1、600MW发电机组除氧器压力控制系统摘 要火力发电厂的热力除氧器是利用汽轮机的抽气加热锅炉 给水，使得锅炉的给水达到该压力下的饱和温度，以除去溶 于水中的氧气等气体，防止锅炉、汽轮机和管道等热力设备 遭到腐蚀；另一方面除氧器是汽水直接接触式的加热器，他 是给水加热系统中的一环，利用汽轮机的抽水加热锅炉给水， 可以提高电厂的效率，节省燃料。除氧器是电厂重要的辅助 设备之一，是电厂热力系统中不可缺少的环节。当除氧器内压力突然升高时，水温变化跟不上压力的变化，水温暂低于升高后压力下的饱和温度，因而水中的含氧量随之身高，待水升高至升高后压力的饱和温度时，水中的 溶解氧才会降至合格的范围；当氧气压力突然
2、降低时，由于 水温高于该压力对应的饱和温度，除氧器内的凝结水会发生 自发沸腾现象。严重时给水泵可能会发生汽蚀，导致重大事 故。因此，在运行中应保持除氧器内压力的稳定。 关键字：除氧器；除氧器压力；饱和温度；组态AbstractThe thermal deaerator of thermal power plant heat boiler feed water by the gas pumped from turbine to make the boiler feed water reach the saturation temperature corresponding to this pre
3、ssure to remove oxygen and other gases dissolved in the water and prevent corrosion of thermal equipment such as boilers, turbines and pipes. On the other hand, the deaerator is a direct-contact heater. It is one part of the feedwater heating system. It use the water pumped from turbine to heat boil
4、er feed water,this can improve the efficiency of the power plant and save fuel.教师批阅：Whenthe pressure in the deaerator sudden rise, the change of the water temperature can not keep up.The water temperature will temporarily lower than the saturation temperature under the increased pressure, and thus t
5、he oxygen content of the water thereupon rising until the water temperature was raised to the saturation temperature corresponding to the elevated pressure, the dissolved oxygen in the water will be reduced to qualified range; When the oxygen pressure is suddenly reduced,as the water temperature is
6、higher than the saturation temperature corresponding to the pressure,the condensation water inside deaerator will spontaneously boiling. In serious condition,the cavitation phenomenon of feedwater pump will resulting in a major accident. Therefore we should maintain the stability of the pressure wit
