鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)(過程控制儀表課程設(shè)計)

1、過程控制儀表課程設(shè)計題 目鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)指導(dǎo)教師高飛燕班 級自動化071學(xué) 號 20074460107學(xué)生姓名丁滔滔2011年1月5號.20附錄：儀表配接圖鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)1.系統(tǒng)簡介：控制系統(tǒng)一般由以下幾部分組成圖1自動控制系統(tǒng)簡易圖 鍋爐水位系統(tǒng)如下圖：a）原理團b）方塊團圖2單沖量控制系統(tǒng)原理圖及方框圖其單位階躍響應(yīng)圖如下:圖3蒸汽流量干擾下水位階躍曲線通過電容式液位計將檢測來的液位信號變送給成標(biāo)準(zhǔn)信號，再輸送給控制器，調(diào)節(jié)器再通過執(zhí)行機構(gòu)和閥來控制進水量， 從而達到自動控制鍋 爐水位。2 鍋爐控制系統(tǒng)：2.1鍋爐：鍋爐是火力發(fā)電廠中主要設(shè)備之一。它的作用是使燃料在爐膛中燃燒放

2、熱，井將熱量傳給工質(zhì)，以產(chǎn)生一定壓力和溫度的蒸汽，供汽輪發(fā)電 機組發(fā)電。電廠鍋爐與其他行業(yè)所用鍋爐相比，具有容量大、參數(shù)高、結(jié) 構(gòu)復(fù)雜、自動化程度高等特點。2.2過熱器和再熱器：蒸汽過熱器是鍋爐的重要組成部分，它的作用是將飽和蒸汽加熱成為具有一定溫度的過熱蒸汽，并要求在鍋爐負荷或其他工況變動時， 保證過熱氣溫的波動處在允許范圍內(nèi)。提高蒸汽初壓和初溫可提高電廠循環(huán)熱效率， 但蒸汽初溫的進一步提 高受到金屬材料耐熱性能的限制。蒸汽初壓的提高隨可提高循環(huán)熱效率， 但過熱蒸汽壓力的進一步提高受到汽輪機排氣濕度的限制， 因此為了提高 循環(huán)熱效率及降低排氣濕度，可采用再熱器。通常，再熱蒸汽壓力為過熱 蒸汽

3、壓力的20流右，再熱蒸汽溫度與過熱蒸汽溫度相近。過熱器和再熱器內(nèi)流動的為高溫蒸汽， 其傳熱性能差，而且過熱器和 再熱器又位于高煙溫區(qū)，所以管壁溫度較高。如何使過熱器和再熱器管能 長期安全工作是過熱器和再熱器設(shè)計和運行中的重要問題。在過熱器和再熱器的設(shè)計及運行中，應(yīng)注意下列問題 ：運行中應(yīng)保持汽溫的穩(wěn)定，汽溫波動不應(yīng)超過±（510）C。過熱器和再熱器要有可靠的調(diào)溫手段，使運行工況在一定范圍內(nèi)變 化時能維持額定的汽溫。盡量防止和減少平行管子之間的偏差。2.3省煤器和空氣預(yù)熱器:省煤器和空氣預(yù)熱器通常布置在鍋爐對流煙道的尾部，進入這些受熱 面的煙氣溫度已較低，因此常把這兩個受熱面稱為尾部受

4、熱面或低溫受熱 面。省煤器是利用鍋爐尾部煙氣的熱量來加熱給水的一種熱交換裝置。它可以降低排煙溫度，提高鍋爐效率，節(jié)省燃料。在現(xiàn)代大型鍋爐中，一般 都利用汽輪機抽汽來加熱給水，而且隨著工質(zhì)參數(shù)的提高，常采用多級給 水加熱器。空氣預(yù)熱器不僅能吸收排煙中的熱量， 降低排煙溫度，從而提高鍋爐 效率；而且由于空氣中的預(yù)熱，改善了燃料的著火條件，強化了燃燒過程， 減少了不完全燃燒熱損失，這對于燃用難著火的無煙煤及劣質(zhì)煤尤為重 要。使用預(yù)熱空氣，可使?fàn)t膛溫度提高，強化爐膛輻射熱交換，使吸收同 樣輻射熱的水冷壁受熱面可以減少。較高溫度的預(yù)熱空氣送到制粉系統(tǒng)作 為干燥劑，在磨制高水分的劣質(zhì)煤時更為重要。因此空氣

