主 蒸 汽 系 统 的 课 程 设 计 班 级： 12热电 姓 名： 常睿 郎离平 日 期： 2013年12月 目录摘要3关键词3一、蒸汽压力控制设计过程4 1.蒸汽压力调节对象的特性4 2.控制系统的选择5 3.系统仪器选择5 （1).系统仪表选型5 （2).压力传感器的选择7 （3).流量计的选型8 （4).控制器的选择8 （5).控制阀的选择9 4.控制系统的工作原理9 二、过热蒸汽控制系统的基本任务和要求11 1.过热蒸汽温度控制对象的动态特性11 2.蒸汽流量扰动下的蒸汽温度对象的动态特性11 3.过热蒸汽温度控制对象的动态特性12 4.蒸汽温度在减温水量扰动下的动态特性12 5.调节量与被调量12 6.测量控制系统图13参考文献16摘要本设计以包热电厂的锅炉蒸汽压力控制和蒸汽温度控制为研究对象。热电厂的三大主机包括：锅炉、汽轮机、汽轮发电机。热电厂锅炉主要任务是加热蒸汽，蒸汽可直接进入生产系统或者进入汽轮机发电。蒸汽压力是衡量锅炉的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要工艺参数.蒸汽压力过低或过高，对于金属导管和负荷设备都是不利的。压力过高，会导致锅炉受损；压力过低，就不可能提供给负荷设备负荷质量的蒸汽；因此，控制蒸汽压力是安全生产的需要，也是保证燃烧经济性的需要。然而锅炉过热蒸汽温度也是影响机组生产过程安全性和经济性的重要参数。如果过热蒸汽温度过高，容易损坏过热器，也会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀而毁坏，影响机组的安全运行。如果过热蒸汽温度过低，将会降低机组的热效率。关键词：热电厂；锅炉；蒸汽压力；整齐温度；控制系统一、 蒸汽压力控制设计过程锅炉燃烧控制系统主要包括燃料控制系统、风量(送风)控制系统、炉膛压力(引风)控制系统、磨煤机控制系统等几个子控制系统。当机组负荷发生改变时,需要进行锅炉燃烧调整。燃料种类、制粉系统、燃烧设备以及锅炉的运行方式决定了每台锅炉燃烧过程的控制任务及策略。蒸汽压力控制系统将燃料量作为调节量 ,将主蒸汽压力作为被调量,使锅炉燃烧所产生的蒸汽量满足外部负荷要求 ,维持主蒸汽压力稳定。在蒸汽压力控制系统中，燃料量影响主蒸汽压力、送风量、引风量、蒸汽蒸发量及主蒸汽温度等参数。当单元机组采用锅炉跟踪汽轮机负荷控制方式时,汽轮机通过调节阀调节机组负荷,锅炉通过燃料量调节主蒸汽压力。对于直吹式制粉系统锅炉的燃料量调节 ,由于其过程缓慢、给煤机给煤量与控制电流呈非线性、对象特性随负荷发生变化以及机组运行时情况复杂多变(如原煤的物理状况变化)等原因 ,使得对象特性存在不确定性。1、 蒸汽压力调节对象的特性在主蒸汽负荷变化时，在锅炉燃料量(B)发生B的阶跃扰动下，此时汽压的过渡过程曲线如图3-1所示。图3-1燃料量扰动下的汽压曲线图可见，在燃料量扰动下，汽压被控对象有一定延迟时间，随着锅炉蒸发量增加，主蒸汽压力 P 逐渐增加，由于汽轮机调节阀开度不变，而使汽轮机进汽量逐渐增加，于是自发地限制了汽压的进一步升高。最后当汽轮机进汽量与锅炉蒸发量相平衡时，汽压维持在一个新的平衡值。故汽压被控对象是一个有自平衡能力的对象。锅炉燃料量(B)发生B的阶跃扰动时，输出主蒸汽压力是带滞后的一阶惯性环节如式（3-1）所示，为： （3-1）式中 m延迟时间； Tb惯性环节的时间常数。2、 控制系统的选择以锅炉蒸汽压力为主被控量、燃料流量和空气流量并列为副被控变量的串级控制系统如图3-2所示，其中，两个并列的副环具有逻辑比值功能。使该控制系统在稳定工作的情况下保证空气和燃料的最佳比值，也能在动态过程中尽量维持空气、燃料在最佳比值附近。图3-2系统方块图3、系统仪表选型（1）压力传感器的选择 由于所选测量仪表是为了测的锅炉汽包管道压力，其测量环境具有高温高压，所以选型应综合考虑这两点。经查阅资料选择PT124高温气体压力传感器，其特点和技术参数如下：特点：钢性杆和软管隔离，膜片隔离机构，介质温度在450以下，具有良好的稳定性和精度；应用于橡胶、塑料、化纤涤纶锦纶、聚酯、蒸汽等机械设备的高温流体、熔体、气体介质的压力测量和控制领域。具有准确度高、稳定性好、输出信号大、动态性佳、通用性强等优点。 主要技术参数： 量 程 ：0300综合精度 ：0.25%FS、0.5%FS、1.0%FS 输出信号 ：2.0mV/V、2.5mV/V、3.33mV/V、420mA、05V、15V、010V 供电电压 ：传感器：10VDC（612VDC） 变送器：24VDC（936V）注：变送器输出为010V时，供电电压为1536V 校准信号：80%FS振动影响：在机械振动频率20Hz1000Hz内，输出变化小于0.1%FS 介质温度 :0200400 环境温度 :常温 零点温度漂移：0.05%FS量程温度漂移：0.05%FS绝缘电阻 :大于2000M （100VDC） 负载电阻 :电流输出型：最大800；电压输出型：大于50K 长期稳定性 0.1%FS/年 信号引出接口：五芯接插件 接口螺纹：1/2-20UNF、M141.5、M201.5、M221.5等，其它螺纹可依据客户要求设计 选型举例 PT124-35M-03-0.5-1/2-6/18 选型注解 “PT124”:产品型号； “35M”：量程035MPa；“03”：输出信号为3.33mV/V；“0.5”：传感器精度等级是0.5%FS； “1/2”：接口螺纹为1/2-20UNF； “6/18”：直杆长度为6(152mm),软管长度为18(460mm)图3-3为PT124高温气体压力传感器。