熱電廠鍋爐蒸汽壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)論文

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)過程控制課程設(shè)計(jì)論文題目：熱電廠鍋爐蒸汽壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：張春霞學(xué)號(hào)：0867112218專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器班級(jí)：測(cè)控08-2班指導(dǎo)教師：李忠虎 教授2011年8月30日熱電廠鍋爐蒸汽壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)以包鋼熱電廠的鍋爐蒸汽壓力控制部分為研究對(duì)象，應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。熱電廠的三大主機(jī)包括：鍋爐、汽輪機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)。熱電廠鍋爐主要任務(wù)是加熱蒸汽，蒸汽可直接進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)或者進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電。蒸汽壓力是衡量鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量是否平衡的重要指標(biāo)，是蒸汽的重要工藝參數(shù)。蒸汽壓力過低或過高，對(duì)于金屬導(dǎo)管和負(fù)荷設(shè)備都是不利的。壓力過高，會(huì)導(dǎo)致鍋爐受

2、損；壓力過低，就不可能提供給負(fù)荷設(shè)備負(fù)荷質(zhì)量的蒸汽；因此，控制蒸汽壓力是安全生產(chǎn)的需要，也是保證燃燒經(jīng)濟(jì)性的需要。關(guān)鍵詞：熱電廠；鍋爐；蒸汽壓力；控制系統(tǒng)目錄摘要i關(guān)鍵詞i引言1第一章工藝流程介紹21.1熱電廠的工藝流程21.1.1化學(xué)水處理工序21.1.2輸煤工序21.1.3 鍋爐工序21.1.4 汽機(jī)工序31.2鍋爐的工藝流程3第二章 控制方案整體設(shè)計(jì)思路52.1鍋爐汽包水位控制52.2 蒸汽過熱系統(tǒng)的控制52.3 鍋爐燃燒過程的控制6第三章 蒸汽壓力控制方案的設(shè)計(jì)過程73.1 蒸汽壓力調(diào)節(jié)對(duì)象的特性73.2 控制系統(tǒng)的選擇83.3系統(tǒng)儀表選型83.3.1壓力傳感器的選擇83.3.2流量計(jì)

3、的選型103.3.3控制器的選擇113.3.4控制閥的選擇123.3.5主副調(diào)節(jié)器正反作用的選擇123.3.6主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇133.4控制系統(tǒng)的工作原理13第四章 總結(jié)15附錄16參考文獻(xiàn)17 引言電力工業(yè)是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供能源的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的公用事業(yè)。我國(guó)電力工業(yè)已經(jīng)走過121年的發(fā)展歷程，與世界各國(guó)一樣，電力在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步中越來越成為不可缺少的物質(zhì)資料和生活資料，電氣化程度成為一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。正常運(yùn)行的生產(chǎn)設(shè)備必須保證產(chǎn)品滿足一定的數(shù)量和質(zhì)量的要求，同時(shí)也要保證設(shè)備的安全性與經(jīng)濟(jì)性。在生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，自動(dòng)控制起著越來越重要

4、的作用。自動(dòng)控制通常包括自動(dòng)調(diào)節(jié)和順序控制兩方面內(nèi)容。熱電廠鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng)主要包括對(duì)鍋爐的汽包水位、燃燒系統(tǒng)、母管壓力等回路的控制，鍋爐參數(shù)的檢測(cè)與控制尤為重要，選擇一個(gè)好的控制方案對(duì)鍋爐進(jìn)行控制是對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)非常好的保證。因此我們可以清楚的了解到，要想實(shí)現(xiàn)預(yù)期的生產(chǎn)目的，鍋爐的嚴(yán)格控制是十分必要的。從鍋爐生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看，燃料量和風(fēng)量調(diào)整的基本原則是根據(jù)鍋爐負(fù)荷的變化來增減燃料，同時(shí)通過送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的調(diào)整維持合理的空燃比，即保持合理的空氣過量系數(shù)。使燃料量和風(fēng)量的增減密切配合，當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，應(yīng)先增加風(fēng)量，再增加燃料量。減負(fù)荷時(shí)，先減少燃料量，再減少風(fēng)量，并要緩慢平穩(wěn)操作。第一章

