热工仪表.docx
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热工仪表.docx
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热工仪表
银川能源学院电力学院
课程设计任务书
设计题目:
火力发电厂锅炉温度测量系统设计
年级专业:
能源与动力工程(本科)
学生姓名:
学号:
指导教师:
马彦喜
电力学院《课程设计》任务书
课程名称:
热工测量及仪表
教研室:
能源与动力工程指导教师:
马彦喜
学生姓名
学号
(专业)班级
热动(本)1202
设计题目
火力发电厂锅炉温度测量系统设计(以600MW机组为例)
课
程
设
计
目
的
热工测量及仪表课程设计是在学生学完了《热工测量及仪表》这门课后,进行的又一重要教学环节。
通过课程设计,一方面使学生将所学知识融会贯通,特别是对热工测量及仪表在火力发电厂中的实际应用及重要性有更深刻的了解和掌握。
课程设计主要通过分别对600MW火力发电机组锅炉HG-2072/25.4的水冷壁壁温,炉膛尾部烟道烟气温度,主蒸汽管的蒸汽温度。
设计温度测量系统。
包括选择测量方法,测量元件及配线,显示仪表等。
分析测量过程中可能引起误差的因素及应采取的措施。
从而培养了学生分析问题、解决问题的力。
设
计
要
求
1.分析设计说明书一份,(十五页左右,有图)
2.按上课要求在教室进行设计。
缺勤超1/2者,不予评定成绩。
3.说明书要求内容正确、文字通顺、分析合理、说明简洁、书写工整。
4.按时独立完成任务,不得抄袭他人成果。
参
考
资
料
1.《热工测量及仪表》朱小良方可人编
2.《热工测量和控制仪表的安装》中国电力出版社1998
3.《热工参数测量与处理》
4.《热工参数测量及仪表》.
5.《误差理论与应用》中国计量出版社.1985
时间
三周
应完成
内容
查阅资料,进行设计分析,编写提纲,草稿,并最终完成课程设计报告。
指导教
师签字
教研室主任签字
说明:
1、此表一式三份,院、学生各一份,报送教务处一份。
2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。
附录一:
设计指导书
1.设计内容:
(1)锅炉水冷壁。
壁温350-400℃。
(2)锅炉炉膛尾部烟道烟气温度700-800℃。
(3)主蒸汽管的蒸汽温度571℃。
设计温度测量系统。
包括选择测量方法,测量元件及配线,显示仪表等。
分析测量过程中可能引起误差的因素及应采取的措施。
2.设计时间(2014/2015学年第一学期第15、16,17周)
能源与动力工程(本科),第15、16,17周(2014年12月8日----2014年12月26日)
3.进程及要求
时间
课程设计安排
备注
12月8日
查阅资料,进行设计分析
开动员会、布置任务,进行设计指导
12月4-5日
编写提纲、草稿、说明
指导老师抽查、提问
12月6-24
编写课程设计报告
指导老师辅导
12月25-26日
课程设计报告初验、下午交设计报告
指导老师集中指导
4.设计成品
课程设计报告一份
5.考核原则
1)用五级计分制评定优、良、中、及格、不及格五档。
2)考核依据:
A)设计期间表现(50%)B)设计成果(50%)。
6.设计进程安排及管理
课程设计计划时间三周,本次设计安排在15、16,17周。
设计地点:
电力学院135MW仿真实训室,要求学生(共78人)每天上课时间(6学时)应在教室,要考勤,并计入成绩。
7.说明书编写提纲
(一)概述:
温度测量系统总概述、系统图,各个分系统、原理。
(二)选择测量方法,测量元件及配线,显示仪表的依据。
(三)测量过程中可能引起误差的因素及应采取的措施。
目录
课程设计目的及要求···················1
一、温度测量的概述···················2
二、水冷壁测温·······················3
