《热力过程自动化》教案.docx

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1、热力过程自动化绪论一、热力过程自动化的重要意义1. 电能无法存储，要求连续调整和操作以适应外界负荷的变化。2. 机组容量增大，监视和操作工程快速增加，人力无法完成，热力 过程的操作与掌握必需实现自动化。例：300MW 机组，监视工程 9501050 个，操作工程 400 个。二、现代电厂热力过程自动化的概况和进展趋势 概况： 电子管型一晶体管型一集成电路组装型一计算机掌握。例如：DDZ-I 型、DDZ- II 型、DDZ-III 型、QDZ- II 型组合仪表、巡回检 测仪、数字仪表、组装仪表、分散掌握系统DCS我国自动化仪表进展趋势：小型化、系列化、通用化、智能化及标准化三、热力过程自动化的

2、组成1. 热工检测例如：t、p、Ap、D、H、O2 等参数的检测2. 自动调整CCS 系统，锅炉给水、汽温、燃烧自动调整，汽轮机DEH 系统、除氧器压力、水位自动调整，凝汽器水位自动调整等。3. 远方操作遥控即手动远方操作，是自动调整的后备手段。4. 热工信号和热机保护运行特别或参数越限发出：灯光、音响、语音信号； 如：AN- 3100 报警器参数偏离极限值：保护装置动作。如：FSSS、TSI、OPC5. 计算机集散掌握系统DCS 系统：DAS、CCS、SCS、FSSS、DEH、ATC、ETS、ECS、RB。 特点：信息集中，掌握分散。四、热工掌握盘和掌握台集控室：掌握盘、掌握台、DEH 站、

3、锅炉汽轮机 DCS 站、FSSS 站、ECS 站等。电力工业是技术密集型企业，生产过程简单多变。要求运行值班员：严密监视、冷静分析、准确推断、合理操作。第一章热工测量的根本学问1-1 热工测量系统的组成一、热工测量的目的及意义目的：1. 反映被测参数值，以便监视运行工况。2. 为自动调整设备供给测量信号，并监视其运行。3. 为经济核算供给数据，以寻求经济合理的运行方式。4. 记录、打印特别数据，为分析事故缘由供给依据。意义：为保证机组的安全、经济运行供给牢靠、快速、准确的根本测量数据，是实现自动化的基石。二、热工测量系统的组成三、热工仪表的分类1. 按被测参数分：温度、压力、流量、物位、成分表

4、等。2. 按用途分：标准仪表、试验室用仪表、工程用仪表。3. 按显示特点分：指示式、记录式、积算式、数字式、屏幕显示仪表等。4. 按仪表的安装地点分：就地式、远距离传送式仪表。5. 按仪表承受的信号能源分：气动式、液动式、电动式仪表。1-2 热工仪表的品质指标一、测量误差测量误差：因仪表不够准确、客观条件变化、测量方法不完善、人为疏忽和其他偶然因素引起的测量值与真实值之间的差异。(一) 误差的种类1系统误差2. 粗大误差3. 随机误差(二) 误差的表示方法1. 确定误差A=X-X不能精准的反映测量的准确程度2. 相对误差相对误差=A/ (X-Xx) x 100%例：一支体温表测量范围 32C4

5、2C, 支炉温表 01000C,确定误差均为1C,相对误差却分别为10%和0. 1%二、热工仪表的品质指标1. 准确度允许误差：出厂仪表允许具有的最大误差。一般用相对误差表示 准确度：允许误差去掉百分号后确实定值。准确度等级：国标有 0. 005-5. 0,工业用仪表 0.5-2. 5。2. 根本误差根本误差：在规定的工作条件下，仪表所具有的最大误差。根本误差为校验值。3. 回程误差示值回程误差：同一测点所得正、反行程测量值之差确实定值。回程误差：全量程范围，各测点的最大示值回程误差。4. 区分率区分率：能引起仪表示值发生可见变化的被测量的最小变化量。 值越小,区分力量越强。5. 灵敏度灵敏度

