热水锅炉电气控制系统设计设计说明Word.docx

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热水锅炉电气控制系统设计设计说明Word

本科生毕业设计说明书（毕业论文）

题目：

热水锅炉电气控制系统设计

学生姓名：

学号：

3

专业：

自动化

班级：

0

指导教师：

师

热水采暖锅炉电气控制系统设计

摘要

锅炉是工业生产或生活采暖的供热源，按其供热的方式分为蒸汽和热水两种。

前者主要用于发电、工业生产及间接供热；后者主要用于生活供暖和生活热水。

电气控制系统一般称为电气设备二次控制回路，为了保证锅炉系统一次设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助低压电气设备为之服务。

这些设备要有以下功能：

（1）自动控制功能：

高压和大电流开关设备的体积很大，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制。

（2）保护功能：

电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流（或电压）会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整（断开、切换等）的保护设备。

（3）监视功能：

电是眼睛看不见的，一台设备是否带电或断电，从外表看无法分辨，这就需要设置各种视听信号，对一次设备进行电气监视。

（4）测量功能：

监视信号只能定性地表明设备的工作状态（有电或断电），如果想定量地知道电气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，测量线路的各种参数，如电压、电流、频率和功率的大小等。

关键词：

锅炉系统、、低压电气设备、电机、变频器

Hotwaterheatingboilerelectricalcontrolsystemdesign

ABSTRACT

Heatingoftheboileristheindustrialproductionorthelifeoftheheatingsource,accordingtotheheatingwayisdividedintotwokindsofsteamandhotwater.Theformerismainlyusedforpowergeneration,industrialproduction,andindirectheating;Thelatterismainlyusedforheatingandlivinghotwateroflife.

Electricalcontrolsystemisgenerallyreferredtoasthesecondarycontrolcircuitoftheelectricalequipment,inordertoguaranteeaboilersystemequipmentrunningreliabilityandsafety,needmanylowauxiliaryelectricalequipmentfortheservice.Theequipmentshouldhavethefollowingfunctions:

（1）automaticcontrolfunction:

thevolumeofahighvoltageandlargecurrentswitchequipmentisverybig,generallyUSEStheoperatingsystemtocontrolpoints,closing,especiallywhentheequipmentisoutoforder,needtoswitchtocutoffthecircuitautomatically,toasetofautomaticcontrolelectricequipmentoperation,automaticcontrolofpowersupplyequipment.

（2）protectionfunction:

electricalequipmentandlinethatbreaksdownintheprocessofrunning,thecurrent（orvoltage）isbeyondthescopeofequipmentandlineallowedtoworkwith,whichrequiresasetofdetectingthefaultsignalandautomaticallyadjustforequipmentandlines（disconnected,switch,etc.）theprotectionoftheequipment.（3）themonitoringfunctions:

electricityisinvisibletotheeyes,whetheradeviceischargedorblackout,outwardlyisunabletodistinguish,itisneedtosetupallkindsofaudioandvideosignals,electricalmonitoringonadevice.（4）measurementfunctions:

monitoringsignalscanonlybequalitativelyshowthattheworkingstateoftheequipment（electricityorwithoutelectricity）,ifyouwanttoknowquantitativelytheperformanceoftheelectricalequipment,alsoneedtohaveallkindsofgaugemeasuringequipment,measuringcircuitofthevariousparameters,suchasthesizeofthevoltage,current,frequencyandpower,etc.

Keywords:

boilersystem,lowvoltageelectricalequipment,motor,frequencyconverter

第一章锅炉系统

1.1锅炉系统概况

一、锅炉是工业生产或生活采暖的供热源，按其供热的方式分为蒸汽和热水两种。

前者主要用于发电、工业生产及间接供热；后者主要用于生活供暖和生活热水。

从80年代石横工程全套引进第一台300MW机组到至今，锅炉厂房控制系统、控制思路发生了很大的变化，其设计己基本成熟。

由原来的继电器实现控制功能转化为用PLC实现控制功能，随着电力系统市场的开放，减人增效越来越得到工厂包括各级领导的重视，如何优化车间的控制已成为每个工程所必须面临的问题。

