【正文】 /3，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。工業(yè)燃煤鍋爐DCS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（子課題：控制方案的組態(tài)及監(jiān)控畫面的制作）摘要： 本文敘述了工業(yè)燃煤鍋爐的工作原理，具體闡述了鍋爐控制中對(duì)汽水控制系統(tǒng)方案和自動(dòng)檢測(cè)的設(shè)計(jì)，利用了Control Builder 軟件、UMC800控制器和FIX軟件進(jìn)行35噸工業(yè)燃煤鍋爐汽水系統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)與控制回路的組態(tài)，并設(shè)計(jì)了友好的監(jiān)控畫面。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。能快速計(jì)算出機(jī)組在正常運(yùn)行和啟停過程中的有用數(shù)據(jù)，能在顯示器上同時(shí)顯示鍋爐運(yùn)行的水位、壓力、爐膛負(fù)壓、煙氣含量、測(cè)點(diǎn)溫度、燃煤量等數(shù)十個(gè)運(yùn)行參量的瞬時(shí)值、累計(jì)值及給定值，并能按需要在鍋爐的結(jié)構(gòu)示意畫面的相應(yīng)位置上顯示出參數(shù)值。例如當(dāng)鍋爐的負(fù)荷變化時(shí)，所有的被調(diào)量都會(huì)發(fā)生變化。在采用計(jì)算機(jī)控制的鍋爐控制系統(tǒng)中，有十分周到的安全機(jī)制，可以設(shè)置多點(diǎn)聲光報(bào)警，和自動(dòng)連鎖停爐?；贔IX與Honeywell UMC800控制器對(duì)35噸工業(yè)燃煤鍋爐汽水系統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)的配置。它通過煤、油或天然氣等燃料的燃燒釋放出化學(xué)能，并通過傳熱過程把能量傳遞給水，使水轉(zhuǎn)變成蒸汽，蒸汽直接供給工業(yè)生產(chǎn)中所需的熱能，或通過蒸汽動(dòng)力機(jī)械轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或通過汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。可靠性要求高。此外，鍋爐還和其他工業(yè)部門的發(fā)展有著十分密切的關(guān)系，如石油化工企業(yè)中的廢熱鍋爐，蒸汽燃?xì)饴?lián)合動(dòng)力裝置中的壓力燃燒鍋爐及核反應(yīng)堆工程中的蒸汽發(fā)生器等等。一臺(tái)大容量鍋爐從設(shè)計(jì)、制造、安裝到投入運(yùn)行，目前一般需時(shí)二到三年，今后即使采用設(shè)計(jì)新技術(shù)及制造安裝新工藝，提高自動(dòng)化水平，要想把上述全過程在更短時(shí)間內(nèi)完成，還是比較困難的。鍋爐通過燃煤燃燒釋放熱量，使水變成蒸汽，以供生產(chǎn)需要。 過熱器放在水平煙道中，位于凝渣管束的后方，過熱器的作用是把從鍋爐（汽包）出來的飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽，目的是減少供熱管道內(nèi)的冷凝損失。鍋爐的工作情況如下： 給水在除氧器被高溫蒸汽除氧并加熱，由給水管道將水送至省煤器，在其中被加熱到某一溫度后，進(jìn)入鍋筒，然后沿下降管下行至水冷壁進(jìn)口集箱。燃燒后的熱煙氣上升，經(jīng)過凝流管束、過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器后，再經(jīng)除塵裝置清除其中的飛灰，最后才由風(fēng)機(jī)送往煙囪排往大氣。鍋爐汽壓高低對(duì)于汽包水位、汽溫等主要運(yùn)行參數(shù)也有很大影響，當(dāng)汽壓降低由于對(duì)應(yīng)的飽和溫度降低，使部分爐水蒸發(fā)，會(huì)引起爐水體積膨脹，故汽包水位要上升，反之則爐水體積要收縮，汽包水位下降，引起虛假水位。負(fù)荷變化是主動(dòng)也是影響最大的因素，負(fù)荷變化速度越快，引起汽壓變化的速度也越快，對(duì)于單元制機(jī)組而言，汽輪機(jī)負(fù)荷的變化幅度將直接影響鍋爐主蒸汽壓力的變化。