主蒸汽系统 常睿、郎离平

主蒸汽系统 常睿、郎离平 主 蒸 汽 系 统 的 课 程 设 计 班 级: 12热电 姓 名: 常睿 郎离平 日 期: 2013年12月 目录 摘要 ............................................. 3 关键词 ........................................... 3 一、蒸汽压力控制 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 过程 ......................... 4 1.蒸汽压力调节对象的特性..................... 4 2.控制系统的选择 ............................ 5 3.系统仪器选择 .............................. 5 (1).系统仪表选型 ........................... 5 (2).压力传感器的选择 ....................... 7 (3).流量计的选型 ........................... 8 (4).控制器的选择 ........................... 8 (5).控制阀的选择 ........................... 9 4.控制系统的工作原理 ........................ 9 二、过热蒸汽控制系统的基本任务和要求 ............ 11 1.过热蒸汽温度控制对象的动态特性 ............ 11 2.蒸汽流量扰动下的蒸汽温度对象的动态特性 .... 11 3.过热蒸汽温度控制对象的动态特性 ............ 12 4.蒸汽温度在减温水量扰动下的动态特性 ......... 8 5.调节量与被调量 ........... 错误～未定义书签。 6.测量控制系统图 ........................... 13 参考文献 ........................................ 16 摘要 本设计以包热电厂的锅炉蒸汽压力控制和蒸汽温度控制为研究对象。热电厂的三大主机包括:锅炉、汽轮机、汽轮发电机。热电厂锅炉主要任务是加热蒸汽，蒸汽可直接进入生产系统或者进入汽轮机发电。蒸汽压力是衡量锅炉的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要工艺参数.蒸汽压力过低或过高，对于金属导管和负荷设备都是不利的。压力过高，会导致锅炉受损;压力过低，就不可能提供给负荷设备负荷质量的蒸汽;因此，控制蒸汽压力是安全生产的需要，也是保证燃烧经济性的需要。然而锅炉过热蒸汽温度也是影响机组生产过程安全性和经济性的重要参数。如果过热蒸汽温度过高，容易损坏过热器，也会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀而毁坏，影响机组的安全运行。如果过热蒸汽温度过低，将会降低机组的热效率。 关键词:热电厂;锅炉;蒸汽压力;整齐温度;控制系统 一、 蒸汽压力控制设计过程 锅炉燃烧控制系统主要包括燃料控制系统、风量(送风)控制系统、炉膛压力(引风)控制系统、磨煤机控制系统等几个子控制系统。 当机组负荷发生改变时,需要进行锅炉燃烧调整。燃料种类、制粉系统、燃烧设备以及锅炉的运行方式决定了每台锅炉燃烧过程的控制任务及策略。蒸汽压力控制系统将燃料量作为调节量 ,将主蒸汽压力作为被调量,使锅炉燃烧所产生的蒸汽量满足外部负荷要求 ,维持主蒸汽压力稳定。在蒸汽压力控制系统中，燃料量影响主蒸汽压力、送风量、引风量、蒸汽蒸发量及主蒸汽温度等参数。当单元机组采用锅炉跟踪汽轮机负荷控制方式时,汽轮机通过调节阀调节机组负荷,锅炉通过燃料量调节主蒸汽压力。对于直吹式制粉系统锅炉的燃料量调节 ,由于其过程缓慢、给煤机给煤量与控制电流呈非线性、对象特性随负荷发生变化以及机组运行时情况复杂多变(如原煤的物理状况变化)等原因 ,使得对象特性存在不确定性。 