二、本次设计为热水采暖锅炉电气控制系统设计。

设计要求为：

1、设计出引风机、鼓风机、循环泵等辅机的电气控制线路。

选择相应的电器，对有联锁控制要求的设备应既可联锁控制、又可单独控制，通过转换开关切换。

所有辅机电气设备均应有过载保护、短路保护、缺相保护。

2、设计出电气控制系统图，要求有电源进线柜、配电柜及上述辅机的电气控制柜，选择出柜体型号。

3、锅炉除上述辅机外还有照明用电、小型吊车用电、临时用电，设计出配电线路图。

4、对需要显示的量应选择出合适的传感器及仪表，各测量信号送入仪表。

画出其电路图。

1.1.1锅炉的分类

锅炉的燃料多分为煤和燃油，还有天然气等。

按其蒸发能力大小可分为三类：

（1）小型锅炉蒸发量在10t/h及以下，多用于工业生产及采暖。

主要是火箭或火箭管组合及小型水管式。

（2）中型锅炉蒸发量为10~75t/h，多用于发电厂。

国内生产多为“

”型。

（3）大型锅炉蒸发量大于75t/h，多用于发电厂。

国内生产多为“

”型。

本次设计锅炉为15t，属于中型锅炉。

1.1.2锅炉设备配置

一、锅炉设备配置六大系统

（1）点火系统。

锅炉点火，保护及控制。

（2）燃料配给系统。

上煤机、碎（粉）煤机、煤仓及输煤皮带运输机，燃油（汽）输送泵。

（3）燃煤系统。

炉排电动机（有些类锅炉不用），除渣机。

（4）水循环系统。

循环水泵往往是多台，且有备用（本次设计一用一备）。

（5）补水系统。

补水泵，往往为备用设置，以防断水（本次设计一用一备）。

有时还有水处理系统的系列水泵，搅拌电动机。

（6）送引风系统。

引风机（有时还有一次、二次送风之分）又称送风机、配风机又称抽风机，本次设计用引风机送风。

二、设备特点及注意事项，从控制角度有下述特点需引起重视

（1）设备相互之间往往有一定时间限制的控制顺序。

如点火时，循环泵先启动，然后除渣；引风机起动数秒后鼓风机启动；停炉时，先停鼓风和炉排，数秒后停引风和和除渣，最后停循环泵。

（2）设备间往往有联锁：

如循环泵、鼓风机和引风机，炉排和上煤机。

（3）设备间往往有联动，如锅炉故障时，汽泡极低水位；蒸汽压力过高时，应自动停止排风、炉排，起停循环泵等。

（4）一般锅炉属于二级负荷，无起动给水的蒸汽锅炉，以补水定压的高温热水锅炉的给水泵应保证可靠供电。

（5）配电宜以锅炉机组为单元，放射式配电。

蒸发量为6.5t/h及以下的锅炉宜设有低配室。

锅炉房内就地配电，起动设备宜用保护、防水、防尘型。

（6）每台锅炉宜单独设置控制屏，宜由锅炉配套、宜设集控室、并将其置于室内。

（7）线缆宜穿金属管及金属桥架，必须注意敷设时与高温设备的间距。

（8）锅炉间、除氧间、水处理、风机间、顶层料仓等的检修照明，宜采用12V安全电压。

对就地指示仪表，宜设局部照明。

1.2锅炉设备工艺要求

1.2.1热水锅炉供暖系统简介

热水供暖系统就是以热水为热媒的供暖系统，由热源（热媒制备）、热循环系统（管网或热媒输送）及散热设备（热媒利用）三个主要部分组成。

按热水温度的不同，又可再分为低温热水供暖系统（水温低于100℃）和高温热水供暖系统（水温高于100℃）两种；根据循环动力的不同，分为自然循环系统和机械循环系统。

机械循环热水采暖系统是由锅炉、输热管道、散热设备、水泵及空压设备等组成。

系统的作用压力主要是由水泵提供的。

热水供暖锅炉控制系统属于过程控制系统，其控制的目标是控制锅炉燃烧过程中的出水温度、回水温度、出水压力、回水压力、炉膛负压等参数，使锅炉燃烧工况良好，保证设备安全运行，满足用户的供热要求。

热水锅炉是把燃料中的化学能经过燃烧放出热量，并传递给水，从而使低温水变成高温水的设备，在我国主要用于取暖和热水供应。

目前，国内热水锅炉常用的燃烧设备主要是固定炉排手烧炉、双层炉排反烧炉、抽板顶升反烧炉、链条炉排炉和往复推饲炉排炉。

在工业机械化燃煤设备中，链条炉排锅炉是历史悠久、结构完善、性能稳定的一种，从1．4MW到30MW的热水锅炉都有采用链条炉排的产品，国内生产的大容量热水锅炉几乎都是链条炉排炉。