汽壓變化反應(yīng)了鍋爐蒸發(fā)量與外界負(fù)荷之間的平衡，由于外界負(fù)荷、爐內(nèi)燃燒工況、換熱情況以及鍋爐內(nèi)工作情況經(jīng)常變化，引起鍋爐蒸發(fā)量的不斷變化，所以汽壓的變化與波動(dòng)是必然的，汽壓穩(wěn)定只是相對(duì)的。當(dāng)外界負(fù)荷不變時(shí)，汽壓的穩(wěn)定主要取決于爐內(nèi)燃燒工況，此外，鍋爐換熱狀況的改變也會(huì)影響汽壓的穩(wěn)定。 鍋爐燃燒的調(diào)整（2）（4） 爐膛負(fù)壓的參數(shù)調(diào)整。燃燒的調(diào)節(jié)主要包括送引風(fēng)量的調(diào)節(jié)。汽包嚴(yán)重滿水時(shí)，會(huì)造成蒸汽大量進(jìn)水，除引起蒸汽溫度急劇下降外，還會(huì)引起蒸汽管道和汽輪機(jī)內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重水沖擊，甚至打壞汽機(jī)葉片。鍋爐負(fù)荷突然增加時(shí)，在給水量和燃燒未做相應(yīng)的調(diào)整之前，汽包水位先升高，而后再逐漸降低；而汽壓則很快下降。當(dāng)燃燒加強(qiáng)時(shí)，爐內(nèi)放熱量增加，受熱面吸熱量也增加，爐水汽水加強(qiáng)，爐水中產(chǎn)生的蒸汽汽泡數(shù)量增多，體積膨脹，水位暫時(shí)提高，由于產(chǎn)生的蒸汽量不斷增多，汽壓上升，相應(yīng)提高了飽和溫度，使?fàn)t水中的蒸汽汽泡數(shù)量有所減少，水位又會(huì)下降。給水壓力升高則給水量增多，從而破壞了給水量與蒸發(fā)量的平衡，因此必然引起汽包水位的波動(dòng)，在其他情況為改變的情況下，給水壓力升高使給水量增大，水位升高，給水壓力低使給水量減少時(shí)，水位下降。通常，再熱蒸汽壓力為過熱蒸汽壓力的20%左右，再熱蒸汽溫度與過熱蒸汽溫度相近。再熱器的進(jìn)汽是汽輪機(jī)高壓缸的排汽，它的壓力約為主蒸汽壓力的20%左右，溫度稍高于相應(yīng)的飽和溫度，流量約為主蒸汽流量的80%，離開再熱器后的蒸汽溫度約等于主蒸汽溫度。汽－氣熱交換器；蒸汽旁通法；煙氣再循環(huán)；分隔煙道擋板調(diào)溫法，當(dāng)再熱器布置在鍋爐尾部煙道內(nèi)時(shí)，為了調(diào)節(jié)再熱氣溫，有時(shí)把尾部煙道用隔墻分開，分別將再熱器和低溫過熱器布置在兩個(gè)并聯(lián)的煙道中，在它們后面布置省煤器，在出口處設(shè)有可調(diào)煙氣擋板，調(diào)節(jié)煙氣擋板，可以改變流經(jīng)兩個(gè)煙道的煙氣流量，從而調(diào)節(jié)再熱汽溫。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生水沖擊。煙氣側(cè)的主要影響有：燃料性質(zhì)的變化，揮發(fā)分降低，含炭量增加時(shí)，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，將使得汽溫升高，燃煤水份增加，爐膛出口煙溫增加，煙氣流速增加，這樣使得對(duì)流過熱器的傳熱系數(shù)增大，吸熱增多汽溫升高。由于一般聯(lián)合過熱器的運(yùn)行特性都偏向于對(duì)流特性，所以當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，汽溫也將下降，這時(shí)減溫水就應(yīng)關(guān)小，直至減溫器解列為止，如果此后負(fù)荷再降低，由于過熱蒸汽失去汽溫調(diào)節(jié)手段，主汽溫度就不能保持額定值，故鍋爐一般不宜在這樣低的負(fù)荷下運(yùn)行。大型鍋爐的給水除氧，大都以熱力除氧為主。通過對(duì)原水進(jìn)行過濾、離子交換、除氧就可以得到符合水質(zhì)指標(biāo)的給水。水處理分為 鍋外水處理：沉淀軟化（石灰沉淀軟化、石灰純堿軟化）、 離子交換軟化（Na+、H+）和 鍋內(nèi)水處理：加藥（NaCONaOH、Na3PO栲膠）、排污控制 兩項(xiàng)。鍋爐是企業(yè)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，鍋爐設(shè)備運(yùn)行狀況的好壞直接影響到全廠的產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益。