電廠實習(xí)講課PPT

第一部分火電廠參數(shù)測量基礎(chǔ)知識

第二部分火電廠主要過程控制系統(tǒng)簡介

第三部分DCS控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識丁玉棟重慶大學(xué)動力工程學(xué)院實習(xí)培訓(xùn)講義第一部分火電廠參數(shù)測量基礎(chǔ)知識

一、基本概念簡介二、溫度測量三、壓力及差壓的測量四、流量的測量五、物位的測量六、成分分析七、汽輪機(jī)關(guān)鍵機(jī)械量的測量2一、基本概念簡介火電廠中的參數(shù)測量主要是針對熱工參數(shù)的測量，常稱之為熱工測量。是指對熱力過程中熱工參數(shù)的測量，這些熱工參數(shù)不僅包括溫度、壓力、流量、液位、煙氣分析等，還包括汽輪機(jī)的振動幅值測量、偏心度測量、軸位移、缸體膨脹、差脹等位移測量，轉(zhuǎn)速測量及煤的稱量等。用來測量這些參數(shù)的儀表稱為熱工測量儀表，簡稱“熱工儀表”。3熱力生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中熱工測量的地位圖1－1熱力生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)組成框圖4熱力生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中熱工測量的地位1、控制系統(tǒng)的“感覺”環(huán)節(jié)2、提供事故分析、經(jīng)濟(jì)核算和運行改進(jìn)等技術(shù)管理工作所需的原始資料。3、直接關(guān)系到控制質(zhì)量、對勞動條件的改善、設(shè)計壽命的延長和勞動生產(chǎn)率的提高。

5火力發(fā)電廠機(jī)爐系統(tǒng)示意和測點舉例1-26熱工量測及儀表的組成

1、敏感元件：又稱為檢測元件、傳感器或監(jiān)測器等。直接與被測對象聯(lián)系，感受被測量的大小，并能根據(jù)被測量的變化輸出一個相應(yīng)的信號。

2、傳輸與變換部件傳輸敏感元件的輸出信號，根據(jù)顯示裝置的不同要求，除了直接輸出信號外，有的還需對信號進(jìn)行必要的加工處理。如轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號，對信號加以放大、開平方等。3、顯示裝置顯示被測參數(shù)的測量結(jié)果，即被測量的數(shù)值。按顯示方式的不同，可分為三種類型：模擬顯示 數(shù)字顯示 圖形顯示7二、溫度測量1、測溫方法及儀表分類

用物質(zhì)熱膨脹與溫度的關(guān)系：如雙金屬溫度計（固體熱膨脹）；玻璃液體溫度計（液體熱膨脹）；壓力表式溫度計（氣體熱膨脹）。利用金屬或半導(dǎo)體與溫度的關(guān)系：對于鉑、銅等金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體，當(dāng)溫度發(fā)生變化時其電阻也相應(yīng)地發(fā)生變化，利用這一關(guān)系可制成各種電阻溫度計。利用熱電效應(yīng)：兩種不同的金屬導(dǎo)體在兩個端點上相互接觸，當(dāng)其接點溫度不同時，回路內(nèi)就會產(chǎn)生熱電勢，熱電偶溫度計就是利用這一原理制成的。用物體的輻射能與溫度的關(guān)系：如輻射高溫計、光學(xué)高溫計和比色高溫計等各種輻射式溫度計?；痣姀S中應(yīng)用最多的測溫方式是熱電偶測溫和熱電阻測溫。

82、熱電偶測溫

（1）、測溫原理

12t0tAB12ABtt031、熱電極A2、熱電極B3、顯示儀表圖1-3熱電偶作用原理（a）（b）EAB（t，t0）9（2）標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶大量生產(chǎn)和使用，工藝穩(wěn)定，性能符合專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)，同時具有統(tǒng)一分度表的熱電偶。

國際標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶有七種： S分度號（鉑銠10—鉑） B分度號（鉑銠30—鉑銠6） K分度號（鎳鉻—鎳硅） T分度號（銅—銅鎳（康銅）） E分度號（鎳鉻—銅鎳（康銅）） J分度號（鐵一銅鎳（康銅）） R分度號（鉑銠3—鉑）。2、熱電偶測溫

103、常見熱電偶的類型及外觀

（1）普通型熱電偶

（2）凱裝熱電偶

4511（4）熱套式熱電偶

6（3）快速反應(yīng)的薄膜熱電偶

124、熱電阻測溫

（1）測溫原理

是利用電阻與溫度呈一定函數(shù)關(guān)系的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料而制成的溫度傳感器。

