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1、主蒸汽系统常睿、郎离平主蒸统的设计12热电常容郎离平汽系课程班级：姓名：日期：2013年12月书目摘要3关键词3、蒸汽压力限制设计过程41.蒸汽压力调整时象的特性42.限制系统的选择53.系统仪器选择5(1).系统仪表选型5(2).压力传感器的选择7 (3).流量计的选型8(4).限制器的选择8 (5).限制阀的选择94.限制系统的工作原理9二、过热蒸汽限制系统的基本任务和要求111.过热蒸汽温度限制对象的动态特性11 2.蒸汽流量扰动下的蒸汽温度对象的动态特性.12 3.过热蒸汽温度限制对象的动态特性13 4.蒸汽温度在减温水量扰动下的动态特性85.调整量与被调量错误！未定义书签。6.测量限
2、制系统图13参考文献16摘要本设计以包热电厂的锅炉蒸汽压力限制和蒸汽温度限制为探讨对象。热电厂的三大主机包括：锅炉、汽轮机、汽轮发电机。热电厂锅炉主要任务是加热蒸汽，蒸汽可干脆进入生产系统或者进入汽轮机发电。蒸汽压力是衡量锅炉的悬汽生产量与负荷设备的搂汽消耗量是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要工艺参数.蒸汽压力过低或过高,对于金属导管和负荷设备都是不利的。压力过高，会导致锅炉受损；压力过低，就不行能供应应负荷设备负荷质量的蒸汽：因此，限制蒸汽压力是平安生产的须要，也是保证燃烧经济性的须要。然而锅炉过热蒸汽温度也是影响机组生产过程平安性和经济性的重要参数。假如过热蒸汽温度过高，简洁损坏过热器，也会
3、使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀而毁坏，影响机组的平安运行。假如过热蒸汽温度过低，将会降低机组的热效率。关键词：热电厂；锅炉；蒸汽压力；整齐温度；限制系统一、蒸汽压力限制设计过程锅炉燃烧限制系统主要包括燃料限制系统、风量（送风）限制系统、炉膛压力01风）限制系统、磨煤机限制系统等几个子限制系统。当机组负荷发生变更时，须要进行锅炉燃烧调整0燃料种类、制粉系统、燃烧设备以及锅炉的运行方式确定了每台锅炉燃烧过程的限制任务及策略。蒸汽压力限制系统将燃料量作为调整量，将主蒸汽压力作为被调量，使锅炉燃烧所产生的蒸汽量满意外部负荷要求，维持主蒸汽压力稳定。在蒸汽压力限制系统中，燃料量影响主蒸汽
4、压力、送风量、引风量、蒸汽蒸发量及主蒸汽温度等参数。当单元机组采纳锅炉跟踪汽轮机负荷限制方式时，汽轮机通过调整阀调整机组负荷,锅炉通过燃料量调整主蒸汽压力。对于直吹式制粉系统锅炉的燃料量调整,由于其过程缓慢、给煤机给煤量与限制电流呈非线性、对象特性随负荷发生变更以及机组运行时状况困难多变(如原煤的物理状况变更)等缘由，使得对象特性存在不确定性。1、 蒸汽压力调整对象的特性在主蒸汽负荷变更时，在锅炉燃料量(B)发生的阶跃扰动下，此时汽压的过渡过程曲线如图3-1所示。图3-1燃料量扰动下的汽压曲线图可见，在燃料量扰动下，汽压被控对象有确定延迟时间m,随着锅炉蒸发量增加，主蒸汽压力PT渐渐增加，由于
5、汽轮机调整阀开度不变，而使汽轮机进汽量渐渐增加，于是自发地限制了汽压的进一步上升。最终当汽轮机进汽量与锅炉蒸发量相平衡时，汽乐维持在一个新的平衡值。故汽乐被控对象是一个有闩平衡实力的对象。锅炉燃料量(B)发生!?的阶跃扰动时，输出主蒸汽压力是带滞后的一阶惯性环节如式(3T)所示，为：SbTmeSTSP+=11)(3-1)式中m延迟时间:Tb惯性环节的时间常数。2、 限制系统的选择以锅炉蒸汽压力为主被控量、燃料流量和空气流量并列为副被控变量的串级限制系统如图3-2所示，其中，两个并列的副环具有逻辑比值功能。使该限制系统在稳定工作的状况下保证空气和燃料的最佳比值，也能在动态过程中尽量维持空气、燃料
6、在最佳比值旁边。图3-2系统方块图3、系统仪表选型（1）压力传感器的选择由于所选测量仪表是为了测的锅炉汽包管道压力，其测量环境具有高温高压，所以选型应综合考虑这两点。经查阅资料选择PT124高温气体压力传感器，其特点和技术参数如下：特点：钢性杆和软管隔离，膜片隔离机构，介质温度在450C以下，具有良好的稳定性和精度：应用于橡胶、塑料、化纤涤纶锦纶、聚酯、蒸汽等机械设备的高温流体、熔体、气体介质的压力测量和限制领域。具有精确度高、稳定性好、输出信号大、动态性佳、通用性强等优点。主要技术参数：量程：0300C综合精度：0.25%FS0.5%FS1.0%FS输出信号：2.OmVV,2.5mVV.3.
