锅炉自动控制系统资料.docx
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锅炉自动控制系统资料
小组项目：
锅炉自动控制系统——燃烧部分
项目时间周期：
班级：
小组组长：
小组成员：
报告完成时间：
2012年07月11日
目录
一、生产实习目的及意义……………………………………………………3
二、锅炉自动控制系统的要求………………………………………………3
（一）操作设备说明……………………………………………………………3
（二）生产实习整体要求………………………………………………………5
（三）控制系统设计要求………………………………………………………5
（四）开车步骤和各部件要求…………………………………………………6
三、锅炉工艺介绍……………………………………………………………8
（一）工艺流程介绍……………………………………………………………8
（二）工艺过程介绍……………………………………………………………9
四、生产实习的具体安排……………………………………………………10
五、小组成员具体分工………………………………………………………10
六、燃烧工程设计方案………………………………………………………10
七、自动化仪表选择方案……………………………………………………14
（一）仪表选择…………………………………………………………14
（二）仪表主要参数……………………………………………………21
八、组态仿真测试……………………………………………………………26
九、组态王仿真测试……………………………………………32
一十、matlab测试仿真………………………………………………………41
十一、财务简要分析及项目可行性总评……………………………………44
十二、生产实习感想……………………………………………………………44
十三、对本次生产实习方案的评价……………………………………………45
十四、对本次生产实习的建议…………………………………………………45
参考文献…………………………………………………………………………45
一、生产实习目的及意义
1.认识、了解现代工业生产的组织和管理模式;
2.认识、了解所学专业在国民经济中的作用、位置，以及社会对于科技、知识的需求程度的一种重要方式;
3.学会中如何观察、分析问题，搜集、整理数据资料，开展调查研究的能力;
4.培养综合运用不同学科的知识，分析、解决工作中所遇到的问题的能力;
5.培养团队之间相互帮助，相互协作，即分工明确又深入沟通的能力；
6.通过实习，全面检查我们技能的强弱和专业知识的掌握程度，及时发现问题，采取改进措施，以提高我们的综合能力;
二、锅炉自动控制系统的要求
（一）操作设备说明
（1）检测仪表
位号
检测点说明
单位
位号
检测点说明
单位
AI1101
烟气含氧量
%
PT1101
燃料压力
MPa
FT1101
锅炉上水流量
kg/h
PT1102
炉膛压力
MPa
FT1102
去减温器的锅炉上水流量
kg/h
PT1103
汽包压力
MPa
FT1103
燃料流量
kg/h
PT1104
过热蒸汽压力
MPa
FT1104
空气量
m3/s
PT1106
除氧器压力
MPa
FT1105
过热蒸汽流量
kg/h
TT1101
炉膛中心火焰温度
℃
FT1106
软化水流量
kg/h
TT1102
汽水分离后的过热蒸汽温度
℃
FT1107
烟气流量
kg/h
TT1103
进入减温器的过热蒸汽温度
℃
LT1101
除氧器液位
%
TT1104
最终过热蒸汽温度
℃
LT1102
汽包水位
%
TT1105
烟气温度
℃
（2）执行机构
位号
执行机构说明
位号
执行机构说明
V1101
锅炉上水管线调节阀
V1106
软化水管线调节阀
V1102
直接去省煤器的锅炉上水管线调节阀
PV1101
除氧蒸汽管线调节阀
V1103
去减温器的锅炉上水管线调节阀
S1101
鼓风机变频器
V1104
燃料管线调节阀
DO1101
烟道挡板
V1105
过热蒸汽管线调节阀
（3）开关阀
位号
执行机构说明
位号
执行机构说明
XV1101
锅炉上水泵出口阀/截止阀
XV1104
汽包顶部放空阀