水中溶解了氧氣,就會(huì)使與水接觸的金屬腐蝕。當(dāng)水和某種氣體混合物接觸時(shí),就會(huì)有一部分氣體融解到水中去。天然水中常含有大量溶解的氧氣,可達(dá)10毫克/升。除氧器的工作原理即利用蒸汽對(duì)水進(jìn)行加熱,使水達(dá)到一定壓力下的飽和溫度,即沸點(diǎn)。同時(shí)含氧蒸汽又加速大量輸汽管道的氧化，使冷凝水資源的回收亦困難重重。（） 除氧器液位控制圖除氧器水位由差壓變送器進(jìn)行測(cè)量，輸出標(biāo)準(zhǔn)4—20 mADC信號(hào)至調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器輸出控制調(diào)節(jié)閥。 除氧器壓力控制圖根據(jù)工藝要求，溫度即為104℃，此時(shí)的除氧效果最佳，因此，穩(wěn)定除氧器的壓力，其重要性是不言而喻的。當(dāng)給水流量增加，除氧箱內(nèi)吸熱加強(qiáng)，此時(shí)要增大進(jìn)汽量，否則壓力會(huì)拉跨，特別在鍋爐給水負(fù)荷變動(dòng)大時(shí)。引起水位變化的主要擾動(dòng)是蒸汽流量的變化和給水量的變化。在整個(gè)控制回路中要全面考慮這兩方面的任務(wù)。圖中H1(t)直線下降，因?yàn)榻o水量小于蒸發(fā)量，使鍋爐中的蓄水量不斷減少，故水位不斷下降。當(dāng)汽水混合物中氣泡容積已與負(fù)荷相適應(yīng)時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，水位就主要決定于物質(zhì)平衡，因給水量小于蒸發(fā)量，此時(shí)水位開始下降。但是由于汽水混合物中氣泡體積增大，因此也出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象，水位開始上升，然后下降，（b）所示。Vw ——蒸發(fā)面以下的水容積（m3）；從式（3－9）可知，汽包水位在給水流量作用下的動(dòng)態(tài)特性由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)所組成，∑、T2的數(shù)值可通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試求得，數(shù)值的大小同鍋爐的結(jié)構(gòu)有關(guān)。采用沸騰式省煤器，使水位特性的遲延和慣性大為增加，因?yàn)榻o水量的焓值較低，當(dāng)給水量突然增加時(shí)，如果熱負(fù)荷不變，則省煤器的沸騰率減小，處于省煤器中氣泡的容積減少。 給水壓力控制鍋爐給水系統(tǒng)中還有一個(gè)比較重要的控制回路是給水壓力回路，因?yàn)槠鼉?nèi)壓力較高，要給鍋爐補(bǔ)水必須提供更高的壓力，給水壓力回路的作用是提高水壓，使水能夠正常注入汽包。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是：始終利用一臺(tái)變頻器自動(dòng)調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，切換時(shí)間以管網(wǎng)的實(shí)際壓力和設(shè)定壓力的差值決定，同時(shí)保證管網(wǎng)的壓力動(dòng)態(tài)恒定。第4章 汽包水位控制方案設(shè)計(jì) 單沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 單沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖所示。 。 單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖、雙沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 在單沖量水位調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)蒸汽流量作為前饋信號(hào)，構(gòu)成雙沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。