1、 蒸汽压力调节对象的特性 在主蒸汽负荷变化时，在锅炉燃料量(B)发生?B的阶跃扰动下，此时汽压的过渡过程曲线如图3-1所示。 图3-1燃料量扰动下的汽压曲线图 可见，在燃料量扰动下，汽压被控对象有一定延迟时间τ，随着锅炉蒸发m 量增加，主蒸汽压力 P 逐渐增加，由于汽轮机调节阀开度不变，而使汽轮机T 进汽量逐渐增加，于是自发地限制了汽压的进一步升高。最后当汽轮机进汽量与 锅炉蒸发量相平衡时，汽压维持在一个新的平衡值。故汽压被控对象是一个有自平衡能力的对象。 锅炉燃料量(B)发生?B的阶跃扰动时，输出主蒸汽压力是带滞后的一阶惯性环节如式(3-1)所示，为: 1,τSm (3-1) (),PSeT1，TSb 式中 τ?延迟时间; m T?惯性环节的时间常数。 b 2、 控制系统的选择 以锅炉蒸汽压力为主被控量、燃料流量和空气流量并列为副被控变量的串级控制系统如图3-2所示，其中，两个并列的副环具有逻辑比值功能。使该控制系统在稳定工作的情况下保证空气和燃料的最佳比值，也能在动态过程中尽量维持空气、燃料在最佳比值附近。 二次扰动一次扰动 esp主调节器副调节器空燃比调节阀蒸汽压力 副参数主参数-- 流量变送器 压力变送器 图3-2系统方块图 3、系统仪表选型 (1)压力传感器的选择 由于所选测量仪表是为了测的锅炉汽包管道压力，其测量环境具有高温高压，所以选型应综合考虑这两点。经查阅资料选择PT124高温气体压力传感器，其特点和技术参数如下: 特点:钢性杆和软管隔离，膜片隔离机构，介质温度在450?以下，具有良好的稳定性和精度;应用于橡胶、塑料、化纤涤纶锦纶、聚酯、蒸汽等机械设备的高温流体、熔体、气体介质的压力测量和控制领域。具有准确度高、稳定性好、输出信号大、动态性佳、通用性强等优点。 主要技术参数: 量 程 :0,300? 综合精度 :0.25%FS、0.5%FS、1.0%FS 输出信号 :2.0mV/V、2.5mV/V、3.33mV/V、4,20mA、0,5V、1,5V、0,10V 供电电压 : 传感器:10VDC(6,12VDC) 变送器:24VDC(9,36V)注:变送器输出为0,10V时，供电电压为15,36V 校准信号:80%FS 振动影响:在机械振动频率20Hz,1000Hz内，输出变化小于0.1%FS 介质温度 :0,200?,400? 环境温度 :常温 零点温度漂移:0.05%FS? ,, 量程温度漂移:0.05%FS? ,, 绝缘电阻 :大于2000MΩ (100VDC) 负载电阻 :电流输出型:最大800Ω;电压输出型:大于50KΩ 长期稳定性 0.1%FS/年 信号引出接口:五芯接插件 接口螺纹:1/2-20UNF、M14×1.5、M20×1.5、M22×1.5等，其它螺纹可依据客户要求设计 选型举例 PT124-35M-03-0.5-1/2-6/18 选型注解 “PT124”:产品型号; “35M”:量程0,35MPa;“03”:输出信号为3.33mV/V;“0.5”:传感器精度等级是0.5%FS; “1/2”:接口螺纹为1/2-20UNF; “6/18”:直杆长度为6"(152mm),软管长度为18"(460mm) 图3-3为PT124高温气体压力传感器。 图3-3 PT124高温气体压力传感器 (2)流量计的选型 流量计选型是指按照生产要求，从仪表产品的实际供应情况出发，综合考虑测量的安全、准确和经济性，并根据被测流体的性质及流动情况确定流量取样装置的方式和测量仪表的形式和规格。流量测量的安全可靠，首先是测量方式可靠，即取样装置在运行中不会发生机械强度或电气回路故障而引起事故;二是测量仪表无论在正常生产或故障情况下都不致影响生产系统的安全。例如，对发电厂高温高压主蒸汽流量的测量，其安装于管道中的一次测量元件必须牢固，以确保在高速气流冲刷下不发生机构损坏。因此，一般都优先选用标准节流装置，而不选用悬臂梁式双重喇叭管或插入式流量计等非标准测速装置，以及结构低强度低的靶式、涡轮流量计等。燃油电厂和有可燃性气体的场合，应选防爆仪表。系统采用标准孔板式流量计，其节流元件为标准孔板。 