DCS课程设计报告600MW锅炉排污.docx
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DCS课程设计报告600MW锅炉排污
第1章绪论
1.1课题背景与意义
随着现代科技的不断进步，促进了电力事业的迅速发展，而火电厂大容量、高参数机组不断增加和电网调度自动化的程度日益提高，分散控制系统（DCS，DitributeControlSystem），它综合了计算机技术、网络通信技术、软件技术、输入输出接口技术等前沿技术，新建机组的热工过程控制均采用分散控制系统，许多小机组也在进行分散控制系统DCS的改造，这不但减轻运行人员的劳动强度，改善了劳动条件，而且确保机组安全、经济、高效的运行。
以往火电机组中，锅炉水定期排污大部分采用由硬件组成的程控制装置，由于变成没能很好地结合点成的实际情况，在使用中存在一定问题。
其主要原因是：
一方面，程控在运行中，一旦某一个定排电动门出现机械故障，定牌程控将停止运行，必须要求所有的电动门完好才能投入正常运行，加之许多电厂定排电动门比较老化，经常出现卡涩等机械故障，所以无法正常投入运行。
另一方面，由于采用硬件设备，难免出现运行时间一长，设备的元件出现故障又难于修复，因此很少投入运行，一般采用人工排污。
[1]目前，DCS技术已发展成熟，并广泛应用于电厂之中，300MW及以上容量机组的热工控制已全面采用DCS控制系统，提高了电厂自动化水平和机组运行安全性、经济性。
将锅炉定期排污纳入DCS控制系统，经过精心设计和调试，获得了成功。
第2章概述
2.1锅炉排污的概念及方式
2.2.1锅炉排污的概念
由于受到水处理条件的限制，锅炉给水总是含有一定量杂质，随着锅炉水的不断循环，锅炉水杂质浓度逐渐增大，若杂质浓度过大,不仅影响蒸汽品质，而且还会造成受热面的结垢与腐蚀，影响锅炉安全运行。
为此，在锅炉内进行加药处理，加药只能使一部分结垢性杂质变为水渣，沉积在汽水循环回路最低处；另外还要将部分含盐浓度高的锅炉水排出，并补充清洁水，以控制锅水品质的过程就是锅炉排污。
锅炉排污量的大小，和给水的品质直接有关。
给水的碱度及含盐量越大，锅炉所需要的排污量愈多。
2.2.2锅炉排污的方式
排污分为分为定期排污和连续排污两种。
连续排污也叫表面排污，这种排污方法是连续不断地从锅炉水表面附近将含盐浓度最大的锅水排出，使锅水含盐量不超过规定的数值，防止锅水浓度过高而影响蒸汽品质。
定期排污又叫间断排污或底部排污，这种排污方法是将沉积在下联箱中的不溶性水渣和铁锈等杂质排走。
定期排污的时间间隔和排污量由化学监督人员根据汽水品质的要求来确定。
定期排污持续的时间很短，但排出锅内沉淀物的能力很强。
[2]
2.3连排和定排在锅炉系统中应用
2.3.1连续排放系统
连续排污主要是排出汽包的盐分含量，排污管通常设在汽包上半部水位下面，连排系统上没有炉水取样，它可以根据汽包炉水化学成分的变化，来调节连续排污量。
连排扩容器入口装有电动阀B和D，扩容后的合格蒸汽排到除氧器，不合格蒸汽排至大气。
在连续排污扩容器上通常装有对空排气的安全阀，以防箱体超压。
连续排污扩容器依靠水位控制仪表来控制箱体水位。
当水位高于设定的水位时，箱体内的水被水位调节阀C自动疏放到定排疏水扩容器。
当水位调节阀故障时，依靠旁路手动阀疏水。
锅炉连续排污控制部分由炉水品质在线仪表、排污调整门及执行器、控制软件组成。
炉水品质在线仪表送入排污量控制模块的信号有电导率、PH值、二氧化硅、磷酸根，根据排污控制算法确定是否调整污门的开度，并控制其排污量。
控制算法采用PID方式，一排污量作为反馈量。
在正常工作时，以二氧化硅、PH值、磷酸根为控制变量，在保证炉水指标的前提下，尽量减少排污量；在二氧化硅、磷酸根仪表缺信号或失效时以电导率为控制变量；在全部在线仪表失效时，自动转入手动控制方式工作。
2.3.2锅炉连续排污装置
