《熱力過程自動化》教案

1、熱力過程自動化緒論一、熱力過程自動化的重要意義1電能無法存儲，要求連續(xù)調整和操作以適應外界負荷的變化。2機組容量增大，監(jiān)視和操作項目迅速增加，人力無法完成，熱力過程的操作與控制必須實現(xiàn)自動化。例：300MW機組，監(jiān)視項目9501050個，操作項目400個。二、現(xiàn)代電廠熱力過程自動化的概況和發(fā)展趨勢概況：電子管型晶體管型集成電路組裝型計算機控制。例如：DDZ-型、DDZ-型、DDZ-型、QDZ-型組合儀表、巡回檢測儀、數(shù)字儀表、組裝儀表、分散控制系統(tǒng)（DCS）我國自動化儀表發(fā)展趨勢:小型化、系列化、通用化、智能化及標準化三、熱力過程自動化的組成1熱工檢測例如：t、p、p、D、H、O2等參數(shù)的檢測

2、2自動調節(jié)CCS系統(tǒng)，鍋爐給水、汽溫、燃燒自動調節(jié)，汽輪機DEH系統(tǒng)、除氧器壓力、水位自動調節(jié)，凝汽器水位自動調節(jié)等。3遠方操作（遙控）即手動遠方操作，是自動調節(jié)的后備手段。4熱工信號和熱機保護運行異常或參數(shù)越限發(fā)出：燈光、音響、語音信號；如：AN3100報警器參數(shù)偏離極限值：保護裝置動作。如：FSSS、TSI、OPC5計算機集散控制系統(tǒng)DCS系統(tǒng)：DAS、CCS、SCS、FSSS、DEH、ATC、ETS、ECS、RB。特點：信息集中，控制分散。四、熱工控制盤和控制臺集控室：控制盤、控制臺、DEH站、鍋爐汽輪機DCS站、FSSS站、ECS站等。電力工業(yè)是技術密集型企業(yè)，生產過程復雜多變。要求運

3、行值班員：嚴密監(jiān)視、冷靜分析、準確判斷、合理操作。第一章 熱工測量的基本知識11熱工測量系統(tǒng)的組成一、熱工測量的目的及意義目的：1反映被測參數(shù)值，以便監(jiān)視運行工況。2為自動調節(jié)設備提供測量信號，并監(jiān)視其運行。3為經濟核算提供數(shù)據，以尋求經濟合理的運行方式。4記錄、打印異常數(shù)據，為分析事故原因提供依據。意義：為保證機組的安全、經濟運行提供可靠、快速、準確的基本測量數(shù)據，是實現(xiàn)自動化的基石。二、熱工測量系統(tǒng)的組成敏感元件中間件件顯示件件被測參數(shù)電量傳輸或變換測量值非電量三、熱工儀表的分類1按被測參數(shù)分：溫度、壓力、流量、物位、成分分析儀表等。2按用途分：標準儀表、實驗室用儀表、工程用儀表。3按顯示

4、特點分：指示式、記錄式、積算式、數(shù)字式、屏幕顯示儀表等。4按儀表的安裝地點分：就地式、遠距離傳送式儀表。5按儀表采用的信號能源分：氣動式、液動式、電動式儀表。12熱工儀表的品質指標一、測量誤差測量誤差：因儀表不夠準確、客觀條件變化、測量方法不完善、人為疏忽和其他偶然因素引起的測量值與真實值之間的差異。（一）誤差的種類1.系統(tǒng)誤差2粗大誤差3隨機誤差（二）誤差的表示方法1絕對誤差A=X-X0不能確切的反映測量的準確程度2相對誤差相對誤差=A/(Xs-Xx)100例：一支體溫表測量范圍3242,一支爐溫表01000，絕對誤差均為1，相對誤差卻分別為10%和0.1二、熱工儀表的品質指標1準確度允許誤

