辩
三、参考资料或参考文献
1.产品手册及选型样本
2.杨三青,王仁明,曾庆山.过程控制.华中科技大学出版社.2008
3.孙洪程等.过程自动化工程.机械工业出版社.2010
4.孙洪程,李大宇.过程控制工程设计.化学工业出版社.2009
5.谭天恩,窦梅,周明华等.化学工业出版社.2006
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)
本次设计中,我们选取的被控对象为工业领域广泛应用的自然循环锅炉。
根据工艺流程指标及其控制要求,本次设计采用反馈控制方案来控制烟气含氧量、排烟温度、蒸汽温度、汽包水位、炉膛压力、燃料气压、除氧器压力及其液位。
另外,考虑到安全因素,本次设计还采用了串级控制方案,以蒸汽压力为主变量、汽包压力为副变量,来满足对蒸汽压力的控制。
根据控制方案及控制要求,本次设计还完成了自控设备的选型和工艺管道流程图的相关设计内容。
关键字:
锅炉;反馈控制;串级控制
五、课程设计摘要(英文)
Inthedesignthecontrolledobjectwechooseisadevicewhichiswidelyusedinthenaturalcirculationofindustrialfield.Thefeedbackcontrolschemeisadoptedtosatisfythecontrolrequirementsoftheoxygencontentofthefluegas,smoketemperature,steamtemperature,steamdrumwaterlevelofboiler,furnacepressure,fuelpressure,deaeratorpressureanditsliquidlevelaccordingtotheprogress.Inaddition,thecascadecontrolschemeisalsoadoptedtomeettherequirementofthesteampressurewiththesteampressureasmainvariablesandthedrumpressureasassistantvariable,consideringsecurity.
TheselectionoftheautomationequipmentsandthePIDarealsocompletedinthisdesign.
Keywords:
Boiler;Feedbackcontrol;Cascadecontrol
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)。
15
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
记录人(签字):
年月日
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×80%+答辩成绩×20%)
目录
1.锅炉流程1
1.1工艺流程介绍1
1.2工艺过程简介2
1.3仪表及操作设备说明3
2.控制要求及操作步骤4
2.1主要控制要求4
2.2主要操作步骤与运行指标4
3.控制系统说明6
3.1烟气含氧量的控制6
3.2烟气温度的控制7
3.3蒸汽温度的控制7
3.4蒸汽压力的控制7
3.5炉膛压力的控制7
3.6燃料气压的控制8
3.7除氧器的压力的控制8
3.8除氧器的液位的控制8
3.9汽包水位的控制9
4.自控设备的选型及其计算9
4.1检测类仪表9
4.2分电盘的选型10
4.3调节阀的选型10
5.设计施工图说明11
5.1仪表管道流程图(见附录1)11
5.2仪表盘正面布置图(见附录2)11
5.3仪表盘背面电气接线图(见附录3)11
附录112
附录213
附录314
1.锅炉流程
1.1工艺流程介绍
所选被控对象为工业领域广泛应用的自然循环锅炉。
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V1101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。
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。
1.2工艺过程简介
软化水流量为F1106,温度为常温20℃,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P1103。
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。
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F1101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0~100%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。
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
MPa
FT1101
锅炉上水流量
kg/h
PT1102
炉膛压力
MPa
FT1102
去减温器的锅炉上水流量
kg/h
PT1103
汽包压力
MPa
FT1103
燃料流量
kg/h
PT1104
过热蒸汽压力
MPa
FT1104
空气量
m3/s
PT1106
除氧器压力
MPa
FT1105
过热蒸汽流量
kg/h
TT1101
炉膛中心火焰温度
℃
FT1106
软化水流量
kg/h
TT1102
汽水分离后的过热蒸汽温度
℃
FT1107
烟气流量
kg/h
TT1103
进入减温器的过热蒸汽温度
℃
LT1101
除氧器液位
%
TT1104
最终过热蒸汽温度
℃
LT1102
汽包水位
%
TT1105
烟气温度
℃
(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
2.控制要求及操作步骤
2.1主要控制要求
(1)生产指标
在过热蒸汽产量稳定的前提下,保证蒸汽的温度与压力达到工艺要求,并维持在允许的波动范围之内。
(2)安全指标
锅炉汽包水位、除氧器水位、炉膛压力、烟气含氧量等与系统安全相关的指标必须全程在允许范围之内。
所有操作要保证有序进行,工况要保持全程稳定。
各类生产过程中可能产生的异常要充分予以考虑。
(3)优化指标
出于对效能、环境等因素的考虑,要求在控制系统的设计和实施中对能耗、碳排放等指标予以充分考虑。
2.2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℃后关闭
2)打开除氧蒸汽管线调节阀PV1101,将除氧器压力升至1000mmH2O。
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250mm,关闭旁路阀HV1101。
4)调节V1101,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2000mmH2O,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DO1101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XV1104。
