《热力过程自动化》教案

《热力过程自动化》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，监视和操作项目迅速增加，人力无法完成，热力过程的操作与控制必须实现自动化。例：300MW机组，监视项目950—1050个，操作项目400个。二、现代电厂热力过程自动化的概况和发展趋势概况：电子管型—晶体管型—集成电路组装型—计算机控制。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、分散控制系统（DCS）我国自动化仪表发展趋势:小型化、系列化、通用化、智能化及标准化三、热力过程自动化的组成1．热工检测例如：t、p、Δp、D、H、O2等参数的检测2．自动调节CCS系统，锅炉给水、汽温、燃烧自动调节，汽轮机DEH系统、除氧器压力、水位自动调节，凝汽器水位自动调节等。3．远方操作（遥控）即手动远方操作，是自动调节的后备手段。4．热工信号和热机保护运行异常或参数越限发出：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．计算机集散控制系统DCS系统：DAS、CCS、SCS、FSSS、DEH、ATC、ETS、ECS、RB。特点：信息集中，控制分散。四、热工控制盘和控制台集控室：控制盘、控制台、DEH站、锅炉汽轮机DCS站、FSSS站、《热力过程自动化》2ECS站等。电力工业是技术密集型企业，生产过程复杂多变。要求运行值班员：严密监视、冷静分析、准确判断、合理操作。第一章热工测量的基本知识§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．为自动调节设备提供测量信号，并监视其运行。3．为经济核算提供数据，以寻求经济合理的运行方式。4．记录、打印异常数据，为分析事故原因提供依据。意义：为保证机组的安全、经济运行提供可靠、快速、准确的基本测量数据，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、成分分析仪表等。2．按用途分：标准仪表、实验室用仪表、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．按仪表采用的信号能源分：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。敏感元件中间件件显示件件被测参数电量传输或变换测量值非电量《热力过程自动化》3（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．绝对误差A=X-X0不能确切的反映测量的准确程度2．相对误差相对误差=A/(Xs-Xx)×100％例：一支体温表测量范围32℃～42℃,一支炉温表0～1000℃，绝对误差均为±1℃，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的绝对值。准确度等级：国标有0.005-5.0，工业用仪表0.5-2.5。2．基本误差基本误差：在规定的工作条件下，仪表所具有的最大误差。基本误差为校验值。3．回程误差示值回程误差：同一测点所得正、反行程测量值之差的绝对值。回程误差:全量程范围，各测点的最大示值回程误差。4．分辨率分辨率：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，分辨能力越强。5．灵敏度灵敏度：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=ΔL/ΔX6.迟延性时滞：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《热力过程自动化》4第二章温度的测量§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原因。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（根据测量原理）1．膨胀式温度计：-100～500℃2．压力表式温度计：0～300℃3．热电偶高温计：0～1600℃4．热电阻温度计：-200～500℃5．辐射高温计：600～2000℃，非接触式。§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、冷端eA(t,t0)A负电荷B＋＋＋－－－eAB(t)(a)接触电势A负电荷t0(b)温差电势teAB(t)eAB(t0)tt0A(+)B(-)eB(t,t0)eA(t,t0)(c)热电偶电势分布《热力过程自动化》5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EAB(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)若使冷端温度t0保持不变，则有：EAB(t,t0)=eAB(t)-c即EAB(t,t0)=fAB(t)二、常用热电偶的种类1．铂铑10—铂热电偶（分度号S）特点：测量准确、抗氧化、测温上限高，长期1300℃，短期1600℃。2．镍铬—镍硅热电偶（分度号K）特点：热电势大，线性度好，测温范围广（1000℃，1200℃）易氧化腐蚀。工业应用最广泛3．镍铬—铜镍（康铜）热电偶（分度号E）特点：热电势很大，灵敏度高，价格便宜，低温性能好不能测高温，易氧化变质，测温范围（600℃，800℃）三、热电偶的结构类型1．普通型热电偶结构：热电极：贵金属0.3-0.65mm，普通金属0.5-3.2mm，长度350-2000mm。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、反应快）、寿命长、结构牢固。