XV1102
燃油泵出口阀/截止阀
XV1106
通入除氧器下水箱的除氧蒸汽管线阀
（4）手操阀
位号
执行机构说明
HV1101
锅炉上水管线调节阀旁路阀
（二）、生产实习整体要求：
小组共同完成一个完整的自动化工程项目。
实际的自动化工程项目从设计到实施投运的全过程包括：
1）接受用户的委托协议部分；
2）根据用户提出的要求，设计一个合理的自动化控制解决方案，包括：
①根据工艺条件和用户要求，设计若干个自动控制系统；
②选择合理的控制方案（包括算法）；
③为每个系统选择合适的自动化仪表；
3）为用户进行软件开发—进行控制系统的组态，并进行运行测试
4）对部分控制系统进行实际运行，整定测试；
5）将调试结果和设计结果形成设计报告提交给甲方。
（三）控制系统设计要求：
组态要求：
1、回路组态画面，
2、分组画面，
3、纵观画面，
4、趋势画面，
5、流程图组态，
6、报警画面。
A、上水部分主要由除氧器和上水泵构成，主要参考变量为：
软化水流量、除氧器液位以及除氧器压力。
（1）要求：
本部分所构成的控制系统需包括：
单回路控制系统、串级控制系统等。
（2）安全要求：
主要参考变量需有报警提示。
B、燃烧及产品产出部分主要由炉膛、燃油泵、风机以及过热蒸汽出口管线构成，主要参考变量为：
燃料流量、空气量、过热蒸汽压力。
（1）要求：
本部分所构成的控制系统需包括：
比值控制系统、串级控制系统等。
（2）安全要求：
主要参考变量需有报警提示。
C、锅炉汽包构成，主要参考变量为：
汽包水位、汽包压力。
（1）要求：
本部分所构成的控制系统需包括：
单回路系统、三冲量控制系统等。
（2）安全要求：
主要参考变量需有报警提示。
D、炉膛负压及出口温度，主要由炉膛和过热蒸汽出口管线部分系统构成，主要参考变量为：
炉膛负压、最终过热蒸汽温度。
（1要求：
本部分所构成的控制系统需包括：
前馈控制系统、串级控制系统等。
（2）安全要求：
主要参考变量需有报警提示。
E、烟气排放部分，主要由省煤器和烟气排放管线部分系统构成，主要参考变量为：
烟气含氧量、烟气出口温度。
（1）要求：
本部分所构成的控制系统需包括：
串级控制系统等。
（2）安全要求：
主要参考变量需有报警提示。
（四）、开车步骤和各部件要求：
1、启动前阀位检查
检查所有的阀门和开关都处于关闭状态。
2、除氧器投运
1）将软化水管线调节阀V1106打开，手动向除氧器充水，使液位指示达到400（mm），并保持稳定。
开除氧器下水箱蒸汽管线阀XV1106加热到100℃后关闭
2）打开除氧蒸汽管线调节阀PV1101，将除氧器压力升至1000mmH2O。
3、锅炉上水
1）打开汽包放空阀XV1104。
2）开启上水泵出口阀XV1101，全开去省煤器锅炉上水管线调节阀V1102。
3）缓开给水调节阀的小旁路阀HV1101，手控上水（注意上水流量不得大于10t/h，因为上水过快，排气不畅，会导致局部受压，损坏设备）。
待水位升至250mm，关闭旁路阀HV1101。
4）调节V1101，使汽包水位达到300mm，并保持稳定。
5）调节PV1101，将除氧器压力达到2000mmH2O，并保持稳定。
4、锅炉点火升压
1）检查汽包放空阀XV1104是否打开。
2）全开烟道挡板DO1101，开启风机S1101通风5分钟，使炉膛不含可燃气体。
3）将烟道挡板DO1101调至20%左右。
4）按下操作台上的点火按钮，点燃开工烧嘴。
5）打开油路截止阀XV1102，开调节阀V1104，投入主燃料系统。
6）升压过程应缓慢平稳，时间应严格控制不得小于10分钟，以免过热器管壁温度急剧上升和对流管束胀口渗水等现象发生。
当蒸汽压力达到1.5MPa时，关闭汽包放空阀XV1104。
7）过热蒸汽温度达到400℃时，投入减温器，打开V1103，开度为50%。
8）当压力升至3.6MPa之后，保持此压力达到平稳。
5、锅炉负荷提升
1）检查蒸汽温度不低于420℃。
2）调整汽包水位为250~300mm。
3）调整过热蒸汽压力在3.6~3.65MPa。
4）缓慢开蒸汽管线调节阀V1105，约5%。
5）调节蒸汽压力达到3.8MPa，并保持稳定。
6）缓慢调节蒸汽管线调节阀V1105，提升燃烧负荷，使产汽量达到20t/h左右。