7、hin the deaerator in operation.Key wor ds: Deaerator; Deaerator pressure ； Saturation temperature; Configuration教师批阅：摘 要 IA bstract I1 、 课 程 设 计 任 务 和 内 容 11 .1 课 程 设 计 任 务 21 .2 本 次 课 程 设 计 内 容 32 、 除 氧 器 的 简 介 32 .1 热 力 除 氧 的 原 理 42 . 2 除 氧 器 的 类 型 52 .3 除 氧 器 的 连 接 系 统 63 、 除 氧 器 压 力 控 制 73 .1 除
8、氧 器 压 力 控 制 系 统 方 案 73 .2 除 氧 器 压 力 控 制 系 统 参 数 整 定 83 .3 除 氧 器 压 力 控 制 系 统 仿 真 104 、 除 氧 器 压 力 DC S 控 制 系 统 114 .1 控 制 总 方 案 124 .2 一 次 仪 表 选 型 124 .3 一 次 仪 表 接 线 164 .4 DC S 硬 件 组 态 174 .5 DC S 控 制 组 态 194 .6 人 机 界 面 205 、 课 程 设 计 总 结 和 体 会 21附 录 一 22附 录 二 23附 录 三 24参 考 文 献 25教师批阅：1 、 课 程设 计 任 务 和
9、 内 容1 .1 课程设计任务本课程设计是针对学生学习和运用专业知识的综合考核 和检查，使学生接受工程类基本训练的重要环节，是自动化（热工）专业的集散控制系统专业课程学习的必修内容 之一。本课程设计的特点是，内容所涉及的知识面较一般习 题广，有较强的系统性和综合性，在运算、绘图、编写设计 文本方面有较高的要求。本课程实际应针对交通运算组织学课程涉及的相关理论 与方法，结合具体实践背景，解决实际问题。要求：（1） 根据工艺分析的控制要求，设计控制系统总体方案（2） 根据控制系统方案，选择、组态设计 硬件系统结 构（3） 根据控制系统方案进行设计组态，形成控制系统软件 结构（4） 设计组态控制系统
10、操作界面（5） 说明定义、调整控制系统参数的方法（6） 能考虑控制系统安装与调整、使用与维护、经济和安 全等问题，对集散控制系统的安装技术要求进行设计（7） 图面符合国家有关标准及行规，技术要求完整合理。 课程设计的题目是 600MW 发电机组除氧器压力控制系统应完成：总体方案图 1 张、接线图 1 张，组态图 3 张，SAMA 图 1 张；设计说明书一份，说明书应包括：确定总体方案，选定 I /O点，控制系统的组态图，SAMA 图等内容。教师批阅：1 .2 本次课程设计内容基于上述现状，本设计以 PI D 控制算法为基础，通过 PI D 参 数整定，确定了最优控制参数，并采用 MATLAB
11、软件对 PI D控 制进行了仿真研究，仿真结果表明 PI D 控制能够满足超调量 小、调节时间短的要求。同时对一次仪表进行了选型，并实 现与 DCS 控制板 I /O连接，最后利用组态软件进行组态硬件、 软件及界面仿真，构成了一整套的集散控制系统。2 、 除 氧 器 的 简 介除氧器的主要作用是除去给水中的氧气, 保证给水的品 质。水中溶解了氧气, 就会使与水接触的金属腐蚀; 在热交换 器中若有气体聚集就会妨碍传热过程的进行, 降低设备的传 热效果。因此水中溶解有任何气体都是不利的, 尤其是氧气, 它将直接威胁设备的安全运行。教师批阅：图 2 - 1 除 氧 器 工 艺 流 程 图除氧器本身又
12、是给水回热系统中的一个混合式加热器, 同时高压加热器的疏水、化学补水及全厂各处水质合格的疏 水、排气等均可通入除氧器汇总并加以利用, 减少发电厂的汽 水损失。当水和某种气体混合物接触时, 就会有一部分气体融 解到水中去。气体的溶解度就是表示气体溶解于水中的数量, 以毫克/升计值, 它和气体的种类以及它在水面的分压力、和水的温度有关。在一定的压力下, 水的温度越高, 气体的溶解 度就越小；反之, 气体的溶解度就越大。同时气体在水面的分 压力越高, 其溶解度就越大, 反之, 其溶解度也越低。天然水中 常含有大量溶解的氧气, 可达 10 毫克/升。汽轮机的凝结水可 能融有大量氧气, 因为空气能通过处
