设备部热控室第一部分概述第二部分热控设备第三部分热控DCS基本概念第四部分热控新技术在数字化电厂中的应用第一部分概述一、热控专业在电力行业的发展前景近年来,发电机组正朝着高参数、大容量的方向发展,对机组自动化的要求日益提高,以“4C”(计算机、控制、通信、CRT)技术为基础的现代火电机组热工自动化技术也得到了迅速发展,热工专业在电厂的地位也变得更加重要。二、热控专业主要作用1、保证所有监视点的准确性。2、满足电厂自动化控制的要求。3、在机组运行工况出现异常时,除及时报警外,还能迅速及时地按预定的规律进行处理,保证机组尽快恢复正常运行。4、在机组从运行异常发展到危急情况时,自动化设备能适时采取果断措施进行处理,以保证设备及人身的安全。5、在机组的启停过程中,自动化设备又可根据热状态进行相应的控制。三、热工控制系统的组成如上图所示,热工控制系统由控制对象和热工控制设备组成。热工控制设备是指从被控参数到控制机构的总称。其中,变送器对被控参数进行测量的信号转换。控制器发出控制指令,使执行器和控制机构动作,最终使生产过程自动地按照预定的规律进行。在控制系统中,变送器是信息的源头,控制器是信息的处理器,执行器是信息的终端。(下面将分别介绍组成热工控制系统的各个部分)第二部分热控设备一、热控设备的分类热控过程控制设备是实现热工过程控制的工具,其种类繁多,功能不同,结构各异。按功能不同,可分为检测仪表、显示仪表、控制仪表和执行器。(1)检测仪表:包括各种变量的检测元件、传感器等。(2)显示仪表:包括刻度、曲线和数字等显示。(3)控制系统:PLC、DCS系统等。(4)执行机构包括气动、电动、液动等类型。二、热工测量和测量过程研究热工测量是了解自动控制的第一步,离开检测数据运行人员将无法正确监视、操作,离开检测数据就无法实现自动控制被控对象。下面选几个典型测量元件及测量原理分别作简单的介绍:(一)温度在电厂热力生产过程中,温度是保证安全、经济发电的一个重要参数。温度控制不好,可能导致锅炉效率降低,影响发电厂的经济效益。温度测量仪表的分类:按照温度测量方式的不同,温度仪表可分为接触式和非接触式两种类型。1、接触式温度仪表接触式即测温元件直接与被测介质接触,通过传导或对流达到热平衡,反映被测对象的温度。接触式温度仪表按其工作原理可分为膨胀式、压力式、电阻式和热电式四种。(1)热电阻热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件。热电阻感温元件是用来感受温度的电阻器,它是热电阻的核心部分,由电阻丝及绝缘骨架构成。金属热电阻的电阻值随温度上升而增大,常用的有铂热电阻(测温范围为-200~+850℃)、铜热电阻(-50~+150℃)和镍热电阻(-60~+180℃)3种。(2)热电偶热电偶测温的基本原理是热电效应。把任意两种性质不同的导体或半导体连接成闭合回路,如果两接点的温度不同,在回路中就会产生热电动势,形成热电流,这就是热电效应。热电偶就是用两种性质不同的金属材料一端焊接而成的。焊接的一端叫做热端(测量端),未焊接的一端叫做冷端(参考端)。如果冷端(参考端)温度恒定不变,则热电势的大小和方向只于两种材料的特性和热端(测量端)有关,且热电势与温度之间有一固定的函数关系,利用这个关系及相关显示仪表即可测量出温度。热电偶的结构如图:通常由1-热电极;2-绝缘管;3-保护套管;4-接线盒等主要部分构成,热电偶是应用最普遍、最广泛的温度测量元件。在火电厂中,主蒸汽、过热器管壁等的温度都是采用热电偶测量的。热电偶一般用于测量100~1600℃范围内温度,用特殊材料制成的热电偶还可测更高或更低的温度。2、非接触式温度仪表非接触式温度仪表即感温元件不与被测介质相接触,而是通过辐射或者对流实现热交换来达到测温目的的仪表。不仅可以测量移动或者转动物体的温度,而且可以通过扫描的方法测得物体表面的温度分布,但是辐射式测温一般只能测得亮度温度或辐射温度,为了求得真实温度,还必须根据被测对象的温度对测量值进行修正,可能受到辐射、距离、烟尘等影响,故测温的准确性一般不高,通过常仅用于高温测量。