5、差：出廠儀表允許具有的最大誤差。一般用相對誤差表示準確度：允許誤差去掉百分號后的絕對值。準確度等級：國標有0.005-5.0，工業(yè)用儀表0.5-2.5。2基本誤差基本誤差：在規(guī)定的工作條件下，儀表所具有的最大誤差。基本誤差為校驗值。3回程誤差示值回程誤差：同一測點所得正、反行程測量值之差的絕對值?；爻陶`差:全量程范圍，各測點的最大示值回程誤差。4分辨率分辨率：能引起儀表示值發(fā)生可見變化的被測量的最小變化量。值越小，分辨能力越強。5靈敏度靈敏度：儀表輸出端信號的變化與引起該變化的被測量的變化之比。S=L/X 6.遲延性時滯：從被測量變化到引起儀表示值變化的這段時間。思考題：12、13、14、15

6、第二章 溫度的測量21概述一、測量溫度的目的和意義1溫度是表征蒸汽質量的重要指標之一。2溫度是影響熱力設備效率的主要原因。3溫度是保證熱力設安全運行的重要參數(shù)。二、溫度的單位在火電廠，普遍使用攝氏溫度。三、溫度測量儀表的分類（根據測量原理）1膨脹式溫度計：-1005002壓力表式溫度計：03003熱電偶高溫計：016004熱電阻溫度計：-2005005輻射高溫計：6002000，非接觸式。22熱電偶測溫原理一、熱電偶的測溫原理熱電偶：兩種不同導體焊接成的一個閉合回路圖示解釋：熱電勢、熱端、冷端eA(t,t0)A負電荷BeAB(t) (a) 接觸電勢A負電荷t0 (b) 溫差電勢teAB(t)e

7、AB(t0)tt0A(+)B(-)eB(t,t0)eA(t,t0) (c) 熱電偶電勢分布熱電勢包括：接觸電勢（主要構成者）溫差電勢（一般很?。┛蓪懗蒃AB(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)若使冷端溫度t0保持不變，則有：EAB(t,t0)=eAB(t)-c即EAB(t,t0)=fAB(t)二、常用熱電偶的種類1鉑銠10鉑熱電偶（分度號S）特點：測量準確、抗氧化、測溫上限高，長期1300，短期1600。2鎳鉻鎳硅熱電偶（分度號K）特點：熱電勢大，線性度好，測溫范圍廣（1000，1200）易氧化腐蝕。工業(yè)應用最廣泛3鎳鉻銅鎳（康銅）熱電偶（分度號E）特點：熱電勢很大，靈敏度高，價格便宜，

8、低溫性能好不能測高溫，易氧化變質，測溫范圍（600，800）三、熱電偶的結構類型1普通型熱電偶結構：熱電極：貴金屬0.3-0.65mm，普通金屬0.5-3.2mm，長度350-2000mm。絕緣材料：橡膠、塑料、陶瓷、氧化鋁，一般為多節(jié)小管串聯(lián)而成。保護套管：不銹鋼、石英、高溫陶瓷。要求耐高溫、耐腐蝕、不滲透氣體、導熱性好。接線盒：便于接線和防塵，已標準化。2鎧裝型熱電偶（廣泛應用）特點：小型化（熱慣性小、反應快）、壽命長、結構牢固。結構：熱電極、絕緣材料、金屬套管三者經拉伸加工而成的堅實組合體。外徑18mm，長度可大100m以上3熱套式熱電偶結構特點：錐形套管、三角錐面支撐、熱套保溫、焊接式

9、安裝。優(yōu)點：抗沖擊、嚴密牢固、熱慣性小、準確、迅速。四、熱電偶冷端溫度的修正和處理1冷端溫度修正法熱電勢修正法計算法、儀表機械零點調整法2冰點槽法3補償導線法：只是延長冷端位置到一個溫度較穩(wěn)定的地方。4冷端溫度補償器法23熱電阻測溫原理特點：適用于測量-200500之間的溫度，準確、穩(wěn)定、靈敏度高、價格便宜。一、熱電偶的測溫原理圖示215Rt=Rt01-(t-t0)電阻溫度系數(shù)，1純度：R100R0純度越高，值越大。二、熱電阻的材料1鉑電阻測溫范圍：-200500工業(yè)上常用R0有50和100兩種，分度號為Pt50和Pt100，純度為不小于1.3910。2銅電阻測溫范圍：-50150。工業(yè)上常用