7）检查燃油管线调节阀V1104位于小开度，调节蒸汽管线调节阀V1105，使负荷提至35t/h。
8）缓慢调节V1105继续提升负荷，提升速度每分钟不得超过3-5t/h，同时注意调节燃油管线调节阀V1104补充燃油量，直至负荷升至65t/h。
9）调整蒸汽温度达到440℃，并使其保持稳定。
6、锅炉正常运行工况
1）调整烟道挡板DO1101，使烟气含氧量维持在2%左右。
2）蒸汽温度保持在（440±5）℃范围内。
3）均衡进水，保持正常水位，使给水量和蒸汽负荷达到平衡。
汽包水位控制在（300±30）mm。
4）过热蒸汽压力保持在（3.8±0.05）MPa范围内。
5）给水压力保持在4.8~5.5MPa。
6）炉膛压力小于400mmH2O。
7）排烟温度在200℃左右。
8）燃料气压力在0.29~0.31MPa。
9）除氧器压力在（2000±100）mmH2O。
除氧器液位在（400±30）mm。
三、锅炉工艺介绍
（一）工艺流程介绍
所选被控对象为工业领域广泛应用的自然循环锅炉。
经处理的软化水进入除氧器V1101上部的除氧头，进行热力除氧，除氧蒸汽由除氧头底部通入。
除氧的目的是脱除水中的氧气和其他溶解性气体。
除氧后的软化水经由上水泵P1101泵出，分两路，其中一路进入减温器E1101与过热蒸汽换热后，与另外一路混合，进入省煤器E1102。
进入减温器E1101的锅炉上水走管程，一方面对最终产品（过热蒸汽）的温度起到微调（减温）的作用，另一方面也能对锅炉上水起到一定的预热作用。
省煤器E1102由多段盘管组成，炉膛产生的高温烟气自上而下通过管间，与管内的物料换热，回收烟气中的余热使物料进一步预热。
从对流段流出的物料全部进入F1101辐射段炉管，接受燃烧器火焰的辐射热量，达到所要求的高温以后出加热炉，进入换热器E1101的壳程，进行温度的调节并为冷物料预热，最后以工艺所要求的物料温度输送给下一生产单元，整个过程的重点在于对于燃烧时炉膛的燃料气和空气的输送比值的设定和出口温度的稳定输出。
被烟气加热成饱和水的锅炉上水全部进入汽包V1102，再经过对流管束和下降管进入锅炉水冷壁，吸收炉膛辐射热在水冷壁里变成汽水混合物，….。
分离出的饱和蒸汽再次进入炉膛F1101进行汽相升温，成为过热蒸汽。
….过热蒸汽温度输送给下一生产单元。
燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101的燃烧器；空气经由变频鼓风机K1101送入燃烧器。
燃料与空气在燃烧器混合燃烧，产生蒸汽。
燃烧产生的烟气带有大量余热，加热炉对流段由多段管排组成，炉膛产生的高温烟气自上而下通过管间，与管内的物料换热，回收烟气中的余热使物料进一步预热。
（二）工艺过程介绍
软化水流量为F1106，温度为常温20℃，经由调节阀V1106进入除氧器V1101顶部。
给水由给水泵送到锅炉房来，先引入省煤器，在其中被加热提高温度后，送往汽包。
锅炉上水流量为F1101，锅炉上水管线上设有上水泵出口阀XV1101，先送入省煤器预热，预热后送进汽包。
汽包V1102顶部设放空阀XV1104，汽包压力为P1103。
汽包中部设水位检测点L1102。
过热蒸汽进入减温器E1101，经主蒸汽管道送往汽轮机做功。
燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101的燃烧器，.燃料燃烧后生成的灰渣，一部分（较粗的灰渣）落入燃烧室下部的灰渣斗中，另一部分（较细的飞灰）被烟气带走，在除尘器中大部分被分离出来，落入其下部的飞灰斗中。
然后由除灰装置将灰渣和细灰送往储灰场。
省煤器烟气出口处的烟气流量为F1107，温度为T1105。
烟气含氧量A1101。
在传热过程中烟气温度逐渐降低，此后利用除尘器清楚烟气中携带的大部分飞灰，最后由引风机将烟气送入烟囱排向大气。
四、生产实习的具体安排
1.生产实习动员及分组；
2.完成锅炉自动化工程设计；
3.完成锅炉自动化控制的仪器仪表选择；
4.上机运用CS3000集散控制系统完成功能组态测试；
5.运用组态王进行测试运行；
6.用matlab对所设计的系统进行仿真与整定；
五、小组成员主要分工
XX：
仪表的选型汇总，组态王测试仿真，完成整体报告。
XXX：
