1、 課 程 設 計 用 紙 摘要 火力發(fā)電廠的熱力除氧器是利用汽輪機的抽氣加熱鍋爐給水，使得鍋爐的給水達到該壓力下的飽和溫度，以除去溶于水中的氧氣等氣體，防止鍋爐、汽輪機和管道等熱力設備遭到腐蝕；另一方面除氧器是汽水直接接觸式的加熱器，他是給水加熱系統(tǒng)中的一環(huán)，利用汽輪機的抽水加熱鍋爐給水，可以提高電廠的效率，節(jié)省燃料。除氧器是電廠重要的輔助設備之一，是電廠熱力系統(tǒng)中不可缺少的環(huán)節(jié)。 當除氧器內壓力突然升高時，水溫變化跟不上壓力的變化，水溫暫低于升高后壓力下的飽和溫度，因而水中的含氧量隨之身高，待水升高至升高后壓力的飽和溫度時，水中的溶解氧才會降至合格的范圍；當氧氣壓力突然降低時，由于水溫高于該

2、壓力對應的飽和溫度，除氧器內的凝結水會發(fā)生自發(fā)沸騰現(xiàn)象。嚴重時給水泵可能會發(fā)生汽蝕，導致重大事故。因此，在運行中應保持除氧器內壓力的穩(wěn)定。關鍵字：除氧器；飽和溫度；組態(tài)AbstractThe thermal deaerator of thermal power plant heat boiler feed water by the gas pumped from turbine to make the boiler feed water reach the saturation temperature corresponding to this pressure to remove oxyge

3、n and other gases dissolved in the water and prevent corrosion of thermal equipment such as boilers, turbines and pipes. On the other hand, the deaerator is a direct-contact heater. It is one part of the feedwater heating system. It use the water pumped from turbine to heat boiler feed water,this ca

4、n improve the efficiency of the power plant and save fuel.When the pressure in the deaerator sudden rise, the change教師批閱：of the water temperature can not keep up.The water temperature will temporarily lower than the saturation temperature under the increased pressure, and thus the oxygen content of

5、the water thereupon rising until the water temperature was raised to the saturation temperature corresponding to the elevated pressure, the dissolved oxygen in the water will be reduced to qualified range; When the oxygen pressure is suddenly reduced,as the water temperature is higher than the satur

6、ation temperature corresponding to the pressure,the condensation water inside deaerator will spontaneously boiling. In serious condition,the cavitation phenomenon of feedwater pump will resulting in a major accident. Therefore we should maintain the stability of the pressure within the deaerator in

7、operation.Key words: Deaerator; Saturation temperature; Configuration教師批閱：20 摘要IAbstractI1、課程設計任務和要求22、除氧器的簡介22.1、熱力除氧的原理42.2、除氧器的類型42.3、除氧器的連接系統(tǒng)53、除氧器壓力控制63.1、除氧器壓力控制系統(tǒng)方案63.2除氧器壓力控制系統(tǒng)參數(shù)整定83.3除氧器壓力控制系統(tǒng)仿真94、除氧器壓力DCS控制系統(tǒng)104.1 、控制總方案114.2、一次儀表選型114.3、一次儀表和DCS接線134.4、DCS硬件組態(tài)134.5、DCS控制組態(tài)154.6、人機界面165、課程

8、設計總結和體會17附錄I17附錄II17參考文獻17教師批閱：1、課程設計任務和要求本課程設計是針對學生學習和運用專業(yè)知識的綜合考核和檢查，使學生接受工程類基本訓練的重要環(huán)節(jié)，是自動化（熱工）專業(yè)的集散控制系統(tǒng)專業(yè)課程學習的必修內容之一。本課程設計的特點是，內容所涉及的知識面較一般習題廣，有較強的系統(tǒng)性和綜合性，在運算、繪圖、編寫設計文本方面有較高的要求。本課程實際應針對交通運算組織學課程涉及的相關理論與方法，結合具體實踐背景，解決實際問題。要求能從數(shù)字控制系統(tǒng)功能要求出發(fā)，制訂或分析設計方案，合理地選擇控制系統(tǒng)硬件設備，確定軟件需求。能按工藝的控制要求，選擇相關模塊，設計組態(tài)圖。能考慮控制系

