邮电与信息工程学院课程设计说明书课题名称：锅炉装置自动控制系统设计学生学号：1002150221专业班级：10自动化02班学生姓名：吴亚辉学生成绩：指导教师：陈国平课题工作时间：2013年12月2日至2013年12月14日填写说明：1. 表中第一、二、三、六项由指导教师填写；第四、五两项由学生填写。

2. 表中第一、二、三在在课程设计开始前填写，第四、五、六项在课程设计完成后填写。

3. 本表格填写完整后连同正文装订成册。

锅炉装置自动控制系统设计书目录1.工艺流程2.控制系统说明3.要求与步骤4设备的选型5.设计图1.1工艺流程原理介绍所选被控对象为工业领域广泛应用的自然循环锅炉自然循环锅炉是指在锅炉蒸发系统中，利用降水管中的水与上升管中的汽水混合物的密度差作为推动力，建立起工质循环流动(又称水循环)，使蒸发受热面受到冷却的锅炉。

随着锅炉容量的增大，自然循环锅炉的压力也相应提高。

饱和水与饱和水蒸气之间的密度差也随压力增大而减小。

由于降水管中的水温与饱和水温非常接近，故可以认为是饱和水。

随着锅炉的工作压力升高，降水管中的水与上升管中的汽水混合物之间的密度差也同样减小。

由于自然循环锅炉是靠降水管中的水与上升管中的汽水混合物的密度差形成的推动力，建立起工质循环流动的，当压力提高后，这个推动力也随之减小，工质在蒸发系统中的循环流动，也随压力提高而逐渐变得困难。

当压力达到临界值22.12兆帕时，饱和汽、水之间的密度差为零，这时，工质循环停止。

因此，自然循环锅炉的压力一般都在超高压(15.3兆帕)及以下。

要向更高压力发展，就变得相当困难。

1.2工艺流程介绍燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101的燃烧器；空气经由变频鼓风机K1101送入燃烧器。

燃料与空气在燃烧器混合燃烧，产生热量使锅炉水汽化。

燃烧产生的烟气带有大量余热，对省煤器E1102中的锅炉上水进行预热。

经处理的软化水进入除氧器V1101上部的除氧头，进行热力除氧，除氧蒸汽由除氧头底部通入。

除氧的目的是防止锅炉给水中溶解有氧气和二氧化碳，对锅炉造成腐蚀。

热力除氧是用蒸汽将给水加热到饱和温度，将水中溶解的氧气和二氧化碳放出。

在除氧器V1101下水箱底部也通入除氧蒸汽，进一步去除软化水中的氧气和二氧化碳。

除氧后的软化水经由上水泵P1101泵出，分两路，其中一路进入减温器E1101与过热蒸汽换热后，与另外一路混合，进入省煤器E1102。

进入减温器E1101的锅炉上水走管程，一方面对最终产品（过热蒸汽）的温度起到微调（减温）的作用，另一方面也能对锅炉上水起到一定的预热作用。

省煤器E1102由多段盘管组成，燃料燃烧产生的高温烟气自上而下通过管间，与管内的锅炉上水换热，回收烟气中的余热并使锅炉上水进一步预热。

被烟气加热成饱和水的锅炉上水全部进入汽包V1102，再经过对流管束和下降管进入锅炉水冷壁，吸收炉膛辐射热在水冷壁里变成汽水混合物，然后返回汽包V1102进行汽水分离。

锅炉上汽包为卧式圆筒形承压容器，内部装有给水分布槽、汽水分离器等，汽水分离是上汽包的重要作用之一。

分离出的饱和蒸汽再次进入炉膛F1101进行汽相升温，成为过热蒸汽。

出炉膛的过热蒸汽进入减温器E1101壳程，进行温度的微调并为锅炉上水预热，最后以工艺所要求的过热蒸汽压力、过热蒸汽温度输送给下一生产单元。

1.3仪表及操作设备说明（1）检测仪表（2）执行机构（3）开关阀（4）手操阀1.4工艺过程简介过热蒸汽进入减温器E1101，进行温度的微调。

最终过热蒸汽压力为P1104，温度为T1104，流量为F1105。

过热蒸汽出口管道上设调节阀V1105。

燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101的燃烧器，燃料流量为F1103，燃料压力为P1101，燃料流量管线设调节阀V1104，燃料泵出口阀XV1102。

