工業(yè)鍋爐房除氧系統(tǒng)自動控制設(shè)計與研究.doc

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1、論文名稱：工業(yè)鍋爐房除氧系統(tǒng)自動控制設(shè)計與研究 作者：劉訓寧 摘要：通過對準能黑岱溝實業(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)自動控制，改善除氧器進水溫度，降低除氧系統(tǒng)能耗，提高除氧系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。請?zhí)釋氋F意見! 關(guān)鍵字：除氧系統(tǒng) 除氧器 自動控制 1.引言： 　　本設(shè)計與研究是通過對準能黑岱溝實業(yè)公司鍋爐房現(xiàn)場情況和除氧系統(tǒng)工作狀態(tài)進行了調(diào)研，充分考慮除氧系統(tǒng)未來運行的要求等問題。如鍋爐給水泵由于水溫過高汽蝕問題、除氧器進水溫度過低，耗能（汽）過大及穩(wěn)定差等問題，針對除氧系統(tǒng)進行自動控制技術(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 設(shè)備型號：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，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，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到給水質(zhì)量標準要求。 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絕對大氣壓力下進行），在這種除氧設(shè)備又稱大氣式熱力除氧器。 在熱力除氧時、要保證有可靠的除氧效果，應(yīng)該在設(shè)計和運行中滿足下列條件 針對除氧效果條件本技術(shù)改造擬達到的目標及采取具體措施 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絕對大氣壓力）； 3 使水與蒸汽成相對方向流動，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，以免它們在水面上的分壓力增高，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 ——進入除氧器水的焓，kcal / kg ； i ——

5、進入除氧器蒸汽的焓，kcal / kg ； 098—除氧器效率； 設(shè)計大氣式熱力除氧注意事項 設(shè)計具體措施 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)計采用降溫措施以解決； 2 進入除氧器前給水混合溫度，一般不低于70○C； 本方案設(shè)計：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行只有對除氧器壓力和溫度以及除氧水箱水位高度進行自動調(diào)整時才有可能達到； 除氧器進水管上安裝水位變送器、溫度變送器，并采集相關(guān)信號； 4 保證除氧器中水力工況和熱力工況均

6、衡： 當補充大量比較冷的化學處理水時，應(yīng)當盡可能均勻地送進，并在幾個并列運行的除氧器間適當?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，以保證除氧器負荷的穩(wěn)定。 本方案設(shè)計：兩臺除氧器化學處理水均勻地送進，并在除氧器間適當?shù)胤峙洹Ｒ员ＷC除氧器負荷的穩(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，除氧水箱進水管和出水管上的溫度表。 本方案設(shè)計：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、氧水箱進水管和出水管上的溫度表。 6 最好用測氧計自動監(jiān)督水質(zhì)，在沒有測氧計的情況下，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 在除氧器運行時，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)當經(jīng)常有微量的蒸汽冒出。 8 除氧水箱水位自動調(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 兩臺除氧器并列運行時，為了平衡除氧器內(nèi)壓力和水位，各個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：除氧水箱設(shè)置連接的汽及水的平衡管。 　　我們根據(jù)準能黑岱溝實業(yè)公司鍋爐房除氧系統(tǒng)的具體情況，及運行

8、條件、設(shè)計大氣式熱力除氧注意事項等，提出技術(shù)改造方案如下： 4.1 除氧器自動控制 　　在除氧器進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，檢測進水溫度、進水流量、除氧器水位等信號，并將檢測信號輸入給計算處理模塊，以控制除氧器進水與加熱蒸汽的水力工況和熱力工況平衡，為達到的除氧效果，保證除氧溫度（1041.5℃），調(diào)節(jié)安裝在蒸汽管道上的電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門，通入的蒸汽進行加熱，隨除氧水溫高低變化而自動調(diào)整蒸汽流量大小。補水停止后，電動執(zhí)行器自動關(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也傳入處理模塊，除氧器實現(xiàn)自動控制的基本原理為： G = G △G

9、 式中：G —— 電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門開度 G —— 電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門計算開度 △G —— 電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門修正開度 　　上述關(guān)系說明：電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門開度G與兩個因素有關(guān)， G 為電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門計算開度，與進水溫度、進水流量有關(guān)，近似為常量；△G為電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門修正開度，當除氧水溫低于設(shè)定溫度時，開度增大；反之，開度減小。 　　除氧器水位變化控制，當水位降低時，自動啟動軟化水泵（冷凝水泵），給除氧器補水；當水位升高時，水泵自動停止。 4.2 蒸汽鍋爐給水系統(tǒng)控制 　　對蒸汽鍋爐給水系統(tǒng)控制，應(yīng)修復鍋爐原設(shè)計的單沖量自動給水系統(tǒng)、既根據(jù)汽包水位傳感器提供的信號，調(diào)整蒸汽

10、鍋爐給水電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門開度，從而改變給水流量，使汽包水位相對穩(wěn)定。 4.3 防止蒸汽鍋爐給水泵、熱水鍋爐補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：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.換熱裝置選型計算 序號 項目與內(nèi)容 數(shù)

11、據(jù)來源與計算公式 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 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)改造工程主要項目： 1、解體除氧頭及其相關(guān)系統(tǒng)管道，并對其進行全面檢查維護，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、修補兩臺除氧器除氧頭、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、安裝電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥及各類元件安裝與配線； 9、信號、控制電纜敷設(shè)； 10、一次元件、電動執(zhí)行機構(gòu)、自動控制與配電柜連接配置；

14、 11、除氧系統(tǒng)調(diào)試與運行。 12、恢復兩臺10t/h 蒸汽鍋爐給水系統(tǒng)控制系統(tǒng)，修復鍋爐原設(shè)計的單沖量自動給水系統(tǒng)、更換汽包水位傳感器，更換鍋爐給水電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門。 7.技術(shù)服務(wù)內(nèi)容 1、除氧器自動控制的技術(shù)研究，建立相關(guān)的數(shù)學模式； 2、編寫PLC運行程序與顯示屏操作程序； 3、采樣形式與采樣點的布置與設(shè)計； 4、電路設(shè)計與電器布置； 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給水系統(tǒng)的設(shè)計； 8.技術(shù)改造效果 1、除氧系統(tǒng)自動控制：除氧器實現(xiàn)自動控制后，水溫保持在tg

15、 = 1041.5℃之間，除氧效果穩(wěn)定，運行安全可靠； 2、超限報警：在意外情況下，發(fā)生除氧水箱水位異?，F(xiàn)象，即自動報警；除氧水箱水通過溢流管道排至軟化水箱； 3、手動操作：可實現(xiàn)人工手動操作，方便靈活，旋轉(zhuǎn)旋紐控制電動執(zhí)行器開度； 4、參數(shù)設(shè)定：設(shè)定除氧器目標溫度、溫度系數(shù)、壓力系數(shù)； 5、顯示功能：電動執(zhí)行啟開度、蒸汽壓力、溫度、進水壓力、進水溫度、除氧水溫； 6、狀態(tài)指示：指示燈顯示當前設(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、熱水鍋爐補水定壓泵入口處可能產(chǎn)生汽化的問題； 8、蒸汽鍋爐實現(xiàn)單沖量自動給水系統(tǒng)和恒水位功能。 除氧系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)框圖