5、預(yù)熱器也成為現(xiàn) 代大型鍋爐機組中必不可少的組成部件。綜上所述，省煤器和空氣預(yù)熱器的應(yīng)用，主要是為了降低排煙溫度，提高 鍋爐效率，節(jié)省燃料。同時，也為了減少價格較貴的蒸發(fā)受熱面積改善燃 燒與傳熱效果。鍋爐控制系統(tǒng)流程圖如圖四所示圖4鍋爐控制系統(tǒng)流程圖3.汽包水位的控制與調(diào)整：維持鍋爐汽包水位正常是保證鍋爐和汽輪機安全運行的重要條件 之一。當(dāng)汽包水位過高時，由于汽包蒸汽容積和空氣高度減小，蒸汽攜帶鍋水將 增加，因而整齊品質(zhì)惡化，容易造成過熱器積鹽垢，引起管子過熱損壞； 同時鹽垢使熱阻增大，引起傳熱惡化，過熱氣溫降低。汽包嚴重滿水時， 除引起氣溫急劇下降外，還會造成蒸汽管道和汽輪機內(nèi)的水沖擊， 甚至

6、打 壞汽輪機葉片。汽包水位過低，則可能破壞水循環(huán)，使水冷壁管的安全受 到威脅。如果出現(xiàn)嚴重缺水而又處理不當(dāng)，則可能造成水冷壁爆管。3. 1影響水位的因素：鍋爐運行中，汽包水位是經(jīng)常變動的。引起水位變化的原因一是鍋爐 外部擾動，如負荷變化；另一個是鍋爐內(nèi)部擾動，如燃燒工況的改變。出 現(xiàn)外擾和內(nèi)擾時，汽包物質(zhì)平衡遭到破壞，即給水量與送氣量的不平衡； 或者工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化（鍋爐壓力變化時，工質(zhì)比體積和飽和溫度隨之改 變），兩者都能引起水位變化。水位變化的劇烈程度隨擾動量增大、擾動 速度加快而增強。自然循環(huán)鍋爐的汽包水位，一般定在汽包中心線下50150伽范圍內(nèi)，容許變動范圍為土 50伽。對于強制循環(huán)汽

7、包鍋爐，汽包的低水位限 制取決于循環(huán)泵的工作，但一般來說其水位波動的幅度沒有自然循環(huán)鍋爐 要求那樣嚴格。自然循環(huán)鍋爐汽包的最高、最低水位，應(yīng)通過熱化學(xué)實驗 和水循環(huán)試驗確定。最高允許水位應(yīng)當(dāng)比臨界水位稍低，以保證整齊品質(zhì)； 最低允許水位應(yīng)不影響水循環(huán)安全。3.2影響水位變化的主要因素：鍋爐運行中，汽包水位是經(jīng)常變動的。引起水位變化的原因一是鍋爐 外部擾動，如負荷變化；另一個是鍋爐內(nèi)部擾動，如燃燒工況的改變。出 現(xiàn)外擾和內(nèi)擾時，汽包物質(zhì)平衡遭到破壞，即給水量與送氣量的不平衡； 或者工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化（鍋爐壓力變化時，工質(zhì)比體積和飽和溫度隨之改 變），兩者都能引起水位變化。水位變化的劇烈程度隨擾動量

8、增大、擾動 速度加快而增強。4.儀表的選擇：控制儀表是自動控制被控變量的儀表，由各種不同的，相互關(guān)聯(lián)的控制儀 表構(gòu)成的控制系統(tǒng)，是操縱一個或幾個變量達到預(yù)定狀態(tài)的系統(tǒng)。為了實 現(xiàn)自動控制，除自動裝置本身外，控制系統(tǒng)還包括向自動裝置提供信息的 變送器和開關(guān)部件，以及執(zhí)行自動裝置控制指令的執(zhí)行器等。4. 1變送器：變送器在自動檢測和控制系統(tǒng)中的作用，是對各種工藝參數(shù)，如溫度， 壓力，流量，液位，成分等物理量進行檢測，以供顯示，記錄或控制之用。 無論是由模擬構(gòu)成的系統(tǒng)，還是由計算機裝置構(gòu)成的系統(tǒng)，變送器都是不可缺少的，獲取精確可靠的過程參數(shù)值是進行控制的基礎(chǔ)。串級控制系統(tǒng)在抗干擾能力、快速性、適應(yīng)性

