工業(yè)鍋爐房除氧系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)與研究.doc

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1、論文名稱：工業(yè)鍋爐房除氧系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)與研究 作者：劉訓(xùn)寧 摘要：通過對(duì)準(zhǔn)能黑岱溝實(shí)業(yè)公司鍋爐房除氧系統(tǒng)工作狀態(tài)研究,解決除氧系統(tǒng)自動(dòng)控制，改善除氧器進(jìn)水溫度，降低除氧系統(tǒng)能耗，提高除氧系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。請(qǐng)?zhí)釋氋F意見! 關(guān)鍵字：除氧系統(tǒng) 除氧器 自動(dòng)控制 1.引言： 　　本設(shè)計(jì)與研究是通過對(duì)準(zhǔn)能黑岱溝實(shí)業(yè)公司鍋爐房現(xiàn)場情況和除氧系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行了調(diào)研，充分考慮除氧系統(tǒng)未來運(yùn)行的要求等問題。如鍋爐給水泵由于水溫過高汽蝕問題、除氧器進(jìn)水溫度過低，耗能（汽）過大及穩(wěn)定差等問題，針對(duì)除氧系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制技術(shù)改造。 2.設(shè)備技術(shù)參數(shù)： 設(shè)備名稱、大氣式熱力除氧器二臺(tái) 設(shè)備型號(hào)：CYA

2、20 D—20m3/h 額定出力：20 t/h 水箱容積：V= 35 m3 工作壓力：19.6 kPa 工作水溫：T = 104 ℃ 生產(chǎn)廠家：營口縣鍋爐輔機(jī)廠 出廠日期：1990年 3.大氣式熱力除氧原理 　　根據(jù)水中氣體的溶解特性，要想將水中任何一種氣體除去時(shí)，只要將水面上存在的該氣體除去即可，因此希望排除水中的各種氣體，最好水面上只有水蒸汽而無其它氣體。熱力除氧就是將水加熱至沸點(diǎn)，氧的溶解度減小而逸出，再將水面上產(chǎn)生的氧氣排除，使充滿蒸汽，如此使水中氧氣不斷逸出，而保證給水含氧量達(dá)到給水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。 熱力除氧器：為了保證水面上只有水蒸汽存在，必須將水加熱至沸騰溫度（在

3、稍高于大器壓力即1.02絕對(duì)大氣壓力下進(jìn)行），在這種除氧設(shè)備又稱大氣式熱力除氧器。 在熱力除氧時(shí)、要保證有可靠的除氧效果，應(yīng)該在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中滿足下列條件 針對(duì)除氧效果條件本技術(shù)改造擬達(dá)到的目標(biāo)及采取具體措施 1 增加水與蒸汽的接觸面積，水流分配要均勻。 采用噴霧—填料相結(jié)合的除氧頭，更換噴嘴、不銹鋼?原件填料； 2 在整個(gè)水面上應(yīng)保證水中溶解氣體的壓力與水面上該氣體分壓力之間有壓力差。 系統(tǒng)工作壓力：19.6kPa（1.02 kg/cm2絕對(duì)大氣壓力）； 3 使水與蒸汽成相對(duì)方向流動(dòng)，這樣可以保證有最大可能的氣體壓力差和得到較完全的除氧。 除氧頭結(jié)構(gòu)已滿足； 4

4、必須迅速將水面上的氣體去除，以免它們?cè)谒嫔系姆謮毫υ龈?，這樣就要求除氧器中氣汽混合物要有足夠的剩余壓頭，且排氣管要有足夠大的斷面，裝置要有足夠的出力。 排氣管管徑本技術(shù)改造方案設(shè)計(jì)選用Dg50mm排氣管； 5 使水能很可靠地被加熱到除氧器工作壓力下的沸騰溫度。 工作溫度：tg = 1041.5℃ 4.大氣式熱力除氧器耗汽量計(jì)算 DQ= （5～10%）G（i2—i1）/（i—i2）098 　kg / h 式中G —— 除氧處理最大水量，kg / h ； i2 ——除氧器出口水的焓，kcal / kg ； i1 ——進(jìn)入除氧器水的焓，kcal / kg ； i ——