13、于真空状态下的设备不 严密部分渗入进去. 此外, 补充水中也含有氧气及二氧化碳等 其他气体。液面上气体混合物的全压力中, 包括有液体蒸汽的 分压力和液面上的全压力。将水加热时, 液面附近水蒸气的分 压力就会增加, 相应的液面附近其他气体的分压力就会降低. 当水加热到沸点时, 蒸汽的分压力就会接近液面上的全压力, 此时液面上其他气体的分压力几乎接近于零, 于是这些气体 将完全自水中清除出去。除氧器的工作原理即利用蒸汽对水 进行加热, 使水达到一定压力下的饱和温度, 即沸点。这时除 氧器的空间充满着水蒸汽, 而氧气的分压力逐渐降低为零, 溶 解于水的氧气将全部逸出, 以保证给水含氧量合格。高参数的
14、 锅炉给水温度一般为 230250 摄氏度。采用高压除氧器, 在机 组高压加热器故障停用时, 进入锅炉的给水温度仍可以维持 在 150160 摄氏度, 这样对锅炉的运行影响就可以小一点。此 外, 提高锅炉除氧器的压力, 可以避免凝结水进入除氧器时产 生沸腾现象, 后者会使水泵进口产生汽蚀, 这对水泵是不允许 的。2 .1 热力除氧的原理1. 亨利定律描述：单位体积中溶解的气体量 b 与水面上该气体的分压力 P 气体成正比。推 论 ：教师批阅：如 P 气体 0，则 b 0。 2. 道尔顿定律描述：混合气体的全压力 P 全 等于各组成气体的分压 力之和。P P 气体+P 水蒸汽推论：若 P P 水
15、蒸汽，则 P 气体 0。2 .2 除氧器的类型1. 真空式除氧器 描述：凝汽器内具备除氧的必要条件，在凝汽器底部两侧加装适当的除氧装置（如淋水盘、溅水板、抽气口等）即 可除氧。特点：系统简单，但除氧效果达不到给水控制指标。 2. 大气式除氧器描述：工作压力 0. 118MPa ，略高于大气压力以便于排出 气体。 特点：与高压除氧器相比无优势，常用于热电厂作为第一级除氧。3. 高压除氧器描述：工作压力一般为 0. 3430. 784MPa 。 特点：（1）除氧器给水温度较高，可减少高压加热器的台数；（2）高加切除时，锅炉给水温度变化幅度小，改善锅炉 的运行条件；（3）工作温度高，给水中气体的溶解
16、度降低， 有利于提高除氧效果。（4）工作压力提高，给水在除氧器内 的温升也提高，可避免除氧器的自生沸腾。（5）给水泵工作 条件恶劣。教师批阅：2 .3 除氧器的连接系统1单独连接图 2 - 2 除 氧 器 连 接 图特点：抽汽管上装设压力调节阀，低负荷时切换到高一 级抽汽。正常运行时存在节流损失，低负荷切换到高一级抽 汽时，节流损失更为严重。分析：加热蒸汽经过压力调节阀产生节流压降，除氧器 给水温度低于抽汽口压力下的饱和温度，加热不足部分转移 到相邻高压加热器，减少了本级较低压力抽汽，增加了相邻 较高压力抽汽，热经济性下降。当抽汽切换到高一级抽汽时， 压降更大，节流损失更大，并导致停用一段回热
17、抽汽。 2前置连接特点：单独连接改进型。增加一台高压加热器与除氧器 共用一段抽汽，该高压加热器出水温度不受压力调节阀的影 响，无节流损失。分析：前置连接既没抽汽量减少，也没导致低压抽汽量 减少，故不存在节流损失。压力调节阀只起蒸汽流量分配作 用。3. 滑压运行连接 描述：除氧器滑压运行指除氧器压力随机组的负荷与抽汽压力的变动而变化。特点：（1）无节流损失；（2）低负荷时不用切换高一级抽 汽和停用本级抽汽；( 3) 回热加热分配更接近等温升分配。 教师批阅：（4）负荷突然变化时存在除氧效果恶化和给水泵汽蚀问题。 说明：定压运行除氧器在机组低负荷时，除氧器出水温度不变，而前级低加出水温度下降，除氧
18、器加热温升增大。同 时，相邻高加出水温度下降，而进水温度不变，相邻高加的 加热温升减少。二者都导致回热分配偏离等温升。3 、 除 氧 器 压 力 控 制3 .1 除氧器压力控制系统方案教师批阅：图 3 - 1 除 氧 器 压 力 控 制 方 案 图由图 3- 1 可知，这是一个简单的单回路控制系统，通过 除氧器压力调整门调整蒸汽量来控制除氧器压力。其原理图 如下：P0除 氧 器教师批阅：PID图 3 - 2 除 氧 器 压 力 控 制 原 理 图其中，P1除氧器压力，P0除氧器压力设定值 由上述的原理图对应可力以画出除氧器压控制系统的S AMA 图，具体的图见附录三。并且由图可知： 除氧器压力