9、和控制質(zhì)量方面有較好的性能,因此在復(fù)雜的工業(yè)過程控制中得到了廣泛的應(yīng)用產(chǎn)品簡介：UYN 50系列電容物位計適用于工業(yè)生產(chǎn)過程中各種貯槽、容器內(nèi)導(dǎo)電、非導(dǎo)電介質(zhì)液位、粉狀料料位的連續(xù)測量和指示 儀表的輸出電流010mA可以接電流表或DDNU型顯示控制儀表，回路 中任何一點不得接地，否則必須配用隔離器以便與計算機輸入端相匹配。UYN 50系列電容物位計由以下六個部件構(gòu)成：1傳感器轉(zhuǎn)換部件，2.溫 度緩沖器，3.散熱裝置，4.安全火花型防爆柵，5顯示儀表，6測量電極， 其中1和5是儀表基本組成單元，再分別配以2,3,4,6則構(gòu)成各種形式的產(chǎn)品。持春轉(zhuǎn)換邸件*0-1O1A圖5 UYZ 50系列電容物位

10、計工作原理 電UYZ- 50系列電容物位計工作原理圖如圖五。放大放大當(dāng)被測物位發(fā)生變化時，傳感電容量發(fā)生相應(yīng)變化，經(jīng)傳感器前置線 路轉(zhuǎn)換成直流信號，再傳送到顯示儀表放大成標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出， 并使電流 表直接指示，顯示儀表是通用的，表面上的直型條形給出相應(yīng)的物位指示， 同時有綠色指針供高低物料報警位置的整定。號 輸入電流 輸出上限下限10動合魅頭動融頭動開觸頭 動合觸頭 動觸頭動開儺頭圖6 UYZ-50 接線圖1, 2輸入，3,4輸出5,6 , 7是上限報警8 , 9, 10是下限報警11是顯示單兀電源16接地18 20是交流電參數(shù)與規(guī)格：精度：非防爆型土 1%防爆型土 1.5 %測量范圍：0.5

11、, 1.0 , 1.5 , 2.0 , 2.5 , 3.0m （UYZ- 561B型的測量范圍可為 3.0 , 4.0 , 6.0 , 10m四檔）。負載電阻：1.5kQ輸出信號：010mADC供電電源：220VAC（ +10%/-15% 50Hz介質(zhì)壓力：2.5Mpa工作環(huán)境：傳感器溫度40+85C,相對濕度1095%顯示儀表溫度045C,相對濕度1090%高低位報警定點誤差：土 2.5 %高低位報警設(shè)定點范圍：0100%量程內(nèi)任意給定高低位報警觸點容量：220VAC 3A防爆型選用防爆柵型號：DF2 3100型檢測端齊納安全柵防爆型儀表防爆等級：ia n CT6型號表示表 1 UYZ 5口

12、口5系列代測量電極 形式介質(zhì)溫度范圍遷移防爆 等級號1）絕緣式2）同軸裸極 式3）裸極式4）同軸絕緣 式5）分離式6）絕緣繩式1）標(biāo)準(zhǔn)：40+ 85C2）高溫：85200C3）低溫：I 10040 r4）低溫：n 156100C5）低溫：川一200156CA）微電容650pFB）中電容301300pFia n CT64.2控制器控制器在自動控制系統(tǒng)中起控制作用。它將來自變送器的測量信號 與給定值相減以得到偏差信號，然后對偏差信號按一定的控制規(guī)律進行運 算，運算結(jié)果為控制信號，輸送至執(zhí)行器。單元組合式儀表和單個儀表形 式的控制器習(xí)慣上稱為調(diào)節(jié)器，常用的有DDZ-n型電動調(diào)節(jié)器，DDZ-IH型調(diào)節(jié)

