鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)(過程控制儀表課程設計)

1、 過程控制儀表課程設計題 目 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng) 指導教師 高飛燕 班 級 自動化071 學 號 學生姓名 丁滔滔 2011年1月5號 附錄：儀表配接圖.20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： 圖2 單沖量控制系統(tǒng)原理圖及方框圖其單位階躍響應圖如下： 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準信號，再輸送給控制器，調(diào)節(jié)器再通過執(zhí)行機構和閥來控制進水量，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)電廠中主要設備之一。它的作用是使燃料在爐膛中燃燒放熱，井將熱量傳給

2、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、結構復雜、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壓力的20%左右，再熱蒸汽溫度與過

3、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計和運行中的重要問題。在過熱器和再熱器的設計及運行中，應注意下列問題:運行中應保持汽溫的穩(wěn)定，汽溫波動不應超過（510）。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省煤器和空氣預熱器：省煤器和空氣預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

4、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?？諝忸A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。使用預熱空氣，可使爐膛溫度提高，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。因此空氣預熱器也成為現(xiàn)代大型鍋爐機組中必不可少的組成部件。綜上所述，省煤器和空氣預熱

5、器的應用，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

6、缺水而又處理不當，則可能造成水冷壁爆管。31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范圍內(nèi)，容許變動范圍為50。對于強制循環(huán)汽包鍋爐，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

7、汽包的最高、最低水位，應通過熱化學實驗和水循環(huán)試驗確定。最高允許水位應當比臨界水位稍低，以保證整齊品質(zhì)；最低允許水位應不影響水循環(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，相互關聯(lián)的控制儀表構成的控制系統(tǒng)，是操

8、縱一個或幾個變量達到預定狀態(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部件，以及執(zhí)行自動裝置控制指令的執(zhí)行器等。41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。無論是由模擬構成的系統(tǒng)，還是由計算機裝置構成的系統(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。串級控制系統(tǒng)在抗干擾能力、快速性、適應性和控制質(zhì)量方面有較好的性能,因此在復雜的工業(yè)過程控制中得到了廣泛的應用.產(chǎn)品簡介：UYZ50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

9、電、非導電介質(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DDZ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。UYZ50系列電容物位計由以下六個部件構成：1.傳感器轉換部件，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則構成各種形式的產(chǎn)品。UYZ50系列電容物位計工作原理圖如圖五。 圖5 UYZ50系列電容物位計工作原理當被測物位發(fā)生變化時，傳感電容量發(fā)生相應變化，經(jīng)傳感器前置線路轉換成直流信號，再傳送到顯示儀表放大成標準電信號輸出，并使電流表

10、直接指示，顯示儀表是通用的，表面上的直型條形給出相應的物位指示，同時有綠色指針供高低物料報警位置的整定。 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是顯示單元電源 16接地 1820是交流電參數(shù)與規(guī)格：精度：非防爆型1防爆型1.5測量范圍：0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0m（UYZ561B型的測量范圍可為3.0，4.0，6.0，10m四檔）。負載電阻：1.5k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4085，相對濕度1095%顯示儀表溫度045，

11、相對濕度1090%高低位報警定點誤差：2.5高低位報警設定點范圍：0100%全量程內(nèi)任意給定高低位報警觸點容量：220VAC3A防爆型選用防爆柵型號：DFA3100型檢測端齊納安全柵防爆型儀表防爆等級：iaCT6型號表示表1 UYZ55系列代號測量電極形式介質(zhì)溫度范圍遷移防爆等級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）標準：40852）高溫：852003）低溫：100404）低溫：1561005）低溫：200156A）微電容650pFB）中電容301300pFiaCT64.2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

12、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慣上稱為調(diào)節(jié)器，常用的有DDZ-型電動調(diào)節(jié)器，DDZ-型調(diào)節(jié)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，對于研究對象當控制信號增大時液位將相應減小，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，當控制信號增大時給水流量將相應增大，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-型系列儀表中的一個主要單元。它接受從變送器或轉換器來的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010

13、mA DC信號至執(zhí)行機構。儀表分二類：DTL-221A、321A、121A型主要為石油化工服務，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）。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-331A、231A、154A型主要為電廠服務，輸入通道數(shù)達45通道，都不帶手動操作。當被測物位發(fā)生變化時，由變送器傳送而來的電信號發(fā)生相應變化，經(jīng)傳感器前置線路轉換成直流信號，再傳送放大成標準電信號輸出，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。圖7

14、 DTL-231接線圖1，2是出入 3,4是輸入 5,6是輸入 7,8是輸入 11,13輸出 14,15外部手操 18接地 19,20電源技術參數(shù)輸入信號：DC 010mA輸出信號：DC 010mA負載電阻：01.5K 端0K3 K 端獨立微分增益：K（D）=010倍可調(diào)（DTL-154A、331A）積分增益：K1180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：0.25%內(nèi)給定值刻度誤差：2.5%工作條件：環(huán)境溫度：045相對濕度：85%工作振動：頻率25Hz振幅0.1mm（雙向）供電電源;220V50Hz消耗功率：6W結構型式：面板嵌入式 表2 型號規(guī)格型號T