12345~220V1、顯示儀表2、連接導(dǎo)線3、引出線云母支架5電阻絲圖1-7熱電阻測溫系統(tǒng)13鉑熱電阻：溫度范圍為－200oC～500oC。銅熱電阻：溫度范圍為－50oC～150oC半導(dǎo)體熱電阻：溫度范圍為－100oC～300oC。（2）、常用熱電阻及外形814熱電阻主要有普通型、薄膜型和凱裝型等結(jié)構(gòu)形式：89薄膜式熱電阻155、熱輻射測溫

利用物體的熱輻射性能來測量溫度的原理可以構(gòu)成一大類測溫方式。這種測溫方法的特點是，測溫儀表不直接與被測介質(zhì)相接觸，因此測溫傳感器不會破壞被測對象的溫度場，也不受被測介質(zhì)的腐蝕和毒化等影響。

輻射式溫度計:單色輻射高溫計、全輻射高溫技計、比色高溫計、紅外光電溫度計等。16三、壓力及差壓的測量

1、彈性式壓力計

圖1－10彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)172、壓力信號的電變送

（1）、電接點壓力表

圖1-11電接點壓力計及其電路示意圖18（2）、霍爾壓力變送器

圖1－12HYD－2型壓力傳感器1-磁鋼，2-霍爾元件，3-彈簧管，4-接頭19（3）、電容式變送器

被測參數(shù)測量電路輸出電流電容感測部分圖1－13電容式變送器的組成原理圖1－14電容式壓力傳感器原理圖

20（4）、力平衡式壓力變送器

圖1－16力平衡式壓力計原理圖1-膜片2-連桿3-電感傳感器銜鐵

4-力發(fā)生器5-電流計

21四、流量的測量

(1)用伯努里方程設(shè)計節(jié)流裝置來測量流量，以節(jié)流裝置輸出流體差壓信號來反映流量的節(jié)流式流量測量方法；(2)通過直接測量流速來得出流量的稱為速度式流量測量法；(3)連續(xù)測量標(biāo)準(zhǔn)小容積的測量流量的方法稱為容積式測量法；(4)以測量流體質(zhì)量為目的的流量測量方法稱為質(zhì)量測量法。

1、常用測量方法222、常用流量計簡介

（1）、節(jié)流變壓降式流量計

圖1-17節(jié)流變壓降流量計原理結(jié)構(gòu)1－圓截面管道；1－節(jié)流件3、差壓計23圖1-1824（2）渦街流量計

圖1-1925五、物位的測量

1、常用測量方法

1）、直讀式物位測量儀表

2）、浮子式物位測量儀表 3）、靜壓式物位測量儀表 4）、電磁式物位測量儀表 5）、超聲波式物位測量儀表 6）、核輻射式物位測量儀表

26圖1－20物位和液位測量示意圖272、電廠汽包水位測量

雙室平衡容器差壓式水位計1-2228六、成分分析

1、煙氣含氧量分析

2、含鹽量分析29大型汽輪機(jī)是火力發(fā)電廠最重要的設(shè)備之一，任何因故障而釀成的事故都會造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，為了確保汽輪發(fā)電機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運行，在機(jī)組上裝設(shè)了各種安全監(jiān)視和保護(hù)裝置，對各種重要熱工參數(shù)、振動和位移機(jī)械量等進(jìn)行監(jiān)視和控制。

七、汽輪機(jī)關(guān)鍵機(jī)械量的測量

目前，汽輪機(jī)熱工監(jiān)視和保護(hù)的項目有：(1)凝汽器真空低保護(hù)；(2)潤滑油壓低保護(hù)；(3)轉(zhuǎn)速監(jiān)視與超速保護(hù)；(4)轉(zhuǎn)子軸向位移監(jiān)視與保護(hù)；(5)高壓加熱器水位監(jiān)視與保護(hù)；(6)轉(zhuǎn)子與汽缸的相對脹差監(jiān)視；(7)汽缸熱膨脹監(jiān)視；(8)汽輪機(jī)振動監(jiān)視；(9)大軸彎曲(偏心度)監(jiān)視；(10)油箱油位監(jiān)視；(11)軸承溫度與潤滑油溫度監(jiān)視(12)推力瓦溫度監(jiān)視；(13)汽缸應(yīng)力監(jiān)視；(14)汽輪機(jī)各部件溫差監(jiān)視。其中汽輪機(jī)軸系監(jiān)視保護(hù)項目主要包括汽輪機(jī)振動的監(jiān)測，轉(zhuǎn)子軸向位移監(jiān)測，轉(zhuǎn)速監(jiān)測，缸脹及脹差監(jiān)測，偏心監(jiān)測等。