5、工藝流程介紹1.1熱電廠的工藝流程熱電廠主要的設(shè)備包括：發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、鍋爐及制粉設(shè)備、除鹽水設(shè)備等。原煤經(jīng)過制粉系統(tǒng)將大塊的煤轉(zhuǎn)換成可供鍋爐燃燒的煤粉，生水經(jīng)過水處理系統(tǒng)再經(jīng)過除鹽處理而除去水質(zhì)里的鈣、鎂、鈉等鹽分子，然后通入鍋爐，鍋爐里的煤粉和通入的熱空氣經(jīng)過一定比例的混合后燃燒，放出的熱量將水加熱成為具有一定壓力和溫度的過熱蒸汽，過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做工， 使得汽輪機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，發(fā)電機(jī)將汽輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。這些電壓不變的電力在主變壓器的作用下變成一定電壓的電量，經(jīng)過高壓遠(yuǎn)程輸電送入各個(gè)電網(wǎng)輸送到全國(guó)各地。熱電廠的生產(chǎn)過程實(shí)質(zhì)上是將一次能源(燃料的化學(xué)能)轉(zhuǎn)

6、化為二次能源（電能）的能量轉(zhuǎn)化過程。分為三個(gè)階段：第一階段是在鍋爐中燃燒的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為蒸汽的熱能；第二階段是蒸汽的熱能通過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；第三階段是機(jī)械能通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。熱電廠是聯(lián)合生產(chǎn)電能和熱能的發(fā)電廠。熱電廠供熱系統(tǒng)是利用汽輪機(jī)同時(shí)生產(chǎn)電能和熱能的熱電系數(shù)作為熱源。以熱電廠作為熱源不僅熱能利用效率高，同時(shí)有利于環(huán)保。以熱電廠作為熱源的供熱系統(tǒng)稱為熱電廠集中供熱系統(tǒng)。1.1.1化學(xué)水處理工序熱電廠化學(xué)水處理和化學(xué)實(shí)驗(yàn)需使用的去離子水基本屬于同一原理，就是使用不同工效的吸附物質(zhì)去掉一次水中需過濾的物質(zhì)，將原水轉(zhuǎn)化成供給鍋爐品質(zhì)合格的除鹽水，減輕機(jī)。爐熱力設(shè)備的腐蝕結(jié)垢，確保長(zhǎng)周期安全

7、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行熱電化水車間有多套陰陽床，采用黃河水作為水源，經(jīng)過過濾器、陰陽床除去水中的懸浮物。鈣、鎂、鈉等陽離子，氯根、碳酸根、硫酸根等陰離子，出水即為一級(jí)除鹽水。1.1.2輸煤工序主要分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，卸煤和上煤，通過自動(dòng)卸煤機(jī)把車皮上的煤直接卸到料倉(cāng)，經(jīng)過粗破和細(xì)破，再由稱重給煤機(jī)送進(jìn)鍋爐。1.1.3 鍋爐工序熱電廠鍋爐主要任務(wù)是加熱蒸汽，循環(huán)流化床鍋爐的工藝過程就是煤炭燃燒后的熱量加熱循環(huán)水，產(chǎn)生蒸汽，在一定壓力下，形成過熱蒸汽，蒸汽可直接進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)或者進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電。1.1.4 汽機(jī)工序主要設(shè)備有汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，完成供熱、發(fā)電、供暖三項(xiàng)任務(wù)。供熱的原理是將鍋爐產(chǎn)汽按用戶需要，通過汽輪機(jī)抽汽、