5、進(jìn)入除氧器蒸汽的焓，kcal / kg ； 098—除氧器效率； 設(shè)計(jì)大氣式熱力除氧注意事項(xiàng) 設(shè)計(jì)具體措施 1 大氣式熱力除氧器應(yīng)放在給水泵上方，除氧水箱最低水位與給水泵中心線間的高差應(yīng)不小于6~7米。 鍋爐房土建結(jié)構(gòu)4.5米,不能滿足高差要求，設(shè)計(jì)采用降溫措施以解決； 2 進(jìn)入除氧器前給水混合溫度，一般不低于70○C； 本方案設(shè)計(jì)：除氧器前給水混合溫度80○C； 3 大氣式熱力除氧器的可靠運(yùn)行只有對(duì)除氧器壓力和溫度以及除氧水箱水位高度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整時(shí)才有可能達(dá)到； 除氧器進(jìn)水管上安裝水位變送器、溫度變送器，并采集相關(guān)信號(hào)； 4 保證除氧器中水力工況和熱力工況均

6、衡： 當(dāng)補(bǔ)充大量比較冷的化學(xué)處理水時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能均勻地送進(jìn)，并在幾個(gè)并列運(yùn)行的除氧器間適當(dāng)?shù)胤峙洹? 蒸汽凝結(jié)水在送入除氧器前最好先蓄積在中間貯水箱中，然后將這些凝結(jié)水均勻地送入除氧器，以保證除氧器負(fù)荷的穩(wěn)定。 本方案設(shè)計(jì)：兩臺(tái)除氧器化學(xué)處理水均勻地送進(jìn)，并在除氧器間適當(dāng)?shù)胤峙?。以保證除氧器負(fù)荷的穩(wěn)定。 5 除氧器裝置應(yīng)具備下列控制測量儀表： 監(jiān)督除氧頭內(nèi)蒸汽壓力用的壓力表，蒸汽管減壓前后的壓力表和溫度表，除氧水箱上的玻璃水位表，除氧水箱進(jìn)水管和出水管上的溫度表。 本方案設(shè)計(jì)：除氧器裝置測量儀表：監(jiān)督除氧頭內(nèi)蒸汽壓力用的壓力表，蒸汽管減壓前后的壓力表和溫度表，除氧水箱上的水位表，除

7、氧水箱進(jìn)水管和出水管上的溫度表。 6 最好用測氧計(jì)自動(dòng)監(jiān)督水質(zhì)，在沒有測氧計(jì)的情況下，為了監(jiān)督除氧器的工作，安裝水溫或壓力記錄表是有好處的。 安裝水溫或壓力記錄表。 7 在除氧器運(yùn)行時(shí)，必須特別注意監(jiān)視空氣引出管的作用，如果空氣引出管應(yīng)當(dāng)經(jīng)常有微量的蒸汽冒出。 8 除氧水箱水位自動(dòng)調(diào)整器前應(yīng)有閘門，在出水短管上應(yīng)有取樣（經(jīng)冷卻器）用的短節(jié)，以便監(jiān)督含氧量。 9 兩臺(tái)除氧器并列運(yùn)行時(shí)，為了平衡除氧器內(nèi)壓力和水位，各個(gè)除氧水箱上須有可以連接的汽及水的平衡管。 本方案設(shè)計(jì)：除氧水箱設(shè)置連接的汽及水的平衡管。 　　我們根據(jù)準(zhǔn)能黑岱溝實(shí)業(yè)公司鍋爐房除氧系統(tǒng)的具體情況，及運(yùn)行