30電渦流傳感器電渦流檢測技術(shù)是一種非接觸式測量技術(shù)。由于電渦流傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高、測量線性范圍大，不受油污介質(zhì)的影響，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，所以在各個工業(yè)部門得到廣泛應(yīng)用。火電廠汽輪機(jī)的軸向位移、振動、主軸偏心度的測量已廣泛采用電渦流傳感器，此外還可用來探測金屬材料表面的缺陷和裂紋。電渦流傳感器是通過傳感器端部線圈與被測物體(導(dǎo)電體)間的間隙變化來測量物體的振動和靜位移的。31速度傳感器速度傳感器適用于測量軸承座、機(jī)殼及基礎(chǔ)的一般頻帶內(nèi)的振動速度和振動位移，速度傳感器的輸出電壓與振動速度成正比。32機(jī)殼膨脹傳感器

機(jī)殼膨脹是汽輪機(jī)監(jiān)測儀表(TSI)的一個重要測量參數(shù)。機(jī)殼膨脹(有時稱構(gòu)架膨脹)，是指在機(jī)組起動或正常運轉(zhuǎn)時汽機(jī)膨脹造成的汽缸熱膨脹，典型的情況下，傳感器安裝在絕對死點的相對端基礎(chǔ)上，在這個相對端，汽輪機(jī)汽缸壓在基礎(chǔ)上，機(jī)殼膨脹傳感器系統(tǒng)提供的是汽缸相對于基礎(chǔ)的熱膨脹。本特利公司的機(jī)殼膨脹傳感系統(tǒng)使用一個線性變量差值互感器(LVDT)來測量機(jī)器殼體的熱膨脹。在LVDT上有一個與機(jī)器相連的探測棒，當(dāng)機(jī)殼膨脹時。這個探測棒進(jìn)入LVDT，在LVDT中產(chǎn)生一個與機(jī)殼膨脹值成比例的輸出，這個信號隨后轉(zhuǎn)化成電壓信號輸入到監(jiān)測器中。

33汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速測量通常采用測頻的方法測量汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，就是利用轉(zhuǎn)速傳感器將汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為頻率信號，再用頻率表進(jìn)行測量。在汽輪機(jī)的軸上裝一個有齒的測量盤，測速探頭安裝在測量盤的直徑方向上，當(dāng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)時，測量盤上的凸齒使測速探頭輸出脈沖序列，脈沖出現(xiàn)的頻率與軸的轉(zhuǎn)速成正比。探頭的輸出頻率可以用數(shù)字式頻率表進(jìn)行測量，測得的結(jié)果經(jīng)轉(zhuǎn)換即可得出軸的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速的具體測量方法有很多，常用的有離心式、磁阻式、測速發(fā)電機(jī)式、磁敏式、電渦流式等。

34第二部分火電廠主要過程控制系統(tǒng)簡介一、鍋爐的自動控制簡介二、汽輪機(jī)的自動控制簡介35 火電廠生產(chǎn)過程的自動控制主要是對鍋爐、汽輪機(jī)及其輔助設(shè)備運行的自動控制，控制的目的是使機(jī)組自動適應(yīng)工況的變化而且保持在安全、經(jīng)濟(jì)的條件下運行。 生產(chǎn)過程自動控制的直接目標(biāo)往往是把表征生產(chǎn)過程是否正常進(jìn)行的一些物理量和化學(xué)量，如蒸汽壓力、溫度、爐膛負(fù)壓、鍋筒水位、蒸汽流量和煙氣中的含氧量等盡可能地等于所希望的數(shù)值。 通常把生產(chǎn)過程中熱工參數(shù)（如溫度、壓力、流量、液位、化學(xué)成分等）的控制稱為熱工過程控制。電廠生產(chǎn)過程中另一類控制是對生產(chǎn)設(shè)備的起動和停機(jī)的自動控制，例如鍋爐、汽輪機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)等在起動和停機(jī)時要按照運行要求，以規(guī)定的條件和程序進(jìn)行一系列自動操作，這類控制稱為順序控制。順序控制也是火電廠生產(chǎn)過程自動控制的重要組成部分。36一、鍋爐的自動控制

鍋爐自動控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)組的負(fù)荷要求，向汽輪機(jī)供給足夠的、在規(guī)定壓力和溫度范圍內(nèi)的蒸汽，同時保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運行。

鍋筒鍋爐由燃燒率調(diào)節(jié)負(fù)荷，實現(xiàn)燃料熱量與蒸汽熱量之間的能量平衡；由給水流量調(diào)節(jié)鍋筒水位，實現(xiàn)給水流量與蒸汽流量的質(zhì)量平衡；過熱蒸汽溫度一般采用噴水進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此可以將鍋筒鍋爐的自動控制分為給水控制系統(tǒng)、汽溫控制系統(tǒng)以及燃燒控制系統(tǒng)。

