【正文】 ............................................................................................................... 48 致謝 .......................................................................................................................................... 49 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第一章 緒論 火力發(fā)電概述 火電廠的燃料構(gòu)成決定 國家資源情況和能源政策。 關(guān)鍵詞： 電站 鍋爐 ； 自動控制 ； 水位控制； MCGS 組態(tài)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） Automatic measurement and control system power plant boiler Abstract With the munity39。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè) 論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其它 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 電站鍋爐自動測控系統(tǒng) 摘 要 隨著 社會 對電力 需 求量的增加 ，電站鍋爐 正在 向著大型化和超大型化的方向發(fā)展，因此對鍋爐蒸發(fā)量 的 要求就越來越大，但是鍋爐尺寸相對變化并不 大。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán) 大學(xué)可以將 本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 基于 對現(xiàn)場 狀況 實(shí)時掌控 的要求 ，本文運(yùn)用 MCGS 組態(tài)軟件 設(shè)計(jì)了 鍋爐狀態(tài) 監(jiān)控程序 ， 以 動畫顯示、報警處理 、實(shí)時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案， 達(dá)到了實(shí)時監(jiān)控 的目的。 water level control。有煙煤資源或依賴進(jìn)口煤的國家，其火電廠主要燃用煙煤， 因其熱值高、易燃。 70 年代以來，燃?xì)?— 蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電的火電廠得到重視。主變壓器和配電裝置一般裝放在獨(dú)立的建筑物內(nèi)或戶外，其他輔助設(shè)備如給水系統(tǒng)、供水設(shè)備、水處理設(shè)備、除塵設(shè)備、燃料儲運(yùn)設(shè)備等，有的安裝在主廠房內(nèi)，有的則安裝在輔助建筑中或在露天場地。所謂自動控制，就是指在沒有人 直接參與的條件下，自動控制裝置使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程按預(yù)訂的目標(biāo)進(jìn)行的一切技術(shù)手段。大型火電機(jī)組鍋爐大多是采用直吹式制粉系統(tǒng)向鍋爐供應(yīng)煤粉的。汽包水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作，造成汽包出口蒸汽水分過多，含鹽濃度增大，易使過熱器管壁結(jié)垢而導(dǎo)致過熱器燒壞；同時還會使過熱汽溫產(chǎn)生急劇變化，直接影響機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 過熱蒸汽溫度自動控制的任務(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。另外，過熱蒸汽溫度降低還會導(dǎo)致汽輪機(jī)高壓部分級的焓降減少，引起各級反動度增大， 軸向推動增大，影響汽輪機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因而過熱汽溫的下限一般不低于額定值 10℃。 隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，出現(xiàn)了電氣、電動的單元組合式儀表，此時出現(xiàn)了集中控制室。DCS 在八、九十年代占主導(dǎo)地位， 其核心思想是集中管理、分散控制，即管理與控制相分離，上位機(jī)用于集中監(jiān)視管理，若干下位機(jī)分散到現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)分布式控制，上位機(jī)和下位機(jī)之間用控制 網(wǎng)絡(luò)互連以實(shí)現(xiàn)相互之間的信息傳遞。因此， FCS 實(shí)質(zhì)上是一種開放的、具互操作性的、徹底分散的分 布式控制系統(tǒng)。 PLC 作為下位機(jī)對整個鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測、報警、控制以保證鍋 爐正常、可靠地運(yùn)行，工業(yè) PC 機(jī)作為上位機(jī)對鍋爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視和顯示，并可以提供各種歷史數(shù)據(jù)。第二章 可表述為電站鍋爐概述，包括 有鍋爐的類型、本體組成、鍋爐主要設(shè)備、 鍋爐原理 以及主要的控制系統(tǒng)。