10、R0有50和100兩種，分度號為Cu50和Cu100，純度不小于為1.425。三、熱電阻的結構與熱電偶相類似，只是感溫元件不同。24動圈式儀表溫度顯示儀表，常用XC系列、XF系列一、動圈式儀表的工作原理及結構1工作原理原理：在流導體在磁場中受力而產生運動。MMf2動圈式儀表的結構包括：動圈系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、磁路系統(tǒng)、量程電阻。二、XF系列動圈式儀表帶集成電路放大器，結構上采用立式圓柱形的內磁鋼結構，采用了強力矩動圈表頭的測量機構。穩(wěn)定、快速，可用作調節(jié)器。XFZ-101型動圈式儀表組成方框圖224RsRDt圖2-24 XFZ-101型動圈儀表組成方框圖25電位差計與ER180系列自動平衡式儀表對

11、重要熱工參數(shù)進行連續(xù)記錄、報警、調節(jié)。一、電位差計的測量原理電壓平衡原理，圖229Ex被測電勢G已知標準電勢圖229 電位差計的測量原理二、ER180系列自動平衡式儀表組成特點：可直接與熱電偶或熱電阻相配合，用于溫度顯示，也可以與直流毫伏變送器配合，測量壓力、差壓、流量、水位，有多種報警方式。輸入信號種類：15V，D.C、010mA，D.C、420mA，D.C組成：量程板、放大板、可逆電機、同步電機、指示記錄機構。組成方框圖233（a）思考題：23、24、26、28、216第三章 壓力的測量31 概述 一、壓力測量的意義主要意義：保證主機及輔助設備的安全經濟運行。例如：主蒸汽壓力、爐膛負壓、凝

12、汽器真空、汽包壓力、給水壓力、各抽汽段壓力等二、壓力及壓力的單位正壓力：負壓力：（真空）真空度真空值pamb100單位:Pa、MPa、kPa、bar三、壓力表的種類液柱式壓力表、彈性壓力表、壓力變送器等32 彈性壓力表彈性壓力表的優(yōu)點：結構簡單、造價低、測量范圍寬（0.1-1109Pa）原理：物體受力變形常用彈性元件：薄膜式(膜盒、膜片式)、波紋管式、彈簧管式。一、單圈彈簧管式壓力表彈簧管式壓力表分：單圈、多圈1.彈簧管的測壓原理圖示:C形,270圓弧空心金屬管，斷面為橢圓或扁圓。R=R r=rb=bb=（b+b）(+)得=b（b+b）可見，b越小，越大，則越大，壓力表越靈敏。因此多圈管更靈敏

13、。2彈簧管壓力表的結構自由端位移小，一般23mm，需機械傳動放大機構。圖示二、電接點壓力表三、膜盒式風壓表屬低壓儀表，范圍15040000Pa，常用于風煙系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)的壓力測量。圖示，簡介四、彈性壓力表的使用壓力測量系統(tǒng)構成：被測對象、取壓口、連接導管、壓力表。1壓力表的選擇需考慮的因素：現(xiàn)場條件（振動、濕度、溫度），介質的性質（流動、靜止、腐蝕性、易燃性），壓力的大小、波動，精度要求等。1223，波動大12。2壓力表的安裝圖示36 直管段、振動小、溫度不高、凝汽管、隔離罐、修正、傾斜度、切斷閥門或三通閥等。33 壓力變送器優(yōu)點：實現(xiàn)信號的轉換和遠傳，便于自動記錄、自動調節(jié)。一、差壓式壓力變