图3-3 PT124高温气体压力传感器 （2）流量计的选型流量计选型是指按照生产要求，从仪表产品的实际供应情况出发，综合考虑测量的安全、准确和经济性，并根据被测流体的性质及流动情况确定流量取样装置的方式和测量仪表的形式和规格。流量测量的安全可靠，首先是测量方式可靠，即取样装置在运行中不会发生机械强度或电气回路故障而引起事故；二是测量仪表无论在正常生产或故障情况下都不致影响生产系统的安全。例如，对发电厂高温高压主蒸汽流量的测量，其安装于管道中的一次测量元件必须牢固，以确保在高速气流冲刷下不发生机构损坏。因此，一般都优先选用标准节流装置，而不选用悬臂梁式双重喇叭管或插入式流量计等非标准测速装置，以及结构低强度低的靶式、涡轮流量计等。燃油电厂和有可燃性气体的场合，应选防爆仪表。系统采用标准孔板式流量计，其节流元件为标准孔板。依据：结构简单、使用寿命长、适应能力强、几乎能测量各种情况下的流量。图3-4为标准孔板式流量计。图3-4标准孔板式流量计（3）控制器的选择 控制器（或称调节器）将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例、积分、微分（PID）运算，并输出统一标准信号，去控制执行机构的动作，以实现对温度、压力、流量、液位及其他工艺变量的自动控制。要使调节过程平稳准确，必须使用输出值能连续变化的调节器。本设计采用模拟控制器：电动单元组合仪表DDZ-型调节器，该调节器采用了安全防爆措施，该调节器有两种：全刻度指示调节器和偏差指示调节器，它们的结构和线路相同，仅指示电路有差异。这两种调节器均具有一般调节器所具有的对偏差进行PID运算、偏差指示、正反作用切换、内外给定切换、产生内给定信号、手动自动双向切换和阀位显示等功能 。控制器的工作状态有“自动”、“软手操”、“硬手操”和“保持”四种，由开关进行切换。DDZ-型调节器的主要性能指标：输入测量信号：15VDC;内给定信号：15VDC;外给定信号：420MADC;现场传输信号：420MADC;输入阻抗影响：满刻度的0.1%输出信号：420MADC;负载电阻：250750欧姆；比例度：P=2%500%；积分时间：0.0125min(分两档);微分时间：0.0410min；调节精度:0.5级；（4）控制阀的选择执行器由执行机构和调节机构组成。执行机构是指产生推力或位移的装置，调节机构指直接改变能量或物料输送量的装置，通常称控制阀。按所用能源形式的不同，执行器可分为气动、电动、液动三大类。本设计主要采用气动执行器，为了安全考虑，采用气开式。气动执行机构又分为薄膜式和活塞式，它们都是以压缩空气为能源，具有控制性好、结构简单、动作可靠、维修方便、防火防爆和价廉等优点，并可以方便地与气动仪表配套使用。气动薄膜调节阀的结构可以分为两部分，上面是执行机构，下面是调节机构。它主要由膜片、弹簧、推杆、阀芯、阀座等零部件组成。当来自控制器的信号压力通入到薄膜气室时，在膜片上产生一个推力，并推动推杆部件向下移动，使阀芯和阀座之间的空隙减小，流体受到的阻力增大，流量减小。推杆下移的同时，弹簧受压产生反作用力，直到弹簧的反作用力与信号压力在膜片上产生的推力相平衡为止，此时，阀芯与阀座之间的流通面积不在改变，流体的流量稳定，可见，调节阀是根据信号压力的大小，通过改变阀芯的行程来改变阀的阻力大小，达到控制流量的目的。4、控制系统的工作原理 本系统采用串级回路控制方法，具有两个调节器和两个闭合回路，两个调节器串联连接，主调节器的输出作为副回路的给定量，副调节器的输出去控制执行元件。 图3-5所示为一串级和比值控制组合的系统，由蒸汽压力和燃料流量的串级控制系统和燃料与空气的流量比值控制系统相组合。完成逻辑提量功能主要依靠系统中设置的两个选择器：高选择器HS、低选择器LS。正常工况（稳态）时蒸汽压力控制器的输出IP等于燃料流量变送器的输出I1，也等于空气流量变送器的输出乘上空气过剩系数K后的值I2。也就是说高、低选择器的两个输入端信号是相等的，整个系统犹如不加选择器时的串级和比值控制组合的系统进行工作。当系统提量时，随着蒸汽量的增加，蒸汽压力减少，压力控制器的输出IP增加（压力控制器选用反作用式控制器），这个增加了的信号不被低选器选中，而被高选器选中，它直接改变空气流量控制器的给定值，命令空气量增加。然后由于空气增加，使其变送器输出增加也就使I2开始增加，因此时I2IP, I2被低选器选中，从而改变燃料流量控制器给定值，命令提量。这一过程保证在增加燃料前，先加大空气量，使燃烧完全。整个提量过程直至IP=I1=I2时，系统又恢复到正常工况时的稳定状态。图3-5 锅炉燃烧过程中蒸汽压力控制系统图 当系统降量时，蒸汽压力增加，蒸汽压力控制器输出减少，因而它被低选