因而大大減小了給水量和水位的波動(dòng)，縮短了過渡過程的時(shí)間。但是調(diào)節(jié)作用不能及時(shí)反映給水側(cè)的擾動(dòng)。為此將引入給水流量信號(hào)，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)。為了提高給水控制系統(tǒng)的可靠性，汽包水位測(cè)量使用了三個(gè)變送器。當(dāng)給水溫度不變，而壓力在某個(gè)范圍變化時(shí)，給水流量的測(cè)量誤差很小，若給水壓力不變，給水溫度在某個(gè)范圍內(nèi)變化時(shí)，給水流量的測(cè)量誤差較大，所以對(duì)給水流量信號(hào)只采取溫度校正。 三沖量控制方案Ⅰ——前饋(蒸汽流量)加反饋(液位，給水流量)控制系統(tǒng)
該系統(tǒng)可看作三沖量的綜合信號(hào)作為被控變量的單回路控制系統(tǒng)，投運(yùn)和整定與單回路控制系統(tǒng)一樣，但是如果系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不能確保物料平衡，則負(fù)荷變化時(shí)，水位將有余差。另外，給水流量信號(hào)也是調(diào)節(jié)器動(dòng)作后的反饋信號(hào)，能使調(diào)節(jié)器及早知道控制的效果，所以三沖量給水控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器動(dòng)作快，還可以避免調(diào)節(jié)過頭，減少波動(dòng)和失控。所以三沖量控制的實(shí)質(zhì)是前饋加反饋的控制系統(tǒng)。蒸汽流量信號(hào)的大小原則上可以這樣來確定，當(dāng)蒸汽流量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，就利用這個(gè)擾動(dòng)信號(hào)作為控制信號(hào)，通過調(diào)整aD使水位變化很小或者基本不變。由于副調(diào)節(jié)器接三個(gè)信號(hào)，因此也存在信號(hào)間的配合問題。主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)是控制系統(tǒng)的主要整定參數(shù)，副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)則跟給水單級(jí)控制系統(tǒng)相同。反之亦然。 雙沖量液位控制系統(tǒng)是在單沖量控制的基礎(chǔ)上，引進(jìn)蒸汽流量作為前饋信號(hào)。雙沖量液位控制系統(tǒng)適用于小型﹑低壓而且給水壓力較穩(wěn)定的鍋爐。 三沖量控制方案Ⅰ：方案Ⅰ宜作為一般鍋爐液位的控制方案，其特點(diǎn)是使用的設(shè)備少，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作比較平穩(wěn),但不易實(shí)現(xiàn)給水流量系數(shù)和蒸汽流量系數(shù)的配合。因此監(jiān)視工業(yè)鍋爐生產(chǎn)過程進(jìn)展的情況和發(fā)展的趨勢(shì)，以指導(dǎo)安全操作生產(chǎn)，求得維護(hù)最佳運(yùn)行工況。它是工業(yè)鍋爐生產(chǎn)過程中最常見、最基本的熱工參數(shù)之一。通過對(duì)爐膛溫度的檢測(cè)，及時(shí)了解到爐膛中的燃燒情況，從而推斷燃料量、鼓風(fēng)量和引風(fēng)量的需求關(guān)系。蒸汽溫度的檢測(cè)顯示蒸汽溫度是生產(chǎn)工業(yè)確定的重要參數(shù)，蒸汽溫度過高會(huì)燒壞過熱器水管，對(duì)負(fù)荷設(shè)備的安全運(yùn)行帶來不利因素。鍋爐給水溫度（省煤器出口水溫）的檢測(cè)指示鍋爐的給水，即經(jīng)過省煤器加熱后供給鍋爐汽包的水。省煤器進(jìn)口和出口處煙氣溫度的檢測(cè)指示對(duì)省煤器進(jìn)、出口處煙氣溫度進(jìn)行檢測(cè)指示，是為了監(jiān)視省煤器是否正常工作，有無發(fā)生漏水和結(jié)垢堵塞現(xiàn)象?？諝忸A(yù)熱器入口處煙氣溫度的檢測(cè)，能夠了解排煙溫度是否達(dá)到了規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，以便采取措施，充分利用排煙余熱，提高工業(yè)鍋爐的熱效率，達(dá)到節(jié)約能源的目的。