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大连工业大学课程设计（论文）任务书专业自动化班级124题目金弘基供热锅炉测控系统设计子题指导教师于忠得答疑教师于忠得设计时间2015年6月22日至2015年6月28日共1周设计要求设计（论文）的任务和基本要求，包括设计任务、查阅文献、方案设计、说明书（计算、图纸、撰写内容及规范等）、工作量等内容。金弘基供热锅炉系统由两台40吨热水锅炉构成，负责向大连市西南部的书香园一期、二期、三期住宅小区冬季供暖。为保证锅炉的安全、经济运行，需要设计相应的测量、控制系统。本设计仅包含1#锅炉的测量、控制系统。1．设计任务与要求住宅供热锅炉测控系统主要实现目标：⑴保证锅炉安全运行。设计控制参数有：炉膛温度、炉膛负压、出水温度、出水压力、总管温度、总管压力等。⑵保证住宅供暖室内温度。控制回水温度。2．设计内容1）供热热水锅炉测控系统方案设计。2）设备选型设计。3）仪表盘正面布置图设计。4）仪表盘盘后接线图设计。5）仪表供电系统设计。3．课程设计说明书格式要求1）格式要求严格按照教务处规定格式撰写，见“课程设计格式及撰写要求”2）内容要求（1）设计任务说明（2）设计方案说明，包括设计任务背景说明、控制方案设计说明、测量方案设计说明、仪表选型说明、传感器选型说明等。附图：①工艺控制流程图；②设备选型表；③仪表正面布置图；④盘后接线图；⑤配电图；⑥接线端子图。指导教师签字：于忠得系（教研室）主任签字：2015年6月25-1-第1章设计目标及任务1.1设计目标金弘基供热锅炉系统由两台40吨热水锅炉构成，负责向大连市西南部的书香园一期、二期、三期住宅小区冬季供暖。为保证锅炉的安全、经济运行，需要设计相应的测量、控制系统。本设计仅包含1#锅炉的测量、控制系统。1.2设计任务供热热水锅炉测控系统方案设计、扩大初步设计。主要完成以下设计任务：（1）供热热水锅炉测控系统方案设计（2）设备选型设计（3）仪表盘正面布置设计（4）仪表盘盘后接线图设计（5）仪表供电系统设计1、保证锅炉的安全运行设计控制参数有：炉膛温度、炉膛负压、出水温度、出水压力、总管温度、总管压力等。2、保证住宅供暖室内温度。控制回水温度。3、锅炉运行考核管理。出水温度、出水压力、回水温度、炉膛温度等重要参数的当班记录。煤、水消耗的当班记录，考核评价等其他管理需要。-2-第2章系统设计2.1供热热水锅炉测控系统方案设计金弘基供热锅炉系统由两台40吨热水锅炉构成，负责向大连市西南部的书香园一期、二期、三期住宅小区冬季供暖。为保证锅炉的安全、经济运行，需要设计相应的测量、控制系统。由于两台热水锅炉的控制系统完全一样，所以这里只对一台热水锅炉的控制系统进行描述。2.1.1锅炉设备的简单介绍下图为本次设计采用的供热锅炉工艺流程图。图1供热锅炉工艺流程图蒸汽发生系统由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。在锅炉运行过程中，燃料和空气按一定比例送入炉膛燃烧，产生的热量传送给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，然后再经过过热蒸汽，形成满足一定质量指标的过热蒸汽输出，供给用户。同时燃烧过程中产生的烟气，经过过热器将饱和蒸汽加成过热蒸汽后，再经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱送入大气。锅炉设备是一个复杂的控制对象，其主要控制变量有燃料量、锅炉给水、减温水流量、送风量和引风量等；主要的被控量有汽包水位、过热蒸汽温度、过热蒸汽压力、炉膛负压等。这些控制变量和被控变量之间相互关联。例如燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、炉膛负压和烟气含氧量；给水量变化不仅影响汽包水位，而且-3-对蒸汽压力、过热蒸汽温度都有影响。