8、減溫減壓器等設(shè)備向用戶提供所需參數(shù)的蒸汽；發(fā)電的原理是利用鍋爐產(chǎn)汽，通過汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；供暖的原理是通過機(jī)組低真空運(yùn)行，利用機(jī)組排汽余熱作為熱源將供暖循環(huán)水加熱。熱電廠生產(chǎn)工藝如圖1-1所示。圖1-1 熱電廠生產(chǎn)工藝1.2鍋爐的工藝流程 鍋爐是石油化工、發(fā)電等工業(yè)過程中必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可作為驅(qū)動(dòng)透平的動(dòng)力源，又可作為精餾、干燥、反應(yīng)、加熱等過程的熱源。就熱電廠而言，鍋爐產(chǎn)生的合格蒸汽用來推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再由汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，送給用戶。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，作為動(dòng)力和熱源的鍋爐，也向著大容量、高參數(shù)、高效率方向發(fā)展。

9、 鍋爐設(shè)備根據(jù)用途、燃料性質(zhì)、壓力高低等有多種類型和稱呼，工藝流程多種多樣，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)是由給水泵、給水控制閥、省煤器、汽包及循環(huán)管等組成。燃料與熱空氣按一定比例送入鍋爐燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽，然后經(jīng)過熱氣，形成一定氣溫的過熱蒸汽，再匯集到蒸汽母管。一定壓力的過熱蒸汽，經(jīng)負(fù)荷設(shè)備控制，供給負(fù)荷設(shè)備用。與此同時(shí)，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，還經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙倉(cāng)，排入大氣。鍋爐設(shè)備主要工藝流程如圖1-2。圖1-2 鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖第二章 控制方案整體設(shè)計(jì)思路鍋爐設(shè)備的控制任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的需要

10、，供應(yīng)一定壓力或溫度的蒸汽，同時(shí)要使鍋爐在安全、經(jīng)濟(jì)的條件下運(yùn)行。按照這些控制要求，鍋爐設(shè)備將有如下主要的控制系統(tǒng)：鍋爐汽包水位控制、過熱蒸汽系統(tǒng)的控制、鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制。2.1鍋爐汽包水位控制 汽包鍋爐給水自動(dòng)控制的任務(wù)是使鍋爐的給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)。 汽包水位是鍋爐運(yùn)行中一個(gè)重要的監(jiān)控參數(shù)。它間接反映了鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水量之間的平衡關(guān)系。汽包水位過高，會(huì)影響汽包內(nèi)的汽水分離，飽和水蒸氣將會(huì)帶水過多，導(dǎo)致過熱器管壁結(jié)垢并損壞，使過熱蒸汽的溫度嚴(yán)重下降。如以此過熱蒸汽帶動(dòng)汽輪機(jī)，則將因蒸汽帶液損壞汽輪機(jī)的葉片，造成運(yùn)行的安全事故。然而，水位過低，則因汽包內(nèi)的水

11、量過少，而負(fù)荷很大，加快水的汽化速度，使汽包內(nèi)的水量變化速度很快，若不及時(shí)加以控制，將有可能使汽包內(nèi)的水全部汽化；尤其是大型鍋爐，水在汽包內(nèi)的停留時(shí)間極短，從而導(dǎo)致水冷壁燒壞，甚至引起爆炸。鍋爐汽包水位控制被控變量是汽包水位，操縱變量是給水流量。它主要是保持汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，維持汽包水位在工藝要求的范圍內(nèi)，這是保證鍋爐、汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件，是鍋爐正常運(yùn)行的重要指標(biāo)。2.2 蒸汽過熱系統(tǒng)的控制蒸汽過熱系統(tǒng)包括一級(jí)過熱器、減溫器、二級(jí)過熱器。過熱蒸汽溫度自動(dòng)控制的任務(wù)是維持過熱器出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，并且保護(hù)過熱器，使管壁溫度不超過允許的工作溫度。過熱蒸汽溫度

