锅炉装置自动控制系统设计

邮电与信息工程学院

课程设计说明书

课题名称：锅炉装置自动控制系统设计

学生学号：21

专业班级：10自动化02班

学生姓名：吴亚辉

学生成绩：

指导教师：陈国平

课题工作时间：2013年12月2日至2013年12月14日

填写说明：

1. 表中第一、二、三、六项由指导教师填写；第四、五两项由学生填写。

2. 表中第一、二、三在在课程设计开始前填写，第四、五、六项在课程设计完成后填写。

3. 本表格填写完整后连同正文装订成册。

一、课程设计的任务或学年论文的基本要求

任务：完成锅炉装置自动控制系统设计。包括

1．熟悉锅炉装置工作要求，确定系统方案。

2．合理选择控制设备型号及规格，编制设备表。

3．完成相关图纸的设计。

4．编制设计说明书。

要求：控制方案合理、控制设备选型合理，图纸符合有关设计标准及规范。具体内容

包括

1．设计说明书，包括

1）锅炉装置工艺说明

2）相关控制系统说明

3）自控设备选型（计算）说明

4）自控设备表一览表

2．设计图纸（图纸符合相关国家标准），包括

1）仪表管道流程图（PID）

2）仪表盘正面布置图

3）仪表盘背面电气接线图

二、进度安排

1～2 收集查阅资料，熟悉锅炉装置操作要求

确定系统控制方案及选型原则

3～4 绘制相关的图纸

5 撰写设计说明书、答辩

三、参考资料或参考文献

1．孙洪程，李大宇.过程控制工程设计.化学工业出版社.2009

2．，，等. 化学工业出版社.2006

3．周春晖，过程控制工程手册，化学工艺出版社。1993

4．孙红程，翁维勤，过程控制系统工程设计，化学工艺出版社，2001

指导教师签字：年月日

教研室主任签字：年月日

四、课程设计摘要（中文）

锅炉参数是表示锅炉性能的主要指标，包括锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度、给水温度等。锅炉容量可用额定蒸发量或最大连续蒸发量来表示。额定蒸发量是在规定的出口压力、温度和效率下，单位时间内连续生产的蒸汽量。最大连续蒸发量是在规定的出口压力、温度下，单位时间内能最大连续生产的蒸汽量。

蒸汽参数包括锅炉的蒸汽压力和温度，通常是指过热器、再热器出口处的过热蒸汽压力和温度如没有过热器和再热器，即指锅炉出口处的饱和蒸汽压力和温度。给水温度是指省煤器的进水温度，无省煤器时即指锅筒进水温度。

五、课程设计摘要（英文）

Parameters of the boiler is the main index, said boiler performance including the capacity of the boiler, steam pressure, steam temperature, feed temperature, etc. Boiler capacity available or maximum continuous rated evaporation evaporation. Evaporation is rated in the regulation of outlet pressure, temperature and efficiency, continuous production of steam per unit time. Maximum continuous evaporation is under the regulation of outlet pressure, temperature, internal energy per unit time is maximum continuous production of steam.

Steam parameters include the boiler steam pressure and temperature, usually refers to the superheated steam superheater and reheater outlet pressure and temperature such as no superheater and reheater, namely the boiler exit of saturated vapor pressure and temperature. Feed temperature refers to the inlet water temperature of economizer, the absence of economizer namely drum water temperature.

六、指导教师评分

评价内容具体要求权重得分

调查论证能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论

述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识

的能力。

10

实践能力独立设计、计算、绘图的能力（课程设计）；能正确选

择研究（实验）方法，独立进行研究的能力（学年论文）

15

分析解决问题能力

能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题（课程

设计）；或能对课题进行理论分析，得出有价值的结论（学

年论文）。

15

工作量、工作态度

按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，

工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。

10

质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论

严谨合理（或设计过程完整，设计内容完全）；文字通顺，

技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图

表完备、整洁、正确；论文（设计）结果有参考价值。

40

外语和计算机应用能力

在课程设计或学年论文中，能够体现外语和计算机的

应用能力。

5

创新工作中有创新意识；对前人工作有改进或独特见解。 5

综合评语

指导教师签字：

年月日

七、答辩记录

1.炉膛的压力为什么是负压

一般的锅炉，燃烧时有送风机向炉膛内输送空气，还有将燃烧后的废气向外引走，因为炉外的冷空气经燃烧后体积会增大，为了防止炉膛承受向外的压力发生爆炸，规定的引要比送风机的送大，让炉膛内气压低于大气压力。