壓力，即垂直而作用在單位面積上的力，實(shí)際上是物量概念中的壓強(qiáng)，在工程上稱作壓力。它即反映了負(fù)荷蒸汽量與燃料發(fā)熱量的平衡關(guān)系，又是指導(dǎo)鍋爐安全生產(chǎn)的重要依據(jù)。給水壓力的檢測(cè)指示工業(yè)鍋爐生產(chǎn)過程中要求給水壓力要穩(wěn)定。負(fù)壓過大，漏風(fēng)嚴(yán)重，總的風(fēng)量增加，煙氣熱量損失增大，同時(shí)引風(fēng)機(jī)的電耗增加，不利于經(jīng)濟(jì)燃燒；負(fù)壓偏正，爐膛要向外噴火，不利于安全生產(chǎn)，有害于環(huán)境衛(wèi)生。省煤器、空氣預(yù)熱器，除塵器進(jìn)出口處煙氣壓力的檢測(cè)指示對(duì)煙道中省煤器、空氣預(yù)熱器、除塵器進(jìn)出口處煙氣壓力的測(cè)量，一方面要了解煙道是否暢通，排煙運(yùn)行是否正常；另一方面可以掌握省煤器，空氣預(yù)熱器，除塵器的工作情況，有無出現(xiàn)故障。因此，連續(xù)地檢測(cè)和監(jiān)視流體的流量，對(duì)于熱力設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都具有重要的意義。給水流量也是鍋爐生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)核算中不可缺少的數(shù)據(jù)。如果負(fù)荷蒸汽流量突然增加，會(huì)使汽包壓力發(fā)生變化，造成“虛假水位”，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的錯(cuò)誤動(dòng)作，使汽包水位偏離給定值幅度較大，給生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。對(duì)煤耗量進(jìn)行檢測(cè)計(jì)量，是為了對(duì)鍋爐生產(chǎn)進(jìn)行熱平衡分析，計(jì)算其效率高低，完善技術(shù)操作管理，達(dá)到合理地利用能源節(jié)約能源的目的。在現(xiàn)代鍋爐操作中，既是缺水事故，也是非常危險(xiǎn)的，這是因?yàn)樗贿^低，就會(huì)影響自然循環(huán)的正常進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使個(gè)別上水管形成自由水面，產(chǎn)生流動(dòng)停滯，致使金屬管壁局部過熱而爆管。由于煙氣中的含氧量和過?？諝庀禂?shù)a之間有比較穩(wěn)定的關(guān)系，所以，煙氣成分測(cè)量分析，主要是分析煙氣中氧氣和一氧化碳的含量，通過測(cè)量判斷爐膛燃燒情況，進(jìn)行燃料量和送風(fēng)量的調(diào)節(jié)。控制系統(tǒng)包括手動(dòng)和自動(dòng)操作部分，手動(dòng)控制時(shí)由操作人員手動(dòng)控制，用操作器控制變頻器、滑差電機(jī)及閥等，自動(dòng)控制時(shí)對(duì)微機(jī)發(fā)出控制信號(hào)經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動(dòng)操作。UMC800是小型工業(yè)裝置、工業(yè)爐、鍋爐及老設(shè)備改造的最佳控制方案。增強(qiáng)型UMC800控制器（HC900）新增批量控制，I/O點(diǎn)容量更大。 UMC800帶模塊控制器 操作員盤 用LeaderLine Control Builder 組態(tài)軟件可以設(shè)置顯示畫面的途徑和通過鍵盤按鈕可進(jìn)入的顯示畫面。主菜單包括File(文件)、Edit(編輯)、Configure（組態(tài)）、Communications（通訊）、Windows(窗口)、Help（幫助）選項(xiàng)。Math 包含加（ADD）、減（SUB）、乘（MUL）、除（DIV）模塊等。（2）iFix的數(shù)據(jù)庫(kù)管理采用與EXCEL 兼容格式數(shù)據(jù)庫(kù)定義模式，這樣可以有利于簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高數(shù)據(jù)管