本文研究的热水锅炉为链条炉排炉。

热水锅炉与蒸汽锅炉相同，由三个系统组成，即煤渣系统、烟风系统和水系统。

与蒸汽锅炉不同的是，热水锅炉的水系统（除汽水两用炉外），只产生温度较高的水，而不产生蒸汽，而且常常与整个供暖系统串联在一起。

热水锅炉在这三个系统中，同时完成燃料的燃烧放热过程，热量传递过程和水的吸热升温过程，从而实现热能的转换。

1.2.2锅炉及部分辅机设备的功能

1、炉排：

煤由煤斗落到空的炉排上，随着炉排的转动，煤被带入炉中（燃烧层厚度保持在150～180㎜左右），经干燥干馏着火燃烧，然后将燃烧过的煤渣输送出炉体外。

也就是说炉排是燃料供给的设备；煤在炉排上的燃烧过程：

链条炉是炉排上表面的煤先着火，燃烧由上而下，灰层覆盖在燃烧层表面。

链条炉排煤的选用：

一般选用煤灰的熔点不低于1200℃，因为灰熔点低于1200℃时，灰融化而粘结在燃料层表面，则使熔渣下部的煤层难以通风而烧不透，也就是说链条炉不宜用易熔性灰的煤。

4KW，采用变频调速。

2、省煤器：

利用锅炉尾部低温烟气的热量来加热锅炉给水，降低排烟温度提高锅炉热效率，更为有利。

提高给水温度后，不仅可以避免冷水进入锅筒时的水击现象，而且可以减小进水管与锅炉连接处因温差产生的热应力，并且水温提高后溶解氧和二氧化碳的释放也可降低对锅炉汽水系统的腐蚀。

省煤器出口水温至少应比相应压力下的饱和温度低30℃；

3、引风机：

将炉膛内的火、烟气按一定的工艺设计引出炉体；110KW，采用变频调速。

4、鼓风机：

给炉膛内的燃料输入氧气，使其更好的燃烧；55KW，采用变频调速。

5、循环泵：

循环泵是用来产生动力，强迫有机热载体在有机热载体炉、用热设备及其管道系统中液相流动的机械设备，是有机热载体炉液相供热循环系统的心脏。

90KW，采用变频调速。

6、上煤机：

上煤机主要由机体、电动机驱动装置、输送皮带、控制箱、皮带断煤报警器、称重装置、取样装置、底部清扫链条刮板等组成。

煤从进口落到皮带上，在进口处皮带上方装有一个裙状板，以利于煤落到皮带上。

皮带在电动机驱动下连续运转，将煤输送到出口处，再由落煤管送到磨煤机中。

电动机驱动装置为无级调速，以控制皮带速度，从而调节给煤量。

清扫装置布置在皮带下方，为链轮带动，用以清扫底部落煤和杂物，防止这些杂物堆积自燃。

称重装置安装在两皮带轮中间，在其前面安装了一根整形杆，用于修正皮带上煤的形状，以提高称重精度。

微机控制箱装在给煤机外壳上，用以对给煤量的自动控制。

这种给煤机使用的皮带均为带裙边的皮带，防止运行中的撒煤和跑偏现象。

5.5KW，直接起动。

7、补水泵：

锅炉补水泵作用：

一种是冷凝水的循环作用，另一种是补水增压作用。

7.5KW，采用变频调速。

8、出渣机；出渣机就是将煤炭在炉膛内燃烧后产生的灰渣及时排出，同时维护炉膛内的压力。

3KW，直接起动。

9、除灰机：

除灰机就是将锅炉燃烧中产生的燃烧灰尘出去，以保证锅炉正常可靠运行。

7.5KW，直接起动。

10、循环泵、引风机、鼓风机要有联锁控制，锅炉运行应在起动循环泵之后，先起引风机，后起鼓风机，锅炉停止时应先停鼓风机，后停引风机，然后才可停循环泵。

炉排与出渣机要有联锁控制，起动时应先起动出渣机，后起动炉排，停止时应先停炉排，后停出渣机。

1.2.3锅炉运行中的有关参数

1、炉膛温度：

950℃左右，炉膛出口烟气温度在850℃～950℃左右；炉膛温度是根据燃料（煤）的品质而定的：

即根据煤的焦结性和灰的熔点而定；

易熔性灰：

熔点低于1200℃

可熔性灰：

熔点在1200℃～1425℃之间

难熔性灰：

熔点高于1425℃之间

2、排烟温度：

一般在160℃～200℃之间

3、省煤器出口水温：

比相应压力下的饱和温度低30℃

4、煤层厚度：

一般为150mm～180mm，正常的煤层厚度与媒质及颗粒大小有关，下列数据可作参考：

粘结性烟煤60～120mm

不粘结性烟煤80～140mm

低发热值煤100～180mm

5、炉膛正负压：

负压运行的锅炉，维持炉膛负压在20～30Pa，对锅炉的稳定燃烧、锅炉房的工作条件及炉子的维护最有利；本次锅炉炉膛为负压运行。

6、水位的控制范围：

玻璃板或玻璃管正中间即为正常水位线，水位的变化范围应在正常水位线上下不超过40mm，当水位变化达±50mm时应报警；为了防止因汽化强度增大，汽流速度加快而引起的带水现象，必须保持水位比正常水位低一些，运行中的正常水位应在主汽包中心线之下约30mm处；