9、統(tǒng)安裝與調整、使用與維護、經濟和安全等問題，對集散控制系統(tǒng)的安裝技術要求進行設計。課程設計的題目是200MW機組除氧器壓力控制系統(tǒng)，要求將除氧器壓力維持在最小值壓力35Kpa。同時每個學生應完成：總體方案圖1張、接線圖1張，組態(tài)圖3張，SAMA圖1張；設計說明書一份，說明書應包括：確定總體方案，選定I/O點，控制系統(tǒng)的組態(tài)圖，SAMA圖等內容。2、除氧器的簡介除氧器的主要作用是除去給水中的氧氣,保證給水的品質。水中溶解了氧氣,就會使與水接觸的金屬腐蝕;在熱交換器中若有氣體聚集就會妨礙傳熱過程的進行,降低設備的傳熱效果。因此水中溶解有任何氣體都是不利的,尤其是氧氣,它將直接威脅設備的安全運行。教

10、師批閱：圖2-1 除氧器工藝流程圖除氧器本身又是給水回熱系統(tǒng)中的一個混合式加熱器,同時高壓加熱器的疏水、化學補水及全廠各處水質合格的疏水、排氣等均可通入除氧器匯總并加以利用,減少發(fā)電廠的汽水損失。當水和某種氣體混合物接觸時,就會有一部分氣體融解到水中去。氣體的溶解度就是表示氣體溶解于水中的數(shù)量,以毫克/升計值,它和氣體的種類以及它在水面的分壓力、和水的溫度有關。在一定的壓力下,水的溫度越高,氣體的溶解度就越?。环粗?氣體的溶解度就越大。同時氣體在水面的分壓力越高,其溶解度就越大,反之,其溶解度也越低。天然水中常含有大量溶解的氧氣,可達10 毫克/升。汽輪機的凝結水可能融有大量氧氣,因為空氣能通

11、過處于真空狀態(tài)下的設備不嚴密部分滲入進去.此外,補充水中也含有氧氣及二氧化碳等其他氣體。液面上氣體混合物的全壓力中,包括有液體蒸汽的分壓力和液面上的全壓力。將水加熱時,液面附近水蒸氣的分壓力就會增加,相應的液面附近其他氣體的分壓力就會降低.當水加熱到沸點時,蒸汽的分壓力就會接近液面上的全壓力,此時液面上其他氣體的分壓力幾乎接近于零,于是這些氣體將完全自水中清除出去。除氧器的工作原理即利用蒸汽對水進行加熱,使水達到一定壓力下的飽和溫度,即沸點。這時除教師批閱：氧器的空間充滿著水蒸汽,而氧氣的分壓力逐漸降低為零,溶解于水的氧氣將全部逸出,以保證給水含氧量合格。高參數(shù)的鍋爐給水溫度一般為230250

12、 攝氏度。采用高壓除氧器,在機組高壓加熱器故障停用時,進入鍋爐的給水溫度仍可以維持在150160 攝氏度,這樣對鍋爐的運行影響就可以小一點。此外,提高鍋爐除氧器的壓力,可以避免凝結水進入除氧器時產生沸騰現(xiàn)象,后者會使水泵進口產生汽蝕,這對水泵是不允許的。2.1、熱力除氧的原理1.亨利定律描述：單位體積中溶解的氣體量b與水面上該氣體的分壓力P氣體成正比。       推論：如P氣體 0，則b 0。2.道爾頓定律描述：混合氣體的全壓力P全 等于各組成氣體的分壓力之和。PP氣體+P水蒸汽 推論：若P P水蒸汽，則P氣體