因此锅炉设备是一个多输入/多输出且相互关联的控制对象。首先由磨煤机将煤磨制成粉。煤粉由空气携带通过装在炉墙上的燃烧器送入炉膛中燃烧。在火焰中心处的气体温度达到1500～1600℃。锅炉的蒸发受热面装在炉膛的内壁上，组成水冷壁，吸收炉膛中高温火焰和烟气的辐射热量，使炉膛出口处烟气温度降低到1000～1150℃。后墙水冷壁的上部分（在水平烟道进口）组成排列较稀的数列凝渣管，以防止结渣。为防止锅炉受热面上积灰或结渣，还使用吹灰器。过热器位于水平烟道中，它的作用是把从锅筒出来的饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽，目的是提高电站的经济性。烟气通过过热器后温度降低到500～600℃,然后进入尾部烟道。尾部烟道中受热面之一为省煤器。它由很多平行的蛇形管所组成，其作用是使给水在进入锅筒之前预先加热，并降低排烟温度。另一尾部受热面是空气预热器。它的作用是使空气在进入炉膛以前加热到一定温度，以改善燃烧和进一步降低排烟温度，提高锅炉效率。在燃烧和烟风系统方面，送风机将空气送入空气预热器加热到一定温度。在磨煤机中被磨成一定细度的煤粉，由来自空气预热器的一部分热空气携带经燃烧器喷入炉膛。燃烧器喷出的煤粉与空气混合物在炉膛中与其余的热空气混合燃烧，放出大量热量。燃烧后的热烟气顺序流经炉膛、凝渣管束、过热器、省煤器和空气预热器后，再经过除尘装置，除去其中的飞灰，最后由引风机送往烟囱排向大气。在这个过程中，需要对给水压力，出水温度，出水压力，炉膛负压，炉膛温度，省煤器出口温度、省煤器出入口压，炉膛水位差进行观测。要对出水温度，出水压力，炉膛温度，炉膛水位,给煤控制，给风控制，炉膛负压进行控制。当水位不够是，应开大给水阀，若水位过高，应将给水阀关小。要是炉膛负压过高，温度过高，则打开泄压阀，将送风机和排粉风机调小。若炉膛负压过低，则要将送风机和排粉风机调大，让燃烧更剧烈，使压力、温度上来。2.1.2供热锅炉系统的测量和控制根据设计要求，将测控方案标注在工艺流程图上，形成带控制点的工艺流程图，如图2所示。-4-省煤器DPI1-10TI1-05TI1-04图2省煤器控制工艺流程图这样，测量参数：炉膛温度、炉膛负压、出水温度、出水压力、回水温度、省煤入口温度、省煤器出口温度、省煤器出入口压差就可以根据图2测量得到。2.2供热热水锅炉测控系统介绍2.2.1炉膛负压控制系统为了防止炉膛内的火焰或烟气外喷，炉膛内要保持一定的负压。炉膛负压控制一般可通过控制引风量来调节。鉴于引风量落后于燃料量和鼓风量的控制，可能引起系统大的波动，造成不稳定因素。所以，将汽包出口蒸汽压力作为前馈信号与以引风量为反馈信号——共同组成前馈反馈复合控制系统。2.2.2出水压力控制系统出水压力的控制关系到锅炉汽包液位的高低，直接关系到锅炉的安全性问题，所以必须控制好出水压力。当液泡液位过低时，应把水压力调大，当液泡液位过高时，应把出水压力调低。其方框图如下：-5-出水压力控制器变频调速器出水泵电机出水压力检测器图3出水压力控制系统示意图2.3回水温度控制系统对于普通的钢制热水锅炉而言，当锅炉循环水的回水温度低于一定数值后，将在锅炉烟气侧产生酸性冷凝水。酸性冷凝水会对锅炉钢板产生腐蚀，降低锅炉的寿命和使用的安全性。例如，使用天然气为燃料的锅炉，其烟气露点为57—58度（过量空气系数1.15）。一般的锅炉回水温度低于55度，将在锅炉烟气侧产生PH值为3-5的酸性冷凝水，从而腐蚀锅炉钢板。烟侧经常产生冷凝水，锅炉不到3年就可能报废。所以控制回水温度对于系统十分必要。