工業(yè)燃煤鍋爐dcs控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 不良，會造成鍋爐受熱面上結(jié)垢和金屬腐蝕。因此，工業(yè)鍋爐水處理工作，就是采取有效措施，保證鍋爐的汽、水品質(zhì)，防止鍋爐結(jié)垢，腐蝕及汽水共滕等不良現(xiàn)象發(fā)生，同時，為了環(huán)保以及節(jié)約水資源，還對運行過程中產(chǎn)生的污水進行一系列的處理，并使處理出來的水進行二次利用，這樣，即可節(jié)約水資源，又達到環(huán)保的要求。鍋爐是企業(yè)的主要動力設(shè)備，鍋爐設(shè)備運行狀況的好壞直接影響到全廠的產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟效益。對于煙廠的節(jié)能與設(shè)備管理達標(biāo)與否，也產(chǎn)生很大的影響。而鍋爐設(shè)備的使用要達到高效率，最為關(guān)鍵的便是工藝指標(biāo)的嚴格控制。 除氧器除氧器的主要作用是除去給水中的氧氣,保證給水的品質(zhì)。水中溶解了氧氣,就會使與水接觸的金屬腐蝕。在熱交換器中若有氣體聚集就會妨礙傳熱過程的進行,降低設(shè)備的傳熱效果。 因此水中溶解有任何氣體都是不利的,尤其是氧氣,它將直接威脅設(shè)備的安全運行。除氧器本身又是給水回?zé)嵯到y(tǒng)中的一個混合式加熱器,同時高壓加熱器的疏水、化學(xué)補水及全廠各處水質(zhì)合格的疏水、排氣等均可通入除氧器匯總并加以利用,減少發(fā)電廠的汽水損失。當(dāng)水和某種氣體混合物接觸時,就會有一部分氣體融解到水中去。 氣體的溶解度就是表示氣體溶解于水中的數(shù)量,以毫克/升計值,它和氣體的種類以及它在水面的分壓力、和水的溫度有關(guān)。 在一定的壓力下,水的溫度越高,氣體的溶解度就越小；反之,氣體的溶解度就越大。同時氣體在水面的分壓力越高,其溶解度就越大,反之,其溶解度也越低。天然水中常含有大量溶解的氧氣,可達10毫克/升。 汽輪機的凝結(jié)水可能融有大量氧氣,因為空氣能通過處于真空狀態(tài)下的設(shè)備不嚴密部分滲入進去. 此外,補充水中也含有氧氣及二氧化碳等其他氣體。液面上氣體混合物的全壓力中,包括有液體蒸汽的分壓力. 將水加熱時,液面附近水蒸氣的分壓力就會增加,相應(yīng)的液面附近其他氣體的分壓力就會降低. 當(dāng)水加熱到沸點時,蒸汽的分壓力就會接近液面上的全壓力,此時液面上其他氣體的分壓力幾乎接近于零,于是這些氣體將完全自水中清除出去。 要達到這一點,不僅要將水加熱到沸點,還要使液面上沒有這些氣體存在,即將逸出的氣體隨時排走。除氧器的工作原理即利用蒸汽對水進行加熱,使水達到一定壓力下的飽和溫度,即沸點。 這時除氧器的空間充滿著水蒸汽,而氧氣的分壓力逐漸降低為零,溶解于水的氧氣將全部逸出,以保證給水含氧量合格。鍋爐用水的除氧是工藝指標(biāo)的重要環(huán)節(jié)之一。未除氧的軟水其氧離子將使鍋爐內(nèi)管束氧化，特別在高溫、高壓環(huán)境下，將更加加速設(shè)備的氧化過程，嚴重降低設(shè)備的使用壽命，減少鍋爐的蒸發(fā)量。同時含氧蒸汽又加速大量輸汽管道的氧化，使冷凝水資源的回收亦困難重重。按《GB1576—2001低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準》的規(guī)定，而要達到此標(biāo)準，除氧器溫度必須控制在104℃。 除氧器液位控制除氧器水位控制對除氧效果而言是非常重要的，如水位過高，將導(dǎo)致進入除氧器的水霧化空間不夠，直接影響除氧效果，如水位過低，又會直接威脅除氧器的正常工作，甚至影響到鍋爐的正常給水。除氧器在運行過程中經(jīng)常會發(fā)生負荷變化，也就是說除氧器的水位會發(fā)生變化，當(dāng)這種變化發(fā)生后，進水調(diào)節(jié)閥的開度必須有相應(yīng)的改變，才能保持水位穩(wěn)定，在水位控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器和進水調(diào)節(jié)閥構(gòu)成一個負反饋的閉合回路。（） 除氧器液位控制圖除氧器水位由差壓變送器進行測量，輸出標(biāo)準4—20 mADC信號至調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器輸出控制調(diào)節(jié)閥。