6、：仪表输出端信号的变化与引起该变化的被测量的变化之比。S=AL/AX6. 拖延性时滞：从被测量变化到引起仪表示值变化的这段时间。思考题：1-2、1-3、1-4、1 -5其次章温度的测量2-1 概述一、测量温度的目的和意义1 温度是表征蒸汽质量的重要指标之一。2 温度是影响热力设备效率的主要缘由。3 温度是保证热力设安全运行的重要参数。二、温度的单位在火电厂，普遍使用摄氏温度。三、温度测量仪表的分类(依据测量原理)1.膨胀式温度计：-100500C2.压力表式温度计：0300C3.热电偶高温计：0 1600C 4.热电阻温度计：-200 - 500C5.辐射高温计:600 2023C,非接触式。

7、2-2 热电偶测温原理一、热电偶的测温原理热电偶：两种不同导体焊接成的一个闭合回路 图示解释：热电势、热端、eA(t,to)A+ B负电荷+A负电荷(b)温差电势冷端AB(OeAB(t)(a)接触电toCAB势-)* 皿山)(c) 热电偶电势分布热电势包括：接触电势主要构成者温差电势一般很小可写成EABt, to =eABt-eABto假设使冷端温度t。保持不变，则有：AABE Bt, to =et-c即EABt, to=fABt二、常用热电偶的种类1. 餡锂 10粕热电偶分度号S特点：测量准确、抗氧化、测温上限高，长期 1300C,短期 1600Co2. 繰珞一線硅热电偶分度号K 特点：热电

8、势大，线性度好，测温范围广1000C，1200C 易氧化腐蚀。工业应用最广泛3. 鎳珞一铜謀康铜热电偶分度号E 特点：热电势很大，灵敏度高，价格廉价，低温性能好不能测高温，易氧化变质，测温范围 600C, 800C 三、热电偶的构造类型1. 一般型热电偶构造：热电极:贵金属 0. 3-0. 65mm,一般金属 0. 5-3. 2mm,长度 350-2023mm。 绝缘材料：橡胶、塑料、陶瓷、氧化铝，一般为多节小管串联而成。保护套管：不锈钢、石英、高温陶瓷。要求耐高温、耐腐蚀、不渗透气体、导热性好。接线盒：便于接线和防尘，已标准化。2. 铠装型热电偶广泛应用特点：小型化热惯性小、反响快、寿命长、

9、构造结实。构造：热电极、绝缘材料、金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合 体。外径 18mm,长度可大 100m 以上3. 热套式热电偶构造特点：锥形套管、三角锥面支撑、热套保温、焊接式安装。优点：抗冲击、严密结实、热惯性小、准确、快速。四、热电偶冷端温度的修正和处理1. 冷端温度修正法一热电势修正法计算法、仪表机械零点调整法2 冰点槽法3. 补偿导线法：只是延长冷端位置到一个温度较稳定的地方。4. 冷端温度补偿器法2-3 热电阻测温原理特点：适用于测量-200C - 500C 之间的温度，准确、稳定、灵敏度 高、价格廉价。一、热电偶的测温原理图示 2-15Rt=Rt0l-a (t-t0)ct电

10、阻温度系数，1/C纯度:Rioo / Ro 纯度越高，a 值越大。二、热电阻的材料1. 餡电阻测温范围：-200500C工业上常用R。有 50。和 1000 两种，分度号为Ptg 和 Pt,纯度为不 小于1. 3910。2. 铜电阻测温范围：-50150C。工业上常用R。有 500 和 1000 两种，分度号为Cg 和 Cs。,纯度不小于为1.425O三、热电阻的构造与热电偶相类似，只是感温元件不同。 2 - 4 动圈式仪表温度显示仪表，常用XC 系列、XF 系列一、动圈式仪表的工作原理及构造1. 工作原理原理：在流导体在磁场中受力而产生运动。M = Mf2. 动圈式仪表的构造包括：动圈系统、