依据:结构简单、使用寿命长、适应能力强、几乎能测量各种情况下的流量。 图3-4为标准孔板式流量计。 图3-4标准孔板式流量计 (3)控制器的选择 控制器(或称调节器)将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例、积分、微分(PID)运算，并输出统一标准信号，去控制执行机构的动作，以实现对温度、压力、流量、液位及其他工艺变量的自动控制。 要使调节过程平稳准确，必须使用输出值能连续变化的调节器。本设计采用模拟控制器:电动单元组合仪表DDZ-?型调节器，该调节器采用了安全防爆措施，该调节器有两种:全刻度指示调节器和偏差指示调节器，它们的结构和线路相同，仅指示电路有差异。这两种调节器均具有一般调节器所具有的对偏差进行PID运算、偏差指示、正反作用切换、内外给定切换、产生内给定信号、手动,自动双向切换和阀位显示等功能 。控制器的工作状态有“自动”、“软手操”、“硬手操”和“保持”四种，由开关进行切换。 DDZ-?型调节器的主要性能指标: 输入测量信号:1,5VDC; 内给定信号:1,5VDC; 外给定信号:4,20MADC; 现场传输信号:4,20MADC; 输入阻抗影响:满刻度的0.1% , 输出信号:4,20MADC; 负载电阻:250,750欧姆; 比例度:P=2%,500%; 积分时间:0.01,25min(分两档); 微分时间:0.04,10min; 调节精度:0.5级; (4)控制阀的选择 执行器由执行机构和调节机构组成。执行机构是指产生推力或位移的装置，调节机构指直接改变能量或物料输送量的装置，通常称控制阀。按所用能源形式的不同，执行器可分为气动、电动、液动三大类。 本设计主要采用气动执行器，为了安全考虑，采用气开式。气动执行机构又分为薄膜式和活塞式，它们都是以压缩空气为能源，具有控制性好、结构简单、动作可靠、维修方便、防火防爆和价廉等优点，并可以方便地与气动仪表配套使用。 气动薄膜调节阀的结构可以分为两部分，上面是执行机构，下面是调节机构。它主要由膜片、弹簧、推杆、阀芯、阀座等零部件组成。当来自控制器的信号压力通入到薄膜气室时，在膜片上产生一个推力，并推动推杆部件向下移动，使阀芯和阀座之间的空隙减小，流体受到的阻力增大，流量减小。推杆下移的同时，弹簧受压产生反作用力，直到弹簧的反作用力与信号压力在膜片上产生的推力相平衡为止，此时，阀芯与阀座之间的流通面积不在改变，流体的流量稳定，可见，调节阀是根据信号压力的大小，通过改变阀芯的行程来改变阀的阻力大小，达到控制流量的目的。 4、控制系统的工作原理 本系统采用串级回路控制 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，具有两个调节器和两个闭合回路，两个调节器串联连接，主调节器的输出作为副回路的给定量，副调节器的输出去控制执行元件。 图3-5所示为一串级和比值控制组合的系统，由蒸汽压力和燃料流量的串级控制系统和燃料与空气的流量比值控制系统相组合。完成逻辑提量功能主要依靠系统中设置的两个选择器:高选择器HS、低选择器LS。 正常工况(稳态)时蒸汽压力控制器的输出I等于燃料流量变送器的输出P I，也等于空气流量变送器的输出乘上空气过剩系数K后的值I。也就是说高、12 低选择器的两个输入端信号是相等的，整个系统犹如不加选择器时的串级和比值控制组合的系统进行工作。 当系统提量时，随着蒸汽量的增加，蒸汽压力减少，压力控制器的输出IP增加(压力控制器选用反作用式控制器)，这个增加了的信号不被低选器选中，而被高选器选中，它直接改变空气流量控制器的给定值，命令空气量增加。然后由于空气增加，使其变送器输出增加也就使I开始增加，因此时I,I, I被低22P2选器选中，从而改变燃料流量控制器给定值，命令提量。这一过程保证在增加燃料前，先加大空气量，使燃烧完全。整个提量过程直至I=I=I时，系统又恢复P12 到正常工况时的稳定状态。 图3-5 锅炉燃烧过程中蒸汽压力控制系统图 当系统降量时，蒸汽压力增加，蒸汽压力控制器输出减少，因而它被低选器选中，作为燃料流量控制器的给定值而命令燃料降量。