7、33mVV.420mA、05V、15V、O-IOV供电电压：传感器：IOVDC(6-12VDC)变送器：24VDC(936V)注：变送器输出为010V时，供电电压为15-36V校准信号：80%FS振动影响：在机械振动频率20Hz100OHz内，输出变更小于0.1%FS介质温度：0200C400C环境温度：常温零点温度漂移：0.05%FSoC量程温度漂移：0.05%FS-C绝缘电阻：大于2000MC(100VDC)负载电阻：电流输出型：最大800U；电压输出型：大于50K长期稳定性0.1制巧/年信号引出接口：五芯接插件接口螺纹：1.2-20UNF.M141.5、M201.5、M221.5等，其它
8、螺纹可依据客户要求设计选型举例PT124-35M-03-0.5-1/2-6/18选型注解PT124:产品型号：35M：量程035MPa:03：输出信号为3.33mVV10.5：传感器精度等级是0.5%FS；1/2：接口螺纹为1/2-20UNF；6/18：直杆长度为6(152m),软管长度为18(46OnIm)图3-3为PT124高温气体压力传感器。图3-3PT124高温气体压力传感器(2)流量计的选型流量计选型是指依据生产要求，从仪表产品的实际供应状况动身，综合考虑测量的平安、精确和经济性，并依据被测流体的性质及流淌状况确定流量取样装置的方式和测量仪表的形式和规格。流量测量的平安牢靠，首先是测
9、量方式牢靠，即取样装置在运行中不会发朝气械强度或电气回路故障而引起事故；二是测量仪表无论在正常生产或故障状况下都不致影响生产系统的平安。例如，对发电厂高温高压主蒸汽流量的测量，其安装于管道中的一次测量元件必需坚固，以确保在高速气流冲刷下不发朝气构损坏。因此，一般都优先选用标准节流装置，而不选用悬臂梁式双重喇叭管或插入式流量计等非标准测速装置，以及结构低强度低的靶式、涡轮番量计等。燃油电厂和有可燃性气体的场合，应选防爆仪表。系统采纳标准孔板式流量计，其节流元件为标准孔板。依据：结构简洁、运用寿命长、适应实力强、几乎能测量各种状况下的流量。图3-4为标准孔板式流量计。图3-4标准孔板式流量计(3)
10、限制器的选择制器（或称调整器）将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例、积分、微分（PID）运算，并输出统一标准信号，去限制执行机构的动作，以实现对温度、压力、流量、液位及其他工艺变量的自动限制。要使调整过程平稳精确，必需运用输出值能连续变更的调整器。本设计采纳模拟限制器：电动单元组合仪表DDZTI1.型调整器，该调整器采纳了平安防爆措施，该调整器有两种：全刻度指示调整器和偏差指示调整器，它们的结构和线路相同，仅指示电路有差异。这两种调整器均具有一般调整器所具有的对偏差进行PID运算、偏差指示、正反作用切换、内外给定切换、产生内给定信号、手动/H动双向切换和阀位显示等功能。限制器
11、的工作状态有自动、软手操、硬手操和保持四种，由开关进行切换。DDZTH型调整器的主要性能指标：输入测量信号：15W）C;内给定信号：1-5VDC：外给定信号：420MADC;现场传输信号：42OMADC;输入阻抗影响：满刻度的0.1%输出信号：4-20MDC:负载电阻：250-750欧姆；比例度：P=2%500%;积分时间：0.0125min(分两档)；微分时间：0.0410min:调整精度：0.5级：(4)限制阀的选择执行器由执行机构和调整机构组成。执行机构是指产生推力或位移的装置，调整机构指干脆变更能量或物料输送量的装置，通常称限制阀。按所用能源形式的不同，执行器可分为气动、电动、液动三大