控制回路的设计，控制系统方块图。
XXX：
CS3000集散控制系统的功能测试。
XXX：
matlab仿真测试。
XXX：
仪表的选型，控制系统流程图。
XXX：
完成阶段性报告，制作PPT,成果展示。
整个过程都是大家共同讨论的，基本上每个环节每个人都有参与，上述只是每部分主要负责人。
六、燃烧部分工程设计方案
设计原则：
设计基础：
把锅炉设备看成一支热量计，用测量锅炉内蒸发量的变化来间接监视和控制燃烧系统。
由热量平衡关系
——压力对象的储热系数，及锅炉在压力变化时的储热能力
——锅炉蒸发量
——炉膛热负荷，即单位时间内进入炉膛的燃料产生的热量
折算成蒸汽流量单位
——饱和蒸汽的热焓值
上式称为热量信号，用
来反应燃料量，但由于从燃料量的的变化到产生热量传递给蒸发系统要经过一系列的环节，所以存在着容量滞后。
根据经验，热量信号大约在15s左右能反应出燃料量的变化。
蒸汽压力
的变化与汽包压力
之间存在着对应关系。
燃烧系统自动调节的关键测量问题：
1.在燃料量改变时，对于一台锅炉的气压对象，它的动态特性为单容积分环节和具有纯滞后的一阶滞后环节的串联，等效纯滞后时间大约10-20s左右，因此，根据汽压的变化去调节燃料量能够及时有效的控制汽压，并适应负荷的需要。
在改变燃料量的同时，应协调地改变送风量和引风量。
2.在蒸汽负荷扰动时
的反应曲线，有与负荷变化成比例的比例段，因此，可以用过热蒸汽压力作为负荷变化的调节信号。
3.为了使锅炉承担规定负荷，必须正确而又快速地测量燃烧率（燃料量和风量）；为了保证经济燃烧，必须准确而又快速地测量反应燃烧的经济性指标。
控制系统方案如图：
方框图：
设计分析：
系统上半部分是以蒸汽压力为主参数，以燃料油流量为副参数的串级控制系统；下半部分是以燃料油为主动量，以空气为从动量的比值调节系统。
如果蒸汽压力因为某种原因突然大幅度降低，这是蒸汽压力调节器的输出信号大幅度增加，燃料油控制器接受偏差信号，就会使燃料油流量增加的过多，就能使设备受到损坏。
为了防止这种现象的发生，在蒸汽压力调节器的输出设置了低选器，给一个最大燃油值，对燃料油流量起上限幅作用，以防止油量过大，烧坏设备。
具有逻辑提降量的控制系统：
在生产过程中，有时工艺上不仅要求物料成一定比例，而且要求在负荷变化时，它们的提、降量有一定的先后次序。
实现相应功能的比值控制系统称为有逻辑规律的比值控制系统。
所谓逻辑规律，就是指工艺上对主、副流量提、降时的先后要求，所以具有逻辑规律的比值控制也称为逻辑提量。
在锅炉燃烧系统中，希望燃料量与空气量成一定的比例，而燃料量取决于蒸汽量（负荷）的需要，用蒸汽压力反映。
当蒸汽量需求增加（提量）时，即蒸汽压力降低，燃料量也要增加，为了保证燃烧完全，应先加大空气量，后加大燃料量。
反之在降量时，应先减少燃料量，后减少空气量，以保证燃料的完全燃烧。
方框图：
七、自动化仪表选择方案
（一）仪表选择
仪表选型目录
序号
位号
仪表型号
表号
1
FI1103
TS120
表7.1
2
FI1104
TS100
表7.2
3
PI1101
PMD-99B系列压力变送器
表7.3
4
PI1104
PTC305H压力变送器
表7.4
5
V1104
ZMAW-6（B/K）G
表7.5
1、FT1103:
燃料油入口流量变送器（见表7.1）:
2.FI1104:
空气入口流量变送器（见表7.2）
3.PI1101:
燃料油入口压力变送器（见表7.3）
4.PI1104:
过热蒸汽压力变送器（见表7.4）
5.V1104：
燃料管线调节阀（见表7.5）
（二）仪表主要参数
表7.1
仪表数据表
项目名称：
加热炉装置
图号：
位号
FI1103
用途
燃料油入口流量
P&ID号
操作条件
工艺介质
粘稠液体
操作压力
0-2MPa
操作温度
0-100℃
操作流量
0-10000m3/h
变送器规格
型号
TS120
测量范围
0.1-10000m3/h
精度
0．5级
输出信号
两线制4--20mA电流输出
测量原理
法拉第电磁感应定律
测量元件材料
不锈钢材质
公称直径
DN10-600
本体材料
不锈钢
防爆等级
Exdeia11BT4-T6
防护等级
IP65
安装形式
法兰式
制造厂
北京天泰兴业科技有限公司
备注
设计
日期
审核
日期
表7.2