12、過高或過低，對(duì)鍋爐運(yùn)行及蒸汽用戶設(shè)備都是不利的。過熱蒸汽溫度過高，過熱器容易損壞，汽輪機(jī)也因內(nèi)部過度的熱膨脹而嚴(yán)重影響安全運(yùn)行，因而過熱氣溫的上限一般不應(yīng)超過額定值5；過熱蒸汽溫度過低，一方面使設(shè)備的效率降低，同時(shí)使汽輪機(jī)后幾級(jí)的蒸汽濕度增加，引起葉片磨損，因而過熱氣溫的下限一般不低于額定值10。所以必須把過熱器出口蒸汽的溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)。過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)被控變量為過熱蒸汽溫度，常采用減溫水流量作為操縱變量，但由于控制通道的時(shí)間常數(shù)及純滯后均較大，組成單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)的要求，因此，常采用串級(jí)控制系統(tǒng)，以減溫器出口溫度為副參數(shù)，可以提高對(duì)過熱蒸汽溫度的控制質(zhì)量。過熱蒸汽溫度

13、控制有時(shí)還采用雙沖量控制系統(tǒng)，這種方案實(shí)質(zhì)上是串級(jí)控制系統(tǒng)的變形，把減溫器出口溫度經(jīng)微分器作為一個(gè)沖量，其作用和串級(jí)的副參數(shù)相似。2.3 鍋爐燃燒過程的控制燃燒過程的實(shí)質(zhì)就是將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麩崮艿哪芰啃蝿?shì)轉(zhuǎn)換過程。燃燒控制過程的根本任務(wù)就是及時(shí)響應(yīng)主控系統(tǒng)的輸出指令，使燃料所提供的熱量適應(yīng)蒸汽符合的需要，同時(shí)還要保證鍋爐燃燒的安全性和經(jīng)濟(jì)性。其中鍋爐燃燒的過程控制基本要求有三個(gè)：（1）必須保證出口的蒸汽壓力穩(wěn)定，并能按負(fù)荷要求自動(dòng)增減燃料量；（2）燃燒狀況良好，供氣適宜。既要防止由于空氣不足使煙倉(cāng)冒黑煙，也不要因空氣過量而增加熱量損失；（3）鍋爐要安全運(yùn)行。保持爐膛具有一定的負(fù)壓，如果負(fù)

14、壓太小，或?yàn)檎?，造成爐膛內(nèi)熱煙氣往外冒，影響設(shè)備和工作人員的安全；負(fù)壓太大，導(dǎo)致大量冷空氣漏進(jìn)爐內(nèi)，從而增加熱量損失。此外，還需防止燃燒嘴背壓（對(duì)于氣相燃料）太高時(shí)脫火，燃燒嘴背壓（氣相燃料）太低時(shí)回火的危險(xiǎn)。第三章 蒸汽壓力控制方案的設(shè)計(jì)過程鍋爐燃燒控制系統(tǒng)主要包括燃料控制系統(tǒng)、風(fēng)量(送風(fēng))控制系統(tǒng)、爐膛壓力(引風(fēng))控制系統(tǒng)、磨煤機(jī)控制系統(tǒng)等幾個(gè)子控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)組主控制器發(fā)出的鍋爐燃燒指令來協(xié)調(diào)燃料、送風(fēng)量和引風(fēng)量，在保證鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)燃燒的前提下，是燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)鍋爐蒸汽負(fù)荷的需要。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷發(fā)生改變時(shí),需要進(jìn)行鍋爐燃燒調(diào)整。燃料種類、制粉系統(tǒng)、燃燒設(shè)備以及鍋