12、类。本设计主要采纳气动执行器，为了平安考虑，采纳气开式。气动执行机构乂分为薄膜式和活塞式，它们都是以压缩空气为能源，具有限制性好、结构简洁、动作牢匏、修理便利、防火防爆和价廉等优点，并可以便利地与气动仪表配套运用。气动薄膜调整阀的结构可以分为两部分，上面是执行机构，下面是调整机构。它主要由膜片、弹簧、推杆、阀芯、阀座等零部件组成。当来自限制器的信号压力通入到薄膜气室时，在膜片上产生一个推力，并推动推杆部件向下移动，使阀芯和阀座之间的空隙减小,流体受到的阻力增大，流量减小。推杆下移的同时，弹簧受压产生反作用力，宜到弹簧的反作用力与信号压力在膜片上产生的推力和平衡为止，此时，阀芯与阀座之间的流通面
13、积不在变更，流体的流量稳定，可见，调整阀是依据信号压力的大小，通过变更阀芯的行程来变更阀的阻力大小，达到限制流量的目的。4、限制系统的工作原理本系统采纳串级回路限制方法，具有两个调整器和两个闭合回路，两个调整器串联连接，主调整器的输出作为副IUI路的给定量，副调整器的输出去限制执行元件。图3-5所示为一串级和比值限制组合的系统，由蒸汽压力和燃料流量的串级限制系统和燃料与空气的流量比值限制系统相组合。完成逻辑提量功能主要依嵬系统中设置的两个选择器：高选择器HS、低选择器1.S。正常工况（稳态）时蒸汽压力限制器的输出IP等于燃料流量变送器的输出II,也等于空气流量变送器的输出乘上空气过剩系数K后的
14、值12.也就是说高、低选择器的两个输入端信号是相等的，整个系统如同不加选择器时的串级和比值限制组合的系统进行工作。当系统提量时，随着蒸汽量的增加，蒸汽压力削减，压力限制器的输出IP增加（压力限制器选用反作用式限制器），这个增加了的信号不被低选器选中，而被高选器选中，它干脆变更空气流量限制器的给定值，吩咐空气量增加。然后由于空气增加，使其变送器输出增加也就使12起先增加,因此时I2VIP,12被低选器选中，从而变更燃料流量限制器给定值，吩咐提量。这一过程保证在增加燃料前，先加大空气量，使燃烧完全。整个提量过程直至IP=I1=12时，系统乂豆原到正常工况时的稳定状态。图3-5锅炉燃烧过程中蒸汽压力
15、限制系统图当系统降量时，蒸汽压力增加，蒸汽压力限制器输出削减，因而它被低选器选中，作为燃料流量限制器的给定值而吩咐燃料降量。燃料量降低，经变送器的测量信号为高选器选中，作为空气流量限制器的给定值，吩咐空气降量。降量过程宜至IP=I1=I2时，系统又复原到正常工况时的稳定状态。这样就实现了提量时先提空气量，后提燃料量，降量时先降燃料量，后降空气量的逻辑要求。二、过热蒸汽限制系统的基本任务和要求锅炉过热蒸汽温度是影响机组生产过程平安性和经济性的重要参数。现代锅炉的过热静是在高温、高压的条件下工作的，过热器出口的过热蒸汽温度是机组整个汽水行程中工质温度的最高点，也是金属壁温的最高处。过热器采纳的是耐