-6-第3章设计图纸3.1供热热水锅炉测控系统方案设计图变频调速器引风机PCR1-07TI1-02TI1-03TCR1-01变频调速器炉排PCR1-06变频调速器出水泵电机TI1-08PI1-09用户热交站锅炉#1图4供热热水锅炉测控系统方案设计图-7-3.2设备选型表表1设备选型表序号设备名称代号型号规格数量1传感器TI-1-02Pt10012调节器PCR-1-07WP-C803-02-12-HL13控制器TCR-1-01WP-C803-02-0814控制器PCR-1-06WP-803-02-12-HL15显示仪TI-1-03WP-C803-02-0816显示仪DPI-1-10WP-C801-02-1217显示仪TI-1-05WP-C801-02-0818显示仪TI-1-04WP-C801-02-0819显示仪TI-1-08HDS-503110调节器PI-1-09XLFI-3694351-8-3.3仪表盘正面布置图150TCR1-01300300150150150120PCR1-07TI1-03PI1-09TI1-02PCR1-06TI1-05TI1-04TI1-08DPI1-0590061080100TI1-11图5仪表盘正面布置图-9-3.4仪表盘后接线图765X1-5X1-6X1-71314PD4PD5TI1-0371X1-1PD2-81314X1-2PD1PCR1-0772X1-3X1-41314PD2PD3TI1-0265X1-8X1-91314PD6PD7TCR1-0172X1-13PD2-21314PD9PD10DPI1-0565X1-11PD2-41314X1-12PD8PCR1-06765X1-14X1-15X1-161314PD11PD12TI1-05765X1-17X1-18X1-191314PD13PD14TI1-04765X1-20X1-21X1-221314PD15PD16TI1-0872X1-23PD2-61314PD17PD18PI1-092323237X1-10X2-1X2-2X2-3X2-4X2-5X2-6图6仪表盘后接线图-10-3.5端子接线图X11234567891011121314151617181920212223PCR1-07-1PCR1-07-13TI1-02-2TI1-02-7TI1-03-5TI1-03-6TI1-03-7TCR1-01-5TCR1-01-6PCR1-06-5PCR1-06-13DPI1-05-2TI1-05-5TI1-05-6TI1-05-7TI1-04-5TI1-04-6TI1-04-7TI1-08-5TI1-08-6TI1-08-7PI1-09-2PCR1-07-T+PCR1-07-T-TI1-02-S+TI1-02-S-TI1-02-SaTI1-02-SbTI1-02-ScTCR1-01-SaTCR1-01-SbTCR1-01-ScPCR1-06-S+PCR1-06-S-DPI1-05-S+TI1-05-SaTI1-05-SbTI1-05-ScTI1-04-T-PD2-2TI1-04-T+TI1-08-T-PD2-6PI1-09-T+TCR1-01-7TI1-08-T+图7端子接线图-11-3.6系统供电系统设计图LPD123456789101112131415161718PCR1-07-14TI1-03-13TI1-03-14TI1-02-13TI1-02-14TCR1-01-13TCR1-01-14PCR1-06-14DPI1-05-13DPI1-05-14TI1-05-13TI1-05-14TI1-04-13TI1-04-14TI1-08-13TI1-08-14DPI1-09-13DPI1-09-14图8主回路供电系统设计图PD212345678X1-19TI1-04-6X1-21PCR1-06-T+X1-23TI1-08-5X1-2524V+-PCR1-07-T+图9仪表供电系统设计图-12-心得体会经过几周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解了学习的持续性，更了解到理论知识与实践相结合的重要意义，只有不断的学习，把所学的知识和实际相结合才能对自己所学知识的提高和巩固。这将为自己今后的学习和工作做出了榜样。我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次课程设计中也使我