控制原理為：根據(jù)工藝指標(biāo)，給出設(shè)定值，當(dāng)變送器測量的水位高于設(shè)定值時，將偏差信號送入調(diào)節(jié)器進行 PID參數(shù)進行運算，減小輸出調(diào)節(jié)閥隨之減小開度，因此，進水流量減小，水位降低，接近設(shè)定值，反之亦然。PID調(diào)節(jié)器應(yīng)選用“反作用”方式。操作器作為現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥與調(diào)節(jié)器間聯(lián)絡(luò)的紐帶和橋梁，也作為事故狀態(tài)下操作人員進行手操，同時手操跟蹤調(diào)節(jié)器輸出，為無擾動切換作準備，當(dāng)自動系統(tǒng)故障時，將手操器自動切換為手動狀態(tài)。 除氧器壓力控制圖根據(jù)工藝要求，溫度即為104℃，此時的除氧效果最佳，因此，穩(wěn)定除氧器的壓力，其重要性是不言而喻的。除氧器在運行過程中經(jīng)常會發(fā)生負荷變化，也就是說除氧器的壓力也會發(fā)生變化，當(dāng)這種變化發(fā)生后，進氣調(diào)節(jié)閥的開度必須有相應(yīng)的改變，才能保持壓力穩(wěn)定。，控制原理為：根據(jù)工藝指標(biāo)，調(diào)節(jié)器給出設(shè)定值，當(dāng)變送器測量的壓力高于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)器根據(jù)PID參數(shù)進行運算，減小輸出調(diào)節(jié)閥隨之減小開度，因此，進氣流量減小，壓力降低，接近設(shè)定值。反之亦然。當(dāng)給水流量增加，除氧箱內(nèi)吸熱加強，此時要增大進汽量，否則壓力會拉跨，特別在鍋爐給水負荷變動大時。PID調(diào)節(jié)器應(yīng)選用“反作用”方式。（） 鍋爐給水控制 鍋爐的汽水系統(tǒng)。汽包及蒸發(fā)管系中儲藏著蒸汽和水，儲藏量的多少，是以被制量水位表征的，汽包的流入量是給水量，流出量是蒸汽量，當(dāng)給水量等于蒸汽量時，汽包水位就恒定不變。引起水位變化的主要擾動是蒸汽流量的變化和給水量的變化。如果只考慮主要擾動，那么汽包水位對象的動態(tài)特性可表示為： (31)式中T1 , T2 時間常量 Tw —— 給水流量項時間常數(shù)； TD —— 蒸汽流量項時間常數(shù)； Kw —— 給水流量項的放大系數(shù)； KD —— 蒸汽流量項的放大系數(shù)；h = △H/Ho (Ho為穩(wěn)定情況下的水位，△H為水位高度變化)；vw＝△W/Dmax (△W為給水流量的變化，Dmax為最大蒸汽負荷量)；vD =△D/Dmax (△D為蒸汽負荷的變化)。給水自動調(diào)節(jié)的任務(wù)是使給水流量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。給水自動調(diào)節(jié)的另一個任務(wù)是保持給水穩(wěn)定。在整個控制回路中要全面考慮這兩方面的任務(wù)。在控制回路中被調(diào)參數(shù)是汽包水位（H），調(diào)節(jié)機構(gòu)是給水調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)量是給水流量（W）。 對汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動的因素有蒸發(fā)量D、爐膛熱負荷（燃料量M），給水量（W）。（）一、蒸發(fā)量D擾動作用下水位對象的動態(tài)特性汽包水位在蒸汽流量擾動下的動態(tài)特性（假定給水流量不變化的情況），可以直接從式（3－1）導(dǎo)出： (32)拉氏變換后可得： (33)其傳遞函數(shù)為 (34)上式可以用兩個動態(tài)環(huán)節(jié)的并聯(lián)來等效，即 (35)式中 ； 當(dāng)蒸發(fā)量忽然增加△D，給水量和燃料量不變時，（a）中所示。圖中H1(t)直線下降，因為給水量小于蒸發(fā)量，使鍋爐中的蓄水量不斷減少，故水位不斷下降。但是由于蒸發(fā)量的增加，汽水混合物中的氣泡容積增加，另外鍋筒中壓力也要降低，使氣泡膨脹，都導(dǎo)致水位上升，如H2（t）所示。