非接触式温度仪表包括红外测温仪表(红外法)、光学温度计(亮度法)、光电温度计(亮度法)、比色温度计(比色法)和辐射温度计(辐射法)。(二)压力压力是工质热力状态的主要参数之一。对保证压力测量的准确性对于机组安全,经济运行有重要意义。例如主蒸汽压力、凝汽器真空等,都是运行中需要连续测量监视的重要参数。此外,差压测量还广泛应用在液位和流量测量中。1、压力表压力表按其测量精确度,可分为精密压力表、一般压力表。精密压力表的测量精确度等级分别为0.1、0.16、0.25、0.4级,一般压力表的测量精确度等级分别为1.0、1.6、2.5、4.0级。压力表按其测量范围,分为真空表、压力真空表、微压表、低压表、中压表及高压表。低压表用于测量0~6MPA压力值,中压表用于测量10~60MPA压力值,高压表用于测量100MPA以上压力值。压力表按其显示方式分:指针压力表、数字压力表。最常用的的指针压力表是弹簧管压力表,结构如图1—弹簧管2—游丝3—指针4—小齿轮5—扇形齿轮6—自由端7—连接杠杆8—支点9—固定端弹簧弯管是由金属管(无缝铜管或无缝钢管)制成的。管子截面呈扁圆形或椭圆形,它的一端固定在支撑座上,并与汽水介质相通;另一端是封闭的自由端,与杠杆连接。压力越高,自由端向上翘起的幅度越大。这一动作经过杠杆、扇形齿轮、小齿轮的传动,使指针偏转一个角度,在刻度盘上指示出压力高低。当被测介质压力降低时,弹簧管要恢复原状,指针退回到相应刻度处。弹簧管压力表出现线性误差时,应调整拉杆的活动螺丝。2、压力变送器压力变送器是一种接受压力变量,经传感转换后,将压力变化量按一定比例转换为标准输出信号的仪表。由测压元件传感器(也称作压力传感器)、测量回路和过程连接件三部分制作而成。如图所示。工作原理:当压力直接作用在测量膜片的表面,使膜片产生微小的形变,测量膜片上的高精度电路将这个微小的形变变换成为与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,然后采用专用芯片将这个电压信号转换为工业标准的4-20mA电流信号或者1-5V电压信号。(三)流量流量是指单位时间内流经管道有效截面的流体数量。测量管道或明沟中液体、气体或蒸汽等流体流量的工业自动化仪表,又称流量计。差压式流量计是目前火电厂使用最多的流量测量方法。差压式流量计是利用流体在节流元件前后的压力变化情况来测量流量的流量计。流体充满管道的流动称为管流,在管流中放置一特制的中间有孔的节流件,流体流经节流件时,其压力和流速都发生了变化,变化情况如图所示(图中以孔板为例)。常见的节流件有孔板、喷嘴和长径喷嘴。差压式流量计的工作原理:如图所示,在截面1处,流体还未受到节流件的影响,流束充满管道。流体流经节流件时,流束收缩、速度加快、静压降低,至截面2时流束收缩到最小。由于流体的性质所决定,节流装置测得的差压与流量的关系是平方及平方根的关系,即(q2∝△p)流体经节流件时压力和流速的变化情况(标准节流装置适用于截面形状为圆形的管道,单相流体且充满管道)(四)液位在电厂热力生产过程中,液位是一个很重要的参数。随着自动化水平的不断提高,生产过程中对汽包水位、凝汽器水位、润滑油箱油位等液位测量精度的要求越来越高。准确地测量容器液位并加以控制,对保证发电厂的安全稳定运行十分重要的。根据液位计的工作原理,可分为直读式、浮力式、电容式、静压式、声学式、射线式、光纤式和核辐射式。1、汽包水位汽包水位测量在液位测量中最为重要,为防止锅炉汽包满水和缺水事故,《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》有很多明确要求。下面重点介绍汽包水位测量的原理:汽包差压式水位测量装置主要由连通管、平衡容器、引压管、变送器组成。汽包内的饱和蒸汽在凝结球(平衡容器)内不断散热凝结,平衡容器内的液面总是保持恒定,所以正压管内的水柱高度是恒定的,负压管的水柱高度则随着水位H而变化。由正负压引入口得到的差压信号为:ΔP=P+-P-=Lρ1g–[Hgρ′+(L-H)gρ″]=Lg(ρ1-ρ″)-Hg(ρ′-ρ″)式中H为容器水位;ρ1---平衡容器中水的密度;ρ′----汽包压力下饱和水的密度;ρ″----汽包压力下饱和汽的密度。