1、温度测量的方法比较及选择··········4
2、热电偶的测温原理··················5
3、热电偶的安装与焊接方法············6
4、热电偶的误差分析··················7
5、热电偶的故障分析及处理与检修······8
三、炉膛尾部烟道烟气温度···············9
1、炉膛测量温度方法的选择·············10
2、热电偶的安装·······················11
3、测量元件的安装要求·················12
4、仪表的选用·························13
5、误差分析···························14
四、主蒸汽管的蒸汽温度·················15
1、热电偶·····························16
2、显示仪表···························17
3、主蒸汽管热电偶的安装················18
4、误差分析及处理方法···············19
一、温度测量的概述
温度是表征物体冷热程度的物理量,是国际单位制(SI)中七个基本物理量之一,它与人类生活、工农业生产和科学研究有着密切关系。
随着人类社会的不断进步和科学技术水平的不断提高,温度测量技术也得到了不断的发展。
温度测量方法有很多,也有多种分类。
比如从测量时传感器中有无电信号可以划分为非电测量和电测量两大类;从测量时传感器与被测对象的接触方式不同可以划分为接触式和非接触式,等等。
而每种测量方法中又有很多种类,如膨胀式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计、光学温度计和红外温度计等。
近年来,随着技术水平的进步,出现了更多新的测试方法。
由于温度的测量方法多种多样,每种分类都只是侧重于某些方面。
因此将温度测量方法从测量原理上进行分类,目的是为根据测温需求进行选择提供方便。
二、水冷壁测温
1、温度测量的方法比较及选择
(1)、热电偶:
热电偶是将温度量转换为电势大小的热电式传感器。
(温度→电势)广泛地用于测量100℃—1600℃范围内的温度,也可以测量更高或者更低范围内温度。
结构简单、使用方便、精度高、热惯性(热容量)小。
热电偶温度计的优点:
a、测量精准度高;b、测量范围广;c、构造简单,使用方便;d、输出信号线好。
(2)、热电阻:
把对温度的测量转化为对随着温度变化的电阻的测量。
热电阻由金属材料制成,大多数的金属导体的电阻,都具有随温度变化的特性。
热电阻温度计的优点是:
准确度高;输出信号大,灵敏度高;测温范围广,稳定性好;不需要参考温度点。
但是抗机械冲击差,元件结构复杂、尺寸较大,热响应时间长。
(3)、热敏电阻:
是一种对温度反应较敏感、阻值会随着温度的变化而变化的非线性电阻器,通常由单晶、多晶半导体材料制成。
热敏电阻的特点:
•优点:
电阻温度系数大,灵敏度高,热容量小,响应速度快,而且分辨率很高,可以达到10-4℃;
•缺点:
互换性差,热电特性非线性大。
可以用温度系数很小的电阻与热敏电阻串联或者并联,使得等效电阻与温度在一定的范围内是线性的。
通过上述的比较,用热电偶温度计测量水冷壁的温度,方便于操作。
常见的热电偶:
1、铂铑(+)—铂(-)热电偶因为含有含量较高的铂,属于贵金属热电偶。
可耐受高温,长期0℃-1300℃,短期0℃-1600℃。
测量精度高。
2、铜—康铜热电偶用于-200℃—200℃的温度测量,0℃以下,铜为+,0℃以上,铜为-。
2、热电偶测温原理(附原理图)
热电效应:
在两种不同的金属所组成的闭合回路中,当两接触处的温度不同时,回路中就要产生热电势,称为赛贝克电势。
——这个物理现象称为热电效应。
3、热电偶的安装与焊接方法(附图)
(1)热电偶的安装方法:
①、安装方向:
安装热电偶时,应尽量保持垂直,以防保护管在高温下产生变形。