11、支撑系统、磁路系统、量程电阻。二、XF 系列动圈式仪表带集成电路放大器，构造上承受立式圆柱形的内磁钢构造，承受了强力矩动圈表头的测量机构。稳定、快速，可用作调整器。XFZ-101 型动圏式仪表组成方框图 2-242-5 电位差计与 ER180 系列自动平衡式仪表对重要热工参数进展连续记录、报警、调整。一、电位差计的测量原理+被测电势乙Ex7T 标准电电压平衡原理，图 2-29图 2-29 电位差计的测量原理二、ER180 系列自动平衡式仪表组成特点：可直接与热电偶或热电阻相协作，用于温度显示，也可以与直流毫伏变送器协作，测量压力、差压、流量、水位，有多种报警方 式。输入信号种类：15V，D.C

12、、010mA, D. C、420mA, D. C组成：量程板、放大板、可逆电机、同步电机、指示记录机构。组成方框图 2- 33 (a)思考题：2-3、2-4、2-6、2-8、2-16一、压力测量的意义第三章压力的测量3-1 概述主要意义：保证主机及关心设备的安全经济运行。例如：主蒸汽压力、炉膛负压、凝汽器真空、汽包压力、给水压力、各抽汽段压力等二、压力及压力的单位正压力：负压力：(真空)真空度=真空值/ Pamb X单位：Pa、MPa、kPa、bar 三、压力表的种类液柱式压力表、弹性压力表、压力变送器等100%3-2 弹性压力表弹性压力表的优点：构造简洁、造价低、测量范围宽(0.1-1x10

13、%) 原理： 物体受力变形常用弹性元件：薄膜式(膜盒、膜片式)、波浪管式、弹簧管式。一、单圈弹簧管式压力表弹簧管式压力表分：单圈、多圈1 弹簧管的测压原理图示:C 形,270圆弧空心金属管，断面为椭圆或扁圆。R oc=R” oc ” b a=b, ar a =r“a ”b a = ( b+ A b ) (ex + A ex)得A ot = Aba / ( b+ Ab )可见，b 越小，a 越大，则A ot 越大，压力表越灵敏。因此多圈管更灵敏。2. 弹簧管压力表的构造自由端位移小，一般 23mm,需机械传动放大机构。 图示二、电接点压力表三、膜盒式风压表属低压仪表，范围 15040000Pa,

14、常用于风烟系统、制粉系统的 压力测量。图示，简介四、弹性压力表的使用压力测量系统构成：被测对象、取压口、连接导管、压力表。1. 压力表的选择需考虑的因素：现场条件振动、湿度、温度，介质的性质流淌、静止、腐蚀性、易燃性，压力的大小、波动，精度要求等。1/22/3,波动大 1/2。2. 压力表的安装图示 3-6直管段、振动小、温度不高、凝汽管、隔离罐、修正、倾斜度、 切断阀门或三通阀等。3-3 压力变送器优点：实现信号的转换和远传，便于自动记录、自动调整。一、差压式压力变送器YST-1 型压力一始终流毫伏信号，用于测微压。1. 仪表的构造及工作原理组成：测量膜盒、差动变压器、电气线路。图示：3-7

15、. 3-82. 电气线路工作原理图示：3-9二、1151 系列电容式变送器压力、差压的测量，1. 测量原理图 3- 11C= s A/dE 一极板间介质的介电常数d极板间距2. 1151 系列电容式变送器的组成功能：将流体的压力、差压、流量和液位等参数转换成 4 20mmA,D.C 的标准信号，用于显示，或与组装仪表、计算机等配用, 组成压力掌握系统。组成：图示pp图：1151变送器的组成思考题：3-1、3-3、3-4、3-5第四章流量的测量一、 流量测量的意义4-1 概述主要意义：重要的热工参数，保障安全经济运行。例如：蒸发量，给水流， 热效率计算，经济核算。 汽、水、煤、油流量的连续测量。

