锅炉循环水控制系统设计——自控工程课程设计东北石油大学课程设计年月日东北石油大学课程设计任务书课程自控工程课程设计题目锅炉循环水控制系统设计专业自动化姓名学号主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容：1.掌握利用Auto-CAD绘制锅炉循环水控制工艺流程图2.掌握节流装置的计算方法和计算机辅助设计计算3.掌握调节阀的选型及口径计算基本要求：1.在工程设计中，必须严格贯彻执行一系列国家技术标准和规定2.边学习标准和规定边上机设计3.必须按阶段完成任务4.设计完成后交出一份包括上述三个部分符合撰写规范的设计报告主要参考资料：[1]GB/T2624-1993，流量测量节流装置[S].[2]奚文群，翁维勤.调节阀口径计算指南[M].兰州：化工部自控设计技术中心站，1991.[3]王骥程，祝和云.化工过程控制工程[M].北京：化学工业出版社，2003.完成期限指导教师专业负责人年月日1、工艺流程图2、标准节流装置设计计算原始数据位号：FRQ102工作介质：循环水取压方式：法兰取压孔板操作温度：150℃工况密度：926.012Kg/m3 工作压力：0.7MPa 工况粘度：199×10-6 Pa.S 管道内径：80mm 最大流量：30000 kg/h 管道材质：20#钢节流件材质：1CR18NI9TI3、调节阀计算原始数据位号：PIRAC工作介质：循环水单座阀：操作温度：140℃工况密度：926.012Kg/m3 阀前压力：0.7MPa 工况粘度：199×10-6 Pa.S 阀后压力：0.6MPa 最大流量：30000 kg/h 管道内径：80mm 饱和蒸汽压力P=0.016MPa目录第1章锅炉循环水控制系统工程实例 01.1 锅炉循环水控制系统工程背景及说明 01.2 CAD流程图 (3)第2章控制系统方案设计 (5)2.1 工艺及装置介绍 (5)2.2 锅炉控制系统控制任务 (6)2.3 控制系统方案设计 (7)第3章控制系统仪表选型 (12)3.1 检测元件选型 (12)3.2 执行元件 (13)第4章课程设计心得 (25)参考文献 (26)附录 (27)第1章锅炉循环水控制系统工程实例1.1 锅炉循环水控制系统工程背景及说明人类日常生活离不开水，工业生产也同样离不开水。

随着工业生产的发展，用水量越来越大，很多地区已经出现供水不足的现象，因此合理和节约用水已经成为发展工业生产中的一个重要问题。

工业用水主要包括锅炉用水、工艺用水、清洗用水和冷却用水、污水等。

其中用水量最大的是冷却用水，约占工业用水量的百分之九十以上。

不同的工业系统和不同用途对水质的要求是不同的；但各工业部门使用的冷却水对水质的要求基本上是一致的，这就使得冷却水质控制在近年来作为一门应用技术获得了迅速的发展。

在工厂中，冷却水主要用来冷凝蒸汽，冷却产品或设备，如果冷却效果差，就会影响生产效率，使产品的收率和产品的质量下降，甚至于会造成生产事故。

水是比较理想的冷却介质。

因为水的存在很普遍，和其它液体相比，水的热容或比热较大，水的汽化潜热（蒸发潜热）和熔化潜热也很高。

比热是单位质量的水温度升高一度时所吸收的热量。

常用的单位是卡/克·度(摄氏)或英热单位(B．T．U．)/磅·度(华氏)。

用这两个单位表示水的比热度时，其数值是相同的。

热容大或比热大的物质升高温度时需要吸收大量的热量，而本身温度并不明显升高，因此水具有良好的贮热性能。

潜热是物态发生转变时所吸收或放出的热量。

一克分子水蒸发成为一克分子蒸汽需要吸收近一万卡的热量，因此水蒸发时能吸收大量的热量，从而使水温下降，这种依靠水份蒸发带走热量的过程称为蒸发散热。

和水一样，空气也是一种常用的冷却介质。

水和空气的导热性能都很差，在0℃时，水的导热系数是0.49千卡/米·小时·℃，空气的导热系数是0.021千卡/米·小时·℃，但水与空气相比，水的导热系数要比空气高24倍左右。