13、器和可編程調(diào)節(jié)器。對于液位控制器，閥氣閉為，變送器為，對于研究對象當(dāng)控制信 號增大時液位將相應(yīng)減小，故為，液位控制器LC為，為反作用。對于流量控制器，閥氣閉為，變送器為，當(dāng)控制信號增大時給水 流量將相應(yīng)增大，故為，流量控制器為，為正作用。產(chǎn)品概述：DTL型調(diào)節(jié)器是DDZ-n型系列儀表中的一個主要單元。它接受從變送 器或轉(zhuǎn)換器來的010mA DC測量信號，并與內(nèi)給定值或外給定值比較， 它們的差值經(jīng)調(diào)節(jié)器比例積分、微分運算輸出 010mA DC言號至執(zhí)行機 構(gòu)。儀表分二類：DTL-221A 321A、121A型主要為石油化工服務(wù)，該類 儀表有二個輸入通道，一個主通道、一個付通道（可接受微分信號）。

14、面 板部分帶有一個偏差顯示表頭、內(nèi)給定帶刻度撥盤、軟硬手動、自動切換、 帶刻度的手操作撥盤，單針010mA DC輸出電流指示表。另一類 DTL-3 31A、231A 154A型主要為電廠服務(wù)，輸入通道數(shù)達 45通道，都不帶 手動操作。當(dāng)被測物位發(fā)生變化時，由變送器傳送而來的電信號發(fā)生相應(yīng)變化，經(jīng)傳感器前置線路轉(zhuǎn)換成直流信號，再傳送放大成標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出，并使 執(zhí)行器發(fā)生動作。DTL-221A 321A、231A 331A為大偏差表，指示調(diào)節(jié)器。壯人111圖7 DTL-231接線圖1,2是出入I 3,4 是輸入U 5,6 是輸入川7,8 是輸入W 11,13 輸出14,15 外部手操18 接地19

15、,20電源技術(shù)參數(shù)輸入信號：DC 010mA輸出信號：DC 010mA負載電阻：01.5K Q(11) (12)端0KQ 3 K Q(11) (13)端獨立微分增益：K (D) =0- 10倍可調(diào)(DTL-154A 331A)積分增益：K1>180倍(P=100%時)干擾系數(shù)：1+2TD/TI微分獨立運算內(nèi)給定值穩(wěn)定度：土 0.25%內(nèi)給定值刻度誤差：土 2.5%工作條件：環(huán)境溫度：045 C相對濕度：w 85%工作振動：頻率w 25Hz振幅w 0.1mm （雙向）供電電源;220V 50Hz消耗功率：w 6W結(jié)構(gòu)型式：面板嵌入式表2 型號規(guī)格型號T1STDS獨 立微分P%TDS獨 立微

16、分操作通道數(shù)偏差表 型式DTL-121A6 12003 3001 200帶2小DTL-154A6 6003 3001 2003 300不帶5/DTL-221 A6 6001 500帶2大DTL-321 A6 12003 3001 200帶2大DTL-331 A6 12003 3001 2003 300不帶5大DTL-231 A6 6001 500不帶4大4.3執(zhí)行器:執(zhí)行器再自動控制系統(tǒng)中的作用是接受來自控制器的控制信號， 通過其本 身開度的變化，從而達到控制流量的目的。因此執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)中 的一個重要的，必不可少的組成部分。執(zhí)行器的構(gòu)成如下:一控介質(zhì)流量圖8變送器的基本組成執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)

17、行器常直接與介質(zhì)接觸，常常在高壓，高溫，深冷，高粘度，易結(jié)晶，閃蒸，汽蝕，高壓差等情況下工作。使用條件惡劣，因此，它是控制 系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。如果執(zhí)行器選擇使用不當(dāng)，往往給生產(chǎn)過程自動化帶來 困難。在許多場合下，會導(dǎo)致自動控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量下降，控制失靈， 甚至因介質(zhì)的易燃易爆，有毒，而造成生產(chǎn)事故。執(zhí)行器分為氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器、液動執(zhí)行器 3大類。氣動執(zhí)行器按其執(zhí)行機構(gòu)形式分為薄膜式、活塞式和長行程式。近年 來還研制了增力型薄膜調(diào)節(jié)閥。電動和液動執(zhí)行器按執(zhí)行機構(gòu)的運動形式分為直行程和角行程兩類。4.3 . 1執(zhí)行機構(gòu)：由于我們采用的是 DDZn型的0 10mA信號，故選擇 DDNH型儀表。