19、经过三个变送器测量得到的信号 PT，经过S ELM 三选的选择后经过质量判断 QC ，如果是坏的点，则报 警 AL，同时在 CRT 上有显示 I。进过选择器选择的信号输出 至 PID 调节器入口，同时做高低幅值报警输出。在调解器入 口与手动设置 A 模块的设定值进行比较，其偏差值送到 PID 调节器进行比例、积分、微分运算后作为调节器的输出信号， 这个信号在手动切换模块 T 通过 M/A 进行选择，如果切换为 手动则选择 A 手动设定一个值，如果不切换手动则向下进行 另一个手动切换模块 T，通过强制关闭除氧器压力调节阀来选 择，如果没有这个信号则向下经过 AO，自动信号送到除氧器 压力调节阀进
20、行调节，此调节回路为单回路调节系统，而且 没有前馈信号。除氧器压力信号调节阀的阀位信号如果与调 节发出的阀位指令偏差则自动切换为手动。3 .2 除氧器压力控制系统参数整定单回路控制系统主要由调节器和被控对象构成，通常被控对象的动态特性是无法轻易改变的，要得到满意的调节效 果，就要合理的设置调节器的参数。因而，单回路控制系统 的整定实际上就是调节器的参数整定。调节器的参数主要有 三个，即比例调节规律的比例带、积分调节规律的积分时间 和微分调节规律的微分时间。而对于除氧器压力控制的单回路控制系统，从资料教师批阅：得知被控对象的传递函数为：G (s ) =9 . 44 . 6 s + 1e 4 变送
21、器的测量变送单元为 1 = 0.1 而执行器和调节阀的传递函数是 KZ= K=1，由响应曲线法根据被控对象的传递函数求得对象的一组特征参数 、 、（有自平衡能力的 对象），然后按表 3 1 公式计算调节器的整定参数。表 3 - 1 衰 减 曲 线 法 整 定 参 数 计 算 表 （ 0 . 75 ）3 .3 除氧器压力控制系统仿真在除氧器的压力控制中我采用的是 PI 控制器，在经过一 系列的计算得出控制器的参数为：P=1/12. 86 I =2. 96根据前面的控制系统原理图和得出的参数在 MATLAB 中可 以画出除氧器压力控制系统的 Si mul i nk 图如图 3- 3 下：教师批阅：
22、图 3- 3 除氧器控制 Si mul i nk 仿真图 仿真可以得到响应曲线如下：图 3- 4 仿真响应曲线图由响应曲线图 3- 4 可以得到系统的上升时间只有 150S 左 右，也就意味着控制系统能够很快的达到给定值，并且稳定 下来。在有内绕的情况下，控制系统的 Si mui nk 图和响应曲线 依次如图 3- 5：图 3 - 5 带 内 扰 的 Si mu l i nk 仿 真 图运行仿真可以得到带内扰的响应曲线如图 3- 6：由上图可知，即使在有内绕的情况下，控制系统的超调 量只有 9 . 3 % ，在 1 0 0 S 左右就会达到稳定，所以说，这个 控制系统满足实际的要求。4 、 除
23、 氧 器 压 力 DC S 控 制 系 统随着计算机过程控制技术的发展和国内电力企业自动控 制水平的提高，集散控制系统 DCS 在电厂得到了广泛的应用。 DCS 的使用大大提高了机组运行的安全稳定性，改变了生产过 程中传统的操作方式和管理现状，带来了显著的经济效益。随着计算机过程控制技术的发展和自动化控制水平的提 高，集散控制系统 DCS 在现代化企业的生产过程中得到了广 泛的应用。二十年来，我国电力企业 DCS 的应用工作取得了 可喜成绩，企业自动化水平显著提高。应用 DCS 的生产流程 越来越多，领域不断拓宽，DCS 技术的应用使过程控制发生了 质的变化，保证了机组安全稳定运行，大大提高了
24、生产自动 化水平，同时为企业带来了良好的经济效益。教师批阅：4 .1 控制总方案教师批阅：图 4 - 1 除 氧 器 控 制 总 体 方 案 图4 .2 一次仪表选型压力变送器 我选择由天津欧柏仪表有限公司生产的 1151 模 拟型差压变送器，详细参数如下：基本参数：测量范围：0- 0. 25kPa 至 0- 40MPa 精度：0. 2，0. 25，0. 5静压：4、10、25、32MPa 安装影响：最大可产生约 0. 24kPa 的零点误差，稳定性：六个月内不超过最大量程的基本误差 绝对值振动影响：在任意轴向上，振动频率为 200Hz 时，误差为最 大测量范围上限的0. 05/g。电源影响：
25、小于输出量程的 0. 005/V 负载影响：电源如果稳定，无负载影响 但可校正，对量程没有影响电气参数： 输出信号：420mADC电气连接：M201. 5 内螺纹带锁线头 供电电源：1245VDC，一般为 24VDC 指示表：指针式：0100刻度和平方根指示 0- 10 刻度；3 1/2 位 LCD液晶显示( 0100线性)其他参数： 结构材质膜片：316L，可选：哈 C- 276，蒙乃尔，钽 排气/排液阀：316L, 可选: 哈 C- 276, 蒙乃尔 法兰和接头：316L, 可选: 哈 C- 276, 蒙乃尔 O形圈：丁腈橡胶，可选：氟橡胶 灌充液：硅油或惰性油螺栓：碳钢镀铬 壳体材料：低