16、二、 流量及流量单位流量：单位时间内通过管道中某一截面的流体的数量. 单位:T/h, NmVh三、 流量测量仪表的分类按构造、原理分：容积式、速度式、差压式、电磁式等。4-2 节流件的测量原理及标准节流装置一、节流件的测量原理 组成如图，原理：压差 0 流量二、标准节流装置1. 标准节流件标准节流孔板、喷嘴图示即可2. 取压装置标准孔板：角接取压环室取压、单独钻孔取压 法兰取压标准喷嘴：角接取压3. 对节流件前后直管段的要求O要求：节流件上下游直管段长度按规定取，L15 L2三、流量计算公式节流件前后压力和速度的变化状况。图示 4 -7,详解流量公式：qm= oc e Ao VZPTAPa 流

17、量系数,0. 6-1. 2O 8 流束膨胀系数。四、蒸汽压力、温度变化对流量测量的影响p 的影响最大，可用压力、温度进展校正，或承受智能流量表。五、用 DDZ- II 型仪表测量流量图示思考题：4-1、4-2. 4-3第五章水位的测量一、水位测量的意义5-1 概述保证机炉安全经济运行的又一个重要参数。二、水位计的种类种类：云母水位计、差压式水位计、电接点式水位计显示方式：液面显示、指针显示、氛灯显示、数字显示、电视屏幕显 示。云母水位计简介：指示值偏低。高压低 50mni 左右，中压低 30mm 左右。简洁、直观、牢靠5-2 WL 型智能汽包水位计原理：水位/压差一一平衡容器-一、水位测量系统

18、WL 型智能汽包水位测量系统自成:WL型智能汽包水位测量系统组成二、测量原理图 5-35-3 电接点式水位计突出优点：受汽包压力变化影响小、无拖延、准确牢靠。一、工作原理水位容器一引出水位，再装设电极测点。如图 5-5原理：依据汽包内汽、水电阻相差很大来测量水位的。类型：氛灯式水位计：可见度较低双色水位计：数字式水位计二、 电接点双色水位计 标志：汽红、水绿图 5-6,解释原理与电路三、 电接点数字式水位计图 5-7,解释原理5-4 工业电视监视汽包水位制造：身临其境、耳闻目睹之感。形象、逼真一、 工业电视简介闭路电视二、 工业电视监视汽包水位1 双色牛眼水位表。2. 电视监视系统：需密封恒温

19、箱，且有超温报警指示。3. 使用：双路单点监视方式。思考题：5-2. 5-5第六章氧量的测量炉膛燃烧状况的监视：氧量、工业电视。燃烧好坏的衡量：过量空气系数(Xoc=21/ ( 21-02)图 6-1 燃烧产物中 02 含量与(X 的关系曲线 6-1 氧化鉛氧量计特点：构造简洁、准确牢靠、反响快速、维护量小。 一、工作原理氧化错(ZrO2):陶瓷类金属氧化物。掺入肯定量的CaO 或 Y2O3,经高温烧结，形成萤石型立方晶体。晶 体中电性。氧浓差原理：解释形成氧离子空穴，在高温(700-800C )下具有很高的氧离子导E=KTlg(|)2/ 4)mV 其中 K = 0.0496, 02=20.

20、8 % E=0. 0496Tlg(20. 8 / J要求：工作温度在 700 - 800C 之间。二、测量系统分类：定温式、补偿式1. 直插定温式测量系统组成：陶瓷过滤器、氧化错管、加热炉丝、热电偶、二次仪表等。2. 直插补偿式测量系统直插补偿式，过热器后烟温 600 700C,烟温的变化可补偿。如图 6 - 5 Ez = E-ET三、DH-6 型氧化错氧分析器组成：氧化错探头、电控器、气泵、变压器、二次仪表等。优点：测量准确快速、输出线性化，便于显示和调整。四、Z0 系列氧化错氧分析器 6-2 工业电视监视炉膛燃烧介绍：炉膛火焰监视系统图 6-9思考题：6-1、6-26-3、第七章数字式仪表