18、DKJ角行 程、DKZ直行程是我國最早的、唯一生產(chǎn)的電動執(zhí)行器，它是我國計劃經(jīng)濟時期， 全國聯(lián)合統(tǒng)一設(shè)計的產(chǎn)品。隨著現(xiàn)代工控計算機管理的發(fā)展，今天，我們的DKJ、DKZ系列與以前相比，有了 2大實質(zhì)性改進，生產(chǎn)出直接受計算機控制的智能電子式型、戶外型、隔爆型等改進型產(chǎn)品 將電路控制部分灌封在一個小型塑料盒中，俗稱模塊，形成了便于 維護的即插即用型，調(diào)節(jié)精度更高、使用壽命更長。DKJ/ZKJ型角行程電動執(zhí)行機構(gòu)DKZ/ZKZ型直行程電動執(zhí)行機構(gòu)ZKJ/DKJ-210DKJ電動執(zhí)行機構(gòu)由伺服放大器、伺服電動機、減速器、位置發(fā)信器和電動操作器組成。其工作原理如圖十所示圖9 DKJ電動執(zhí)行機構(gòu)原理圖來

19、自調(diào)節(jié)器的輸入信號，在伺服放大器內(nèi)與位置反饋信號相比較，其偏差經(jīng)伺服放大器放大后，去驅(qū)動伺服電動機旋轉(zhuǎn)，然后經(jīng)減速器輸出角位移。 位置發(fā)信器將執(zhí)行機構(gòu)輸出軸角位移轉(zhuǎn)換成與輸入信號相對應(yīng)的直流信 號(0-10mA或4-20mA)，作為位置反饋信號。執(zhí)行機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向決定于 偏差信號的極性，而又總是朝著減小偏差的方向轉(zhuǎn)動，只有當(dāng)偏差信號小 于伺服放大器的不靈敏區(qū)時，執(zhí)行機構(gòu)才停轉(zhuǎn)，因此執(zhí)行機構(gòu)的輸出位移 與輸入信號始終成正比關(guān)系。配用電動操作器可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自動 -手動無擾動切換。手動操作時，由操作開關(guān)直接控制電動機電源，使執(zhí) 行機構(gòu)在全行程轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)操作。自動調(diào)節(jié)時，兩相伺服電動機由伺服放

20、 大器供電，輸出軸轉(zhuǎn)角隨輸入信號而變化。主要技術(shù)參數(shù)：*輸入信號：0-10mA DC*出軸有效轉(zhuǎn)角：0-90度* 輸入電阻：200Q ( n )、250 Q (川)*輸入通道：3個隔離通道*電源電壓：AC 220V 50Hz*使用環(huán)境溫度：-10 - +55 C*使用環(huán)境濕度：w 95%圖10 DKJ執(zhí)行器安裝圖圖11 DKJ接線圖1腳接位置發(fā)送器正電；2腳接位置發(fā)送器反負；3-4-5可以連一起做 電機正轉(zhuǎn)接DTL-231 11腳；8 9- 10可以連一起做電機反轉(zhuǎn)接 DTL-231 13腳；13-6腳連一起接交流N; 14 7腳連一起接交流L; 12接地，其 他的不需要接或者內(nèi)部已經(jīng)接好表3