13、0。2.2、除氧器的類型1.真空式除氧器 描述：凝汽器內具備除氧的必要條件，在凝汽器底部兩側加裝適當?shù)某跹b置（如淋水盤、濺水板、抽氣口等）即可除氧。 特點：系統(tǒng)簡單，但除氧效果達不到給水控制指標。2.大氣式除氧器教師批閱：描述：工作壓力0.118MPa，略高于大氣壓力以便于排出氣體。特點：與高壓除氧器相比無優(yōu)勢，常用于熱電廠作為第一級除氧。3.高壓除氧器  描述：工作壓力一般為0.3430.784MPa。  特點：（1）除氧器給水溫度較高，可減少高壓加熱器的臺數(shù)；（2）高加切除時，鍋爐給水溫度變化幅度小，改善鍋爐的運行條件；（3）工作溫度高，給水中氣體

14、的溶解度降低，有利于提高除氧效果。（4）工作壓力提高，給水在除氧器內的溫升也提高，可避免除氧器的自生沸騰。（5）給水泵工作條件惡劣。2.3、除氧器的連接系統(tǒng)圖2-2 除氧器連接圖1單獨連接特點：抽汽管上裝設壓力調節(jié)閥，低負荷時切換到高一級抽汽。正常運行時存在節(jié)流損失，低負荷切換到高一級抽汽時，節(jié)流損失更為嚴重。分析：加熱蒸汽經過壓力調節(jié)閥產生節(jié)流壓降，除氧器給水溫度低于抽汽口壓力下的飽和溫度，加熱不足部分轉移到相鄰高壓加熱器，減少了本級較低壓力抽汽，增加了相鄰較高壓力抽汽，熱經濟性下降。當抽汽切換到高一級抽汽時，壓降更大，節(jié)流損失更大，并導致停用一段回熱抽汽。教師批閱：2前置連接 &

15、#160;特點：單獨連接改進型。增加一臺高壓加熱器與除氧器共用一段抽汽，該高壓加熱器出水溫度不受壓力調節(jié)閥的影響，無節(jié)流損失。分析：前置連接既沒抽汽量減少，也沒導致低壓抽汽量減少，故不存在節(jié)流損失。壓力調節(jié)閥只起蒸汽流量分配作用。3.滑壓運行連接  描述：除氧器滑壓運行指除氧器壓力隨機組的負荷與抽汽壓力的變動而變化。  特點：（1）無節(jié)流損失；（2）低負荷時不用切換高一級抽汽和停用本級抽汽；(3)回熱加熱分配更接近等溫升分配。（4）負荷突然變化時存在除氧效果惡化和給水泵汽蝕問題。  說明：定壓運行除氧器在機組低負荷時，除氧器出水溫度不

16、變，而前級低加出水溫度下降，除氧器加熱溫升增大。同時，相鄰高加出水溫度下降，而進水溫度不變，相鄰高加的加熱溫升減少。二者都導致回熱分配偏離等溫升。3、除氧器壓力控制3.1、除氧器壓力控制系統(tǒng)方案圖3-1 除氧器壓力控制方案圖教師批閱：由圖3-1可知，這是一個簡單的單回路控制系統(tǒng)，通過除氧器壓力調整門調整蒸汽量來控制除氧器壓力。其原理圖如下：-+汽輪機抽氣P1P0凝結水PID除氧器圖3-2 除氧器壓力控制原理圖其中，P1除氧器壓力，P0除氧器壓力設定值由上述的原理圖對應可以畫出除氧器壓力控制系統(tǒng)的SAMA圖，具體的圖見附錄I。并且由圖可知：除氧器壓力經過三個變送器測量得到的信號PT，經過SELM