21、特点：测量准确、速度快、读数醒目直观、易于多点巡测，便于与计算机联用。7- 1 数字式智能巡测仪一、巡测仪在火电厂中的应用一表多用、巡回检测。巡测仪分类：通用型、专用型二、ST-60 智能温度巡测仪1. 特点 检测元件齐全：可与多种热电偶、热电阻配用。 测量准确，使用便利：对温度变化影响、元件非线性自动校正。 功能强：自动巡测 60 个点，可手动选点；任意设定各路分度号、热偶冷端温度补偿、检测路数、上下限报警值、打印方式定时、连续、越限、时间、断电自保持等功能。2. 巡测原理图 7 - 1 原理框图。3. 仪表的使用六位 LED 数码管，前两位是点序，第三位是正负号，后三位为温 度值。假设某通

22、道报警，则对应报警灯亮，直至恢复正常值方才消逝。 图 7-2 讲解ST-10 的使用方法。三、 能通用型1. XC-52 智能通用巡测仪可测量电压、电流、功率、温度、压力、流量等参数，测点达 100 个； 并留有串行通讯接口，可通过计算机对其进展治理和掌握。2. MPS-60 多功能数字巡测仪可测模拟量、开关量，并可进展非线性校正和计算，可测模拟量60 点，实时开关量 4 个，也能对重要参数进展追忆记录。7-2 数字式智能转速表数字转速表：测量汽轮机转速一、磁性转速传感器测速头：将转速转化为频率信号并输出图 7-4 磁性测速传感器构造测速原理： f=nZ/60o当 Z = 60 时，f=n二、

23、汽轮机转速测量系统思考题：7-1. 7-2. 7-3. 7-5语言功能第八章 热力设备的自动调整系统8-1 概述一、 自动调整的根本概念和术语图 8-1 锅炉汽包水位调整1. 调整对象：被调整的生产过程或设备。如汽包、汽轮机。2被调量：表征热力生产过程是否正常的物理量。调整对象的属性。3. 给定值：被调量应保持的数值。4. 扰动：引起被调量变化的各种因素。格外扰和内扰。5. 调整机构：实现调整作用的装置。如挡板、调整阀、勺管等。二、 自动调整系统的组成和方框图图 8-2 负反响闭环系统方框图的作用：争论自动调整系统中各环节间信号传递关系及相互作 用。三、 调整过程的品质1. 稳定性衰减比 yl

24、/y3衰减率 屮=(yl-y3) /yl=l-y3/yl一般衰减比yl/y3=410 或衰减率屮=0. 75 - 0. 9 的调整过程较好。2. 准确性准确性:被调量的偏差大小。包括：动态偏差、静态偏差3. 快速性调整时间要尽可能的短，以不影响下一步调整。四、 调整系统的分类1. 按使用的能源分气动、电动、液动调整系统。2. 按给定值的性质分定值调整、程序调整、随动调整。3. 按调整系统闭环回路的数目分单回路、多回路调整系统。思考题：8-1 8-38-2 机炉协调掌握系统CCS协调掌握的任务：满足负荷变动的要求，并保持汽压稳定。一、定压运行的根本掌握方式1. 炉跟机方式图 11 - 1 2.