14、送器（YST-1型）壓力直流毫伏信號，用于測微壓。1儀表的結構及工作原理組成：測量膜盒、差動變壓器、電氣線路。圖示：37、382電氣線路工作原理圖示：39二、1151系列電容式變送器壓力、差壓的測量，1測量原理圖311C=A/d極板間介質的介電常數(shù)d極板間距21151系列電容式變送器的組成功能：將流體的壓力、差壓、流量和液位等參數(shù)轉換成420mmA,D.C的標準信號，用于顯示，或與組裝儀表、計算機等配用，組成壓力控制系統(tǒng)。組成：圖示I0差動電容量pp測量電路測量元件420mmA,D.CC1，C2圖：1151變送器的組成思考題：31、33、34、35第四章 流量的測量41概述一、流量測量的意義主

15、要意義：重要的熱工參數(shù)，保障安全經濟運行。例如：蒸發(fā)量，給水流，熱效率計算，經濟核算。汽、水、煤、油流量的連續(xù)測量。二、流量及流量單位流量：單位時間內通過管道中某一截面的流體的數(shù)量.單位:Th,Nm3/h三、流量測量儀表的分類按結構、原理分：容積式、速度式、差壓式、電磁式等。42節(jié)流件的測量原理及標準節(jié)流裝置一、節(jié)流件的測量原理組成如圖，原理：壓差流量節(jié)流裝置傳壓管路差壓計變送器+差壓計二、標準節(jié)流裝置1標準節(jié)流件標準節(jié)流孔板、噴嘴圖示即可2取壓裝置標準孔板：角接取壓（環(huán)室取壓、單獨鉆孔取壓） 法蘭取壓標準噴嘴：角接取壓3.對節(jié)流件前后直管段的要求要求：節(jié)流件上下游直管段長度按規(guī)定取，L1，L

16、2。三、流量計算公式節(jié)流件前后壓力和速度的變化情況。圖示47，詳解流量公式：qm=A021p 流量系數(shù)，0.6-1.2。流束膨脹系數(shù)。四、蒸汽壓力、溫度變化對流量測量的影響 的影響最大，可用壓力、溫度進行校正，或采用智能流量表。五、用DDZ-型儀表測量流量圖示DXZDBCXWDDJKDXS思考題：41、42、43第五章 水位的測量51 概述一、水位測量的意義保證機爐安全經濟運行的又一個重要參數(shù)。二、水位計的種類種類：云母水位計、差壓式水位計、電接點式水位計顯示方式：液面顯示、指針顯示、氖燈顯示、數(shù)字顯示、電視屏幕顯示。云母水位計簡介：指示值偏低。高壓低50mm左右，中壓低30mm左右。簡單、直

17、觀、可靠52 WL型智能汽包水位計原理：水位壓差平衡容器一、水位測量系統(tǒng)WL型智能汽包水位測量系統(tǒng)自成：平衡容器差壓變送器壓力變送器銅電阻LED數(shù)碼管顯示汽包水位汽包壓力環(huán)境溫度pptI0010mA,D.C或420mA,D.CI高低水位報警高低水位保護010mA,D.C或420mA,D.C電觸點WL型智能汽包水位測量系統(tǒng)組成二、測量原理圖5353 電接點式水位計突出優(yōu)點：受汽包壓力變化影響小、無遲延、準確可靠。一、工作原理水位容器引出水位，再裝設電極測點。如圖55原理：根據汽包內汽、水電阻相差很大來測量水位的。類型：氖燈式水位計：可見度較低雙色水位計： 數(shù)字式水位計二、電接點雙色水位計標志：汽