15、爐的運(yùn)行方式?jīng)Q定了每臺(tái)鍋爐燃燒過程的控制任務(wù)及策略。蒸汽壓力控制系統(tǒng)將燃料量作為調(diào)節(jié)量 ,將主蒸汽壓力作為被調(diào)量,使鍋爐燃燒所產(chǎn)生的蒸汽量滿足外部負(fù)荷要求 ,維持主蒸汽壓力穩(wěn)定。在蒸汽壓力控制系統(tǒng)中，燃料量影響主蒸汽壓力、送風(fēng)量、引風(fēng)量、蒸汽蒸發(fā)量及主蒸汽溫度等參數(shù)。當(dāng)單元機(jī)組采用鍋爐跟蹤汽輪機(jī)負(fù)荷控制方式時(shí),汽輪機(jī)通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷,鍋爐通過燃料量調(diào)節(jié)主蒸汽壓力。對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐的燃料量調(diào)節(jié) ,由于其過程緩慢、給煤機(jī)給煤量與控制電流呈非線性、對(duì)象特性隨負(fù)荷發(fā)生變化以及機(jī)組運(yùn)行時(shí)情況復(fù)雜多變(如原煤的物理狀況變化)等原因 ,使得對(duì)象特性存在不確定性。3.1 蒸汽壓力調(diào)節(jié)對(duì)象的特性在主

16、蒸汽負(fù)荷變化時(shí)，在鍋爐燃料量(b)發(fā)生b的階躍擾動(dòng)下，此時(shí)汽壓的過渡過程曲線如圖3-1所示。圖3-1燃料量擾動(dòng)下的汽壓曲線圖可見，在燃料量擾動(dòng)下，汽壓被控對(duì)象有一定延遲時(shí)間，隨著鍋爐蒸發(fā)量增加，主蒸汽壓力 p 逐漸增加，由于汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度不變，而使汽輪機(jī)進(jìn)汽量逐漸增加，于是自發(fā)地限制了汽壓的進(jìn)一步升高。最后當(dāng)汽輪機(jī)進(jìn)汽量與鍋爐蒸發(fā)量相平衡時(shí)，汽壓維持在一個(gè)新的平衡值。故汽壓被控對(duì)象是一個(gè)有自平衡能力的對(duì)象。鍋爐燃料量(b)發(fā)生b的階躍擾動(dòng)時(shí)，輸出主蒸汽壓力是帶滯后的一階慣性環(huán)節(jié)如式（3-1）所示，為： （3-1）式中 m延遲時(shí)間； tb慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)。3.2 控制系統(tǒng)的選擇以鍋爐蒸汽壓力

17、為主被控量、燃料流量和空氣流量并列為副被控變量的串級(jí)控制系統(tǒng)如圖3-2所示，其中，兩個(gè)并列的副環(huán)具有邏輯比值功能。使該控制系統(tǒng)在穩(wěn)定工作的情況下保證空氣和燃料的最佳比值，也能在動(dòng)態(tài)過程中盡量維持空氣、燃料在最佳比值附近。圖3-2系統(tǒng)方塊圖3.3系統(tǒng)儀表選型3.3.1壓力傳感器的選擇由于所選測(cè)量?jī)x表是為了測(cè)的鍋爐汽包管道壓力，其測(cè)量環(huán)境具有高溫高壓，所以選型應(yīng)綜合考慮這兩點(diǎn)。經(jīng)查閱資料選擇pt124高溫氣體壓力傳感器，其特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)如下：特點(diǎn)：鋼性桿和軟管隔離，膜片隔離機(jī)構(gòu)，介質(zhì)溫度在450以下，具有良好的穩(wěn)定性和精度；應(yīng)用于橡膠、塑料、化纖滌綸錦綸、聚酯、蒸汽等機(jī)械設(shè)備的高溫流體、熔體、氣體