26、铜铝合金防爆：a. 隔爆型 Ex dBT5； b. 本安型 Ex i aCT6 防护等级：I P65量程和零位：外部连续可调温度范围：放大电路：- 25+70； 测量元件：- 40+104阻尼：充硅油时一般在 0. 2s 到 1. 67s 之间连续可调。 启动时间：2 秒，不需预热重量：约 5. 4kg( 不带附件)图 4 - 2 压 力 变 送 器 展 示 图气动阀选型 这里我选择由上海明保阀门有限公司生产的 Q641F 气动球阀，介绍如下：【产品用途及特点】：Q641F 气动球阀密封可靠，结构 简单，维修方便，密封 面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，在各个行业得到 广泛的应用。Q641
27、F 气动球阀只需要用旋转 90 度的操作和很 小的转动力矩就能关闭严密。完全平等的阀体内腔为介质提 供了阻力很小、直通的流道。通常认为球阀最适宜直接做开 闭使用，但近来的发展已将球阀设计成使它具有节流和控制 流量之用。Q641F 气动球阀的主要特点是本身结构紧凑，易于 操作和维修，可分别适用于水、蒸汽、油品、液化气、天然 气、煤气、硝酸、醋酸、氧化性介质、尿素等多种介质。 1、流体阻力小，其阻力系数与同长度的管段相等。2、防静电功能：在球体、阀杆、阀体之间设置弹簧，能将开 关过程产生的静电导出。 3、阀座密封性能好，采用聚四氟乙烯等弹性材料制成的密封教师批阅：圈， 结构易 于密封， 而且球阀的
28、阀封能力随着介质压力的增高而增大。 4、操作方便，开闭迅速，从全开到全关只要旋转 90，便于 远距离的控制。 5、维修方便，球阀结构简单，密封圈一般都是活动的，拆卸 更换都比较方便。 6、在全开或全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质 通过时，不会引起阀门密封面的侵蚀。 7、适用范围广，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空至 高压力都可应用。【执行机构技术参数】：Q641F 气动球阀采用新型系列 GT 型气动执行器，有双作用 式和单作用式（弹簧复位），齿轮齿条传动，安全可靠；大口 径阀门采用系列 AW型气动执行器拔叉式传动，结构合理，输 出扭矩大，有双作用式和单作用式。 根据不同控制和要求
29、可选择下列附件： 切断型附件：单电控电磁阀、双电控电磁阀、限位开关回讯 器。调节型附件：电气定位器、气动定位器、电气转换器。 气源处理附件：空气过滤减压阀、气源处理三联件。 手动机构：HVSD手操机构 1、齿轮式双活塞，输出力矩大，体积小可在, 顶部、底部安 装手动操作机构。 2、气缸选用铝金材料，重量轻、外形美观, 齿条式连接可调 节开启角度、额定流量 3、执行器可选带电讯号反馈指示及各类附件以实现自动化操 作。4、I S05211 标准连接为产品的安装更换提供了方便。5、两端调的节螺钉可使标准产品在 0和 90有4的可 调范围。确保与阀门的同步精度。产品展示：图 4 - 3 气 动 阀 产
30、 品 图教师批阅：表4 - 1 阀 门 性能 及 零 部 件 材 料公 称 通 径15- 250DN（ mm） 公 称压 力1. 6PN（ MPa )公 强 称 度2. 4压 试力 验 PN Ni i9 1T 2i Mo 2 Ti 1 C1 rC 1r 821 NC球 8 i r体 N 11i 239 MT oi 2TS i 密（ 1封M 1. 76 C试P 1 r验a C 1 ) r 82材 C 1 N料 阀r 8 i 杆1 N 1材 C P R i 23料 9 M代 T o 号 i 2Z ZG G主W 1 0要 阀C C C零 体B r r件T i 增强聚密四氟乙封烯 对圈1 1 位聚苯8 8 填聚四氟料 乙烯 柔性石墨水、适蒸 硝 醋用汽 酸 酸适 介、 类 类用 质油工品况 适- 28用温300度BAW系列、GT型系列、号执 SW系行 列 器 气源0. 4- 0.压 7Mpa 力教师批阅：4 .3 一 次 仪表接线详 细 的 接线