排污装置指锅炉本体范围内的排污短管、排污阀及锅筒内部排污导管等。
排污导管要求有足够的长度并且水平安装，导管的一端封死。
每台锅炉应装独立的排污管。
排污管应尽量减少弯头，保证排污畅通并接到安全的地点。
如图2-1为汽包连排系统流程图
图2-1汽包连排系统流程图
排污管和锅筒、集箱、排污阀连接部分要牢靠、无腐蚀。
排污阀宜采用闸阀、扇形阀或斜截止阀。
排污阀的公称直径为中2O～65mmm，额定蒸发量≥lt／h或工作压力t>0．7Mpa的锅炉，排污管应装两个串联的排污阀。
排污时，排污阀承受高温液体的冲刷及污垢的磨损，停止排污后将逐渐冷到室温。
为了改善排污阀的频繁承受压差（压降较大）、积垢腐蚀磨损、振动、热冲击等恶劣的工作条件，串联的排污阀有一定的操作顺序，其连接顺序为锅筒（或下集箱）——阀1（慢阀）、阀2（快阀）。
2.3.3锅炉定排系统
锅炉的定排主要目的是排出炉水中的沉渣和铁锈，是定期进行的，非连续性的，定期排污是从锅炉蒸发受热面的最低点引出，一般设在水冷壁下集箱最低点。
锅炉的定排程控投入后，按先后顺序进行排污，先打开1号电动门，即排污总门，5~8号电动门自动依次进行排污，排污完关闭2号电动门，9~12号电动门自动依次进行排污，排完污关闭2号电动门。
然后打开3号电动门，13~16号电动门自动依次进行排污，排污完关闭3号电动门。
然后打开4号电动门，17~20号电动门自动依次进行排污，排污完关闭4号电动门。
所有投入程控运行的电动门排污完后，成功自动结束。
定期排污在运行中根据需要定时开启和关闭。
定排系统工作时，必须保证汽包水位正常，因此按照定期排污时的操作规律，应顺序打开各排污阀门。
另外，若出现定排程控故障中断，必须立即停止排污并将所有的排污门关闭，当电动故障排除后，必须重新点击“定排启动”按钮，才能启动程序运行。
防止定排程控自动投入。
2.3.4定期排污装置
一般每组应装两个串联的排污阀，额定蒸发量小于1t／h时并且额定蒸汽压力小于0．7Mpa（Tkg／cm）的锅炉的每根排污管上可以只装一个排污阀。
热水锅炉而定供水温度低于120"C时，每根排污管上方可只装一个排污阀。
定期排污阀通常采用闸阀、扇形阀等容易密封，温度变化不易擦伤，维修容易，并且动作敏捷迅速，排污效果好的阀门。
排污管上串联两个排污阀（两个排污阀应尽量靠近，方便操作），一般是一个快开式（阀1）和一个慢开式（阀2）。
排污时，排污阀承受高温液体的冲刷及污垢的磨损，停止排污后将逐渐冷到室温。
为了改善排污阀的频繁承受压差（压降较大）、积垢腐蚀磨损、振动、热冲击等恶劣的工作条件，串联的排污阀有一定的操作顺序，其连接顺序为锅筒（或下集箱）——阀1（慢阀）、阀2（快阀）。
并且动作时有顺序，排污时先开阀1再开阀2，停止排污时，先关阀2再关阀1，这样阀1处于无压差下启、闭，工作条件好，寿命长，大修时重点检修阀2既可；也可以是两个快开的。
允许只装一个排污阀时应采用快开式的。
如图2-2为锅炉定排系统的流程图。
图2-2锅炉定排系统的流程图
2.4锅炉排污注意事项
锅炉排污不仅造成工质的损失，也造成热量的损失，因此要注意排污的原则：
勤排、少排、均匀排。
除了尽量设法回收排污的损失外锅炉排污量也应受到限制，故设置了调节阀、节流孔板等装置。
另外，为了回收排污损失一般设置排污扩容器等设备。
第3章锅炉排污的总体设计
3.1锅炉定连排系统原理
图3-1锅炉系统定连排系统原理图
3.2锅炉定期排污系统设计方案
3.2.1几种常见的排污系统
排污方式一：
所示是把定期排污和连续排污并联放在一起，此方式结构虽然简单，但是在水冷系统中的沉积杂质不易排除。
排污方式二：
所示由大直径下降管最低处排出，排出的水仍是锅筒中的水，因此水冷系统中的沉积杂质仍未排出。
排污方式三：
所示是把定期排污从水冷壁下集箱底部引出，与连续排污严格分开布置，这是一种较理想的系统。
3.2.2基于DCS的定期排污的特点