空气经由变频风机K1101送入燃烧器，变频器频率为S1101（被归一化到0~100%之间），空气量为F1104。

省煤器烟气出口处的烟气流量为F1107，温度为T1105。

烟气含氧量A1101设有在线分析检测仪表。

烟道内设有挡板DO1101。

炉膛压力为P1102，炉膛中心火焰温度为T1101，为红外非接触式测量，仅提供大致温度的参考软化水流量为F1106，温度为常温20℃，经由调节阀V1106进入除氧器V1101顶部。

除氧蒸汽分两路，一路进入热力除氧头，管线上设有调节阀PV1101；另外一路进入除氧器下水箱，管线上设有开关阀XV1106。

除氧器压力为P1106，除氧器液位为L1101。

软化水在除氧器底部经由上水泵P1101泵出。

锅炉上水流量为F1101，锅炉上水管线上设有上水泵出口阀XV1101，上水管线调节阀V1101，以及旁路阀HV1101。

锅炉上水被分为两路。

一路进入减温器E1101预热，预热后与另外一路混合进入省煤器E1102。

两路锅炉上水管道上分别设有调节阀V1102和V1103。

正常工况时，大部分锅炉上水直接流向省煤器，少部分锅炉上水流向减温器，其流量为F1102。

汽包V1102顶部设放空阀XV1104，汽包压力为P1103。

汽包中部设水位检测点L1102。

在汽包中通过汽水分离得到的饱和蒸汽温度为T1102，经过炉膛汽相升温得到的过热蒸汽温度为T1103。

2.控制系统说明2.1烟气含氧量的控制（1）控制要求：烟气含量维持在2%左右。

（2）分析：烟道起初需要全开，故DO1011为气关阀。

氧气含量↑→AT1101↑→AC1101（正作用）↑→DO1101（气关阀）→氧气含量↓（3）控制方案为：用AC1101通过挡板DO1101对烟气含氧量实施反馈控制，2%对应于AC1101的给定值。

2.2烟气温度的控制（1）控制要求：排烟温度在200℃左右。

（2）分析：V1102起初全开，故V1102为气关阀。

排烟温度↑→TT1105↑→TC1105（反作用）↓→V1102（气关阀）↑→软化水从省煤器中带带走烟气的热量↑→排烟温度↓（3）控制方案：用TC1105通过控制V1102的开度来控制软化水的量，从而对排烟温度实现反馈控制，200℃对应TC1105的给定值。

2.3蒸汽温度的控制（1）控制要求：蒸汽温度保持在(440±5) ℃范围内。

（2）分析：V1103起初全关，故V1103为气开阀。

蒸汽温度↑→TT1104↑→TC1104（正作用）↑→V1103（气开阀）↑→蒸汽温度在减温器中减小的温度↑→蒸汽的温度↓（3）控制方案：用TC1104通过控制V1103的开度来控制进入减温器的软化水的量，从而对蒸汽温度实现反馈控制，440℃对应TC1104的给定值。

2.4蒸汽压力的控制（1）控制要求：过热蒸汽压力保持在(3.8±0.05) MPa范围内。

（2）分析：V1105起初全关，故V1105为气开阀。

蒸汽压力↑→PT1104↑→PC1104（正作用）↑→V1105（气开阀）↑→蒸汽压力↓汽包压力↑→PT1103↑→PC1103（正作用）↑→V1105（气开阀）↑→蒸汽压力↓（3）控制方案：因为要求蒸汽压力稳定，而考虑到汽包内压力过大会产生安全隐患，所以选取汽包压力为副变量，PC1103为副调节器，蒸汽压力为主变量，PC1104为主调节器，通过二者对V1105开度的控制实现对蒸汽压力和汽包压力的串级控制。