若水平安装热电偶,则在高温下会因自重的影响而向下弯曲,可用耐火砖或耐热金属支架来支撑,以防止弯曲。
②、安装位置:
热电偶的测量端应处于能够真正代表被测介质温度的地方。
③、安装时插入的深度:
在实际测温过程中,如热电偶的插入深度不够,将会受到与保护管接触的侧壁或周围环境的影响而引起测量误差。
对金属保护管热电偶,插入深度应为直径的15-20倍;对非金属保护管热电偶,插入深度因为直径的10-15倍。
此外,热电偶保护管露在设备外的部分应尽可能短,最好加保温层,以减少热损失。
④、接线盒安装:
导线几电缆等在穿管前应检查其有无断头和绝缘性能是否达到要求,管内导线不得有接头,否则应加接线盒。
热电偶接线盒的盖子应朝上,以免雨水或其它液体的侵入,影响测量的准确度。
(2)热电偶的焊接方法:
焊接方法及注意事项:
用碳棒尖头和双绞的热电偶相触,利用尖端放电的电弧把双绞的热电偶两极焊接,焊时带墨镜保护眼睛。
焊接过程也就三、五秒钟,焊完后观察下焊点是否牢固,是否圆滑、有无夹渣,认为满意时用自来水清洗一下焊点。
才开始焊可能掌握不好,会出现焊点不圆滑,或烧断热偶电极的情况,如果焊点不圆滑有夹渣说明电压低了,如果易烧断热偶电极说明电压太高了,可改变下电压再试试。
焊接的电流要合适,这是很重要的,热电偶丝材质、直径不同,熔点也不相同。
热电偶双绞时不要绞的太多,焊接时碳棒尖头对热电偶成垂直状态,焊前在热电偶端放点硼砂,这样焊点易成形并圆滑。
焊时碳棒和偶丝尽可能的少接触以避免渗碳。
焊接好的热电偶要经过校验,合格的才能使用。
4、热电偶的误差分析
(1)、分度误差:
由于热电偶材料成分不符合要求和材料的均匀性差等原因,使热电偶的热点性质与统一的分度表之间产生风度误差。
(2)、补偿导线所致误差:
由于补偿导线和热电偶材料在100摄氏度以下的热电性质不同将产生误差。
(3)、参比端温度变化引起的误差:
在利用补偿电桥法进行参比端温度补偿时,由于不能完全补偿而产生误差。
(4)、由于热电偶变质,使热电性质变化而产生误差。
除此之外还有响应时间导致的误差、测量系统带来的误差、沿线材导热引起的误差、安装方式带来的误差等等。
5、热电偶的故障分析及处理与检修:
热电偶常见故障原因及处理方法:
故障现象
原因分析
检修方法
热电势比实际值小
(
显示指示偏低
)
1.热电偶内部电极漏电(短路)。
2.热电偶内部潮湿。
3.热电偶接线盒内接线柱间短路。
4.补偿导线因绝缘烧坏而短路。
5.热电偶的电极变质或热接点将要腐蚀断。
6.补偿导线与热电偶在型号上配接错误。
7.补偿导线与热电偶极性接反。
8.热电偶安装位置和插入深度不符合要求。
9热电偶冷端温度过高。
1.经检查若是由于潮湿所引起,则可将热电偶烘干,若是由于瓷管绝缘不良,则应予以更新。
2.将热电偶保护套管和热电偶分别烘干,并检查保护套管是否有漏气、漏水现象、对不合格的保护套管应予以更新。
3.打开接线盒,把接线板刷干净。
4.将短路点找出处理或更换新的补偿导线。
5.更换热电偶。
6.更换成同类型的补偿导线。
7.重新接正确。
8.改变安装位置和插入深度。
9.冷端移开高温区。
热电势比实际值大(显示偏高)
1.热电偶的型号与仪表型号不符合.
2.补偿导线型号与热电偶型号不符合.
3.热电极变质.
4.热电偶安装方法.位置或插入深度不当
5.绝缘破坏造成外电源进入热电偶回路
6.补偿导线与热电极连接处两点温度不同
7.有干扰信号进入
1.更换成同类型的
2.更换成同类型的
3.更换热电偶
4.按规定要求重新安装
5.修复或更换绝缘材料
6.处理补偿导线,使两接点温度相同
7.检查排除干扰源
测量指示值不稳定
1.热电极在接线柱处接触不良
2.热电偶有断续短路或接地现象
3.热电偶电极似断非断
4.热电偶安装不牢固,发生摆动
5.补偿导线有接地断续短路现象
1.重新接好.
2.将热电偶的热电极从保护套管中取出,找出故障点并予以消除.
3.更换新电极.
4.安装牢固.
5.找出故障点并予以消除.