實際水位的變化曲線為H1(t)和H2(t)的合成H(t)。可見，當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量增加時，雖然蒸發(fā)量大于給水量，但在一開始時，水位不僅沒有下降，反而迅速上升，這是由于氣泡體積迅速增加之故，這種現(xiàn)象稱為“虛假水位”。當(dāng)汽水混合物中氣泡容積已與負荷相適應(yīng)時達到穩(wěn)定，水位就主要決定于物質(zhì)平衡，因給水量小于蒸發(fā)量，此時水位開始下降。圖中的τD是由“虛假水位”所造成的遲延，其大小決定于鍋爐的特性。二、爐膛負荷擾動（燃料量M擾動）時水位對象的動態(tài)特性 當(dāng)燃料量增加△M時，鍋爐將吸收更多的燃量，蒸汽量增加，如果主汽閥門開度不變，鍋爐出口汽壓將提高，蒸汽輸出量也將增加。此時給水量沒變，所以水位應(yīng)該是下降的。但是由于汽水混合物中氣泡體積增大，因此也出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象，水位開始上升，然后下降，（b）所示。（a）很相似，但水位上升的較少，而遲延τM較大，這是由于燃料量增加使蒸汽量增加的同時鍋筒壓力也提高，從而使氣泡體積的增加量減少，因而導(dǎo)致水位上升較少；另一方面隨燃料量的增加而增加的蒸汽量有較大慣性和遲延，（b）中的虛線所示。τM可達3～4分鐘。三、給水量（W）擾動時的水位對象的動態(tài)特性 鍋爐給水量是它的輸入量，如果蒸汽負荷不變化，那么在給水流量發(fā)生變化時,汽包水位對象的微分方程可以表示為： (36)經(jīng)拉氏變換后可得： (37)從式（3－7）可方便地得到汽包水位在給水流量作用下的傳遞函數(shù)為： (38)對于中壓鍋爐，上式中TW 的數(shù)值很小，常常可以忽略不計，因此式（3－8）可進一步改寫為 (39)式中——反應(yīng)速度，即給水流量改變單位流量時水位的變化速度，mm/s(t/h)。Vw ——蒸發(fā)面以下的水容積（m3）；從式（3－9）可知，汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性由一個積分環(huán)節(jié)和一個一階慣性環(huán)節(jié)所組成，∑、T2的數(shù)值可通過實驗測試求得，數(shù)值的大小同鍋爐的結(jié)構(gòu)有關(guān)。有些鍋爐當(dāng)給水量增加時，在較長一段時間里，汽包水位并不增加，有一較長的起始慣性段，對于這種鍋爐用式（3－9）描寫它的動態(tài)特性，誤差較大，這時可選用下面近似計算公式： （3－10）式中τ——給水流量擾動下的純滯后時間，它的數(shù)值對于不同結(jié)構(gòu)的鍋爐都有差別。給水量增加△（c）所示。圖中曲線1是鍋爐采用沸騰式省煤器情況下的水位特性，曲線2是鍋爐采用非沸騰式省煤器情況下的水位特性。采用沸騰式省煤器，使水位特性的遲延和慣性大為增加，因為給水量的焓值較低，當(dāng)給水量突然增加時，如果熱負荷不變，則省煤器的沸騰率減小，處于省煤器中氣泡的容積減少。因此進入省煤器的給水首先必須填補省煤器中的氣泡減少所讓出的空間，所以水位下降，直到過了τw1 以后，才能使省煤器流入鍋筒的水量增加，水位才開始上升。τw1 約為100～200秒。非沸騰式省煤器τw2，約為30～100秒。 給水壓力控制鍋爐給水系統(tǒng)中還有一個比較重要的控制回路是給水壓力回路，因為汽包內(nèi)壓力較高，要給鍋爐補水必須提供更高的壓力，給水壓力回路的作用是提高水壓，使水能夠正常注入汽包。但在蒸汽流量未達到滿負荷時，對給水流量的要求也不高。在老式的鍋爐系統(tǒng)中一般采用給水泵一直以工頻方式運轉(zhuǎn)，用回流閥降低水壓防止爆管，現(xiàn)在一般采用通過變頻器恒壓供水的方式控制水壓，具體實現(xiàn)方式是：系統(tǒng)下達指令由變頻器自動啟動第一臺泵運行，系統(tǒng)檢測給水管的水壓，當(dāng)變頻器頻率上升到工頻時，如水壓未達到設(shè)定的壓力值，系統(tǒng)自動將第一臺電機切換至工頻直供電，并由變頻器拖動第二臺水泵運行，如變頻器運行到工頻狀態(tài)時供水母管壓力仍未達到設(shè)定壓力值系統(tǒng)自動將第二臺水泵切換至工頻直供電，再由變頻器拖動第三臺運行，依次類推，直至壓力達到設(shè)定值。若鍋爐需要的給水量減少，變頻控制系統(tǒng)可自動降低變頻器的運行頻率，如變頻器的頻率到零仍不能滿足要求，則變頻器自動切換至前一臺水泵進行變頻運行，依次類推。