电站锅炉自动测控系统毕业设计论文(编辑修改稿)

电站锅炉自动测控系统毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

动操作时 PLC 发出控制信号经执行部分进行自动操作。 PLC 作为下位机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅 炉正常、可靠地运行，工业 PC 机作为上位机对锅炉的运行数据进行监视和显示，并可以提供各种历史数据。 除此以外，为保证锅炉运行的安全，在进行自动控制系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，以免锅炉发生重大事故。 我国从 60 年代开始就从事锅炉自控系统的研制工作， 交通 部上海船舶运输科学研究所在长江航行的蒸汽动力船“东方红十号”、“ 东方红八号”和“东方红四号 ”上安装了气动的锅炉自动调节系统采用自行研制的基地式气动 调节器， 到 70 年代初研制成强制循环辅助锅炉的全自动控制系 统， 直到 90年代 才 开始研制以可 编程控制器为核心的辅助锅炉燃烧控制装置， 现在国内 锅炉 业迅速发展，但是辅助锅炉的控制系统大部分仍以进口产品为主，如 ： 丹麦 AALBORG 公司、德国 SAACKE 公司、瑞典 SUNROD 公司和日本OSAKA 公司的产品，这些公司几乎都采用了可编程控制器组成的控制系统。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 本文研究的主要内容 本文主要讲述了电站锅炉自动测控系统相关内容，在第一章中主要讲述了火力发电的生产过程， 锅炉自动控制概述以及国内外锅炉自动控制的发展历程及特点。 第二章 可表述为电站锅炉概述，包括 有锅炉的类型、本体组成、锅炉主要设备、 锅炉原理 以及主要的控制系统。 第三章中重点研究锅炉汽包水位控制系统， 简要的说明了单冲量、双重量 控制方法，对 三冲量控制方法 进行了相对详细的分析与介绍 ，进行综合比较， 对 自动控制过程做了较为详细的说明 和分析 ， 同时还有仪表选型，控制器正 /反作用的判定和控制规律的选择， 并简要的介绍了先进控制方式在水位控制系统中的应用，包括预测控制，专家控制和模糊控 制。 第四 章讲述了运用 MCGS 组 态软件实现对锅炉 实时监控 ， 并及时对所定数据上限值和下限值进行报警，以达到监控的目的。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 第二章 电站锅炉系统概述 火 力发电厂工艺介绍 火力发电由三大主要设备 — 锅炉、汽轮机、 发电机及相应辅助设备组成， 它 们通过管道或线路相连构成生产主系统，即燃烧系统、汽水系统和电气系统。 其生产流程 如图21所示。 水处理系统制粉锅炉汽轮机发电机主变压器生水原煤空气除盐水煤粉蒸汽 机械能 电能高压电 图 21 火力发电生产过程原理框图 ① 燃烧系统 燃烧系统如图 22， 包括锅炉的燃烧部分、 输煤、除灰和烟气排放系统等。 燃 煤由传送带 输送到锅炉车间的煤斗，进入磨煤机磨成煤粉，然后与经过预热器预热的空气一起喷入炉内燃烧，将煤的化学能转换成热能，烟气经除尘器清除灰分后 ，由引风机抽出，由 烟囱排入大气。 炉渣和除尘器下部的细灰由灰渣泵排至灰场。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 煤场磨煤机煤斗送 风机冷 空 气空 气 预 热 器热 空气锅 炉排 粉 风 机煤 粉炉渣细灰灰 渣 泵灰场烟囱排 往 大气热 空 气烟气除 尘器引 风机 图 22 燃煤系统流程图 ② 汽水系统 汽水系统流程 如图 23所 示，包括锅炉、汽轮机、凝汽器及给水泵等组成的汽水 系统 循环和水处理系统、冷却水系统等。 水在锅炉中加热后蒸发成蒸汽， 流 经过热器 之 后 过 热器炉 膛省 煤器给水高 压 加热 器给 水 泵除 氧器原水补给水低 压 加热 器凝 结 水泵化 学 水 处 理系 统冷凝器冷 却水凝结水泵凝结水乏汽发 电机汽 轮 机过 热 蒸 汽 图 23 汽水系统流程图 进一步加热，成为具有规定压力和温度的过热蒸汽，然后经过管道送入汽轮机。 在汽轮机中，蒸汽不断膨胀 ，高速流动，冲击汽轮机的转子，以额定转速（ 3000r/min） 旋转，将热能转换成机械能，带动与汽轮机同轴的发电机发电。 在膨胀过程中，蒸汽的压力和内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 温度不断降低。 蒸汽做功后从汽轮机下部排出。 