18、介質(zhì)的壓力測(cè)量和控制領(lǐng)域。具有準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、輸出信號(hào)大、動(dòng)態(tài)性佳、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 主要技術(shù)參數(shù)： 量 程 ：0300綜合精度 ：0.25%fs、0.5%fs、1.0%fs 輸出信號(hào) ：2.0mv/v、2.5mv/v、3.33mv/v、420ma、05v、15v、010v 供電電壓 ：傳感器：10vdc（612vdc） 變送器：24vdc（936v）注：變送器輸出為010v時(shí)，供電電壓為1536v 校準(zhǔn)信號(hào)：80%fs振動(dòng)影響：在機(jī)械振動(dòng)頻率20hz1000hz內(nèi)，輸出變化小于0.1%fs 介質(zhì)溫度 :0200400 環(huán)境溫度 :常溫 零點(diǎn)溫度漂移：0.05%fs量程溫度漂移：0.05%

19、fs絕緣電阻 :大于2000m （100vdc） 負(fù)載電阻 :電流輸出型：最大800；電壓輸出型：大于50k 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 0.1%fs/年 信號(hào)引出接口：五芯接插件 接口螺紋：1/2-20unf、m141.5、m201.5、m221.5等，其它螺紋可依據(jù)客戶要求設(shè)計(jì) 選型舉例 pt124-35m-03-0.5-1/2-6/18 選型注解 “pt124”:產(chǎn)品型號(hào)； “35m”：量程035mpa；“03”：輸出信號(hào)為3.33mv/v；“0.5”：傳感器精度等級(jí)是0.5%fs； “1/2”：接口螺紋為1/2-20unf； “6/18”：直桿長(zhǎng)度為6(152mm),軟管長(zhǎng)度為18(460mm)圖3-

20、3為pt124高溫氣體壓力傳感器。圖3-3 pt124高溫氣體壓力傳感器3.3.2流量計(jì)的選型流量計(jì)選型是指按照生產(chǎn)要求，從儀表產(chǎn)品的實(shí)際供應(yīng)情況出發(fā)，綜合考慮測(cè)量的安全、準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)性，并根據(jù)被測(cè)流體的性質(zhì)及流動(dòng)情況確定流量取樣裝置的方式和測(cè)量?jī)x表的形式和規(guī)格。流量測(cè)量的安全可靠，首先是測(cè)量方式可靠，即取樣裝置在運(yùn)行中不會(huì)發(fā)生機(jī)械強(qiáng)度或電氣回路故障而引起事故；二是測(cè)量?jī)x表無論在正常生產(chǎn)或故障情況下都不致影響生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。例如，對(duì)發(fā)電廠高溫高壓主蒸汽流量的測(cè)量，其安裝于管道中的一次測(cè)量元件必須牢固，以確保在高速氣流沖刷下不發(fā)生機(jī)構(gòu)損壞。因此，一般都優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，而不選用懸臂梁式雙重喇叭

21、管或插入式流量計(jì)等非標(biāo)準(zhǔn)測(cè)速裝置，以及結(jié)構(gòu)低強(qiáng)度低的靶式、渦輪流量計(jì)等。燃油電廠和有可燃性氣體的場(chǎng)合，應(yīng)選防爆儀表。系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)孔板式流量計(jì)，其節(jié)流元件為標(biāo)準(zhǔn)孔板。依據(jù)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、適應(yīng)能力強(qiáng)、幾乎能測(cè)量各種情況下的流量。圖3-4為標(biāo)準(zhǔn)孔板式流量計(jì)。圖3-4標(biāo)準(zhǔn)孔板式流量計(jì)3.3.3控制器的選擇控制器（或稱調(diào)節(jié)器）將來自變送器的測(cè)量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例、積分、微分（pid）運(yùn)算，并輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、液位及其他工藝變量的自動(dòng)控制。要使調(diào)節(jié)過程平穩(wěn)準(zhǔn)確，必須使用輸出值能連續(xù)變化的調(diào)節(jié)器。本設(shè)計(jì)采用模擬控制器：電動(dòng)單元組合儀表