定排程控采用北京和利时公司的HS2000系统软件,根据运行规程和现场的要求,在DCS控制系统内进行组态调试，然后定排程控经过静态、动态试验以及投入试运行，完全达到了预期的功能和效果。
其主要优点如下：
⑴运行稳定可靠。
经现场长期试运行，程控启、停及各种功能均正常。
⑵结构简单。
只需要将电动门的I\O线与DCS机柜连接即可。
⑶操作方便。
在DCS系统操作画面上设计弹出窗口，直接在弹出窗口上进行操作。
⑷运行灵活。
在操作画面上可切除故障的电动门（不参与程控），投入正常的电动门参加程控，这样就增加了运行的灵活性。
⑸功能齐全。
在画面上可进行手动、自动操作，还具有显示、报警功能，以便运行人员掌握运行情况并提醒运行人员及时排除故障。
[3]
3.2.3锅炉定期排污的操作要求
本设计锅炉定排系统构成为：
四面水冷壁，每个水冷壁都有四个排污阀门，加上一个定排总门共计需要20个定期排污阀门。
锅炉定期排污的操作规程要求：
在运行中必须按规定的周期，本设计按照每6个小时对锅炉进行定期排污，排污应选在低负荷时进行。
每个循环回路的排污阀全开时不宜超过30秒，不准同时开启两个或更多个排污阀门。
排污时应注意监视给水压力和汽包水位的变化，并维持水位正常；排污应缓慢进行，防止水冲击管道发生严重震动，应停止排污，待故障消除后，在进行排污；在排污过程中，如锅炉发生事故，应立即停止排污。
3.3定排程控设计
3.3.1拟定组态方案
程控在运行过程中，必须在有两个以上电动门出现开/关超时信号时，定排程控才中断（在实际运行中同时发生两个电动门超时的情况很少），程控运行中断后“程控停止”按钮显示红色（同类描述均为操作员CRT画面组态）。
若一个电动门发生开/关超时信号只报警不中断程控，相应的电动门显示黄色。
1号电动门（排污总门）发生开/关超时信号，定排程控自动中断且“故障显示”按钮变红色。
如果已知某一个电动门有机械故障，在画面上点击“切除”，改电动门就将不参加程控，程序将“跳步”，使正常的电动门参与程控，这样就增加了运行的灵活性，不要求所有的门必须完好才能运行。
按“定排启动”绿色按钮，定排程控投入，按先后顺序进行排污：
先打1号电动门（排污总门），5~8号电动门自动依次进行排污，排污完关闭1号电动门。
然后打开2号门（排污总门），9~12号电动门自动依次进行排污，排污完关闭2号电动门。
然后打开3号电动门（排污总门），13~16号电动门自动依次进行排污，排污完关闭3号电动门。
然后打开4号电动门（总排污门），17~20号电动门自动依次进行排污，排污完关闭4号电动门。
所有投入程控运行的电动门排污完后，程控自动结束。
若出现定排程控故障中断，当电动门故障排除后，必须重新点击“定排启动”按钮，才能启动程序运行。
防止定排程控自动投入。
[4]表1为排污系统测点清单表。
表1-1测点清单
测点名称
测量传感器
信号类型
量程范围
单位
测点类型
汽包水位
电接点水位计
4~20mA
-300~300
mm
AI
汽包压力
数字压力计
4~20mA
13~700
Bar
AI
主汽流量
孔板流量计
4~20mA
0.175~1.75
Kg/s
AI
疏水箱水位
浮力式液位计
4~20mA
500~8000
mm
AI
排污流量
电磁流量计
4~20mA
11.3~500
m3/h
AI
如图3-2为锅炉定排控制系统的排污时序流程图
图3-2锅炉定排系统的排污时序图
3.3.2定排电动门开许可条件
1）汽包水位高于低一值
2）灭火保护未动作且汽包水位不高，必须满足以上两个条件，定排电动门才能打开。
否则电动门处于闭锁状态。
3）必须等上一个电动门排污后已经关闭，才打开下一个电动门，不允许同时打开两个电动门。
3.3.3定排程控启动条件
定排程控必须具备下面所有条件才能启动。
1）0～17号电动门必须处于关闭。
2）定排电动门具备开许可条件。
3）定排程控按钮投入且定排程控复位信号为0。
4）定排电动门未送电时，定排程控启动被禁止。
3.3.4定排程控中断条件