排出的蒸汽称为乏汽，它排入凝汽器。 在凝汽器中，汽轮机的乏汽被冷却水冷却，凝结成水。 凝汽器下部所凝结的水由凝结水泵升压后进入低压加热器和除氧器，提高水温并除去水中的氧（以防止腐蚀炉管 等），再由给水泵进一步升压，然后进入高压加热器， 再 回到锅炉 ， 完成水 — 蒸汽 — 水的循环。 给水泵以后的凝结水称为给水。 汽水系统中的蒸汽和凝结水在循环过程 中总 会 有一些损失，因此，必须不 断向给水系统补充经过化学处理的水。 补给水进入除氧器，同凝结水一起 由给水泵打入锅炉。 ③ 电气系统 电气系统如图 24所 示，包括发电机、励磁系统、厂用电系统和升压变电所等 ， 发电机的机端电压和电流随其容量不同而变化，其电压一般在 10～ 20kV 之间，电流可达数千安。 因此，发电机发出的电 一般由主变压 器升高电压后，经变电所高压电器设备和输电线送往电网。 极少部分电 通过厂用变压器降低电压后，经厂用电配电装置和电缆供厂内风机、水泵等各种辅机设备和照明等用电。 励 磁 系 统发 电 机厂用变压器主 变 压 器输 电 线厂 用 低 压 电 气 设 备高 压 电 气 设 备厂 用 电 系 统升 压 变 电 所 图 24 电气系统图 综上所述， 燃 煤由列车运来后，卸煤设备把它卸到煤场而储存备用。 在生产中，煤内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 由输煤设备从煤场输入锅炉的炉前煤斗存放，经给煤机送入磨煤机磨制成煤粉，以利于燃烧。 与煤同时进入磨煤机的热空气起 到 干燥、输送煤粉的作用。 煤粉与空气混合同时进入锅炉，迅速燃烧，同时放出热量，把锅炉中的水加热成过热蒸汽。 含有热能的高温、高压蒸汽被送入汽轮机，释放能量推动汽轮机旋转，把蒸汽的热能转换成汽轮机旋转的机械能。 汽轮机拖动与它相连的发电机同步旋转，发电机在旋转中把输入的机械能转 变成电能。 锅炉系统概述 锅炉是火力发电厂的主要设备之一，在电力生产过程中占有相当重要的地位。 锅炉是利用燃料（如煤、天然气、焦炉煤气、高炉煤气、重油等）燃烧释放的热能加热给水，生产规定品质和参数的过热蒸汽的设备，又称蒸汽发生器。 在 热力发电厂中，将煤、石油、天然气等燃料燃烧或其它 热源释放出来的 热量，通过金属受热面传递给经净化的水，将其加热 到一定压力和温度的 水或蒸汽的换热设备称为锅炉。 锅炉是 工业企业的重要动力设备，它是火力发电厂的三大支柱之一（即锅炉、 汽 轮机和 发电机），锅炉工业的发展直接影响着火力发电的发展和大 电站的建设。 此外，锅炉还是轻工业生产中的热源和动力源，如为蒸馏、化学反应、干燥蒸发等 提供热能，为风机、压缩机、泵类提供动力。 在大型热力发电厂中 ， 锅炉 包括一个庞大的建筑和一整套热交换、 热动机械和处理的设备，工作情况十分复杂，其中某个部位产生故障， 就会使整台机组停运，造成国民经济的重大损失。 由此可见，国民经济各 部门发展也离不开锅炉工业的发展，它在 我们建设有中国特色的社会主义 ， 大力发展经济实现现代化的进程中， 起到了十分 重要的作用。 锅炉生产实际上是实现能量的转换和传递，将燃料的内能转换为蒸汽的热能。 整个工作过程可 分为三个相互关联的子过程：燃料的 燃烧过程、火焰和烟气向水及汽传递热量的过程、蒸汽的生产过程。 图 25 是锅 炉设备主要工艺流程图。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 图 25 锅炉设备主要工艺流程图 锅炉原理 火力发电厂的生产过程是利用煤、石油、天然气作为燃料，在锅炉设备中通过燃烧和传热，把燃料的化学能转换成水蒸气的热能，再借助于汽轮机设备将蒸汽的热能转换成机械能，然后通过发电机将机械能转换成电能。 其中锅炉部分简要的工作过程可大致概括如下。 原煤由原煤仓经给煤机进入磨煤机，经干燥和磨制后形成合格的煤粉。 煤粉暂存于煤粉仓中，然后经给粉机和 一次风管后由燃烧器喷入炉膛 内燃烧。 外界冷空气由送风机加压后送入空气预热器，被加热后的空气有 以下用途：一是送入磨煤机，用以干燥并输送煤粉；二是送入一次风管将煤粉带入燃烧器；三是作为二次风直接送入燃烧器，提供燃料燃烧所需的氧气。 煤粉和空气在炉膛内燃烧，放出的热量首先将水冷壁中的水加热，所产生的高温烟气流经炉膛和烟道，依次将热量传递给过热器、再热器、省煤器及空气预热器等传热设备，加热其中的蒸汽、水和空气等工质。 这时，烟气温度降低了很多。 最后，烟气经除内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 尘器除去大部分飞灰后由引风机送入烟囱排往大气。 