22、ddz-型調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器采用了安全防爆措施，該調(diào)節(jié)器有兩種：全刻度指示調(diào)節(jié)器和偏差指示調(diào)節(jié)器，它們的結(jié)構(gòu)和線路相同，僅指示電路有差異。這兩種調(diào)節(jié)器均具有一般調(diào)節(jié)器所具有的對(duì)偏差進(jìn)行pid運(yùn)算、偏差指示、正反作用切換、內(nèi)外給定切換、產(chǎn)生內(nèi)給定信號(hào)、手動(dòng)自動(dòng)雙向切換和閥位顯示等功能 ?？刂破鞯墓ぷ鳡顟B(tài)有“自動(dòng)”、“軟手操”、“硬手操”和“保持”四種，由開關(guān)進(jìn)行切換。ddz-型調(diào)節(jié)器的主要性能指標(biāo)：輸入測(cè)量信號(hào)：15vdc;內(nèi)給定信號(hào)：15vdc;外給定信號(hào)：420madc;現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)：420madc;輸入阻抗影響：滿刻度的0.1%輸出信號(hào)：420madc;負(fù)載電阻：250750歐姆；比例度：p

23、=2%500%；積分時(shí)間：0.0125min(分兩檔);微分時(shí)間：0.0410min；調(diào)節(jié)精度:0.5級(jí)；3.3.4控制閥的選擇執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指產(chǎn)生推力或位移的裝置，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)指直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常稱控制閥。按所用能源形式的不同，執(zhí)行器可分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三大類。本設(shè)計(jì)主要采用氣動(dòng)執(zhí)行器，為了安全考慮，采用氣開式。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)又分為薄膜式和活塞式，它們都是以壓縮空氣為能源，具有控制性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、維修方便、防火防爆和價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，并可以方便地與氣動(dòng)儀表配套使用。氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)可以分為兩部分，上面是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，下面是調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。它主要由膜片、

24、彈簧、推桿、閥芯、閥座等零部件組成。當(dāng)來自控制器的信號(hào)壓力通入到薄膜氣室時(shí)，在膜片上產(chǎn)生一個(gè)推力，并推動(dòng)推桿部件向下移動(dòng)，使閥芯和閥座之間的空隙減小，流體受到的阻力增大，流量減小。推桿下移的同時(shí)，彈簧受壓產(chǎn)生反作用力，直到彈簧的反作用力與信號(hào)壓力在膜片上產(chǎn)生的推力相平衡為止，此時(shí)，閥芯與閥座之間的流通面積不在改變，流體的流量穩(wěn)定，可見，調(diào)節(jié)閥是根據(jù)信號(hào)壓力的大小，通過改變閥芯的行程來改變閥的阻力大小，達(dá)到控制流量的目的。3.3.5主副調(diào)節(jié)器正反作用的選擇 1、副調(diào)節(jié)器的正反作用確定 根據(jù)生產(chǎn)工藝安全的原則，調(diào)節(jié)閥采用氣開式，故kv為正；當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增大，流量增大，所以副對(duì)象ko2為正，流量變送

25、器的km2通常為正，為了使整個(gè)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)靜態(tài)放大系數(shù)的乘積為正，故副控制器的kc為正，選用反作用控制器。 2、主調(diào)節(jié)器的正反作用確定 副回路的放大倍數(shù)可視為正，因壓力變送器一般為正，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增大，溫度升高，故ko1為正，同樣為了使整個(gè)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)靜態(tài)放大系數(shù)的乘積為正，所以主控制器的kc為正，選用反作用控制器。3.3.6主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 主回路為定值控制系統(tǒng)，副回路為隨動(dòng)控制系統(tǒng)。 主被控參數(shù)壓力是工藝操作的主要指標(biāo)，允許波動(dòng)的范圍很小，一般要求無靜差，可引入積分。因此主調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇pi調(diào)節(jié)規(guī)律。副被控參數(shù)為燃料和空氣流量，為了保持穩(wěn)定，p較大，可引入積分，一般不引入微分，