8、條件、設(shè)計(jì)大氣式熱力除氧注意事項(xiàng)等，提出技術(shù)改造方案如下： 4.1 除氧器自動(dòng)控制 　　在除氧器進(jìn)水管安裝溫度變送器、流量傳感器，在除氧器安裝水位變送器，檢測進(jìn)水溫度、進(jìn)水流量、除氧器水位等信號(hào)，并將檢測信號(hào)輸入給計(jì)算處理模塊，以控制除氧器進(jìn)水與加熱蒸汽的水力工況和熱力工況平衡，為達(dá)到的除氧效果，保證除氧溫度（1041.5℃），調(diào)節(jié)安裝在蒸汽管道上的電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門，通入的蒸汽進(jìn)行加熱，隨除氧水溫高低變化而自動(dòng)調(diào)整蒸汽流量大小。補(bǔ)水停止后，電動(dòng)執(zhí)行器自動(dòng)關(guān)閉。需要通入一定量的蒸氣加熱。壓力傳感器、溫度傳感器將溫度信號(hào)也傳入處理模塊，除氧器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的基本原理為： G = G △G

9、 式中：G —— 電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門開度 G —— 電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門計(jì)算開度 △G —— 電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門修正開度 　　上述關(guān)系說明：電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門開度G與兩個(gè)因素有關(guān)， G 為電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門計(jì)算開度，與進(jìn)水溫度、進(jìn)水流量有關(guān)，近似為常量；△G為電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門修正開度，當(dāng)除氧水溫低于設(shè)定溫度時(shí)，開度增大；反之，開度減小。 　　除氧器水位變化控制，當(dāng)水位降低時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)軟化水泵（冷凝水泵），給除氧器補(bǔ)水；當(dāng)水位升高時(shí)，水泵自動(dòng)停止。 4.2 蒸汽鍋爐給水系統(tǒng)控制 　　對(duì)蒸汽鍋爐給水系統(tǒng)控制，應(yīng)修復(fù)鍋爐原設(shè)計(jì)的單沖量自動(dòng)給水系統(tǒng)、既根據(jù)汽包水位傳感器提供的信號(hào)，調(diào)整蒸汽

10、鍋爐給水電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門開度，從而改變給水流量，使汽包水位相對(duì)穩(wěn)定。 4.3 防止蒸汽鍋爐給水泵、熱水鍋爐補(bǔ)水定壓泵汽化的技術(shù)處理 除氧器出水熱水溫度高于鍋爐給水泵、鍋爐補(bǔ)水定壓泵入口允許水溫，并且鍋爐房土建結(jié)構(gòu)4.5米,不能滿足高差要求，可能使蒸汽鍋爐給水泵、熱水鍋爐補(bǔ)水定壓泵入口處可能產(chǎn)生汽化（汽蝕）現(xiàn)象，水泵無法正常工作。本方案設(shè)計(jì)：在軟化水泵（冷凝水泵）與除氧器之間安裝水—水換熱裝置。一是為了提高除氧器進(jìn)水溫度，使除氧器工作狀態(tài)穩(wěn)定，二是降低除氧器出水熱水溫度，可使蒸汽鍋爐給水泵、熱水鍋爐補(bǔ)水定壓泵入口處不產(chǎn)生汽化（汽蝕）現(xiàn)象。 5.換熱裝置選型計(jì)算 序號(hào) 項(xiàng)目與內(nèi)容 數(shù)

11、據(jù)來源與計(jì)算公式 單位 結(jié)果 1 換熱能力 Qh= G1（t1－t2） = 2000054/0.86 = 1,255,814 W 1 設(shè)備選型參數(shù)： t1=104℃, t2=50℃ t3=104℃, t4=80℃ 對(duì)數(shù)平均溫差： Δt1= t1－t4=104－80 =24℃ Δt2= t2－t3= 50.－25 =25℃ Δtav =（Δt1－Δt2）/ ln（Δt1/Δt2） =（24 － 25）/ ln（24/25） = 24.49 ℃ ℃ 2 換熱系數(shù)： k=2500 W / m2℃ W / m2℃ 2500 3 換熱效率：