371、鍋爐給水自動控制系統(tǒng)

任務(wù)：是使給水量適應(yīng)于鍋爐的蒸發(fā)量，并維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)。給水全程控制：即在鍋爐起動時就投入給水自動38給水流量的節(jié)流調(diào)節(jié)方式：以往中小型火電機(jī)組鍋爐給水泵均采用定速泵，通過改變給水調(diào)節(jié)閥的開度來控制給水流量。a)b)a)節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖b)節(jié)流調(diào)節(jié)原理圖圖2-l給水流量的節(jié)流調(diào)節(jié)a)b)a)節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖b)節(jié)流調(diào)節(jié)原理圖圖2-l給水流量的節(jié)流調(diào)節(jié)39大型火電機(jī)組廣泛采用變速泵，即通過改變水泵的轉(zhuǎn)速控制給水流量a）水泵變速調(diào)節(jié)示意圖b）水泵變速調(diào)節(jié)原理圖圖2-2給水流量的水泵變速調(diào)節(jié)40圖2-3大容量火電機(jī)組給水系統(tǒng)圖圖2-4變速水泵的壓力一流量特性及安全工作區(qū)

412、鍋爐蒸汽溫度自動控制系統(tǒng)

（1）、過熱汽溫自動控制系統(tǒng)

任務(wù):維持過熱器出口汽溫即主汽溫度在允許的范圍內(nèi)，并對過熱器實現(xiàn)保護(hù)，使管壁金屬溫度不超過允許的工作范圍。目前廣泛采用噴水減溫作為控制汽溫的手段

圖2-5采用一級減溫的對象結(jié)構(gòu)示意圖42采用噴水減溫的串級汽溫控制系統(tǒng)方案

圖2-6噴水減溫串級控制方案43(2)、再熱汽溫控制系統(tǒng)

再熱汽溫的控制一般以煙氣控制方式為主，可采用的煙氣控制方法有：控制煙氣擋板的位置、采用煙氣再循環(huán)，也可通過改變擺動燃燒器的傾角來控制再熱汽溫。圖2-7改變煙氣擋板位置調(diào)節(jié)再熱汽溫44典型的再熱汽溫控制系統(tǒng)原理框圖

圖2-8煙氣擋板再熱汽溫控制系統(tǒng)原理圖453、鍋爐燃燒自動控制系統(tǒng)

目的：控制燃料燃燒過程，使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)外界對鍋爐輸出的蒸汽負(fù)荷的需求，同時保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運行。鍋爐燃燒過程自動控制主要包括三項控制內(nèi)容：（1）控制燃料量（2）控制送風(fēng)量（3）控制引風(fēng)量。相應(yīng)地，即由燃料量控制系統(tǒng)、送風(fēng)量控制系統(tǒng)、引風(fēng)量控制系統(tǒng)來實現(xiàn)上述三項控制。三者之間存在著密切的相互關(guān)聯(lián)，要控制好燃燒過程，必須使燃料量、送風(fēng)量及引風(fēng)量三者協(xié)調(diào)變化；鍋爐正常運行時，燃料量、總風(fēng)量兩者必須成適當(dāng)比例。46(1)、燃料量控制系統(tǒng)燃料量控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)組負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)輸出的或由運行人員手動給定的燃燒率指令來控制燃料量。

47任務(wù):是使送風(fēng)量與燃料量有合適的比例，實現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)燃燒。 大型鍋爐一般配有兩臺軸流式送風(fēng)機(jī)，送風(fēng)量是通過送風(fēng)機(jī)的動葉來調(diào)整的?？傦L(fēng)量指令由從負(fù)荷控制部分送來的燃燒率指令按照風(fēng)／煤比例關(guān)系確定 由兩臺送風(fēng)機(jī)送出的風(fēng)量被送入二次風(fēng)箱，再由二次風(fēng)箱進(jìn)入爐膛，幫助進(jìn)入爐膛的燃料燃燒。一般來說，每一層二次風(fēng)的風(fēng)量都有二次風(fēng)擋板來調(diào)節(jié)（有些鍋爐沒有二次風(fēng)擋板）；二次風(fēng)擋板又分輔助風(fēng)擋板、助燃風(fēng)擋板、油槍風(fēng)等。輔助風(fēng)擋板控制系統(tǒng)的被控參數(shù)是二次風(fēng)箱壓力與爐膛壓力的差值；助燃風(fēng)擋板是根據(jù)相應(yīng)層的煤量（給煤機(jī)轉(zhuǎn)速或給粉機(jī)轉(zhuǎn)速）來控制的，以便使該層的燃料燃燒工況最佳；油槍風(fēng)擋板根據(jù)對應(yīng)層的燃油量來控制（2）、送風(fēng)量控制系統(tǒng)48（3）引風(fēng)量控制系統(tǒng)