15、1STDS獨立微分P%TDS獨立微分操作通道數(shù)偏差表型式DTL-121A6120033001200帶2小DTL-154A6600330012003300不帶5/DTL-221A66001500帶2大DTL-321A6120033001200帶2大DTL-331A61200330012003300不帶5大DTL-231A66001500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)行器的構成如下： P0 I0 執(zhí)行機構 調(diào)節(jié)機構 被控介質(zhì)流量 圖8 變送器

16、的基本組成4.3.2執(zhí)行機構：執(zhí)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，往往給生產(chǎn)過程自動化帶來困難。在許多場合下，會導致自動控制系統(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)行機構的運動形式分為直行程和角行程兩類。4.31執(zhí)行機構：由于我們采用的是DDZ型的010mA信號，故選擇DDZ型

17、儀表。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 DKZ/ZKZ 型直行程電動執(zhí)行機構 ZKJ/DKJ-210 DKJ電動執(zhí)行機構由伺服放大器、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

18、動執(zhí)行機構原理圖來自調(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，去驅動伺服電動機旋轉，然后經(jīng)減速器輸出角位移。位置發(fā)信器將執(zhí)行機構輸出軸角位移轉換成與輸入信號相對應的直流信號(0-10mA或4-20mA)，作為位置反饋信號。執(zhí)行機構的旋轉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動，只有當偏差信號小于伺服放大器的不靈敏區(qū)時，執(zhí)行機構才停轉，因此執(zhí)行機構的輸出位移與輸入信號始終成正比關系。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，由操作開關直接控制電動機電源，使執(zhí)行機構在全行程轉角范圍內(nèi)操作。自動調(diào)節(jié)時，兩相伺服電動機由伺

19、服放大器供電，輸出軸轉角隨輸入信號而變化。主要技術參數(shù)：* 輸入信號：0-10mA DC * 出軸有效轉角：0-90度* 輸入電阻：200()、250()* 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* 使用環(huán)境濕度：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；345可以連一起做電機正轉接DTL-231 11腳；8910可以連一起做電機反轉接DTL-231 13腳；136腳連一起接交流N；147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 DKJ、DKZ系列電動執(zhí)

20、行器規(guī)格及參數(shù)規(guī)格型號型 型輸出力矩(N.m)每轉時間(S)消耗功率(VA)重量(Kg)ZKJ/DKJ-210ZKJ/DKJ-210010010011031ZKJ/DKJ-310ZKJ/DKJ-310025010014048ZKJ/DKJ-410ZKJ/DKJ-410060010027086ZKJ/DKJ-510ZKJ/DKJ-51001600100490145ZKJ/DKJ-610ZKJ/DKJ-610040001001400255ZKJ/DKJ-710ZKJ/DKJ-7100600010018005004.3.2調(diào)節(jié)閥：調(diào)節(jié)機構是執(zhí)行器重要部分，在執(zhí)行機構的輸出力F(輸出力矩M)和輸出位移

21、作用下，調(diào)節(jié)機構閥芯的運動，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)生相應變化。KVGD9113-1P型電動雙水冷式超高溫蝶閥概述： 圖12 KVGD9113-1P結構示意圖KVGD9113-1P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,閥板采用雙層優(yōu)質(zhì)耐熱鋼,內(nèi)腔和軸通水冷卻,并在閥出口處設有流量開關報警功能,同時在進出口設有二個流

22、量調(diào)節(jié)閥。具有耗水量少、耐溫高、體積小、轉動靈活、使用壽命長、操作維護方便等優(yōu)點。公稱壓力：0.1MPa額定轉角：090普通型泄漏率：5% 后座型低泄漏：1%工作溫度：P9 t950；P10 t1050；P11 t1150；P12 t1150；P13 t1350 （瞬間最高溫度：1400）適用介質(zhì)：高溫煙氣或其它含塵高溫氣體；調(diào)節(jié)型：（KVGD9113a-1）配ZKJ型電動執(zhí)行機構（或根據(jù)用戶選定執(zhí)行機構）電壓：根據(jù)用戶選定的執(zhí)行機構而定220（或380）V AC；輸入信號：010（420）m A DC（用戶自定）；兩位開關型：（KVGD9113b-1）配Z型電動裝置，本閥可水平或垂直安裝，但

23、閥軸應處于水平位置安裝4.4操作器：DFD-07型電動操作器是DDZ-型電動單元組合儀表中的一個輔助單元。適用于由DDZ-型變送單元、調(diào)節(jié)單元與電動執(zhí)行機構所組成的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。應用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：220V 5060Hz2開關觸關額定容量：主回路：L500V 15A3信號回路：110V 2A4跟蹤電壓：010V DC5環(huán)境溫度：0456相對濕度：85%7重量：38外形尺寸：29580160（mm）9開孔尺寸：75+1153+1（mm） 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：UYZ50系列電容物位計有測量和變送物位的功能，輸出010mA DC電流信號，其中1，2腳接測量電極至于鍋爐中，3，4腳分別接調(diào)節(jié)器的1，2腳，5-7接上限報警電路，8-10接報警電路的下限，11腳接自