16、高温高压的合金刚材料，过热器正常运行的温度已接近材料所允许的最高温度o假如过热蒸汽温度过高，简洁损坏过热器，也会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀而毁坏，影响机组的平安运行。假如过热蒸汽温度过低，将会降低机组的热效率，一般蒸汽温度降低5-10C,热效率约降低1%,不仅增加燃料的消耗量，奢侈能源，而且还将使汽轮机最终几级的蒸汽湿度增加，加速汽轮机叶片的水蚀。另外，过热汽温的降低还会导致汽轮机高压级部分蒸汽的熔值减小，引起反动度增大，轴向推力增大，也对汽轮机平安运行带来不利的影响。所以，过热蒸汽温度过高或过低都是生产过程所不允许的。因此，以600MW机组国产汽包炉为例，其过热蒸汽温度额
17、定值为54C（主汽压力为17.3MPa）,在负荷为额定值的60%100%范围内变更时，过热蒸汽温度不超过额定值的T0+5,长期偏差不允许超过5C。为了防止过快的蒸汽温度变更速率造成某些高温工作不部件产生较大的热应力，还对温度变更速率进行限制，一般限制在3,Cmin内。1、过热蒸汽温度限制对象的动态特性目前，火电机组厂广泛采纳喷水减温方式来限制过热蒸汽温度。影响汽温变更的因素许多，但主要有蒸汽流量、烟气传热量和减温水量等。在各种扰动下，汽温限制对象是有拖延、惯性和自平衡实力的。2、蒸汽流量扰动下的蒸汽温度对象的动态特性1大型锅炉都采纳熨合式过热器，当锅炉负荷增加时，锅炉燃烧率增加，通过对流式过热
18、器的烟气量增加，而且烟气温度也随负荷的增大而上升。这两个因素都使对流式过热器的气温上升。然而，当负荷增加时，炉膛温度上升的并不明显，由炉膛辐射传给过热器的热量比锅炉蒸汽量增加所需热量少，因此使辐射式过热器出口温度下降。可见，这两种型式的过热器对蒸汽流量的扰动的反映恰好相反,只要设计上协作得当，就能使过热其出口汽温随蒸汽流量变更的影响减小。因此在生产实践中，通常把对流式过热器与辐射式过热器结合运用，还增设屏式过热器，且对流方式下汲取的热量比辐射方式下汲取的热量多，综合而言，过热器出口汽温是随流量D的增加而上升的。蒸汽流量扰动时，沿过热器长度上各点的温度几乎是同时变更的，延迟时间较小，约为15s左
19、右。3、烟气侧热量扰动下蒸汽温度对象的动态特性当燃料量、送风量或煤种等发生变更时，都会引起烟气流速和烟气温度的变更,从而变更了传热状况，导致过热器出口温度的变更。由于烟气传热量的变更是沿着整个过热器长度方向上同时发生的，因此汽温变更的拖延很小，一般在15-25s之间。烟气侧扰动的汽温响应曲线如图2-2所示。与蒸汽量扰动下的状况类似。4蒸汽温度在减温水量扰动下的动态特性当减温水量发生扰动时，虽然减温器出口处汽温已发生变更，但要经过较长的过热器管道才能使出口汽温发生变更，其扰动地点（过热器入口）与测量蒸汽温度的地点（过热器出U）之间有着较大的距离，此时过热器走一个有纯滞后的多容对象。.当扰动发生后
20、，要隔较长时间才能是蒸汽温度发生变更，滞后时间比较大，滞后时间约为30-60so综上所述，可归纳出以下几点：（1）过热器出口蒸汽温度对象不管在哪一种扰动下都有延迟和惯性，有自平衡实力。而且变更任何一个输入参数（扰动），其他的输入参数都可能干脆或间接的影响出口蒸汽温度，这使得限制对象的动态过程非常困难。（2）在减温水流量扰动下，过热器出口蒸汽温度对象具有较大的传递滞后和容量滞后，缩减减温器与蒸汽温度限制点之间的距离，可以改善其动态特性。（3）在烟气侧热量和蒸汽流量扰动下，蒸汽温度限制对象的动态特性比较好。5、调整量与被调量2从过热蒸汽温度对象动态特性来看,蒸汽流量或烟气热量变更时，蒸汽温度动态反