其生產(chǎn)流程 如圖21所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 煤場磨煤機(jī)煤斗送 風(fēng)機(jī)冷 空 氣空 氣 預(yù) 熱 器熱 空氣鍋 爐排 粉 風(fēng) 機(jī)煤 粉爐渣細(xì)灰灰 渣 泵灰場煙囪排 往 大氣熱 空 氣煙氣除 塵器引 風(fēng)機(jī) 圖 22 燃煤系統(tǒng)流程圖 ② 汽水系統(tǒng) 汽水系統(tǒng)流程 如圖 23所 示，包括鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器及給水泵等組成的汽水 系統(tǒng) 循環(huán)和水處理系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等。蒸汽做功后從汽輪機(jī)下部排出。給水泵以后的凝結(jié)水稱為給水。因此，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電 一般由主變壓 器升高電壓后，經(jīng)變電所高壓電器設(shè)備和輸電線送往電網(wǎng)。與煤同時進(jìn)入磨煤機(jī)的熱空氣起 到 干燥、輸送煤粉的作用。 鍋爐系統(tǒng)概述 鍋爐是火力發(fā)電廠的主要設(shè)備之一，在電力生產(chǎn)過程中占有相當(dāng)重要的地位。 此外，鍋爐還是輕工業(yè)生產(chǎn)中的熱源和動力源，如為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥蒸發(fā)等 提供熱能，為風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵類提供動力。整個工作過程可 分為三個相互關(guān)聯(lián)的子過程：燃料的 燃燒過程、火焰和煙氣向水及汽傳遞熱量的過程、蒸汽的生產(chǎn)過程。 原煤由原煤倉經(jīng)給煤機(jī)進(jìn)入磨煤機(jī)，經(jīng)干燥和磨制后形成合格的煤粉。這時，煙氣溫度降低了很多。汽包中的水沿下降管道經(jīng)下聯(lián)箱后進(jìn)入水冷壁管。這樣，就進(jìn)一步提高了發(fā)電機(jī)組的熱力循環(huán)效率和安全性。 （ 1） 爐膛 爐膛是噴入燃油燃燒的場所，它的作用就是提供足夠的空間，使燃油得以充分燃燒，同時，使燃燒發(fā)出的熱量盡少散失到鍋爐外面去。 （ 2） 蒸發(fā)受熱面 在鍋爐中直接受熱并產(chǎn)生飽和蒸汽的鍋筒或管束，統(tǒng)稱為蒸發(fā)受熱面。如果動力機(jī)械需要過熱蒸汽，則必須將汽包中的濕蒸汽送往蒸汽過熱器進(jìn)行再加熱。由于它是安裝內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 在蒸發(fā)受熱面的后面，吸收煙氣中的余熱，所以能達(dá)到節(jié)能的作用。給水經(jīng) 過經(jīng)濟(jì)器加熱后再送入汽包，除能提高熱效率外，還可減少汽包因給水溫度低而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使汽包的工作條件得以改善?？諝忸A(yù)熱器位于經(jīng)濟(jì)器之后，它將進(jìn)入爐膛的空氣預(yù)熱，使排煙溫度進(jìn)一步降低，以提高鍋爐效率 ；另一方面由于空氣溫度提高，使?fàn)t膛溫度 上升，為 改善燃燒提供了有利條件。嚴(yán)重時甚至造成葉片斷裂。采用再熱系內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 統(tǒng)可使電站的熱經(jīng)濟(jì)性提高 4％ ~5％ 。蒸汽系統(tǒng)主要指鍋爐房內(nèi)的蒸汽母管、支管、分汽缸。 鍋爐主要控制系統(tǒng) 采用自動化儀表裝置來自動完成控制任務(wù)的系統(tǒng)，稱為自動控制系統(tǒng) 。 （ 1）控制燃料量。燃燒過程的經(jīng)濟(jì)與否可以通過過量空氣系數(shù)是否合適來衡量，過量空氣系數(shù)通常用煙氣的含氧量來間接表示。 （ 3）控制引風(fēng)量。 為實(shí)現(xiàn)燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量的控制，相應(yīng)地有三個控制系統(tǒng)，即燃料量控制系統(tǒng)、送風(fēng)量控制系統(tǒng)和引風(fēng)量控制系統(tǒng)。汽包水位是鍋爐 運(yùn)行中一個重要的監(jiān)控參數(shù)，它反映了鍋爐蒸汽 負(fù)荷 與給水量之間的平衡關(guān)系，維持汽包水位正常時保證鍋爐和汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件。因而加快了負(fù)荷變化時水位的變化速度，因而對給水自動控制提出了更高的要求。一般應(yīng)限制給水流量波動范圍在額定給水流量的 5％ ~10％ 以內(nèi)。如果過熱蒸汽溫度過高，容易損壞過熱器，也會使蒸汽管道、汽輪機(jī)內(nèi)某些零部件產(chǎn)生過大的熱膨脹和熱應(yīng)力，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。 過熱汽溫控制的任務(wù)是維持過熱 器出口主蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)，并對過熱器進(jìn)行保護(hù)，使管壁金屬不 超過允許的工作范圍。它的主要功能是在鍋爐啟動和運(yùn)行的各個階段，防止?fàn)t膛的任何部位積聚燃料和空氣的混合物導(dǎo)致鍋爐發(fā)生爆內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 燃而損壞設(shè)備，并能對各類燃燒器的投入、切除實(shí)現(xiàn)自動控制，同時對燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行工況進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)控，對異常工況做出快速反應(yīng)。因此，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)必須具有能避免由于燃料系統(tǒng)故障或運(yùn)行人員誤操作而造成的爐膛 爆燃事故的功能。FSSS 亦應(yīng)具有這種功能。