18、紅、水綠圖56，解釋原理與電路三、電接點數(shù)字式水位計圖57，解釋原理54 工業(yè)電視監(jiān)視汽包水位制造：身臨其境、耳聞目睹之感。 形象、逼真一、工業(yè)電視簡介閉路電視二、工業(yè)電視監(jiān)視汽包水位1.雙色牛眼水位表。2電視監(jiān)視系統(tǒng)：需密封恒溫箱，且有超溫報警指示。3使用：雙路單點監(jiān)視方式。思考題：52、55第六章 氧量的測量爐膛燃燒狀況的監(jiān)視：氧量、工業(yè)電視。燃燒好壞的衡量：過量空氣系數(shù)=21/（21-O2）圖 6-1 燃燒產物中O2含量與的關系曲線6-1 氧化鋯氧量計特點：結構簡單、準確可靠、反應迅速、維護量小。一、工作原理氧化鋯（ZrO2）:陶瓷類金屬氧化物。O2摻入一定量的CaO或Y2O3，經高溫燒

19、結，形成螢石型立方晶體。晶體中形成氧離子空穴，在高溫（700800）下具有很高的氧離子導電性。氧濃差原理：解釋E=KTlg(21) mV其中 K0.0496，O2=20.8E=0.0496Tlg(20.81)要求：工作溫度在700800 之間。二、測量系統(tǒng)分類：定溫式、補償式1直插定溫式測量系統(tǒng)組成：陶瓷過濾器、氧化鋯管、加熱爐絲、熱電偶、二次儀表等。2直插補償式測量系統(tǒng)直插補償式，過熱器后煙溫600700，煙溫的變化可補償。如圖65 EZE-ET三、DH-6型氧化鋯氧分析器組成：氧化鋯探頭、電控器、氣泵、變壓器、二次儀表等。優(yōu)點：測量準確快速、輸出線性化，便于顯示和調節(jié)。四、ZO系列氧化鋯氧

20、分析器6-2工業(yè)電視監(jiān)視爐膛燃燒介紹：爐膛火焰監(jiān)視系統(tǒng)圖69思考題：6-1、6-2、6-3、第七章 數(shù)字式儀表特點：測量準確、速度快、讀數(shù)醒目直觀、易于多點巡測，便于與計算機聯(lián)用。71數(shù)字式智能巡測儀一、巡測儀在火電廠中的應用一表多用、巡回檢測。巡測儀分類：通用型、專用型二、ST-60智能溫度巡測儀1特點檢測元件齊全：可與多種熱電偶、熱電阻配用。測量準確，使用方便：對溫度變化影響、元件非線性自動校正。功能強：自動巡測60個點，可手動選點；任意設定各路分度號、熱偶冷端溫度補償、檢測路數(shù)、上下限報警值、打印方式（定時、連續(xù)、越限）、時間、斷電自保持等功能。2巡測原理圖71 原理框圖。3儀表的使用六

21、位LED數(shù)碼管，前兩位是點序，第三位是正負號，后三位為溫度值。若某通道報警，則對應報警燈亮，直至恢復正常值方才消失。圖72 講解ST-10的使用方法。三、 能通用型1XC-52智能通用巡測儀可測量電壓、電流、功率、溫度、壓力、流量等參數(shù)，測點達100個；并留有串行通訊接口，可通過計算機對其進行管理和控制。2MPS-60多功能數(shù)字巡測儀可測模擬量、開關量，并可進行非線性校正和計算，可測模擬量60點，實時開關量4個，也能對重要參數(shù)進行追憶記錄。72 數(shù)字式智能轉速表數(shù)字轉速表：測量汽輪機轉速一、磁性轉速傳感器測速頭：將轉速轉化為頻率信號并輸出圖74 磁性測速傳感器結構測速原理： f=nZ/60當Z