7)过热蒸汽温度达到400℃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℃。
2)调整汽包水位为250~300mm。
3)调整过热蒸汽压力在3.6~3.65MPa。
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440℃,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)℃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4.8~5.5MPa。
6)炉膛压力小于400mmH2O。
7)排烟温度在200℃左右。
8)燃料气压力在0.29~0.31MPa。
9)除氧器的压力在(2000±100)mmH2O。
除氧器的液位在(400±30)mm。
3.控制系统说明
3.1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↑→AT1101↑→AC1101(正作用)↑→DO1101(气关阀)→氧气含量↓
(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。
3.2烟气温度的控制
(1)控制要求:
排烟温度在200℃左右。
(2)分析:
V1102起初全开,故V1102为气关阀。
排烟温度↑→TT1105↑→TC1105(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↓
(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,200℃对应TC1105的给定值。
3.3蒸汽温度的控制
(1)控制要求:
蒸汽温度保持在(440±5)℃范围内。
(2)分析:
V1103起初全关,故V1103为气开阀。
蒸汽温度↑→TT1104↑→TC1104(正作用)↑→V1103(气开阀)↑→蒸汽温度在减温器中减小的温度↑→蒸汽的温度↓
(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水的量,从而对蒸汽温度实现反馈控制,440℃对应TC1104的给定值。
3.4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↑→PT1104↑→PC1104(正作用)↑→V1105(气开阀)↑→蒸汽压力↓
汽包压力↑→PT1103↑→PC1103(正作用)↑→V1105(气开阀)↑→蒸汽压力↓
(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,PC1104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。
3.8MPa对应于主调节器PC1104的给定值,PC1104的输出为PC1103的给定值。
3.5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↑→PT1102↑→PC1102(正作用)↑→S1101(气关阀)↓→炉膛压力↓
(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。
PC1102给定值应小于400mmH2O。
3.6燃料气压的控制
(1)控制要求:
燃料气压力在0.29~0.31MPa。
(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↑→PT1101↑→PC1101(正作用)↑→V1104(气开阀)↑→燃料气压↓
(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,PC1101的给定值应在0.29~0.31MPa范围内。
3.7除氧器的压力的控制
(1)控制要求:
除氧器的压力在(2000±100)mmH2O。
(2)分析:
选取PV1101为气关阀。
除氧器的压力↑→PT1106↑→PC1106(正作用)↑→PV1101(气关阀)↓→除氧器的压力↓
(3)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。
2000mmH2O对应于PC1106的给定值。
3.8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:
选取V1106为气关阀。
除氧器的液位↑→LT1101↑→LC1101(正作用)↑→V1106(气关阀)↓→除氧器的液位↓
(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。
3.9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:
选取V1101为气开阀。
汽包水位↑→LT1102↑→LC1102(反作用)↓→V1101(气关阀)↓→汽包水位↓
(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。
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。
(1)压力仪表的选型
ST3000-S900系列STH960压力变送器标准型
测量范围:
0.7~10MPa
STH940压力变送器标准型
测量范围:
35~35000KPa
(2)温度仪表的选型
WZ系列热电阻WZPK铠装铂热电阻Pt100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-200~500℃
绝缘电阻:
常温绝缘电阻值不小于100KΩ,试验电压10~100VDC
(3)液位仪表的选型
UQZ-1-0001型浮球液位计,量程0~1000mm,介质密度≥0.7g/cm3,介质压力≤0.6MPa
(4)流量仪表的选型
SBLB靶式流量变送器
主要技术参数:
输出:
4-20mADC二线制;
精度:
-0.5~0.5%(挂重)-1~1.0%(水标定);
电源:
24VDC;
温度范围:
-25
~+80
4.2分电盘的选型
SSFP---V型隔离式分电盘
主要技术参数:
输入信号:
4~20mADC;
输出信号:
1~5VDC;
基本误差:
0.2%;
对二线制变送器供电电压:
18~28VDC;
输出负载能力:
大于1MΩ;
电源电压:
24VDC;
安装方式:
轨道式,轨道宽度35mm;
4.3调节阀的选型
(1)流量调节阀
电子式电动单座小型调节阀
型号:
ZDLJp-16B
(2)压力调节阀
双座调节阀
型号:
ZKZN-64
5.设计施工图说明
5.1仪表管道流程图(见附录1)
5.2仪表盘正面布置图(见附录2)
5.3仪表盘背面电气接线图(见附录3)
附录1
附录2
仪表盘正面布置图
附录3
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
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- 锅炉 控制系统 设计 汇编