引風(fēng)量控制系統(tǒng)的任務(wù)是通過控制引風(fēng)量將爐膛負(fù)壓控制在設(shè)定值附近，所以該系統(tǒng)又被稱為爐膛壓力控制系統(tǒng)。引風(fēng)量通過引風(fēng)機(jī)的入口擋板(離心式)或動葉(輪流式)來控制。

49二、汽輪機(jī)的自動控制

汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要作用是使機(jī)組的被調(diào)量（轉(zhuǎn)速、壓力等）按一定的規(guī)律變化以適應(yīng)運行的要求。例如。電站用凝汽式汽輪機(jī)就是取汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速變化作為信號。經(jīng)過放大。最后控制調(diào)節(jié)閥的開度，改變進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量，以適應(yīng)外界負(fù)荷或蒸汽狀態(tài)的變化。使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速基本保持一定。

圖2-10凝汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)n—轉(zhuǎn)速x—調(diào)速器滑環(huán)行程s—錯油門行程m—油動機(jī)行程502、數(shù)字式電液控制系統(tǒng)簡介

5152圖1-13系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖DI-開關(guān)量輸入模件；DO-開關(guān)量輸出模件；AI-模擬量輸入模件AO-模擬量輸出模件；VPC-閥門控制模件；SDP-轉(zhuǎn)速測量與保護(hù)模件；EMU-專用仿真模件LPC-ETS（危機(jī)跳閘系統(tǒng)EmergencyTripSystem）處理模件VDP、SKP-TSI（汽輪機(jī)監(jiān)測儀表系統(tǒng)）處理模件DEH系統(tǒng)的操作與顯示，數(shù)據(jù)、曲線的記錄等均由連接在高速數(shù)據(jù)公路上的工程師站、操作員站完成。采用雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，I/O總線采用10MB/S冗余工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)通訊采用100MB/S冗余工業(yè)以太網(wǎng)，大大提高了DEH系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量；DPU為DEH控制系統(tǒng)的主機(jī)部分，采用Pentium400處理器，運行在實時控制系統(tǒng)之下。汽輪機(jī)的控制軟件都裝在DPU內(nèi)，DPU通過冗余I/O總線，實現(xiàn)對下位機(jī)的通訊及控制。同時通過網(wǎng)絡(luò)接口模件實現(xiàn)DPU聯(lián)網(wǎng)。軟件的修改在工程師站上完成，組態(tài)完畢后裝載至DPU內(nèi)，修改可以在線修改或離線修改。汽輪機(jī)由兩套冗余的DPU控制，互為熱備用。53通常DEH配置包括控制柜、工程師站、操作員站及手操盤。DEH控制柜有一個基本控制柜，包括一對控制DPU，一個閥門控制站，一個超速保護(hù)站及幾個I/O采集站?？刂茩C(jī)柜內(nèi)包括冗余處理單元DPU，I/O控制模件、交流電源配電箱、冗余直流電源以及相互之間的連接預(yù)制電纜等。一個端子柜用于安裝端子板(或稱為端子模件)?，F(xiàn)場信號接到端子板的端子，通過各種端子模件，完成將各種現(xiàn)場信號轉(zhuǎn)換為I/O模件可以接受的標(biāo)準(zhǔn)信號，同時完成I/O模件送來的指令信號的處理工作，包括給變送器供電、電流/電壓轉(zhuǎn)換等。處理完畢的信號經(jīng)過內(nèi)部電纜接到相應(yīng)的I/O卡

54人機(jī)接口是操作人員或系統(tǒng)工程師與DEH系統(tǒng)的人機(jī)界面。操作員通過操作員站對DEH進(jìn)行操作，給出汽輪機(jī)的運行方式及控制目標(biāo)值，或者進(jìn)行各種試驗，進(jìn)行回路投切等。由于DEH的重要性，一般均配一個硬件手操盤，以便在DEH故障時可通過手操盤操作，維持機(jī)組運行。系統(tǒng)工程師通過工程師站對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)及控制策略組態(tài)。

55各種DEH的主要控制回路基本相同。閥門控制站的配置與系統(tǒng)所配的調(diào)節(jié)型油動機(jī)相適應(yīng)。即一個油動機(jī)對應(yīng)