17、三選的選擇后經過質量判斷QC，如果是壞的點，則報警AL，同時在CRT上有顯示I。進過選擇器選擇的信號輸出至PID調節(jié)器入口，同時做高低幅值報警輸出。在調解器入口與手動設置A模塊的設定值進行比較，其偏差值送到PID調節(jié)器進行比例、積分、微分運算后作為調節(jié)器的輸出信號，這個信號在手動切換模塊T通過M/A進行選擇，如果切換為手動則選擇A手動設定一個值，如果不切換手動則向下進行另一個手動切換模塊T，通過強制關閉除氧器壓力提哦接法來選擇，如果沒有這個信號則向下經過AO，自動信號送到除氧器壓力調節(jié)閥進行調節(jié)，此調節(jié)回路為單回路調節(jié)系統(tǒng)，而且沒有前饋信號。除氧器壓力信號調節(jié)閥的閥位信號如果與調節(jié)發(fā)出的閥位指

18、令偏差則自動切換為手動。教師批閱：3.2除氧器壓力控制系統(tǒng)參數(shù)整定單回路控制系統(tǒng)主要由調節(jié)器和被控對象構成，通常被控對象的動態(tài)特性是無法輕易改變的，要得到滿意的調節(jié)效果，就要合理的設置調節(jié)器的參數(shù)。因而，單回路控制系統(tǒng)的整定實際上就是調節(jié)器的參數(shù)整定。調節(jié)器的參數(shù)主要有三個，即比例調節(jié)規(guī)律的比例帶、積分調節(jié)規(guī)律的積分時間和微分調節(jié)規(guī)律的微分時間。而對于除氧器壓力控制的單回路控制系統(tǒng)，從資料得知被控對象的傳遞函數(shù)為： 變送器的測量變送單元為而執(zhí)行器和調節(jié)閥的傳遞函數(shù)是，由響應曲線法根據(jù)被控對象的傳遞函數(shù)求得對象的一組特征參數(shù)、（有自平衡能力的對象），然后按表31公式計算調節(jié)器的整定參數(shù)。表3-1

19、 衰減曲線法整定參數(shù)計算表（0.75）教師批閱：3.3除氧器壓力控制系統(tǒng)仿真在除氧器的壓力控制中我采用的是PI 控制器，在經過一系列的計算得出控制器的參數(shù)為：P=1/13.13 I=3.68根據(jù)前面的控制系統(tǒng)原理圖和得出的參數(shù)在MATLAB中可以畫出除氧器壓力控制系統(tǒng)的Simulink圖如圖3-3下：圖3-3 除氧器控制Simulink仿真圖仿真可以得到響應曲線如下：圖3-4 仿真響應曲線圖由響應曲線圖3-4可以得到系統(tǒng)的上升時間只有150S左右，也就意味著控制系統(tǒng)能夠很快的達到給定值，并且穩(wěn)定下來。在有內繞的情況下，控制系統(tǒng)的Simuink圖和響應曲線依次如圖3-5：教師批閱：圖3-5 帶內

20、擾的Simulink仿真圖運行仿真可以得到帶內擾的響應曲線如圖3-6：由上圖可知，即使在有內繞的情況下，控制系統(tǒng)的超調亮只有8%，在100S左右就會達到穩(wěn)定，所以說，這個控制系統(tǒng)滿足實際的要求。4、除氧器壓力DCS控制系統(tǒng)隨著計算機過程控制技術的發(fā)展和國內電力企業(yè)自動控制水平的提高，集散控制系統(tǒng)DCS在電廠得到了廣泛的應用。DCS的使用大大提高了機組運行的安全穩(wěn)定性，改變了生產過程中傳統(tǒng)的操作方式和管理現(xiàn)狀，帶來了顯著的經濟效益。隨著計算機過程控制技術的發(fā)展和自動化控制水平的提高，集散控制系統(tǒng)DCS在現(xiàn)代化企業(yè)的生產過程中得到了廣泛的應用。二十年來，我國電力企業(yè)DCS的應用工作取得了可喜成績，

