工业锅炉房除氧系统自动控制设计与研究.doc

论文名称：工业锅炉房除氧系统自动控制设计与研究作者：刘训宁摘要：通过对准能黑岱沟实业公司锅炉房除氧系统工作状态研究,解决除氧系统自动控制，改善除氧器进水温度，降低除氧系统能耗，提高除氧系统运行稳定性。请提宝贵意见!关键字：除氧系统 除氧器 自动控制1.引言：本设计与研究是通过对准能黑岱沟实业公司锅炉房现场情况和除氧系统工作状态进行了调研，充分考虑除氧系统未来运行的要求等问题。如锅炉给水泵由于水温过高汽蚀问题、除氧器进水温度过低，耗能（汽）过大及稳定差等问题，针对除氧系统进行自动控制技术改造。2.设备技术参数：设备名称、大气式热力除氧器二台设备型号：CYA20 D20m3/h额定出力：20 t/h水箱容积：V= 35 m3工作压力：19.6 kPa工作水温：T = 104 生产厂家：营口县锅炉辅机厂出厂日期：1990年3.大气式热力除氧原理根据水中气体的溶解特性，要想将水中任何一种气体除去时，只要将水面上存在的该气体除去即可，因此希望排除水中的各种气体，最好水面上只有水蒸汽而无其它气体。热力除氧就是将水加热至沸点，氧的溶解度减小而逸出，再将水面上产生的氧气排除，使充满蒸汽，如此使水中氧气不断逸出，而保证给水含氧量达到给水质量标准要求。热力除氧器：为了保证水面上只有水蒸汽存在，必须将水加热至沸腾温度（在稍高于大器压力即1.02绝对大气压力下进行），在这种除氧设备又称大气式热力除氧器。在热力除氧时、要保证有可靠的除氧效果，应该在设计和运行中满足下列条件针对除氧效果条件本技术改造拟达到的目标及采取具体措施1增加水与蒸汽的接触面积，水流分配要均匀。采用喷雾填料相结合的除氧头，更换喷嘴、不锈钢?原件填料；2在整个水面上应保证水中溶解气体的压力与水面上该气体分压力之间有压力差。系统工作压力：19.6kPa（1.02 kg/cm2绝对大气压力）；3使水与蒸汽成相对方向流动，这样可以保证有最大可能的气体压力差和得到较完全的除氧。除氧头结构已满足；4必须迅速将水面上的气体去除，以免它们在水面上的分压力增高，这样就要求除氧器中气汽混合物要有足够的剩余压头，且排气管要有足够大的断面，装置要有足够的出力。排气管管径本技术改造方案设计选用Dg50mm排气管；5使水能很可靠地被加热到除氧器工作压力下的沸腾温度。工作温度：tg = 1041.5 4.大气式热力除氧器耗汽量计算DQ= （510%）G（i2i1）/（ii2）098 kg / h式中G 除氧处理最大水量，kg / h ；i2 除氧器出口水的焓，kcal / kg ；i1 进入除氧器水的焓，kcal / kg ；i 进入除氧器蒸汽的焓，kcal / kg ；098除氧器效率； 设计大气式热力除氧注意事项设计具体措施1大气式热力除氧器应放在给水泵上方，除氧水箱最低水位与给水泵中心线间的高差应不小于67米。锅炉房土建结构4.5米,不能满足高差要求，设计采用降温措施以解决；2进入除氧器前给水混合温度，一般不低于70C；本方案设计：除氧器前给水混合温度80C；3大气式热力除氧器的可靠运行只有对除氧器压力和温度以及除氧水箱水位高度进行自动调整时才有可能达到；除氧器进水管上安装水位变送器、温度变送器，并采集相关信号；4保证除氧器中水力工况和热力工况均衡：当补充大量比较冷的化学处理水时，应当尽可能均匀地送进，并在几个并列运行的除氧器间适当地分配。蒸汽凝结水在送入除氧器前最好先蓄积在中间贮水箱中，然后将这些凝结水均匀地送入除氧器，以保证除氧器负荷的稳定。本方案设计：两台除氧器化学处理水均匀地送进，并在除氧器间适当地分配。以保证除氧器负荷的稳定。5除氧器装置应具备下列控制测量仪表：监督除氧头内蒸汽压力用的压力表，蒸汽管减压前后的压力表和温度表，除氧水箱上的玻璃水位表，除氧水箱进水管和出水管上的温度表。本方案设计：除氧器装置测量仪表：监督除氧头内蒸汽压力用的压力表，蒸汽管减压前后的压力表和温度表，除氧水箱上的水位表，除氧水箱进水管和出水管上的温度表。6最好用测氧计自动监督水质，在没有测氧计的情况下，为了监督除氧器的工作，安装水温或压力记录表是有好处的。安装水温或压力记录表。7在除氧器运行时，必须特别注意监视空气引出管的作用，如果空气引出管应当经常有微量的蒸汽冒出。8除氧水箱水位自动调整器前应有闸门，在出水短管上应有取样（经冷却器）用的短节，以便监督含氧量。9两台除氧器并列运行时，为了平衡除氧器内压力和水位，各个除氧水箱上须有可以连接的汽及水的平衡管。本方案设计：除氧水箱设置连接的汽及水的平衡管。我们根据准能黑岱沟实业公司锅炉房除氧系统的具体情况，及运行条件、设计大气式热力除氧注意事项等，提出技术改造方案如下：4.1 除氧器自动控制在除氧器进水管安装温度变送器、流量传感器，在除氧器安装水位变送器，检测进水温度、进水流量、除氧器水位等信号，并将检测信号输入给计算处理模块，以控制除氧器进水与加热蒸汽的水力工况和热力工况平衡，为达到的除氧效果，保证除氧温度（1041.5），调节安装在蒸汽管道上的电动执行器调节阀门，通入的蒸汽进行加热，随除氧水温高低变化而自动调整蒸汽流量大小。