因此，当冷却效果相同时，用水冷却比用空气冷却的设备要小得多。

大型工业企业和用水量大的工厂一般都采用水冷却。

常用的水冷系统可以分成三类，即直流系统、密闭系统和敞开蒸发系统，后两种冷却水都是循环使用的，故又称为循环冷却水系统。

冷却水系统用水来冷却工艺介质的系统称作冷却水系统。

冷却水系统通常有两种：直流冷却水系统和循环冷却水系统。

直流冷却水系统在直流冷却水系统中，冷却水仅仅通过换热设备一次，用过后水就被排放掉，因此，它的用水量很大，而排出水的温升却很小，水中各种矿物质和离子含量基本上保持不变。

循环冷却水系统又分封闭式和敞开式两种。

封闭式循环冷却水系统封闭式循环冷却水系统又称为密闭式循环冷却水系统，如图1-1。

在此系统中，冷却水用过后不是马上排放掉，而是回收再用。

敞开式循环冷却水系统。

敞开蒸发系统是目前应用最广、类型最多的一种冷却系统。

它也是以水冷却移走工艺介质或换热设备所散发的热量，然后利用热水和空气直接接触时将一部分热水蒸发出去，而使大部分热水得到冷却后，再循环使用这样的系统也称敞开循环冷却水系统如图1-2。

图1-1 密闭式循环冷却水系统图1-2 敞开式循环冷却水系统1.2 CAD流程图锅炉循环水控制系统的CAD工艺流程图如图1-3所示。

自控工程课程设计图1-3 CAD流程图第2章控制系统方案设计2.1 工艺及装置介绍一般的锅炉结构主要由一下几部分组成：(1)汽锅：由上下锅筒和废水管组成。

水在管内受管外烟气加热，因而在管簇内发生自然循环流动，并逐渐汽化，产生的饱和蒸汽聚集在锅筒里面。

为了得到干度比较大的饱和蒸汽，在上锅炉筒中还装有汽水分离设备，下锅炉作为连接沸水管之用，同时储存水和水垢。

(2)炉膛：是使燃料充分燃烧并放出热能的设备。

燃料由传送设备直接送入炉内燃烧。

所需的空气由鼓风机送入，燃尽的灰渣被炉排带到除灰口，入灰斗中。

高温烟气依次经过各个受热面，将热量传递给水以后，由烟囱排到大气中。

(3)过热器：是将锅炉所产生的饱和蒸汽继续加热为合格蒸汽的换热器件，亦称为过热蒸汽换热器。

(4)省煤器：是利用烟气预热锅炉的给水，以降低烟气温度的换热器件。

省煤器由蛇形管组成。

(5)空气预热器：是继续利用离开省煤器后的烟气余热，加热燃料所需要的空气的换热器。

通常，大、中型锅炉中均设有空气预热器。

(6)引风设备：包括引风机、烟囱、烟道几部分，将锅炉中的烟气连续排出。

(7)送风设备：由送风机和风道组成，供应燃料燃烧所需要的空气。

(8)给水设备：由给水泵和给水管组成。

给水泵用来克服给水管路和省煤器的流动阻力和锅炉的压力，把水送入锅筒。

(9)水处理设备：用来清除水中杂质和降低给水硬度，防止锅炉受热面上结水垢或腐蚀锅炉，从而提高锅炉的经济性和安全性。

(10)燃料供给设备：由运煤设备、原煤仓和储煤斗等设备组成，保证锅炉所需要燃料的供应。

(11)除灰除尘设备：分别为收集锅炉灰渣并运往存灰场地及除去烟气中灰粒的设备，以减少对周围环境的污染。

图2-1 锅炉工作流程示意图由图2-1可以看出，燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽。

然后经过热器，形成一定温度、压力的过热蒸汽，汇集至蒸汽母管。

过热蒸汽经负荷设备调节阀供给生产负荷设备使用。

与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还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，排入大气。

