锅炉汽包水位控制系统(过程控制仪表课程设计)

过程控制仪表课程设计题目锅炉汽包水位控制系统指导教师高飞燕班级自动化071学号20074460107学生姓名丁滔滔2011年1月5号附录：仪表配接图 (20)锅炉汽包水位控制系统1.系统简介：控制系统一般由以下几部分组成图1 自动控制系统简易图锅炉水位系统如下图：图2 单冲量控制系统原理图及方框图其单位阶跃响应图如下：图3 蒸汽流量干扰下水位阶跃曲线通过电容式液位计将检测来的液位信号变送给成标准信号，再输送给控制器，调节器再通过执行机构和阀来控制进水量，从而达到自动控制锅炉水位。

2．锅炉控制系统：2.1锅炉：锅炉是火力发电厂中主要设备之一。

它的作用是使燃料在炉膛中燃烧放热，井将热量传给工质，以产生一定压力和温度的蒸汽，供汽轮发电机组发电。

电厂锅炉与其他行业所用锅炉相比，具有容量大、参数高、结构复杂、自动化程度高等特点。

2.2过热器和再热器：蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽，并要求在锅炉负荷或其他工况变动时，保证过热气温的波动处在允许范围内。

提高蒸汽初压和初温可提高电厂循环热效率，但蒸汽初温的进一步提高受到金属材料耐热性能的限制。

蒸汽初压的提高随可提高循环热效率，但过热蒸汽压力的进一步提高受到汽轮机排气湿度的限制，因此为了提高循环热效率及降低排气湿度，可采用再热器。

通常，再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%左右，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相近。

过热器和再热器内流动的为高温蒸汽，其传热性能差，而且过热器和再热器又位于高烟温区，所以管壁温度较高。

如何使过热器和再热器管能长期安全工作是过热器和再热器设计和运行中的重要问题。

在过热器和再热器的设计及运行中，应注意下列问题:⑴运行中应保持汽温的稳定，汽温波动不应超过±（5～10）℃。

⑵过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况在一定范围内变化时能维持额定的汽温。

⑶尽量防止和减少平行管子之间的偏差。

2.3省煤器和空气预热器：省煤器和空气预热器通常布置在锅炉对流烟道的尾部，进入这些受热面的烟气温度已较低，因此常把这两个受热面称为尾部受热面或低温受热面。

省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量来加热给水的一种热交换装置。

它可以降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。

在现代大型锅炉中，一般都利用汽轮机抽汽来加热给水，而且随着工质参数的提高，常采用多级给水加热器。

空气预热器不仅能吸收排烟中的热量，降低排烟温度，从而提高锅炉效率；而且由于空气中的预热，改善了燃料的着火条件，强化了燃烧过程，减少了不完全燃烧热损失，这对于燃用难着火的无烟煤及劣质煤尤为重要。

使用预热空气，可使炉膛温度提高，强化炉膛辐射热交换，使吸收同样辐射热的水冷壁受热面可以减少。

较高温度的预热空气送到制粉系统作为干燥剂，在磨制高水分的劣质煤时更为重要。

因此空气预热器也成为现代大型锅炉机组中必不可少的组成部件。

综上所述，省煤器和空气预热器的应用，主要是为了降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。

同时，也为了减少价格较贵的蒸发受热面积改善燃烧与传热效果。

锅炉控制系统流程图如图四所示空气原煤图4 锅炉控制系统流程图3.汽包水位的控制与调整：维持锅炉汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的重要条件之一。

当汽包水位过高时，由于汽包蒸汽容积和空气高度减小，蒸汽携带锅水将增加，因而整齐品质恶化，容易造成过热器积盐垢，引起管子过热损坏；同时盐垢使热阻增大，引起传热恶化，过热气温降低。

汽包严重满水时，除引起气温急剧下降外，还会造成蒸汽管道和汽轮机内的水冲击，甚至打坏汽轮机叶片。

汽包水位过低，则可能破坏水循环，使水冷壁管的安全受到威胁。

如果出现严重缺水而又处理不当，则可能造成水冷壁爆管。

3．1影响水位的因素：锅炉运行中，汽包水位是经常变动的。

引起水位变化的原因一是锅炉外部扰动，如负荷变化；另一个是锅炉内部扰动，如燃烧工况的改变。

出现外扰和内扰时，汽包物质平衡遭到破坏，即给水量与送气量的不平衡；或者工质状态发生变化（锅炉压力变化时，工质比体积和饱和温度随之改变），两者都能引起水位变化。

水位变化的剧烈程度随扰动量增大、扰动速度加快而增强。

自然循环锅炉的汽包水位，一般定在汽包中心线下50～150㎜范围内，容许变动范围为±50㎜。

对于强制循环汽包锅炉，汽包的低水位限制取决于循环泵的工作，但一般来说其水位波动的幅度没有自然循环锅炉要求那样严格。

自然循环锅炉汽包的最高、最低水位，应通过热化学实验和水循环试验确定。

最高允许水位应当比临界水位稍低，以保证整齐品质；最低允许水位应不影响水循环安全。

3.2影响水位变化的主要因素:锅炉运行中，汽包水位是经常变动的。

引起水位变化的原因一是锅炉外部扰动，如负荷变化；另一个是锅炉内部扰动，如燃烧工况的改变。

出现外扰和内扰时，汽包物质平衡遭到破坏，即给水量与送气量的不平衡；或者工质状态发生变化（锅炉压力变化时，工质比体积和饱和温度随之改变），两者都能引起水位变化。

水位变化的剧烈程度随扰动量增大、扰动速度加快而增强。

4.仪表的选择：控制仪表是自动控制被控变量的仪表，由各种不同的，相互关联的控制仪表构成的控制系统，是操纵一个或几个变量达到预定状态的系统。

为了实现自动控制，除自动装置本身外，控制系统还包括向自动装置提供信息的变送器和开关部件，以及执行自动装置控制指令的执行器等。

4．1变送器：变送器在自动检测和控制系统中的作用，是对各种工艺参数，如温度，压力，流量，液位，成分等物理量进行检测，以供显示，记录或控制之用。

无论是由模拟构成的系统，还是由计算机装置构成的系统，变送器都是不可缺少的，获取精确可靠的过程参数值是进行控制的基础。

串级控制系统在抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量方面有较好的性能,因此在复杂的工业过程控制中得到了广泛的应用.产品简介：UYZ－50系列电容物位计适用于工业生产过程中各种贮槽、容器内导电、非导电介质液位、粉状料料位的连续测量和指示。