7、水位的三线：

水位表应明显标明锅炉最高、最低安全水位和正常水位的三条标识红线。

散装锅炉各水位状况的表示方法：

用胶管水准仪将锅筒截面上3点钟位置或9点钟位置的冲眼位置转移到水位表上，从该位置向下50mm就是正常水位位置。

由正常水位位置向上、向下各75mm就是最高、最低安全水位位置；

8、汽压变化范围

正常汽压：

是锅炉设计的工作压力

允许变动范围：

一般不大于工作压力的±0.05MPa

异常范围：

指汽压超出工作压力的±0.15MPa

事故及危险范围：

指气压超出工作压力±0.25MPa，汽压达到或超过这个范围时，将引起安全阀动作，甚至危及设备的安全；

9、汽温允许变化范围

正常汽温：

为锅炉设计的工作温度，即适合于汽轮机或热力用户所需要的汽温

允许变化范围：

为工作温度的±5℃

异常范围：

为工作温度的±15℃～±20℃

事故及危险范围：

为工作温度的±20℃～±25℃

10、锅炉上三大安全附件：

压力表、安全阀、水位表；

11、锅炉辅助设备：

注水器、水泵、给水自动调节器、鼓、引风机、除尘器、水处理设备、各种阀门；

12、锅炉辅助受热面：

蒸汽过热器、省煤器、空气预热器；

13、锅炉缺水：

当锅炉水位低于水位表最低可见边缘，叫锅炉缺水。

停炉后用“叫水法”（冲洗水位表排水旋塞，缓慢关闭排水旋塞后，看水位是否在水位表出现），仍可见水位在水位表内出现时，叫轻微缺水；水位表已看不见水位，而采用叫水法也叫不上水时，叫严重缺水；

14、锅炉满水：

锅炉水位超过水位计最高可见边缘叫满水，经放水仍不能见到水位，叫严重满水；

15、水垢种类：

碳酸盐水垢，硫酸盐水垢，磷酸盐水垢，混合水垢，油垢、泥垢；

16、水垢危害：

增加锅炉耗煤量，降低受热面金属强度，恶化水循环，引起或促进金属腐蚀，清除水垢耗费人力、物力，损伤受热面，缩短锅炉使用寿命；

17、软化水：

除去水中钙镁离子的水，叫软化水；

软化方法有：

炉内加药法，炉外化学处理法，离子交换等；

1.2.4锅炉工作的基本过程

由输煤系统送入煤斗的煤靠自重落在炉排面上，炉排由电动机带动由前向后移动，将煤经过煤闸板控制煤层厚度后进入燃烧室。

在燃烧室中燃烧的空气由炉排下的风室鼓风机供给。

燃料燃烧所产生的高温烟气以辐射放热的方式向燃烧室四周的水冷壁传递热，然后经过防渣管道进入对流烟道。

对流烟道是由烟墙隔成的。

对流烟道中布置有对流管束等受热面。

对流管束是与上、下锅筒连接在一起的一簇管束，管内的水吸收烟气热量而升温，一部分水在上锅筒中被加热，进入供水管道，送出锅炉。

对流管束的钢管直径一般为巾50"--70mm。

烟气在烟道中冲刷对流管束，以及在下锅筒放出热量后，进入尾部烟道。

尾部烟道内布置有省煤器和空气预热器等受热面。

经过省煤器和空气预热器的烟气经引风机和烟囱排出。

排出的烟气温度越低，说明烟气的热量被吸收的越充分，燃料的热能被利用的程度越高，锅炉的热效率就越高。

1.2.5锅炉供暖系统主要包括的两个控制任务

一、燃烧系统控制。

二、循环泵控制。

其中燃烧系统控制是主要的，其基本任务既要使供热量适应热负荷的变化，还要保证燃烧的经济性和锅炉运行的安全性，因而燃烧控制要通过改变给煤量来保证负荷的改变，调节送风量使之随时与给煤量保持适当的比例，以保证完全燃烧和最小的热损失；调节引风使之随时与送风相适应，以保持炉膛负压在一定范围内。