补水停止后，电动执行器自动关闭。需要通入一定量的蒸气加热。压力传感器、温度传感器将温度信号也传入处理模块，除氧器实现自动控制的基本原理为： G = G G式中：G 电动执行器调节阀门开度G 电动执行器调节阀门计算开度G 电动执行器调节阀门修正开度上述关系说明：电动执行器调节阀门开度G与两个因素有关， G 为电动执行器调节阀门计算开度，与进水温度、进水流量有关，近似为常量；G为电动执行器调节阀门修正开度，当除氧水温低于设定温度时，开度增大；反之，开度减小。除氧器水位变化控制，当水位降低时，自动启动软化水泵（冷凝水泵），给除氧器补水；当水位升高时，水泵自动停止。4.2 蒸汽锅炉给水系统控制对蒸汽锅炉给水系统控制，应修复锅炉原设计的单冲量自动给水系统、既根据汽包水位传感器提供的信号，调整蒸汽锅炉给水电动执行器调节阀门开度，从而改变给水流量，使汽包水位相对稳定。4.3 防止蒸汽锅炉给水泵、热水锅炉补水定压泵汽化的技术处理除氧器出水热水温度高于锅炉给水泵、锅炉补水定压泵入口允许水温，并且锅炉房土建结构4.5米,不能满足高差要求，可能使蒸汽锅炉给水泵、热水锅炉补水定压泵入口处可能产生汽化（汽蚀）现象，水泵无法正常工作。本方案设计：在软化水泵（冷凝水泵）与除氧器之间安装水水换热装置。一是为了提高除氧器进水温度，使除氧器工作状态稳定，二是降低除氧器出水热水温度，可使蒸汽锅炉给水泵、热水锅炉补水定压泵入口处不产生汽化（汽蚀）现象。5.换热装置选型计算序号项目与内容数据来源与计算公式单位结果1换热能力Qh= G1（t1t2）= 2000054/0.86= 1,255,814W1设备选型参数：t1=104, t2=50t3=104, t4=80对数平均温差：t1= t1t4=10480 =24t2= t2t3= 50.25 =25tav =（t1t2）/ ln（t1/t2）=（24 25）/ ln（24/25）= 24.49 2换热系数：k=2500 W / m2W / m225003换热效率：= 0.960.964内壁污垢修正系数：= 0.70.75换热器换热面积：F = Qh/ tavk= 1,255,814/24.490.960.73000=25.44m225.446换热器选型：BXQ60025.70.6/0.6SS. L台27换热器参数：换热面积为25.7m2 管程数：2不锈钢波纹换热管25mm管长=2.5m6.除氧系统改造工程主要项目：1、解体除氧头及其相关系统管道，并对其进行全面检查维护，清理杂物，更换损坏部件；2、更换的填料、喷头；3、在除氧器进水管安装温度变送器、流量传感器，在除氧器安装水位变送器和在除氧头增设除氧水温变送器，并装配除氧头等；4、安装两台换热器及软化水泵（冷凝水泵）至换热器和换热器至除氧头的管道、阀门、仪表等；除氧器至换热器和换热器至蒸汽锅炉给水泵、热水锅炉补水定压泵的管道、阀门、仪表等；改造排气管路及其它相关管道的改造和安装；5、修补两台除氧器除氧头、管路保温结构；6、安装MCC控制柜及各类电器元件安装与配线；7、安装传感器（温度、压力、水位、）；8、安装电动执行器调节阀及各类元件安装与配线；9、信号、控制电缆敷设；10、一次元件、电动执行机构、自动控制与配电柜连接配置；11、除氧系统调试与运行。12、恢复两台10t/h 蒸汽锅炉给水系统控制系统，修复锅炉原设计的单冲量自动给水系统、更换汽包水位传感器，更换锅炉给水电动执行器调节阀门。7.技术服务内容1、除氧器自动控制的技术研究，建立相关的数学模式；2、编写PLC运行程序与显示屏操作程序；3、采样形式与采样点的布置与设计；4、电路设计与电器布置；5、相关数据的测定与参数设定；6、换热器选型，解决蒸汽锅炉给水泵、热水锅炉补水定压泵入口处可能产生汽化的问题；7、蒸汽锅炉单冲量自动给水系统的设计；8.技术改造效果1、除氧系统自动控制：除氧器实现自动控制后，水温保持在tg = 1041.5之间，除氧效果稳定，运行安全可靠；2、超限报警：在意外情况下，发生除氧水箱水位异常现象，即自动报警；除氧水箱水通过溢流管道排至软化水箱；3、手动操作：可实现人工手动操作，方便灵活，旋转旋纽控制电动执行器开度；4、参数设定：设定除氧器目标温度、温度系数、压力系数；5、显示功能：电动执行启开度、蒸汽压力、温度、进水压力、进水温度、除氧水温；6、状态指示：指示灯显示当前设备工作状态；7、解决原来存在的水温升高解决蒸汽锅炉给水泵、热水锅炉补水定压泵入口处可能产生汽化的问题；8、蒸汽锅炉实现单冲量自动给水系统和恒水位功能。除氧系统自动控制系统框图