结构：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1～8mm，长度可大100m以上3．热套式热电偶结构特点：锥形套管、三角锥面支撑、热套保温、焊接式安装。优点：抗冲击、严密牢固、热惯性小、准确、迅速。四、热电偶冷端温度的修正和处理1．冷端温度修正法—热电势修正法计算法、仪表机械零点调整法《热力过程自动化》62．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-200℃～500℃之间的温度，准确、稳定、灵敏度高、价格便宜。一、热电偶的测温原理图示2－15Rt=Rt0[1-α(t-t0)]α—电阻温度系数，1／℃纯度：R100／R0纯度越高，α值越大。二、热电阻的材料1．铂电阻测温范围：-200～500℃工业上常用R0有50Ω和100Ω两种，分度号为Pt50和Pt100，纯度为不小于1.3910。2．铜电阻测温范围：-50～150℃。工业上常用R0有50Ω和100Ω两种，分度号为Cu50和Cu100，纯度不小于为1.425。三、热电阻的结构与热电偶相类似，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结构1．工作原理原理：在流导体在磁场中受力而产生运动。M＝Mf2．动圈式仪表的结构《热力过程自动化》7包括：动圈系统、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，结构上采用立式圆柱形的内磁钢结构，采用了强力矩动圈表头的测量机构。稳定、快速，可用作调节器。XFZ-101型动圈式仪表组成方框图2－24§2－5电位差计与ER180系列自动平衡式仪表对重要热工参数进行连续记录、报警、调节。一、电位差计的测量原理电压平衡原理，图2—29二、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配合，用于温度显示，也可以与直流毫伏变送器配合，测量压力、差压、流量、水位，有多种报警方式。输入信号种类：1～5V，D.C、0～10mA，D.C、4～20mA，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、2－16RsRD··＋－t图2-24XFZ-101型动圈仪表组成方框图Ex＋－被测电势G＋－已知标准电势图2－29电位差计的测量原理《热力过程自动化》8第三章压力的测量§3－1概述一、压力测量的意义主要意义：保证主机及辅助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×100％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§3－2弹性压力表弹性压力表的优点：结构简单、造价低、测量范围宽（0.1-1×109Pa）原理：物体受力变形常用弹性元件：薄膜式(膜盒、膜片式)、波纹管式、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。Rα=R’α’rα=r’α’bα=b’αbα=（b+Δb）(α+Δα)得Δα=Δbα／（b+Δb）可见，b越小，α越大，则Δα越大，压力表越灵敏。因此多圈管更灵敏。2．弹簧管压力表的结构自由端位移小，一般2～3mm，需机械传动放大机构。图示二、电接点压力表《热力过程自动化》9三、膜盒式风压表属低压仪表，范围150～40000Pa，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（流动、静止、腐蚀性、易燃性），压力的大小、波动，精度要求等。1／2～2／3，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、自动调节。一、差压式压力变送器（YST-1型）压力——直流毫伏信号，用于测微压。1．仪表的结构及工作原理组成：测量膜盒、差动变压器、电气线路。图示：3－7、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=εA/dε—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～《热力过程自动化》1020mmA,D.C的标准信号，用于显示，或与组装仪表、计算机等配用，组成压力控制系统。组成：图示思考题：3－1、3－3、3－4、3－5第四章流量的测量§4－1概述一、流量测量的意义主要意义：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。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,Nm3/h三、流量测量仪表的分类按结构、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∝流量测量元件测量电路Δp\p差动电容量C1，C2I04～20mmA,D.C图：1151变送器的组成节流装置传压管路差压计／变送器+－差压计《热力过程自动化》11二、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要求：节流件上下游直管段长度按规定取，L1，L2。三、流量计算公式节流件前后压力和速度的变化情况。图示4－7，详解流量公式：qm=αεA0√2ρ1Δpα—流量系数，0.6-1.2。ε—流束膨胀系数。四、蒸汽压力、温度变化对流量测量的影响ρ的影响最大，可用压力、温度进行校正，或采用智能流量表。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§5－1概述