21、 DKJ、DKZ系列電動執(zhí)行器規(guī)格及參數(shù)規(guī)格型號輸出力矩(N.m)每轉(zhuǎn)時間(S)消耗功率(VA)重量(Kg)U型川型ZKJ/DKJ-210ZKJ/DKJ-210010010011031ZKJ/DKJ-310ZKJ/DKJ-310025010014048ZKJ/DKJ-410ZKJ/DKJ-410060010027086ZKJ/DKJ-510ZKJ/DKJ-51001600100490145ZKJ/DKJ-610ZKJ/DKJ-610040001001400255ZKJ/DKJ-710ZKJ/DKJ-710060001001800500432調(diào)節(jié)閥：調(diào)節(jié)機構(gòu)是執(zhí)行器重要部分，在執(zhí)行機構(gòu)的輸出力F

22、（輸出力矩M）和輸出位移作用下，調(diào)節(jié)機構(gòu)閥芯的運動，改變了閥芯和閥座之間的流通截面積， 即改變了調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，使被控介質(zhì)流體的流量發(fā)生相應(yīng)變化。KVGD9113-1型電動雙水冷式超高溫蝶閥概述:取7K冷式超高溫嬋閥丄60單水冷式超高溫蝮閥L al L他圖12 KVGD9113-1P結(jié)構(gòu)示意圖KVGD9113-1型電動雙水冷式超高溫蝶閥系我廠 95年度通過國家科 委鑒定,并榮獲國家級新產(chǎn)品證書，廣泛地應(yīng)用于冶金、化工、建材、電站 等行業(yè)中的超高溫氣體管道中，作為高溫氣體介質(zhì)流量調(diào)節(jié)或切斷裝置， 可與各種執(zhí)行器配套使用組成不同性能設(shè)備。該閥中的閥體采用優(yōu)質(zhì)碳鋼和不銹鋼內(nèi)腔通水冷卻 ，閥板采用雙

23、層優(yōu)質(zhì)耐 熱鋼，內(nèi)腔和軸通水冷卻，并在閥出口處設(shè)有流量開關(guān)報警功能，同時在進 出口設(shè)有二個流量調(diào)節(jié)閥。具有耗水量少、耐溫高、體積小、轉(zhuǎn)動靈活、 使用壽命長、操作維護方便等優(yōu)點。公稱壓力：O.IMPa額定轉(zhuǎn)角：090°普通型泄漏率：w 5%后座型低泄漏：w 1%工作溫度：P9 t w 950°C； P10 t w 1050C； P11t w 1150C； P12 t w 1150C；P13 t w 1350C （瞬間最高溫度：w 1400C）適用介質(zhì)：高溫?zé)煔饣蚱渌瑝m高溫氣體；調(diào)節(jié)型：（KVGD9113a-1配ZKJ型電動執(zhí)行機構(gòu)（或根據(jù)用戶選定執(zhí)行 機構(gòu)）電壓：根據(jù)用戶選

24、定的執(zhí)行機構(gòu)而定 220 （或380） V AC;輸入信號：010 （420） m A DC（用戶自定）；兩位開關(guān)型：（KVGD9113b-1配Z型電動裝置，本閥可水平或垂直安裝，但閥軸應(yīng)處于水平位置安裝4.4操作器：DFD-07型電動操作器是DDZ-H型電動單元組合儀表中的一個輔助單元。適用于由DDZ-H型變送單元、調(diào)節(jié)單元與電動執(zhí)行機構(gòu)所組成的自動調(diào) 節(jié)系統(tǒng)。應(yīng)用DFD-07型電動操作器可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)由“自動到手動（或手動到自動）”工作狀況的無擾動切換。1. 電源電壓：220V5060Hz2. 開關(guān)觸關(guān)額定容量：主回路：L500V 15A3. 信號回路：110V 2A4. 跟蹤電壓：010V DC5. 環(huán)境溫度：045 C6. 相對濕度：w 85%7 .重量：3 kg8.外形尺寸：295x 80X 160 （ mrjn9 .開孔尺寸：75+1X 153+1 （ mm屜位公共點凰琢電壓（中）250V和.放大葉出血敵:大器田Mt»（E>fH% _+用節(jié)器他號（A）©一館號（出）W廠Liii 上限位下限儻©©圖13 DFD-07操作器接線圖5 儀表配接圖及說明:配接圖見附錄，各儀表之間說明如下：UYN 50系列電容物位計有測量和變送物位的功能，輸出010mADC電流信號，其中1, 2腳接測量電極至于鍋