該過熱蒸汽作為汽輪機(jī) 的 動力，將會損 壞汽輪機(jī)葉片，影響運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。 水位 控制對象 的動態(tài)特性 汽包鍋爐給水控制對象的結(jié)構(gòu)示意如 圖 31 所示。這個擾動來自給水調(diào)節(jié)閥閥門開度變化、給水壓力變化、給水泵轉(zhuǎn)速波動等引起鍋爐給水流量改變的一切因素。這個擾動主要是由于鍋爐燃燒率的變化改變了蒸發(fā)強(qiáng)度而引起的，它影響鍋爐的輸出蒸汽流量和汽水容積中的汽泡體積。當(dāng)給水流量增加時，如果僅考慮流入量和流出量的物質(zhì)不平衡關(guān)系，汽包水位應(yīng)按曲 線 1（ 積分特性）上升 ；但由于給水溫度低于汽包內(nèi)的飽和水溫度，當(dāng)相對冷的給水進(jìn)入汽包后，吸收了原飽和內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 水中的一部分熱量，使水 面下汽泡 體積減小，則汽包水 位下降，直到給水溫度與飽和水溫度相近時，汽水混合物中的汽泡體積不再變化，水位停止下降，如圖中曲 線 3（慣性特性）所示。在蒸汽流量 D擾動下，水位變化的階躍響應(yīng)曲線如圖 33 所示 。 上面所述的蒸汽流量擾動下的水位控制對象的動態(tài)特性，只是從蒸發(fā)強(qiáng)度變化對汽泡容積的影響方面定性地說明水位變化的特點(diǎn)。然而這種由于燃料量的突然變化引起的虛假液位比較小，而且熱負(fù)荷可由蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)來保證，因而這種擾動的因素是次要的 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 0△BD0HttB 圖 34 燃料量擾動下的水位特 性 影響水位的因素除上述之外，還有給水壓力、汽包壓力、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度、二次風(fēng)分配等。 （ 1） 電動給水泵定速運(yùn)行，節(jié)流調(diào)節(jié)給水。 20 世紀(jì) 80 年代以后投產(chǎn)的 200MW 機(jī)組，大都采用了電動給水泵和調(diào)節(jié)閥相結(jié)合的形式來控制汽包水位。近十多年來投產(chǎn)的 300MW 及以上的機(jī)組，幾乎全部采用汽 動給水泵、電動給水泵及調(diào)節(jié)閥三者結(jié)合的方式來控 制汽包水位。 水位控制的基本方法 根據(jù)汽包鍋爐給水控制對象動態(tài)特性的特點(diǎn)，可以 提出給水控 制系統(tǒng)的一些基本思想。所以在設(shè)計(jì)給水控制系統(tǒng)時，應(yīng)考慮采用以蒸汽流量為 前饋信號的前饋控制，以改善給水控制系統(tǒng)的品質(zhì)。單沖量水位控制系統(tǒng)是汽包水位自動控制系統(tǒng)中最簡單、最基本的一種形式。 （ 1） 單沖量控制方案只根據(jù)水位信號控制給水量，在鍋爐負(fù)荷變化大，即階躍擾 動很大時，由于鍋爐的“虛假水位”現(xiàn)象，例如蒸汽 負(fù)荷 增加時，水位一開始先上升，調(diào)節(jié)器只根據(jù)水位作為控制信號，就去關(guān)小閥門減少給水量，這個動作對鍋爐流量平衡是錯誤的，從而在過程一開始就擴(kuò)大了蒸汽流量和給水流量的波動幅度，擴(kuò)大了進(jìn)出流量的不平衡。將蒸汽流量信號引入，就構(gòu)成了雙沖量控制系統(tǒng)， 圖 36是典型的雙沖量控制系統(tǒng)的原理圖及方框圖。因而大大減小了給水量和水位的波動，縮短了過渡過程的 時間。雙沖量調(diào)節(jié)存在的問題是 ： 調(diào)節(jié)作用不能及時反映給水側(cè)的擾動。如給水流量減少， 調(diào)節(jié)器立即根據(jù)給水流量減少的信號，開大給水閥門，使給水量保持不變。 下面對于三沖量 控制 系統(tǒng)作詳細(xì)介紹。 從 圖 38可 以看出，這個系統(tǒng)由兩個閉合的反饋回路及前饋部分組成：內(nèi)回路由給水流量 W 和給水流量測量變送元件（ W? ）、分流器（ W? ）、調(diào)節(jié)器 [ ??sWr ]、執(zhí)行器（ Zk ）、調(diào)節(jié)閥（ ?k ）組成，也內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 稱副回路； 外回路由水位控制對象 [ ? ?SWW0 ]、 水位測量變送元件（ H? ）和內(nèi)回路組成，也稱主回路；前饋控制部分由蒸汽流量信號 D 及蒸汽流量測量變送元件（ D? ）、分流器（ D? ）構(gòu)成?？梢妼⒔o水流量信號作為反饋信號引入到調(diào)節(jié)器中，能夠快速消除來自給水側(cè)的內(nèi)部擾動。 無論是外擾還是內(nèi)擾的影響，在汽包水位偏離給定值時，調(diào)節(jié)器的輸入偏差都會發(fā)生變化，從而改變調(diào)節(jié)器的輸出指令，再通過執(zhí)行器來改變給水調(diào)節(jié)閥的開度，改變給水流量，使水位朝著減小和消除被控量偏差的方向變化，并最終使汽包水位穩(wěn)定在給定值上，達(dá)到調(diào)節(jié)水位的目的。為了克服單級三沖量給水控制系統(tǒng)的不足，形成了串級三沖量給水控制系統(tǒng)。 圖 39 串級三沖量 給水控制系統(tǒng)方框圖 ① 系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理 與單級三沖量給水控制系統(tǒng)相比，串級三沖量采用了兩個調(diào)節(jié)器。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 通過上述分析可知： 串級系統(tǒng)主、副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同，副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是用以消除給水壓力