热电偶电势误差大
1.热电极变质.
2.热电偶的安装位置与安装方法不当.
3.热电偶的保护套管的表面积垢过多.
4.测量线路(热电偶和补偿导线)短路.
5.热电偶回路断线.
6.接线柱松动.
1.更换热电极.
2.改变安装位置与安装方法.
3.进行清理.
4.将短路处重新进行绝缘处理.
5.找到断线处,并重新连接.
6.拧紧接线柱.
2、炉膛尾部烟道烟气温度
1、炉膛测量温度方法的选择:
(1)、声波在线测温:
(附图)声波在线测温是近几年发展起来较为先进的炉膛测温方式,它既具备红外测温的上述各种优点,又避免了红外测温误差大的缺点但声波测温装置价格较高,也一定程度上影响了它的普遍应用。
(2)、红外在线测温。
红外在线测温是基于红外探测器的原理。
CO2在高温下会产生红外线辐射。
红外眼具有红外线滤波器,只允许CO2所产生的红外线通过。
红外眼的薄膜电热元件对于CO2产生的红外线光谱产生感应,从而测出CO2的气体温度。
红外线在线测温具有一下有点:
①、红外线是静止设备,减少了运动机械故障的可能性。
②、可以直接由安装在燃烧器上方的沿炉膛宽度方向的两台红外眼来测量和监视。
③、可以监视最高烟气温度,一是避免发生结渣,二是防止水冷壁过热爆管;但由于炉膛烟气是气态发光,温度分布不均匀,成分不固定,再加上飞灰颗粒辐射的存在,因此,组成的光谱长和穿透力等不确定,从而导致被测区域不确定,测量误差比较大。
(3)传统测温方法:
烟温探针是一种将热电偶送入炉膛或烟道,检测烟气温度分机电设备。
热电偶固定在探针的头部。
在烟气中作伸缩运动,可实现就地、远程自动操作。
主要用于锅炉启动期间监测炉膛出口处的烟气温度,防止再热器管子烧坏。
也可以作为辅助控制工具测量锅炉低负荷运行时的烟气温度。
在本次课程设计中我选用热电偶作为测量炉膛烟气温度的工具,原因是适应范围广,造价低,便于安装及测量。
2、热电偶的安装(附图):
3、测温元件的安装要求:
(1)在管道中按逆流或正交流向插入。
(2)感温点应处于管道中流速最大处。
一般来说,热电偶、铂电阻、铜电阻保护套管的末端应分别越过流束中心线5~10mm、50~70mm、25~30mm。
(3)应有足够的插入深度,以减小测量误差。
为此,测温元件应斜插安装或弯头处安装。
(4)若工艺管径小,需安装扩大管。
(5)接线盒面应向上,以避免雨水或其他液体、脏物进入接线盒中影响测量。
(6)应插在右保温层的管道或设备处。
(7)在负压管中,应保证其密封性。
4、仪表的选用:
(1)、仪表的种类:
、仪表的种类分为很多种,主要为动圈式显示仪表,平衡式显示仪表及数字式显示仪表。
动圈式仪表制造时本身的内部特性和质量等方面的缺陷可能引起基本误差,此外,线路电阻不符合规定,环境温度变化引起的线圈电阻及线路电阻变化,外界强电、磁场的影响等也会引起附加误差。
另外动圈表的运动部分容易损坏。
电位差计可大大减小上述原因引起的误差,因此,用电位差计测量直流电动势的方法在实验室和工业生产中得到广泛应用。
数字式显示仪表测量准确高、速度快、稳定性好但他电路复杂,抗干扰性差,要求采用的的精密元件多,因此成本也高。
(2)、电子电位差计原理(附图):
电子电位差计是根据电压平衡原理自动进行工作的。
与手动电位差计比较,它用伺服电机及一套机械传动机构代替人工进行电压平衡操作,用放大器代替检流计来检查不平衡电压并控制伺服电机的工作。
手动电位差计不能连续、自动地指出被测电动势的值,不适用于工业装置。
5、误差分析:
(1)主要误差:
在测量锅炉烟道中烟气的温度时,往往在测温管附近有温度较低的受热面,因此测温管表面有辐射散热,造成测量误差。
热辐射误差(用热力学温度表示)由下式决定:
T1-Tb=-C_1/α_1〖(T〗_1^4-T_2^4)
C_1=σε_T
由此可见热辐误差和T1、T2的的四次方差成正比,因此T1、T2若有少许差别,差生的误差就很大。
这种情况会使测量工作完全失去意义。
(2)误差处理:
减少误差的方法之一是把测温管和冷的管壁隔离开来,使测温管不直接对冷壁管进行辐射。
(附图)
用防辐射隔离罩的测温的示意
1-测温管2-冷表面3-隔离罩
由于烟气直接流过隔离罩的内外壁,加热了隔离罩,隔离罩的温度比管壁面温度要搞得多,这时对冷避面的辐射由隔离罩来负担。
同事,隔离罩和测温管之间的温度差大大减小,辐射管的辐射散热量大大减小,这使得测温管表面温度较接近与烟气温度,从而减小测量误差。
3、主蒸汽管的蒸汽温度:
发电厂中主蒸汽温度的测量,其一次元件均采用分度号为K型的镍铬-镍硅或分度号为EA-2的镍铬-考铜热电偶;显示仪表采用XGZ-101型指示仪或自动电子电位差计记录仪表。
测量电路如图,测量误差分析计算如下。
1、热电偶:
当主蒸汽温度为535℃时,其允许误差分别为
4℃。
当选用量程为0~600℃的显示仪表时,热电偶允许引用相对误差
计算如下:
=
2、显示仪表:
XCZ-101型动圈指示仪表的允许相对误差为±1.0%;自动电子差位计式记录仪表的允许引用相对误差为±0.5%;并用δ_表表示。
XCZ-101型动圈指示仪表原理附图:
XCZ-101型仪表故障现象及排除措施:
故障现象
原因
排除措施
输入信号后指针不动
短路线未拆除
张丝断
动圈焊接脱落
拆除短路线
换张丝
重焊
指针往零外偏转
热电偶极性接反
改接
指针有呆滞现象
指针碰面板、屏风板
动圈和铁芯、极靴间有毛刺、铁销
指示值误差偏大
指示值偏高
指示值偏低
增大串阻或磁分路片
减小串阻或磁分路片
3、主蒸汽管热电偶的安装:
在超高参数管道上必须采用可靠的焊接方式以保证设备安全,根据热电偶选型的不同,其焊接方式也不同。
(1)、管道直接焊接方式:
管道直接焊接方式是直接在管道上开孔、打坡口,热电偶与管道完全焊接,附图,这种方式的优点在于焊接几乎与管道壁厚相同,焊接非常牢靠,介质冲击完全在管道壁上,当热电偶套管受热膨胀时可沿上、下两个方向自由膨胀,减小热应力冲击。
(2)、带管座的热套式焊接方式(附图):
先在管道上开一个φ40mm的孔,然后在管道壁上焊一个φ88.9mm×23.5mm的管座,再将热电偶插入管座内,将热电偶与管座焊在一起,它对管座制作及热电偶焊接过程要求非常严格,必须同时满足下列条件:
①、管座焊接时,必须保证管道开孔与管座同心。
②、热电偶焊接过程中必须保证热电偶完全卡在φ40mm的孔上,这样才能保证受力点在管道内壁上。
③、热电偶与管壁之间必须保证有3mm左右的间隙,才能焊接。
4、误差分析及处理方法:
气流温度测量的一个困难问题,就是在一般流速下气流和测温管之间的放热系数α_1比液体小得多,这就使得气流和测温管之间换热困难,误差增加。
目前采用小误差抽气热电偶。
当高压蒸汽或压缩空气从蒸汽喷嘴喷出时,由于速度很大,气流高速的被抽走,这样就在热电偶处形成了高速气流,使放热系数α_1增大,抽气的速度越快α_1越大,误差就越小。
为了减少热辐射损失,在热电偶哇哦装设了隔离罩。
隔离罩数目越多,测量误差越小。
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