仪表的输出电流0～10mA可以接电流表或DDZ－Ⅱ型显示控制仪表，回路中任何一点不得接地，否则必须配用隔离器以便与计算机输入端相匹配。

UYZ－50系列电容物位计由以下六个部件构成：1.传感器转换部件，2.温度缓冲器，3.散热装置，4.安全火花型防爆栅，5显示仪表，6测量电极，其中1和5是仪表基本组成单元，再分别配以2,3,4,6则构成各种形式的产品。

UYZ－50系列电容物位计工作原理图如图五。

图5 UYZ－50系列电容物位计工作原理当被测物位发生变化时，传感电容量发生相应变化，经传感器前置线路转换成直流信号，再传送到显示仪表放大成标准电信号输出，并使电流表直接指示，显示仪表是通用的，表面上的直型条形给出相应的物位指示，同时有绿色指针供高低物料报警位置的整定。

图6 UYZ-50接线图1，2输入，3,4输出5,6，7是上限报警8，9，10是下限报警11是显示单元电源16接地18—20是交流电参数与规格：精度：非防爆型±1％防爆型±1.5％测量范围：0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0m（UYZ－561B型的测量范围可为3.0，4.0，6.0，10m四档）。

负载电阻：1.5kΩ输出信号：0～10mADC供电电源：220VAC（+10%/-15%）50Hz介质压力：2.5Mpa工作环境：传感器温度－40～＋85℃，相对湿度10～95%显示仪表温度0～45℃，相对湿度10～90%高低位报警定点误差：±2.5％高低位报警设定点范围：0～100%全量程内任意给定高低位报警触点容量：220VAC 3A防爆型选用防爆栅型号：DFA－3100型检测端齐纳安全栅防爆型仪表防爆等级：iaⅡCT6型号表示表1 UYZ－5□□□□4.2控制器控制器在自动控制系统中起控制作用。

它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规律进行运算，运算结果为控制信号，输送至执行器。

单元组合式仪表和单个仪表形式的控制器习惯上称为调节器，常用的有DDZ-Ⅱ型电动调节器，DDZ-Ⅲ型调节器和可编程调节器。

对于液位控制器，变送器为⊕，对于研究对象当控制信号增大时液位将相应减小，液位控制器LC 为⊕，为反作用。

对于流量控制器，变送器为⊕，当控制信号增大时给水流量将相应增大，故为⊕，为正作用。

产品概述：DTL型调节器是DDZ-Ⅱ型系列仪表中的一个主要单元。

它接受从变送器或转换器来的0～10mA DC测量信号，并与内给定值或外给定值比较，它们的差值经调节器比例积分、微分运算输出0～10mA DC信号至执行机构。

仪表分二类：DTL-221A、321A、121A型主要为石油化工服务，该类仪表有二个输入通道，一个主通道、一个付通道（可接受微分信号）。

面板部分带有一个偏差显示表头、内给定带刻度拨盘、软硬手动、自动切换、带刻度的手操作拨盘，单针0～10mA DC 输出电流指示表。

另一类DTL-331A、231A、154A型主要为电厂服务，输入通道数达4～5通道，都不带手动操作。

当被测物位发生变化时，由变送器传送而来的电信号发生相应变化，经传感器前置线路转换成直流信号，再传送放大成标准电信号输出，并使执行器发生动作。

DTL-221A、321A、231A、331A为大偏差表，指示调节器。

图7 DTL-231接线图1，2是出入Ⅰ3,4是输入Ⅱ5,6是输入Ⅲ7,8是输入Ⅳ11,13输出14,15外部手操18接地19,20电源技术参数输入信号：DC 0～10mA输出信号：DC 0～10mA负载电阻：0～1.5KΩ⑾⑿端0KΩ～3 KΩ⑾⒀端独立微分增益：K（D）=0－10倍可调（DTL-154A、331A）积分增益：K1≥180倍（P=100%时）干扰系数：1+2TD/TI微分独立运算内给定值稳定度：±0.25%内给定值刻度误差：±2.5%工作条件：环境温度：0～45℃相对湿度：≤85%工作振动：频率≤25Hz振幅≤0.1mm（双向）供电电源;220V 50Hz消耗功率：≤6W结构型式：面板嵌入式表2 型号规格4.3执行器：执行器再自动控制系统中的作用是接受来自控制器的控制信号，通过其本身开度的变化，从而达到控制流量的目的。

因此执行器是自动控制系统中的一个重要的，必不可少的组成部分。

执行器的构成如下：量图8 变送器的基本组成4.3.2执行机构：执行器常直接与介质接触，常常在高压，高温，深冷，高粘度，易结晶，闪蒸，汽蚀，高压差等情况下工作。

使用条件恶劣，因此，它是控制系统的薄弱环节。

如果执行器选择使用不当，往往给生产过程自动化带来困难。

在许多场合下，会导致自动控制系统的控制质量下降，控制失灵，甚至因介质的易燃易爆，有毒，而造成生产事故。