仪表数据表
项目名称：
加热炉装置
图号：
位号
FI1104
用途
空气入口流量
P&ID号
操作条件
工艺介质
空气
操作压力
0-2MPa
操作温度
0-100℃
操作流量
0-10000m3/h
变送器规格
型号
TS100
测量范围
2～20000m3/h
精度
0．5级；1级
输出信号
两线制4--20mA电流输出
测量原理
卡门涡街原理
测量元件材料
不锈钢材质
公称直径
300mm
本体材料
304不锈钢；不锈钢1Ci18Ni9Ti
防爆等级
隔爆型 ExdⅡCT5本安型 ExiaⅡCT2-CT64
防护等级
IP65;IP67;IP68
安装形式
夹持式DN15—DN300法兰式DN15—DN500插入式>DN300
制造厂
北京天泰兴业科技有限公司
备注
设计
日期
审核
日期
表7.3
仪表数据表
项目名称：
加热炉装置
图号：
位号
PI1101
用途
燃料入口压力
P&ID号
操作条件
工艺介质
燃料油
操作压力
0-2.5MPa
操作温度
0-100℃
操作流量
0-10m3/h
变送器规格
型号
PMD-99B系列压力变送器
测量范围
0.0025-60MPa
精度
0.50%
输出信号
两线制4--20mA电流输出
测量元件材料
SS316不锈钢
本体材料
铜铝合金压铸件
防爆等级
ExibⅡCT6
防护等级
IP65
制造厂
烟台东润仪表
备注
设计
日期
审核
日期
表7.4
仪表数据表
项目名称：
加热炉装置
图号：
位号
PI1104
用途
过热蒸汽压力
P&ID号
操作条件
工艺介质
高温蒸汽
介质温度
：
-30℃～160～200℃～400℃
环境温度
-20～85℃
变送器规格
型号
PTC305H压力变送器
测量范围
-0.1～0～1～150（MPa）
精度
0.25%FS、0.5%FS
输出信号
4～20mA（二线制）、0～5V、1～5V、0～10V（三线制）
电气接口
防水密封端子或赫丝曼接头
本体材料
316不锈钢
振动影响
在机械振动频率20Hz～1000Hz内，输出变化小于0.1%FS
供电电压
24DCV（9～36DCV）
防护等级
IP65
制造厂
广东省佛山市昊明电子仪器有限公司
备注
设计
日期
审核
日期
表7.5
仪表数据表
项目名称：
加热炉装置
图号：
位号
V1104
用途
燃料管线调节阀
P&ID号
操作条件
工艺介质
燃料油
操作压力
0-0.5MPa
操作温度
—40～450
操作流量
0-10000Nm3/h
变送器规格
型号
ZMAW-6（B/K）G型气动蝶阀
结构特点
结构简单紧凑，加工方便，易制成大口径，具有自清洗作用，阴力系数小，流通能力大
技术参数和性能
阀体型式
气动蝶阀
公称通径
DN50~500
公称压力
0.6MPa
接管法兰
按JB78-59对夹式法兰连接
材料
ZG230-450，ZG1Cr18Ni9Ti，ZG0Cr18Ni12Mo2Ti
上阀盖
-40～450℃
流量特性
近似等百分比
阀芯材料
ZG230-450;1Cr18Ni9Ti;ZG1Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni12Mo2Ti
执行机构型式
多弹簧式薄膜气动执行机构
弹簧范围
20～100，40～200kPa
八、组态仿真测试
燃烧环节包括蒸汽压力为主参数，以燃料油流量为副参数的串级控制系统，以燃料油为主动量，以空气为从动量的比值调节系统。
该方案的组态如下：
（一）、创建新项目
1、点击开始/程序/YOKOGAWACENTUM/SystemView
2、在SystemView窗口中，窗口。
3、在Outline窗tion（CompactType），点击确定，弹出GreatNewHIS窗口。
在StationType处选择PFCD-HDuplexedFieldControlStation，点击确定。
（二）、定义IOM模块
1、点击FCS0101/鼠标右键/GreatNew/IOM，点击确定。
2、双击FCS0101，点击IOM，在Name处双击1-1AMN11，弹出IOMBuilder窗口。
（三）
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