由上式可知,当平衡容器的安装结构一定(即L确定)、汽包压力一定(ρ′、ρ″确定)及ρ1一定的条件下,正负压管的差压输出△P与汽包水位H呈反向线性关系,即水位越低,差压越大。2、导波雷达液位计导波雷达液位计是依据时域反射原理为基础的雷达液位计。雷达液位计的电磁脉冲以光速沿钢缆或探棒传播,当遇到被测介质表面时,雷达液位计的部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返回到脉冲发射装置,发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比,经计算得出液位高度。导波雷达液位计的技术优势:测量不受介质变化、温度变化、惰性气体及蒸汽、粉尘、泡沫等的影响。雷达液位计的精度为5mm,量程60米,耐250度高温、40公斤高压,雷达液位计适用于爆炸危险区域。其他还有转速测量、振动测量、氧量测量等不再赘述。三、执行机构1、作用:生产过程的信息从变送器引入,经控制器或DCS运算处理后,输出操作指令给执行器的控制生产过程,或有操作员站发出的人工操作指令给执行机构控制生产过程。如果选择或使用不当,可能会导致自动控制系统的调节品质下降,控制失灵,甚至因介质的易燃、易爆、有毒,而造成严重的生产事故。2、对于执行机构最广泛的定义是:一种能提供直线或旋转运动的驱动装置,它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。执行机构按使用能源可分为气动、电动和液动三大类。气动执行机构是使用压缩空气作为能源,电动执行机构使用电能作为能源,液动执行机构使用高压液体(如抗燃油)作为能源。下面对三种执行机构的工作原理、优缺点等分别予以介绍。(一)气动执行机构气动执行机构的分类:1、按执行机构工作方式分为:直行程和角行程。2、按执行机构作用形式分为:单作用和双作用。3、按执行机构调节形式分为:调节型和开关型。气动执行机构可以分为单作用和双作用两种类型。执行器的开关动作都通过气源来驱动执行的叫做双作用。单作用的开关动作只有开动作是气源驱动,而关动作是弹簧复位。气动执行机构优点:1、接受连续的气信号,可输出直线位移,也可输出角位移。2、移动速度、输出功率较大。3、检修维护简单,对环境的适应性好。4、具有防爆功能。5、其他气动执行机构缺点:控制精度较低。(二)电动执行机构工作原理:电动执行器由两相伺服电动机、减速器和位置变送器三部分组成。两相电动机接受伺服放大器或者电动操作器送入的信号而转动,经减速器减速后,输出力矩和转角去控制阀门动作;与此同时,位置变送器根据阀门的位置,输出角位移转换成位置反馈电流(4~20mADC)电动执行机构优点:1、高度的稳定和用户可应用的恒定的推力。最大执行器产生的推力可高达225000kgf,能达到这么大推力的只有液动执行器,但液动执行器造价要比电动高很多。2、输出的推力或力矩基本上是恒定的,可以很好的克服介质的不平衡力,达到对工艺参数的准确控制,所以控制精度比气动执行器要高。3、通过配用伺服放大器很容易实现正反作用及三断保护。而气动执行器必须借助于一套组合保护系统来实现保位。电动执行机构缺点:1、结构较复杂,更容易发生故障。2、电机如果调节太频繁,容易造成电机过热。3、运行较慢,不如气动、液动执行器速度快。(三)液动执行机构液动执行机构由错油门、油动机和反馈杠杆组成。因为液压执行机构的响应速度快,输出推力大,是其他类型执行机构所无法取代的,所以数字电液调节控制系统(DEH)的执行机构仍采用液压调速系统的油动机---液动执行结构。由于DEH液动执行机构的功能是把电信号转换为油动机活塞的机械位移,所以也称其为电—液伺服执行结构。液动执行机构优点:1、当需要异常的抗偏离能力和高的推力以及快的行程速度时,我们往往选用液动或电液执行机构。因为液体的不可压缩性,采用液动执行器的优点就是较优的抗偏离能力,这对于调节工况是很重要的,因为
本文标题:热控培训
链接地址:https://www.777doc.com/doc-4541039 .html