2.锅炉汽包水位测量

锅炉汽包水位是锅炉燃烧控制中最重要的参数之一，直接关系到锅炉的安全运行。锅炉汽包水位测量通常采取差压测量的原理来实现，然而随着汽包压力的变化（或温度的变化）汽包内水和蒸汽的密度是变化的，因此就造成了假水位现象，无法测量出实际的汽包水位。当压力增大或温度升高时这种误差也增大，并超过30%，因此必须进行压力补偿，以求出精确的汽包水位，确保锅炉安全运行不受影响。

3.除氧器的工作原理

来自低压加热器的主凝结水（含补充水）经进水调节阀调节后，进入除氧器，与其他各路疏水在除氧器内混合，经旋膜多孔管喷出，形成裙状水膜，与由下而上的加热蒸汽进行混合式传热和传质，给水迅速达到工作压力下的饱和温度。此时，水中的大部份溶氧及其他气体基本上被解析出来，达到除氧的目的。

记录人（签字）：吴亚辉

2013 年12 月14 日

答辩意见及答辩成绩

答辩小组教师（签字）：

年月日

课程设计总评成绩：

（指导教师评分×80%+答辩成绩×20%）

锅炉装置自动控制系统设计书

目录

1.工艺流程

2.控制系统说明

3.要求与步骤

4设备的选型

5.设计图

工艺流程原理介绍

所选被控对象为工业领域广泛应用的自然循环锅炉

自然循环锅炉是指在锅炉蒸发系统中，利用降水管中的水与上升管中的汽水混合物的密度差作为推动力，建立起工质循环流动(又称水循环)，使蒸发受热面受到冷却的锅炉。

随着锅炉容量的增大，自然循环锅炉的压力也相应提高。饱和水与饱和水蒸气之间的密度差也随压力增大而减小。由于降水管中的水温与饱和水温非常接近，故可以认为是饱和水。随着锅炉的工作压力升高，降水管中的水与上升管中的汽水混合物之间的密度差也同样减小。由于自然循环锅炉是靠降水管中的水与上升管中的汽水混合物的密度差形成的推动力，建立起工质循环流动的，当压力提高后，这个推动力也随之减小，工质在蒸发系统中的循环流动，也随压力提高而逐渐变得困难。当压力达到临界值兆帕时，饱和汽、水之间的密度差为零，这时，工质循环停止。因此，自然循环锅炉的压力一般都在超高压兆帕)及以下。要向更高压力发展，就变得相当困难。

工艺流程介绍

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，产生热量使锅炉水汽化。燃烧产生的烟气带有大量余热，对省煤器E1102中的锅炉上水进行预热。

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。除氧的目的是防止锅炉给水中溶解有氧气和二氧化碳，对锅炉造成腐蚀。热力除氧是用蒸汽将给水加热到饱和温度，将水中溶解的氧气和二氧化碳放出。在除氧器V1101下水箱底部也通入除氧蒸汽，进一步去除软化水中的氧气和二氧化碳。

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，燃料燃烧产生的高温烟气自上而下通过管间，与管内的锅炉上水换热，回收烟气中的余热并使锅炉上水进一步预热。

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，然后返回汽包V1102进行汽水分离。锅炉上汽包为卧式圆筒形承压容器，内部装有给水分布槽、汽水分离器等，汽水分离是上汽包的重要作用之一。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。出炉膛的过热蒸汽进入减温器E1101壳程，进行温度的微调并为锅炉上水预热，最后以工艺所要求的过热蒸汽压力、过热蒸汽温度输送给下一生产单元。

仪表及操作设备说明

（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