21、企業(yè)自動化水平顯著提高。應用DCS的生產流程越來越多，領域不斷拓寬，DCS技術的應用使過程控制發(fā)生了質的變化，保證了機組安全穩(wěn)定運行，大大提高了生產自動化水平，同時為企業(yè)帶來了良好的經濟效益。教師批閱：本文介紹的是美國Focboro公式自1987年推出的第三代集散控制系統(tǒng)I/A S智能自動化系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)在除氧器壓力控制中的應用。4.1 、控制總方案圖4-1 除氧器控制總體方案圖4.2、一次儀表選型壓力變送器 型號：HQ-3051測量介質:液體、氣體和蒸汽量程范圍:差壓：00.16kPa至010MPa工作電壓：12V45V DC(一般使用24V DC)輸出信號：4mA20mA DC

22、溫度范圍：環(huán)境溫度 -2070精度：0.075級相對濕度：0100%RH現(xiàn)場指示表：LED數(shù)碼顯示電源變化影響：小于輸出量程的0.0059%/V振動影響：在任意軸上，頻率為200Hz，引起的最大誤差為量程的±0.05%/g介質溫度：-40100貯存溫度：-40100教師批閱：動閥門公稱通徑 DN(mm)15-200公稱壓力 PN(MPa)1.62.54.0公稱壓力 PS(MPa)強度試驗2.43.86.0密封試驗1.82.84.4材料 材料代號CPR主要零件閥體WCBZG1Cr18Ni9TiZG1Cr18Ni12Mo2Ti球體2Cr131Cr18Ni9Ti1Cr18Ni12MoTi閥

23、桿2Cr131Cr18Ni9Ti1Cr18Ni12MoTi 密封圈增強聚四氟乙烯 對位聚苯填料聚四氟乙烯 柔性石墨適用工況適用介質水、蒸汽、油品硝酸類醋酸類適用溫度-28 -300 氣動裝置型號OBD 系列、 AW 系列等教師批閱：4.3、一次儀表和DCS接線詳細的接線圖見附錄II4.4、DCS硬件組態(tài)圖4-2 控制系統(tǒng)組態(tài)圖表4-1 DCS模塊配置表模塊名稱型號數(shù)據(jù)模塊地址IO模塊地址可用的IO通道地址DCS信號轉接板端子號機柜SP221I/O機籠SP243X數(shù)據(jù)轉發(fā)卡SP23300教師批閱：主控制卡SP000電源箱機籠SP3130002,03NAI3,NAI4

24、電源SP3130100,01,02,03NAI5,NAI6,NAI7,NAI8電源指示卡SP3130200,01,02,03NAI9,NAI10,NAI11,NAI12電流信號輸入卡SP000電壓信號輸入卡SP3160204模擬信號輸出SP316030500,01Pt-3,PT-4工程師站SP316040600,01Pt-5,Pt-6操作員站SP00005教師批閱：集線器SP3350803P4Scnet網(wǎng)卡SP3220903NAO44.5、DCS控制組態(tài)使用AIN模擬量輸入模塊，PID調節(jié)模塊和AOUT模擬量輸出模塊構成但參數(shù)調節(jié)回路，AIN模塊將FBM來的測量信號進行修正，標度，報警等處理，其輸出被連到PID模塊的測量輸入?yún)?shù)MEAS。PID模塊根據(jù)測量值與設定值SPT的偏差信號和P、I、D整定參數(shù)的設置進行運算，其輸出被連接到AOUT模塊的輸出MEAS。AOUT模塊對信號進行輸出修正后送到FBM的輸出點。圖4-3 控制組態(tài)圖教師批閱：4.6、人機界面MCGS是一套基于Windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制。組態(tài)控制技術構成的計算機測控系統(tǒng)與一般的計算機測控系統(tǒng)在結構上沒有本質的區(qū)別，他們由被控對象、傳感器、I/O接口、計算機和執(zhí)行結構幾部分組成。具有功能完善、操作簡