3.8 MPa对应于主调节器PC1104的给定值，PC1104的输出为PC1103的给定值。

2.5炉膛压力的控制（1）控制要求：炉膛压力小于400mmH2O。

（2）分析：选取S1101为气关阀。

炉膛压力↑→PT1102↑→PC1102（正作用）↑→S1101（气关阀）↓→炉膛压力↓（3）控制方案：用PC1102通过控制S1101的开度来控制进入炉膛的空气的量，从未实现对炉膛压力的反馈控制。

PC1102给定值应小于400mmH2O。

2.6燃料气压的控制（1）控制要求：燃料气压力在0.29~0.31MPa。

（2）分析：选取V1104为气开阀，以节省燃料、降低安全隐患。

燃料气压↑→PT1101↑→PC1101（正作用）↑→V1104（气开阀）↑→燃料气压↓（3）控制方案：用PC1101通过控制V1104的开度来实现对燃料气压的反馈控制，PC1101的给定值应在0.29~0.31MPa范围内。

2.7除氧器的压力的控制（1）控制要求：除氧器的压力在(2000±100) mmH2O。

（2）分析：选取PV1101为气关阀。

除氧器的压力↑→PT1106↑→PC1106（正作用）↑→PV1101（气关阀）↓→除氧器的压力↓（3）控制方案：用PC1106通过控制PV1101的开度来控制除氧蒸汽进入除氧器的量，进而实现对除氧器的压力的反馈控制。

2000mmH2O对应于PC1106的给定值。

2.8除氧器的液位的控制（1）控制要求：除氧器的液位在(400±30)mm。

（2）分析：选取V1106为气关阀。

除氧器的液位↑→LT1101↑→LC1101（正作用）↑→V1106（气关阀）↓→除氧器的液位↓（3）控制方案：用LC1101通过控制V1106的开度来控制进入除氧器的软化水的量，实现对除氧器的液位的反馈控制。

400mm对应于LC1101的给定值。

2.9汽包水位的控制（1）控制要求：汽包水位控制在(300±30)mm。

（2）分析：选取V1101为气开阀。

汽包水位↑→LT1102↑→LC1102（反作用）↓→V1101（气关阀）↓→汽包水位↓（3）控制方案：用LC1102通过控制V1101的开度来控制进入汽包的除氧软化水的量，进而实现对汽包水位的反馈控制。

300mm对应于LC1102的给定值。

3.控制要求及操作步骤3.1主要控制要求1.供给蒸汽量适应负荷变化2.锅炉供给用气设备的蒸汽压力保持在一定范围内3.锅炉水位保持在一定范围内4.过热蒸汽温度保持在一定范围内3.2主要操作步骤与运行指标1、启动前阀位检查检查所有的阀门和开关都处于关闭状态。

2、除氧器投运1) 将软化水管线调节阀V1106打开，手动向除氧器充水，使液位指示达到400(mm)，并保持稳定。

开除氧器下水箱蒸汽管线阀XV1106加热到100℃后关闭2) 打开除氧蒸汽管线调节阀PV1101，将除氧器压力升至1000mmH2O。

3、锅炉上水1) 打开汽包放空阀XV1104。

2) 开启上水泵出口阀XV1101，全开去省煤器锅炉上水管线调节阀V1102。

3) 缓开给水调节阀的小旁路阀HV1101，手控上水（注意上水流量不得大于10t/h，因为上水过快，排气不畅，会导致局部受压，损坏设备）。

待水位升至250mm，关闭旁路阀HV1101。

4) 调节V1101，使汽包水位达到300mm，并保持稳定。

5) 调节PV1101，将除氧器压力达到2000 mmH2O，并保持稳定。