发生以下任意一种情况，定排程控将中断运行。
1）在程控运行中，0号电动门开／关运行超时信号产生，或1～19号电动门中任有两个以上电动门开／关运行超时信号产生。
2）MFT动作且汽包水位不高。
3）汽包水位低一值信号产生。
4）手动停止程控。
5）锅炉安全门动作。
根据以上提出的逻辑条件，先用模拟故障的方法逐一进行调试，然后投入运行，考察逻辑的正确性。
当定排程控中断后，画面上“启动”按钮变绿色，“故障显示”按钮变红色。
第四章MACSV系统组态软件
4.1软件的一般使用步骤
图4-1软件组态图
1.新建工程（数据库总控）：
在正式进行应用工程的组态之前，必须针对该应用工程定义一个工程名，该目标工程新建后便新建起了该工程的数据目录。
2.硬件配置（设备组态）：
在工程中定义应用系统的硬件配置。
3.数据库定义（数据库总控）：
定义和编辑系统各站的点信息，这是形成整个应用系统的基础。
4.工程基本编译（数据库总控）：
在设备组态编译成功的基础上，数据库编辑完成后可以进行基本编译。
5.服务器控制算法组态（服务器算法组态）：
是用来编制服务器算法程序的
6.工程完全编译（数据库总控）：
在服务器控制算法工程编译和基本编译成功之后可以进行联编，生成控制器算法工程。
7.控制器控制算法组态（控制器算法组态）：
是用来编制控制器算法程序及下装控制器的。
8.绘制图形（图形组态）：
用来绘制工艺流程图的。
9.制作报表（报表组态）：
用来制作反映现场工艺数据的报表。
10.工程完全编译（数据库总控）:
生成下装文件。
登录控制器，将工程下装到主控单元（控制器算法组态），下装服务器、操作员站（工程师在线下装）。
运行程序并在线调试。
4.2具体操作
1．新建工程
打开数据库总控—打开新建工程对话框—键入工程名—打开工程—域组号组态—关闭数据库总控
2．设备组态
设备组态是在工程中定义应用系统的硬件配置。
设备组态分为：
系统设备组态（编辑、编译）和IO设备组态（编辑、编译）两个部分。
打开设备组态工具—打开工程—系统设备组态（编辑、编译）—IO设备组态（编辑、编译）—关闭设备组态工具—生成系统设备状态图形
3．数据库组态
打开数据库组态工具—打开工程—进入编辑数据库画面进行数据编辑—关闭数据库组态工具。
4．服务器算法组态
打开服务器算法组态—打开工程—新建站—新建方案—设置方案属性—编辑方案（方案中用到的中间变量要添加到数据库中）—编译方案—编译站—编译工程—保存服务器算法工程——关闭服务器算法组态工具。
5．生成控制器算法工程
联编成功后可以生成控制器算法工程。
数据库总控画面中打开工程后选择数据库下装。
在编译信息栏中将显示是否成功生成控制器算法工程
6．控制算法组态
心得体会
通过此次DCS课程设计，我不仅加深了集散控制系统的应用与理解，练习了将理论与其他学科知识如《火电厂开关量控制》、《分散控制系统与现场总线控制系统》等相结合，并很好地应用到实际当中去；同时也发现了我对集散控制系统组态方面的知识还比较欠缺，设计时全局观念不足。
此外，这次课程设计也让我意外地收获了一种高效率的学习方法，就是去读前辈们所做的项目设计，深入的去了解他们的设计思路，如何选择元器件，如何达到整个系统的最优化。
途中遇到不会的那块知识再去找相关资料进行学习，这比我们平时捧着课本一直看来的有用，不仅效率高，也更利于活跃思维，更广泛，更灵活地应用各个学科知识。
在以后的学习中继续深入的学习DCS。
参考文献
[1]袁任光.集散控制系统应用技术与实例.机械工业出版社，2003年1月.
[2]盛伟，肖增弘等.电厂热力设备及运行.中国电力出版社，2012年2月.
[3]何衍庆.集散控制系统原理及应用.化学工业出版社，2009年6月.
[4]李江.火电厂开关量控制技术及应用.中国电力出版社，2009年8月.
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