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1、1 大连工业大学课程设计（论文）任务书 专业自动化班级102 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2012 年 12 月 3 日至 2012 年 12 月 7 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
2、主要实现目标： 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。 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：工艺控制流程图；设备选型表；仪表正面布置
3、图；盘后 接线图；配电图；接线端子图。 指导教师签字：于忠得系（教研室）主任签字： 2012 年 11 月 25日 2 目录目录 摘要摘要3 第一章第一章 设计目标及任务设计目标及任务4 1、设计目标4 2、设计任务4 第二章第二章 系统设计系统设计5 （一）、供热热水锅炉测控系统方案设计5 1、锅炉设备的简单介绍5 2、供热锅炉系统的测量与控制6 （二）、供热热水锅炉测控系统介绍7 1、炉膛负压控制系统7 2、出水压力控制系统8 3、回水温度控制系统8 第三章第三章 设计图纸设计图纸9 1、供热热水锅炉测控系统方案设计图9 2、设备选型表10 3、仪表盘正面布置图11 4、仪表盘后接线图12
4、 5、端子接线图13 6、仪表供电系统设计图14 心得体会心得体会15 参考文献参考文献16 3 摘要摘要 锅炉是工业生产过程中必不可少的重要动力设施。它通过煤、油、天然气的燃烧释放出 化学能，通过传热过程把能量传递给谁，使水变成水蒸汽。 本次过程控制的课程设计任务是金弘基供热锅炉测控系统设计。 本设计仅包含 1#锅炉的 测量、 控制系统， 应用单闭环和开环两种基本的控制方法对要求的各个参数进行测量和控制。 在进行设计之前首先要确定设计的步骤，第一要根据具体要求，确定供热热水锅炉测控 系统设计方案，其次根据测量、控制的具体技术要求，选定仪表设备，即设备选型设计，之 后仪表盘正面布置设计和仪表盘
5、盘后接线图设计也就会很容易的进行，最后在对仪表供电系 统进行设计，将这几个步骤有机的进行组合，就可以得到一个完整的测控系统。在这次课程 设计当中，重要的是要掌握供热锅炉测量和控制系统的核心，要把握整体的设计思路，保证 锅炉的安全运行，保证住宅供暖室内温度，锅炉运行考核管理。 关键字关键字：供热热水锅炉测控供热热水锅炉测控、设备选型设备选型、仪表盘正面布置仪表盘正面布置、仪表盘盘后接线仪表盘盘后接线、仪表供电系统仪表供电系统。 4 第一章第一章 设计目标及任务设计目标及任务 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
6、。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。 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
7、其他管理需要。 5 第二章第二章 系统设计系统设计 （一（一） 、供热热水锅炉测控系统方案设计、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。 1.1.锅炉设备的简单介绍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。 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
8、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 对蒸汽压力、过热蒸汽温度都有影响。因
9、此锅炉设备是一个多输入/多输出且相互关联的控 制对象。 6 燃煤锅炉工艺流程图燃煤锅炉工艺流程图 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 15001600。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 10001150。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
10、热器后温度降低到 500600,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
11、 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， 7 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。 2.2.供热锅炉系统的测量和控制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
12、， 如图 1-2 所示。 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 1-2 测量得到。 （二（二） 、供热热水锅炉测控系统介绍、供热热水锅炉测控系统介绍 1.炉膛负压控制系统炉膛负压控制系统 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， 8 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，如下图。 2.出水压力控制系统出水压力控制系统 出水压
13、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： 3.回水温度控制系统回水温度控制系统 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 5758 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
14、，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。 出水压力控制器变频调速器出水泵电机出 水 压 9 第三章第三章 设计图纸设计图纸 1.供热热水锅炉测控系统方案设计图供热热水锅炉测控系统方案设计图 10 2.设备选型表设备选型表 序号序号设备名称设备名称代号代号型号规格型号规格数量数量生产厂家生产厂家 1炉 膛 温 度 显示仪 TR-1-02WP-C803-02-02-HL1大连重工集团 2炉 膛 负 压 显示仪 PCR-1-07WP-C803-02-12-HL1大连重工集团 3出 水 温 度 显示仪 TCR-1-01WP-C803-02-081大连重工集团 4出 水 压 力
15、显示仪 PCR-1-06WP-803-02-12-HL1大连重工集团 5回 水 温 度 显示仪 TR-1-03WP-C803-02-081大连重工集团 6省 煤 器 出 入 口 差 压 显示仪 PID-1-10WP-C801-02-121大连重工集团 7省 煤 器 入 口 温 度 显 示仪 TI-1-05WP-C801-02-081大连重工集团 8省 煤 器 出 口 温 度 显 示仪 PCR-1-04WP-C801-02-081大连重工集团 9温 度 传 感 器 TR-109PT1004 武汉终端高科精密 测控技术有限公司 10温 度 传 感 器 TIR-101-SWRP-1001康泰仪表电缆
16、厂 11总 管 压 力 显示仪 PRI-1-09TGP-111大连重工集团 12总 管 温 度 显示仪 TR-1-08HDS-5031大连重工集团 13差 压 传 感 器 PDI-106-SXLFI-3694351北京中西集团 14压 力 变 送 器 PCR-104-TSK-DBS208-E1大连重工集团 15温 度 变 送 器 TR-103-TWZP-4304大连重工集团 16锅 炉 压 力 变送器 PDR-102-TSK-DBS208-H1大连重工集团 11 3.仪表盘正面布置图仪表盘正面布置图 12 4.仪表盘后接线图仪表盘后接线图 13 5.端子接线图端子接线图 14 6.仪表供电系统设计图仪表供电系统设计图 15 心得体会心得体会 通过这次的金弘基供热锅炉测控系统设计，我对过程控制控制系统的产生了浓厚的兴 趣。在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的过程控制的专业知识，虽然过去从未独立 应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现对以前所学的知识的一种前所未有的巩 固，并且升华了所学的专业课知识，这是我做这次课程设