25、机跟炉方式图 11-23. 机炉协调方式图ll-3a 二、机炉协调掌握系统CCS组成：机组负荷治理中心LMCC、机炉主掌握器。如图 11-3 b 1. 机组负荷治理中心LMCCLMCC 是人一机联系的接口，用于监视和操作CCS 系统。 运行人员可进展的操作有： CCS 掌握方式的切换。 增减目标负荷。 设定最大/最小负荷、负荷变化率。 变压运行方式的选择设定主汽压力、压力变化率2. 机炉主掌握器LMCC 可进展自动/手动切换，机炉主掌握器承受LMCC 送来的负 荷指令 Po,并依据运行状况进展掌握。CCS 掌握方式： 汽轮机为根底炉跟机：炉正常，汽机侧有故障影响出力。 锅炉为根底机跟炉：机正常

26、，炉侧设备有故障影响出力。 功率掌握机炉协调：机炉均正常。 变压运行：80%以下低负荷运行方式，经济性好。需设定机前 汽压的上、下限和汽压变化率。8-3 给水调整系统一、概述1. 汽包锅炉的调整任务1） 维持汽包水位在允许的范围内；2） 稳定蒸汽温度和压力；3） 使锅炉蒸发量满足外界负荷的需要；4） 保证燃烧的经济性；5） 维持炉膛负压在允许的范围内。2. 汽包锅炉的自动调整系统抱负的锅炉调整系统：发生扰动时，各相关量应协调变化； 实际的锅炉调整系统:有几个相对独立的调整系统组成。这些系统主要有：给水调整系统H/W过热汽温自动调整系统e/wQ燃烧过程自动调整系统汽压 P、X、炉膛负压 Pf、

27、调整量：燃料量 B、送风量 V、引风量VJ二、锅炉给水调整系统一 给水调整的任务给水量 W 适应蒸发量 D,以维持水位 H。二 给水调整对的动态特性1. 给水量扰动图 11 4、11 - 52. 蒸汽流量扰动图 11-6三 三冲量给水调整系统图 11-88-4 汽温调整系统一、过热汽温的调整任务维持过热器出口汽温在允许的范围内，并保护整个过热器不超温。 二、过热汽温调整对象的动态特性 汽温调整对象有拖延、惯性 和自平衡力量1. 蒸汽流量扰动右图 12. 烟气侧扰动图 1右图 20D3. 减温水扰动右图 2三、中小机组过热汽温的调整系统1. 具有超前微分信号的双重辆汽温调整系统图 11 - 15

28、2. 过热汽温的串级调整系统图 11 - 168-4 燃烧调整系统一、燃烧过程的调整任务1. 维持汽压恒定2. 保证燃烧的经济性3. 维持炉膛负压不变二、燃烧过程调整对象的动态特性1. 燃料量扰动图 11 - 182. 蒸汽流量扰动图 11 - 19三、燃烧调整系统1. 燃料流量掌握系统汽压调整系统2. 空气流量掌握系统送风调整系统3. 炉膛压力掌握系统引风调整系统对燃烧调整系统的总要求： 负荷稳定时，能快速消退内扰；负荷变化时，系统适应其变化，维持汽 压、过剩空气系数、炉膛压力在正常范 围。8-5 汽轮机掌握系统DEH汽轮机调整系统：DEH 电调系统、液调系统并存，互为热备用。一、DEH 功

29、能DEH 具有转速、负荷掌握功能，此外具有以下功能1汽轮机自动启停掌握ATC2. 承受 CCS 系统的增减负荷信号3. 超速保护OPC 和掌握4. 负荷限制及甩负荷RB5. 主汽压掌握TPC6. CRT 显示二、DEH 掌握方式1.操作员自动方式0A2汽轮机自启停掌握方式 ATC四个按钮：ATC 启动、ATC 进展、ATC 监视、ATC 切除。3. 协调掌握方式CCS4. 遥控方式AS:即自动同期方式5 汽轮机手动操作方式8-6 汽轮机关心设备的自动调整系统一、除氧器的自动调整一 除氧器压力的自动调整单回路调整，该系统具有较大自平衡力量。二 除氧器水位的自动调整三冲量调整：除氧器水位、给水量、分散水量二、凝汽器水位的自动调整简洁的单参数调整系统。三、加热器水位自动调整单冲量单回路调整系统。思考题：11 1、11 2、11-3、11-5、11-6、11-7、118、11-9