12、η= 0.96 0.96 4 內(nèi)壁污垢修正系數(shù)： β= 0.7 0.7 5 換熱器換熱面積： F = Qh/ Δtavηβk = 1,255,814/24.490.96 0.73000 =25.44 m2 25.44 6 換熱器選型： BXQ600—25.7—0.6/0.6—SS. L 臺(tái) 2 7 換熱器參數(shù)： 換熱面積為25.7m2 管程數(shù)：2 不銹鋼波紋換熱管Ф25mm 管長=2.5m 6.除氧系統(tǒng)改造工程主要項(xiàng)目： 1、解體除氧頭及其相關(guān)系統(tǒng)管道，并對(duì)其進(jìn)行全面檢查維護(hù)，清理雜物，更換損壞部件； 2、更換的填料、噴頭；

13、 3、在除氧器進(jìn)水管安裝溫度變送器、流量傳感器，在除氧器安裝水位變送器和在除氧頭增設(shè)除氧水溫變送器，并裝配除氧頭等； 4、安裝兩臺(tái)換熱器及軟化水泵（冷凝水泵）至換熱器和換熱器至除氧頭的管道、閥門、儀表等；除氧器至換熱器和換熱器至蒸汽鍋爐給水泵、熱水鍋爐補(bǔ)水定壓泵的管道、閥門、儀表等；改造排氣管路及其它相關(guān)管道的改造和安裝； 5、修補(bǔ)兩臺(tái)除氧器除氧頭、管路保溫結(jié)構(gòu)； 6、安裝MCC控制柜及各類電器元件安裝與配線； 7、安裝傳感器（溫度、壓力、水位、）； 8、安裝電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥及各類元件安裝與配線； 9、信號(hào)、控制電纜敷設(shè)； 10、一次元件、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、自動(dòng)控制與配電柜連接配置；

14、 11、除氧系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行。 12、恢復(fù)兩臺(tái)10t/h 蒸汽鍋爐給水系統(tǒng)控制系統(tǒng)，修復(fù)鍋爐原設(shè)計(jì)的單沖量自動(dòng)給水系統(tǒng)、更換汽包水位傳感器，更換鍋爐給水電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門。 7.技術(shù)服務(wù)內(nèi)容 1、除氧器自動(dòng)控制的技術(shù)研究，建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模式； 2、編寫PLC運(yùn)行程序與顯示屏操作程序； 3、采樣形式與采樣點(diǎn)的布置與設(shè)計(jì)； 4、電路設(shè)計(jì)與電器布置； 5、相關(guān)數(shù)據(jù)的測定與參數(shù)設(shè)定； 6、換熱器選型，解決蒸汽鍋爐給水泵、熱水鍋爐補(bǔ)水定壓泵入口處可能產(chǎn)生汽化的問題； 7、蒸汽鍋爐單沖量自動(dòng)給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 8.技術(shù)改造效果 1、除氧系統(tǒng)自動(dòng)控制：除氧器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制后，水溫保持在tg

15、 = 1041.5℃之間，除氧效果穩(wěn)定，運(yùn)行安全可靠； 2、超限報(bào)警：在意外情況下，發(fā)生除氧水箱水位異?，F(xiàn)象，即自動(dòng)報(bào)警；除氧水箱水通過溢流管道排至軟化水箱； 3、手動(dòng)操作：可實(shí)現(xiàn)人工手動(dòng)操作，方便靈活，旋轉(zhuǎn)旋紐控制電動(dòng)執(zhí)行器開度； 4、參數(shù)設(shè)定：設(shè)定除氧器目標(biāo)溫度、溫度系數(shù)、壓力系數(shù)； 5、顯示功能：電動(dòng)執(zhí)行啟開度、蒸汽壓力、溫度、進(jìn)水壓力、進(jìn)水溫度、除氧水溫； 6、狀態(tài)指示：指示燈顯示當(dāng)前設(shè)備工作狀態(tài)； 7、解決原來存在的水溫升高解決蒸汽鍋爐給水泵、熱水鍋爐補(bǔ)水定壓泵入口處可能產(chǎn)生汽化的問題； 8、蒸汽鍋爐實(shí)現(xiàn)單沖量自動(dòng)給水系統(tǒng)和恒水位功能。 除氧系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