另外，燃料燃烧生 成的少量灰渣由排渣装置排出炉外进行进一步处理。 经过除氧器的水由给水泵加压，并经省煤器加热升温后进入汽包暂时存储。 汽包中的水沿下降管道经下联箱后进入水冷壁管。 水冷壁管吸收炉膛内的辐射放热后，经热传导将水冷壁管中的部分水加热变成水蒸汽 ，然后，这部分汽水混合物又重新返回汽包。 经汽包内的汽水分离器分离后，水继续留在汽包下部，与新送入的给水一起进行下一次加热循环，而蒸汽从汽包顶部引出，经过热器进一步加热后，由饱和蒸汽变为过热蒸汽，送往汽轮机。 对于大型发电机组，经汽轮机高压缸做过部分功，且温度和压力都有所降低的蒸汽会被 再次送入再热器，然后再送回汽轮机的中、低压缸继续做功。 这样，就进一步提高了发电机组的热力循环效率和安全性。 锅炉的类型 锅炉的种类很 多，如果按反映锅炉生产能力的锅炉容量来分，有小型锅炉、中型锅炉和 大型锅炉；按额定过热蒸汽压力及温度等蒸汽参数来分，有低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉和超临界压力锅炉等；按燃料燃烧方式来分，有火床燃烧锅炉、火室燃烧锅炉、流化床燃烧锅炉和旋风炉燃烧锅炉等；按水循环方式来分，有自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉等；按通风方式来 分，有自然通风锅炉、机械送风锅炉 、机械引风锅炉和平衡通风锅炉等；按烟气在锅炉流动的状况分，有水管锅炉、锅壳锅炉（火管锅炉）、水火管组合式锅炉 ；按用途分，包括 生活锅炉、工业锅炉、电站锅炉 ；按介质分，有 蒸汽锅炉、热水锅炉、汽水两用锅炉、有机热载体锅炉 ；按燃料分，有 燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、余热锅炉、电加热锅炉、生物质锅炉 ；按锅炉数量分， 单锅筒锅炉、双锅筒锅炉 ；按燃烧定在锅炉内部或外部分为 内燃式锅炉、外燃式锅炉 ， 等等。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 锅炉 本体及辅助设备 锅炉本体是 锅炉 的主要组成部分，包括炉膛、燃烧器、点火装置、空气预热器、省煤器、蒸发器、汽包、过热器及再 热器等，其中炉膛又包括水冷壁、炉墙和构架等。 下面 作 简要介绍。 （ 1） 炉膛 炉膛是喷入燃油燃烧的场所，它的作用就是提供足够的空间，使燃油得以充分燃烧，同时，使燃烧发出的热量尽少散失到锅炉外面去。 炉膛由耐火砖墙和水冷壁组成。 水冷壁是铺设在炉膛内壁上的密集 管排，组成水循环回路的上升管，它可以保护耐火砖不致因过热而损坏， 但是由于它吸收的是高温辐射热，所以热负荷非常高，成为受热面的重要组成部分。 水冷壁大约吸收相当于烟气在锅炉中总烩值下降量 的 1/3~1/2 的热量，使烟气温度从燃烧温度 1700℃左右下降到 1100℃ 左右。 （ 2） 蒸发受热面 在锅炉中直接受热并产生饱和蒸汽的锅筒或管束，统称为蒸发受热面。 在蒸发管束中烟气通过对流传热的方式，将热量传给管束的水。 由于传热方式的不同，我们将水冷壁及靠近炉膛的几排蒸发管束称为辐射受热面，而将蒸发管束的其余部分称为对流受热面。 （ 3） 蒸汽过热器 蒸发受热面产生的蒸汽是含有一定湿度的饱和蒸汽，它聚集在汽包上半部的蒸汽空间中。 如果动力机械需要过热蒸汽，则必须将汽包中的湿蒸汽送往蒸汽过热器进行再加热。 蒸汽过热器是由管子组成的，其受热面的多少及放置的位置是根据蒸汽参数的高低而定的。 根据传热方式 的不同，蒸汽过热器也可以分为辐射式过热器和对流式过热器。 （ 4） 省煤器 省煤器也称经济器，它是由管子组成的，用来加热进入锅炉的给水。 由于它是安装内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 在蒸发受热面的后面，吸收烟气中的余热，所以能达到节能的作用。 在 D 型水管锅炉烟道的后部，有的在蒸发受热面之后安装有经济器加 热给水和空气预热器。 由于它们能回收锅炉排烟的余热，减少排烟所带走的热量，因而使锅炉效率得以提高。 经济器比蒸发受热面的传热温差要大，而且经济器内给水是强迫流动，因此其受热面积可以小一些，受热面的管径也小，结构简单紧凑，占据的空间小，造价也便宜。 给水经 过经济器加热后再送入汽包，除能提高热效率外，还可减少汽包因给水温度低而产生的热应力，使汽包的工作条件得以改善。 设置经济器后，烟气侧的通风阻力增加了 ； 此外经济器中的给水在温度升高的过程中，将析出一部分溶解在其中的氧气，造成金属的腐蚀。 所以设置经济器的锅炉对给水中。