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的實質(zhì)是：始終利用一臺變頻器自動調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，切換時間以管網(wǎng)的實際壓力和設(shè)定壓力的差值決定，同時保證管網(wǎng)的壓力動態(tài)恒定。值得注意的是為了防止變頻器報警停機或其他故障造成水泵不轉(zhuǎn)會引起鍋爐缺水，所以應(yīng)該加反饋裝置確保變頻器正常工作。除此之外鍋爐的供水系統(tǒng)中還包括除氧器壓力控制和除氧器水位控制，除氧器壓力控制主要是為了保證除氧器口有足夠的蒸汽壓力用于將軟化水除氧，這是一個單閉環(huán)控制回路，輸入?yún)?shù)是除氧器壓力輸出參數(shù)控制除氧器進汽閥。除氧器水位控制主要是為了保證除氧器內(nèi)有足夠的水提供給鍋爐，這是一個單閉環(huán)控制回路輸入?yún)?shù)，是除氧器水位輸出參數(shù)控制除氧器進水閥。第4章 汽包水位控制方案設(shè)計 單沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 單沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖所示。它是連續(xù)給水自動調(diào)節(jié)中最簡單的一種型式。水位測量信號經(jīng)變送器送到水位調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)水位測量值與給定值的偏差去控制給水調(diào)節(jié)閥，改變給水量來保持鍋筒水位在允許值范圍內(nèi)，因為只采用水位做調(diào)節(jié)器的信號，故叫單沖量，對于低參數(shù)小容量的工業(yè)鍋爐，因為相對于負荷來說水容較大，所以虛假水位現(xiàn)象不嚴重，對調(diào)節(jié)質(zhì)量的要求又不太高，可以采用單沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠滿足生產(chǎn)上的要求。調(diào)節(jié)器應(yīng)采用比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律，因單純比例調(diào)節(jié)規(guī)律易從產(chǎn)生水位余差。 。單沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在一定的缺點，因此該系統(tǒng)只根據(jù)水位來調(diào)節(jié)給水量。其特點如下：（1） 在負荷變化時，由于虛假水位現(xiàn)象，在調(diào)節(jié)過程一開始，給水量的變化將與負荷變化的方向相反，擴大了進出流量的不平衡。（2） 給水量變化時，因給水量改變后，要經(jīng)過一定遲延時間τw 才能影響到水位，因此必將導(dǎo)致水位波動幅度大，調(diào)節(jié)時間長。 單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖、雙沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 在單沖量水位調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，引進蒸汽流量作為前饋信號，構(gòu)成雙沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所謂前饋調(diào)節(jié)就是按擾動變化的大小進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，調(diào)節(jié)作用在擾動發(fā)生的同時就發(fā)生，而不是等到擾動引起被調(diào)量發(fā)生變化后才產(chǎn)生，這就是前饋調(diào)節(jié)的主要特點。所以引入蒸汽流量前饋信號可以消除虛假水位對調(diào)節(jié)的不良影響。 當(dāng)蒸汽量變化時，就有一個使給水量與蒸汽量同方向變化的信號，可以減小或抵消由于虛假水位現(xiàn)象而使給水量與蒸汽量相反方向變化的誤動作，使調(diào)節(jié)閥一開始就向正確的