22、60時，f=n。二、汽輪機轉速測量系統(tǒng)磁性測速傳感器SCZ-01型SCZ-03型ER系列nf語言功能思考題：7-1、7-2、7-3、7-5第八章 熱力設備的自動調節(jié)系統(tǒng)81概述一、自動調節(jié)的基本概念和術語圖81 鍋爐汽包水位調節(jié)1調節(jié)對象：被調節(jié)的生產過程或設備。如汽包、汽輪機。2被調量：表征熱力生產過程是否正常的物理量。調節(jié)對象的屬性。3給定值：被調量應保持的數(shù)值。4擾動：引起被調量變化的各種因素。分外擾和內擾。5調節(jié)機構：實現(xiàn)調節(jié)作用的裝置。如擋板、調節(jié)閥、勺管等。二、自動調節(jié)系統(tǒng)的組成和方框圖圖82負反饋閉環(huán)系統(tǒng)方框圖的作用：研究自動調節(jié)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)間信號傳遞關系及相互作用。三、調節(jié)過程

23、的品質1穩(wěn)定性衰減比 y1/y3衰減率 (y1-y3)/y1=1-y3/y1一般衰減比y1/y3=410或衰減率0.750.9的調節(jié)過程較好。2準確性準確性:被調量的偏差大小。包括：動態(tài)偏差、靜態(tài)偏差3快速性調節(jié)時間要盡可能的短，以不影響下一步調節(jié)。四、調節(jié)系統(tǒng)的分類1按使用的能源分氣動、電動、液動調節(jié)系統(tǒng)。2按給定值的性質分定值調節(jié)、程序調節(jié)、隨動調節(jié)。3按調節(jié)系統(tǒng)閉環(huán)回路的數(shù)目分單回路、多回路調節(jié)系統(tǒng)。思考題：8-1、8-382 機爐協(xié)調控制系統(tǒng)（CCS）協(xié)調控制的任務：滿足負荷變動的要求，并保持汽壓穩(wěn)定。一、定壓運行的基本控制方式1爐跟機方式（圖111）2機跟爐方式（圖112）3機爐協(xié)調

24、方式（圖113a）二、機爐協(xié)調控制系統(tǒng)（CCS）組成：機組負荷管理中心（LMCC）、機爐主控制器。如圖113（b）1機組負荷管理中心（LMCC）LMCC是人機聯(lián)系的接口，用于監(jiān)視和操作CCS系統(tǒng)。運行人員可進行的操作有：CCS控制方式的切換。增減目標負荷。設定最大最小負荷、負荷變化率。變壓運行方式的選擇（設定主汽壓力、壓力變化率）2. 機爐主控制器LMCC可進行自動手動切換，機爐主控制器接受LMCC送來的負荷指令P0,并根據運行狀況進行控制。CCS控制方式:汽輪機為基礎（爐跟機）：爐正常，汽機側有故障影響出力。鍋爐為基礎（機跟爐）：機正常，爐側設備有故障影響出力。功率控制（機爐協(xié)調）：機爐均正

25、常。變壓運行：80以下低負荷運行方式，經濟性好。需設定機前汽壓的上、下限和汽壓變化率。83給水調節(jié)系統(tǒng)一、概述1汽包鍋爐的調節(jié)任務1）維持汽包水位在允許的范圍內；2）穩(wěn)定蒸汽溫度和壓力；3）使鍋爐蒸發(fā)量滿足外界負荷的需要；4）保證燃燒的經濟性；5）維持爐膛負壓在允許的范圍內。2汽包鍋爐的自動調節(jié)系統(tǒng)理想的鍋爐調節(jié)系統(tǒng)：發(fā)生擾動時，各相關量應協(xié)調變化；實際的鍋爐調節(jié)系統(tǒng):有幾個相對獨立的調節(jié)系統(tǒng)組成。這些系統(tǒng)主要有：給水調節(jié)系統(tǒng)(H/W)過熱汽溫自動調節(jié)系統(tǒng)（/WB）燃燒過程自動調節(jié)系統(tǒng)（汽壓p、爐膛負壓pf、調節(jié)量：燃料量B、送風量V、引風量VS)二、鍋爐給水調節(jié)系統(tǒng)（一）給水調節(jié)的任務給水量W適應蒸發(fā)量D,以維持水位H。（二）給水調節(jié)對的動態(tài)特性1給水量擾動圖114、1152