循环泵控制的任务是：

控制供回水流量与压力，从而间接地影响供回水温度。

1.2.6锅炉燃烧控制系统的任务主要

（1）稳定锅炉的出水温度，使其始终保持在设定值附近。

出水温度的设定值与室外温度以及消耗热量（热负荷）的变化相关。

每天不同时段，根据总结的控制规律设定出水温度给定值，以出水温度为被控量，改变燃煤量，进而改变炉排与鼓风机的转速比，进而达到出水温度与给定值一致。

（2）保证燃烧的经济性。

在给定出水温度的情况下，需要调节鼓风量与给煤量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态。

运行初始，根据经验设定风煤比，使耗煤量与鼓风量成一定比例关系，在煤质变化时用一个电位器调节风煤比的值，使燃煤充分燃烧。

（3）保证引风和鼓风的正确配比，维持炉膛负压值。

炉膛负压的变化，反映了引风量与鼓风量的适应程度。

如果炉膛负压太小，炉膛容易向外喷火，既可能危及设备与工作人员的安全又会造成环境污染及能量的浪费。

负压过大，炉膛的进风量增大，增加引风机的电耗和烟气带走的热量损失。

第二章电气控制线路设计

2.1常用的控制线路的基本回路的组成　

（1）、电源供电回路。

供电回路的供电电源有AC380V和220V等多种。

（2）、保护回路。

保护（辅助）回路的工作电源有单相220、36V或直流220、24V等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。

（3）、信号回路。

能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路，如不同颜色的信号灯，不同声响的音响设备等。

（4）、自动与手动回路。

电气设备为了提高工作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中还需要设置手动环节，通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换。

（5）、制动停车回路。

切断电路的供电电源，并采取某些制动措施，使电动机迅速停车的控制环节，如能耗制动、电源反接制动，倒拉反接制动和再生发电制动等。

（6）、自锁及闭锁同路。

启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气环节叫自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。

两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，叫闭锁环节。

如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路中。

2.2常用电气图举例

2.2.1点动控制线路

2.2.2连续运转控制线路（自锁）

2.2.3两地控制线路

2.3热水采暖锅炉辅机电气图设计

2.3.1设计控制系统的要求

1、两台锅炉为一用一备，引风机电机功率为110kw，鼓风机电机功率为55kw，循环泵电机功率为90kw，炉排电机功率为4kw。

锅炉运行应在起动循环泵之后，先起引风机，后起鼓风机，锅炉停止时应先停鼓风机，后停引风机，然后才可停循环泵。

控制上要求上述设备应有联锁控制。

2、引风机、鼓风机、循环泵、炉排采用变频调速控制。

3、出渣机电机功率为3kw，除灰机电机功率为7.5kw，上煤机电机功率为5.5kw，每台电机均为直接起动。

炉排与出渣机要求有联锁控制，起动时应先起动出渣机，后起动炉排，停止时应先停炉排，后停出渣机。

4、操作台不仅能够对锅炉辅机进行操作控制，还可以显示其运行状态及运行电流，同时可显示每天锅炉的炉膛压力、锅炉炉膛温度、锅炉出水温度、回水温度、出水压力、回水压力。

并可显示集水器及分水器上的温度和压力，对锅炉出水温、出水压要有声光报警。

5、补水泵要求采用变频调速控制。

2.3.2各辅机电气图设计

各辅机电气图详见附录图纸，现将附录图行设计思路、电机控制、运行过程进行简略说明。

各变频调速辅机都选用深川系列品牌。

相应其它器件选型详见后文叙述。

1、补水泵（图纸详见附录图纸）

补水泵在本系统中为一用一备，大小为7.5KW,用一台变频器带动。

补水泵既可以变频运行也可以工频运行，用转换开关SA1切换,变频运行时候工频不运行。

变频运行哪个水泵用转换开关SA2切换。

在图纸中可以显示其故障指示灯、停止指示灯和运行指示灯,1#补水泵的启动按钮为SB1，停止按钮为SB2,2#补水泵的启动按钮为SB3，停止按钮为SB4.操作人员就地可以控制，在操作台也可以控制，两个地方的控制都是既可以随时停止也可以随时启动，这样就方便了操作人员控制。

2、出渣机和炉排（图纸详见附录图纸）

本设计中出渣机是5.5KW和炉排4KW,出渣机直接起动，起动按钮SB5,停止按钮SB6,炉排是用变频器控制调速，起动按钮是SB7,停止按钮