26、因?yàn)槲⒎謺?huì)使調(diào)節(jié)閥動(dòng)作過大或過于頻繁，會(huì)引起震蕩，對(duì)控制不利，所以需要采用pi調(diào)節(jié)，以增強(qiáng)控制作用。3.4控制系統(tǒng)的工作原理 本系統(tǒng)采用串級(jí)回路控制方法，具有兩個(gè)調(diào)節(jié)器和兩個(gè)閉合回路，兩個(gè)調(diào)節(jié)器串聯(lián)連接，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副回路的給定量，副調(diào)節(jié)器的輸出去控制執(zhí)行元件。 圖3-5所示為一串級(jí)和比值控制組合的系統(tǒng)，由蒸汽壓力和燃料流量的串級(jí)控制系統(tǒng)和燃料與空氣的流量比值控制系統(tǒng)相組合。完成邏輯提量功能主要依靠系統(tǒng)中設(shè)置的兩個(gè)選擇器：高選擇器hs、低選擇器ls。正常工況（穩(wěn)態(tài)）時(shí)蒸汽壓力控制器的輸出ip等于燃料流量變送器的輸出i1，也等于空氣流量變送器的輸出乘上空氣過剩系數(shù)k后的值i2。也就是說高、

27、低選擇器的兩個(gè)輸入端信號(hào)是相等的，整個(gè)系統(tǒng)猶如不加選擇器時(shí)的串級(jí)和比值控制組合的系統(tǒng)進(jìn)行工作。當(dāng)系統(tǒng)提量時(shí)，隨著蒸汽量的增加，蒸汽壓力減少，壓力控制器的輸出ip增加（壓力控制器選用反作用式控制器），這個(gè)增加了的信號(hào)不被低選器選中，而被高選器選中，它直接改變空氣流量控制器的給定值，命令空氣量增加。然后由于空氣增加，使其變送器輸出增加也就使i2開始增加，因此時(shí)i2ip, i2被低選器選中，從而改變?nèi)剂狭髁靠刂破鹘o定值，命令提量。這一過程保證在增加燃料前，先加大空氣量，使燃燒完全。整個(gè)提量過程直至ip=i1=i2時(shí)，系統(tǒng)又恢復(fù)到正常工況時(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)。圖3-5 鍋爐燃燒過程中蒸汽壓力控制系統(tǒng)圖 當(dāng)系統(tǒng)

28、降量時(shí)，蒸汽壓力增加，蒸汽壓力控制器輸出減少，因而它被低選器選中，作為燃料流量控制器的給定值而命令燃料降量。燃料量降低，經(jīng)變送器的測(cè)量信號(hào)為高選器選中，作為空氣流量控制器的給定值，命令空氣降量。降量過程直至ip=i1=i2時(shí)，系統(tǒng)又恢復(fù)到正常工況時(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)。這樣就實(shí)現(xiàn)了提量時(shí)先提空氣量，后提燃料量，降量時(shí)先降燃料量，后降空氣量的邏輯要求。第四章 總結(jié) 經(jīng)過兩個(gè)星期的努力我的過程控制課程設(shè)計(jì)已經(jīng)完成了，回想做課設(shè)的整個(gè)過程，艱辛同時(shí)又充滿樂趣。沒有做設(shè)計(jì)之前覺得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)過程控制、控制儀表及裝置、熱工測(cè)量?jī)x表、傳感器與檢測(cè)技術(shù)等幾門課所學(xué)知識(shí)的簡(jiǎn)單總結(jié)，但是通過這次親自體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。 本次設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的東西，增強(qiáng)了我的分析理解能力，也學(xué)會(huì)了如何寫科技論文，也對(duì)過程控制乃至我們專業(yè)有了進(jìn)一步的了解。同時(shí)我也學(xué)會(huì)了一些軟件的應(yīng)用，如：autocad visio等。 這次自選設(shè)計(jì)為熱電廠鍋爐蒸