2.2 锅炉控制系统控制任务燃煤蒸汽锅炉的生产任务是根据负荷设备的要求，生产具有一定参数（压力及温度）的蒸汽，为了满足负荷设备的要求，保证锅炉本身运行的安全性和经济性，工业锅炉控制主要有下列自动调节任务：1、保持汽包水位在设定范围，汽包水位是锅炉正常运行的主要指标，关系着汽水分离的速度和生产蒸汽的质量，也是确保安全生产的重要参数。

对于汽包水位的调节，调节参数可以选用给水阀的开度。

2、维持蒸汽压力的预定值，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，是蒸汽锅炉的重要工艺参数。

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。

3、维持锅炉燃烧的经济性，必须使空气和燃料维持适当的比例，使锅炉燃烧过程工作在最佳工况下，使锅炉热效率最高，达到节能降耗的目的。

4、维持炉膛负压的在一定范围内，炉膛负压的变化，反映了引风量与送风量的不相适应。

要使蒸汽压力、炉膛负压和燃烧经济性能指标保持在允许范围内。

2.3 控制系统方案设计为了实现上述调节任务，将锅炉设备控制划为若干控制系统。

主要控制系统如下：1、锅炉汽包水位控制系统，被控量是汽包水位，操纵变量是给水流量。

它主要考虑汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在工艺允许的范围内。

2、锅炉燃烧控制系统，有三个被控量，蒸汽压力、烟气成分和炉膛负压。

其控制目的是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要；使燃料与空气量之间保持一定的比值，以保证经济燃烧，提高锅炉的燃烧效率；使引风量与送风量相适应，以保持锅炉负压在一定的范围内。

操纵变量也有三个，即燃料量、送风量、和引风量。

3、过热蒸汽温度控制系统，过热蒸汽温度是锅炉生产工艺的重要参数，过热蒸汽温度控制的任务是将汽包出来的饱和蒸汽加热到一定温度，形成过热蒸汽。

被控变量一般是过热器出口温度，操纵变量是减温器的喷水量。

（1）锅炉汽包液位控制汽包液位是锅炉运行的主要指标，是一个非常重要的被控变量，维持汽包液位在一定的范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。

a、如果液位过低，则由于汽包内水量较少，而负荷却很大，水的汽化速度又很快，因而汽包内的水量变化速度很快，如果不及时控制，就会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉烧坏和爆炸。

b、液位过高会影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带液的现象，会使过热器管壁结垢导致破坏，同时过热蒸汽温度急剧下降，该蒸汽作为汽轮机的动力，还会损坏汽轮机叶片，影响运行的安全和经济性。

在汽包液位控制中有单冲量、双冲量和三冲量控制方案，由于单冲量控制系统不能克服假水位带来的控制问题，双充量控制系统还有不能做到的静态补偿以及不能对给水系统干扰及时克服两个的弱点。

因此在实际应用中汽包液位控制系统都采用三冲量控制系统。

即蒸汽流量、给水流量、汽包液位三个冲量作图2-2 三冲量液位控制系统方框图（2）锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统的基本任务是保证锅炉经济、安全运行的同时使燃料燃烧所产生的热量适应水温负荷的需求。

在燃烧控制系统的三个子系统中，通常通过调节燃料量维持蒸汽压力的恒定，调节送风量以保证燃烧的经济性，调节引风量维持炉膛负压的稳定。

本系统由蒸汽压力控制炉排的给进速度，燃料量对锅炉系统负荷变化较大，本系统在汽包压力控制回路中引入蒸汽流量作为前馈信号。