21、应较快；向减温水量变更时，蒸汽温度动态反应较慢。由于蒸汽流量由机组负荷确定，不能作为调整量，因而变更烟气热量(变更烟温或烟气流量)是比较志向的接汽温度调整手段,但目前变更烟气热量是限制再热蒸汽的重要手段。因此，尽管喷水减温限制特性不是很志向，但由于其结构简洁、调整实力强和易实现自动化，还是被广泛作为过热蒸汽的调整手段。因此，过热汽温限制系统的调整量为减温水流量，被调量为过热器出口温度。6、测量限制系统图大型机组的锅炉过热器管道较长，结构也很困难，为了改善限制品质，常采纳分段气温限制系统，即将整个过热器分为若干段，每段设置一个减温器，分别限制各段的蒸汽温度，以维持主蒸汽温度为设定值。对于分段限制
22、系统，可采纳不同的限制方法。本次设计主要采纳按温差限制的分段限制系统。限制系统原理图如图11。3图IT按温差限制的过热器温度分段限制系统原理图该限制的系统两段均采纳串级限制方案，第一段限制系统以二级减温器前后的温差(T3T2)作为被调量信号送入主调整器PI3三设定值信号TO是有模块T1.T2KzPI2T3PI3PI1.f1.(x)T4PT4KzD发生器f2(x)产生的，其值随负荷变更而变更。当负荷增大时，主调整器PI3的设定值随之减小，这样有(T3T2)TO,PI3入口偏差增大，这就意味着必需增大一级喷水减温量才能使T3下降，从而使温差(T3T2)减小。这样就可以防止负荷增大时一级喷水减温量减
23、小，达到一级喷水量和二级喷水量相差不大的目的。同时，一级的多喷水对III段过热器出口温度来说有超前限制的作用，因为负荷增加时，HI段过热器出口蒸汽温度T1.确定上升，这样各段过热器喷水量接近匀称，保证了过热器的平安运行。其次段限制系统和一般的串级蒸汽温度限制系统一样，主调整器PI1.主要维持主蒸汽温度：主蒸汽温度设定值有函数模块f1.(x)产生，同样是锅炉负荷的函数。PI2为副调整器，接受PI1.的输出信号和一级减温器后的蒸汽温度T2,PI2的输出去调整二级喷水量。该方案中还将蒸汽负荷信号作为前馈信号分别送到两个串级限制系统的副回路中，以削减锅炉负荷扰动对蒸汽温度的影响。限制系统的原理方框图如
24、下：TI变送T2变送T3变送T4变送P1.P1.执行阀减温器三段过热器P1.P1.执行阀减温器二段过热器f2(x)f1.(x)参考文献1翁维勤.过程限制系统及工程.其次版V.北京：化学工业出版社，20022吴勤勤.限制仪表及装置M.北京:化学工业出版社，20073李忠虎.过程参数检测技术及仪表M.北京:中国计量出版社,20094胡寿松.自动限制原理M.北京:科学出版社，20075杨献勇.热工过程自动限制国.北京:清华高校出版社，20086边力秀周俊霞.热工限制系统M.北京：中国电力出版社，20017周尚周.热控分册M北京：中国电力出版社，20108白焰.火电厂热工自动限制技术及应用M.北京：中国电力出版社，20099赵建立.大型火电机组热工限制技术与实例V.北京：中国电力出版社，200910俞金寿，孙H强.过程限制系统M.北京：机械工业出版社，200811何衍庆.工业生产过程限制M.北京：化学工业出版社，200412胡志勇.工程制图新编教程M.呼和浩特：内蒙古高校出版社200313金以慈.过程限制M.北京：清华高校出版社，199314杜维，乐嘉华.过程检测技术及仪表M.北京：化学工业出版社，1999