燃料量降低，经变送器的测量信号为高选器选中，作为空气流量控制器的给定值，命令空气降量。降量过程直至I=I=I时，系统又恢复到正常工况时的稳定状态。 P12 这样就实现了提量时先提空气量，后提燃料量，降量时先降燃料量，后降空 气量的逻辑要求。 二、过热蒸汽控制系统的基本任务和要求 锅炉过热蒸汽温度是影响机组生产过程安全性和经济性的重要参数。现代锅炉的过热器是在高温、高压的条件下工作的，过热器出口的过热蒸汽温度是机组整个汽水行程中工质温度的最高点，也是金属壁温的最高处。过热器采用的是耐高温高压的合金刚材料，过热器正常运行的温度已接近材料所允许的最高温度。如果过热蒸汽温度过高，容易损坏过热器，也会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀而毁坏，影响机组的安全运行。如果过热蒸汽温度过低，将会降低机组的热效率，一般蒸汽温度降低5-10?，热效率约降低1%，不仅增加燃料的消耗量，浪费能源，而且还将使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，加速汽轮机叶片的水蚀。另外，过热汽温的降低还会导致汽轮机高压级部分蒸汽的焓值减小，引起反动度增大，轴向推力增大，也对汽轮机安全运行带来不利的影响。所以，过热蒸汽温度过高或过低都是生产过程所不允许的。 因此，以600MW机组国产汽包炉为例，其过热蒸汽温度额定值为541?(主汽压力为17.3MPa)，在负荷为额定值的60%~100%范围内变化时，过热蒸汽温度不超过额定值的-10~+5,长期偏差不允许超过?5?。为了防止过快的蒸汽温度变化速率造成某些高温工作不部件产生较大的热应力，还对温度变化速率进行限制，一般限制在3?/min内。 1、过热蒸汽温度控制对象的动态特性 目前，火电机组厂广泛采用喷水减温方式来控制过热蒸汽温度。影响汽温变化的因素很多，但主要有蒸汽流量、烟气传热量和减温水量等。在各种扰动下，汽温控制对象是有迟延、惯性和自平衡能力的。 2、蒸汽流量扰动下的蒸汽温度对象的动态特性[1] 大型锅炉都采用复合式过热器，当锅炉负荷增加时，锅炉燃烧率增加，通过对流式过热器的烟气量增加，而且烟气温度也随负荷的增大而升高。这两个因素都使对流式过热器的气温升高。然而，当负荷增加时，炉膛温度升高的并不明显，由炉膛辐射传给过热器的热量比锅炉蒸汽量增加所需热量少，因此使辐射式过热器出口温度下降。可见，这两种型式的过热器对蒸汽流量的扰动的反映恰好相反，只要设计上配合得当，就能使过热其出口汽温随蒸汽流量变化的影响减小。因此 在生产实践中，通常把对流式过热器与辐射式过热器结合使用，还增设屏式过热器，且对流方式下吸收的热量比辐射方式下吸收的热量多，综合而言，过热器出口汽温是随流量D的增加而升高的。 蒸汽流量扰动时，沿过热器长度上各点的温度几乎是同时变化的，延迟时间较小，约为15s左右。 3、烟气侧热量扰动下蒸汽温度对象的动态特性 当燃料量、送风量或煤种等发生变化时，都会引起烟气流速和烟气温度的变化，从而改变了传热情况，导致过热器出口温度的变化。由于烟气传热量的改变是沿着整个过热器长度方向上同时发生的，因此汽温变化的迟延很小，一般在15-25s之间。烟气侧扰动的汽温响应曲线如图2-2所示。与蒸汽量扰动下的情况类似。 4蒸汽温度在减温水量扰动下的动态特性 当减温水量发生扰动时，虽然减温器出口处汽温已发生变化，但要经过较长的过热器管道才能使出口汽温发生变化，其扰动地点(过热器入口)与测量蒸汽温度的地点(过热器出口)之间有着较大的距离，此时过热器是一个有纯滞后的多容对象。.当扰动发生后，要隔较长时间才能是蒸汽温度发生变化，滞后时间比较大，滞后时间约为30-60s。 综上所述，可归纳出以下几点: (1)过热器出口蒸汽温度对象不管在哪一种扰动下都有延迟和惯性，有自平衡能力。而且改变任何一个输入参数(扰动)，其他的输入参数都可能直接或间接的影响出口蒸汽温度，这使得控制对象的动态过程十分复杂。 (2)在减温水流量扰动下，过热器出口蒸汽温度对象具有较大的传递滞后和容量滞后，缩减减温器与蒸汽温度控制点之间的距离，可以改善其动态特性。 (3)在烟气侧热量和蒸汽流量扰动下，蒸汽温度控制对象的动态特性比较好。 5、调节量与被调量[2] 从过热蒸汽温度对象动态特性来看，蒸汽流量或烟气热量变化时，蒸汽温度动态反应较快;而减温水量变化时，蒸汽温度动态反应较慢。由于蒸汽流量由机组负荷决定，不能作为调节量，因而改变烟气热量(改变烟温或烟气流量)是比 较理想的蒸汽温度调节手段，但目前改变烟气热量是控制再热蒸汽的重要手段。因此，尽管喷水减温控制特性不是很理想，但由于其结构简单、调节能力强和易实现自动化，还是被广泛作为过热蒸汽的调节手段。 因此，过热汽温控制系统的调节量为减温水流量，被调量为过热器出口温度。 6、测量控制系统图 大型机组的锅炉过热器管道较长，结构也很复杂，为了改善控制品质，常采用分段气温控制系统，即将整个过热器分为若干段，每段设置一个减温器，分别控制各段的蒸汽温度，以维持主蒸汽温度为设定值。对于分段控制系统，可采用不同的控制方法。本次设计主要采用按温差控制的分段控制系统。控制系统原理图如图1—1。[3] γT3 γT2 γT1 γT4 PI3 PI1 f1(x) Σ D PI2 PT4 Kz Kz 图1-1 按温差控制的过热器温度分段控制系统原理图 该控制的系统两段均采用串级控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，第一段控制系统以二级减温器前后的温差(T3—T2)作为被调量信号送入主调节器PI3。设定值信号T0是有模块 发生器f2(x)产生的，其值随负荷变化而变化。当负荷增大时，主调节器PI3的设定值随之减小，这样有(T3—T2)>T0，PI3入口偏差增大，这就意味着必须增大一级喷水减温量才能使T3下降，从而使温差(T3—T2)减小。这样就可以防止负荷增大时一级喷水减温量减小，达到一级喷水量和二级喷水量相差不大的目的。同时，一级的多喷水对III段过热器出口温度来说有超前控制的作用，因为负荷增加时，III段过热器出口蒸汽温度T1肯定升高，这样各段过热器喷水量接近均匀，保证了过热器的安全运行。 第二段控制系统和一般的串级蒸汽温度控制系统一样，主调节器PI1主要维持主蒸汽温度—;主蒸汽温度设定值有函数模块f1(x)产生，同样是锅炉负荷的函数。PI2为副调节器，接受PI1的输出信号和一级减温器后的蒸汽温度T2，，PI2的输出去调节二级喷水量。 该方案中还将蒸汽负荷信号作为前馈信号分别送到两个串级控制系统的副回路中，以减少锅炉负荷扰动对蒸汽温度的影响。 控制系统的原理方框图如下: T1变 送 PIPI执行三段过阀减温器 1 2 器 热器 门 f1(x) T2变 送 f2(x) PIPI执行二段过 阀减温器 3 4 器 热器 门 T4变 送 T3变 送 参考文献 [1] 翁维勤.过程控制系统及工程.第二版[M].北京:化学工业出版社，2002 [2] 吴勤勤.控制仪表及装置[M]. 北京:化学工业出版社，2007 [3] 李忠虎.过程参数检测技术及仪表[M].北京:中国计量出版社，2009 [4] 胡寿松.自动控制原理[M].北京:科学出版社，2007 [5] 杨献勇.热工过程自动控制[M].北京:清华大学出版社，2008 [6] 边力秀 周俊霞.热工控制系统[M] .北京:中国电力出版社，2001 [7] 周尚周.热控分册[M] 北京:中国电力出版社，2010 [8] 白焰.火电厂热工自动控制技术及应用[M] .北京:中国电力出版社，2009 [9] 赵建立.大型火电机组热工控制技术与实例[M] .北京:中国电力出版社，2009 [10] 俞金寿，孙自强.过程控制系统[M] .北京:机械工业出版社，2008 [11] 何衍庆.工业生产过程控制[M].北京:化学工业出版社，2004 [12] 胡志勇.工程制图新编教程[M].呼和浩特:内蒙古大学出版社2003 [13] 金以慧.过程控制[M].北京:清华大学出版社,1993 [14] 杜维，乐嘉华.过程检测技术及仪表[M].北京:化学工业出版社，1999