利用PLC对火力发电厂化学监督微机管理的控制系统设计王建明.docx

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利用PLC对火力发电厂化学监督微机管理的控制系统设计王建明

沈阳航空工业学院

利用PLC对火力发电厂化学监督微机管理的控制系统设计

毕业设计

作者：

学号：

系（院）：

专业：

题目：

利用PLC对火力发电厂化学监督微机管理的控制系统设计

指导者：

评阅者：

2007年月日

【摘要】

化学监督工作是一个长期、细致的工作，其对保障机组安全经济运行的作用相当重要。

以上就是我在这次暑期实践中所了解到的一些基本知识，在今后的学习工作生活中，将成为一块很重要的奠基石，这块基石只是刚刚具备雏形，还需要更多的取完善它的轮廓，以及巩固其根基。

在这次暑期实践中，收获的不仅是知识的了解，更重要的是更加深刻的体会到学以致用、善于发现问题并且解决问题、学会互相帮助彼此进步的重要性。

实践不能单一就了解自己所学专业知识去应用，还必须在这种实践氛围里还要学会去与人沟通，要在实践的同时积极的去和别人交流，不管他人对自己的看待，要做到以虚心求教的心去实践认知。

既要学到知识，也要能够锻炼自己和不同层次的人交流的能力。

短短的半个月实践结束了，留下的知识结构问题有很多，毕竟知识和能力尚有限。

不过师傅们的支持和帮助激励了自己学习的信心

针对平时在校所学专业课程，按照学校对学生自身专业技能的要求，我到贵州省纳雍发电总厂进行了为期半个月的社会实践。

由于所学电力用煤技术、电力用油、电厂化学水处理知识倾向于简单的理论化和单纯化，对自己综合分析的能力尚有所限制，但是这丝毫没有影响到我热爱实践的信心，在这半个月内，我主要是针对整套电厂炉外化水处理系统、炉内水汽运行监督、火力发电厂燃煤现场运行监督、以及煤制样分析的相关基础知识来进行实践，期间遵守大学生各项纪律，充分发扬当代大学生的精神风貌，并通过了部分《电力安全操作规程》的测试。

具体总结如下：

dlgcs整理

【关键字】

PLC、火力发电、电厂化学、微机管理、控制系统

目录

第1章对本专业工作的主要认识…………………………………………5

1.1化学专业要为电厂的安全经济运行服务……………5

1.2项目内容……………………………………………………5

1.3系统设计目标……………………………………………6

第2章方案论证…………………………………………………………7

2.1总体设计思想……………………………………………7

2.2E-R图及分析………………………………………………9

2.3系统设计工具……………………………………………10

2.4经济技术分析……………………………………………10

第3章结构特性设计……………………………………………………12

3.1结构设计……………………………………………………12

3.2数据库设计…………………………………………………12

第4章行为特性设计……………………………………………………21

4.1功能模块图…………………………………………………21

4.2功能概要设计………………………………………………25

结束语………………………………………………………………………28

致谢……………………………………………………………………………29

参考文献………………………………………………………………………30

第1章         对本专业工作的主要认识

    1.1化学专业要为电厂的安全经济运行服务。

化学设备的安全运行与各项水处理指标合各就是最大的效益，化学方面不存在瞬间发生事故而造成设备或经济损失，因为化学造成的损失是一个长期的缓慢积淀的过程。

一旦化学专业问题积累爆发爆发，可能是大面积的、长时间的停炉、停机。

较为突出的问题有：

锅炉水冷壁等受热面结垢、腐蚀或氢脆损坏，引起频繁爆管；给水管道氧腐蚀严重，必须停炉停机更换；汽轮机轴封漏汽严重，造成汽轮机油乳化，被迫停机等等。

另外，在整个运行周期中，如果结垢现象产生严重，还会大大降低发电厂的经济性。

1.2化学工作的核心是监督。

化学监督通常包括水、汽、煤、油、灰、废液、废水及环保监督等内容。

工作任务是：

供水、供氢；及时反映和监督汽水品质，对水汽质量进行监控和必要的处理；监督凝汽器泄漏、除氧器运行，以防止热力系统腐蚀、结垢、积盐，避免因水汽质量故障引起检修；及时提供燃煤、飞灰分析数据，为锅炉及时调整燃烧工况提供依据，降低煤耗，提高热效率；做好油质监督及防劣化措施；做好热力设备的停、备用以及保护；监督废液、废水、废气的达标排放等等。

这一系列的工作都需要各运行人员乃至各专业间的密切配合。

 二、化学监督微机管理的软件系统    

2.1可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC）

可编程控制器由于抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛应用。

工业年月机作为中央控制单元，配有组态软件，选用大屏幕实时监视界面。

实现各控制点的动态显示、数据修改、故障诊断、自动报警，还可显示查询历史事件记录，系统各主要部件累计运行时间，各装置工艺流程图，各装置结构图等。

中央控制单元和下位机PLC之间采用串行通讯方式进行数据交换，通常距离在1000m以内选用485双绞线通讯方式，较常距离可选用光纤通讯，更长距离也可选用无线通讯方式。

下位机选用PLC控制，根据控制对象的多少，控制对象的范围，可选用一台或多台PLC进行控制，PLC之间数据交换是利用内部链接寄存器，实现数据交换和共享。

由于PLC对现场进实时监控具有很高的可靠性，且编程简单、灵活。

操作人员可通过程控来完成化水设备的日常正常运行监督与维护。

2.2主要功能有：

模拟量数据表格、光柱、曲线等多种显示模式任意切换，故障及超标声光报警；机组热力系统化学指标动态指标显示及各阀门的开闭切换与泵或风机的起停；化学通讯网络系统可与厂内网络联网实现数据共享。

三、化水设备部分

3.1浮床设备

浮床深层过滤利用分步成床，是滤床中的粒径按上下大小排列形成滤层，运行时水从滤料底部进入，依次经过大小粒径的滤层，使得水中的悬浮固体颗粒从大到小被滤层截留，实现深层过滤，使得整个滤层都具有截污能力，因此也大大提高浮床的截污的能力（一般在12Kg/M3左右）。

保证除去由澄清池带来的藻类等悬浮物杂质，从而也提高了水质，通过一级除盐系统的水质更为良好。

运行流速<=40米/小时。

比常规设备提高4倍左右。

浮床失效的时候，即落床，需要进行成床再生。

3.2设备简介

该厂化水车间拥有澄清池、浮床、除碳器、除盐水箱、以及清水箱各三台。

采用二级复床除盐系统。

3.2.1一级复床交换器采用无顶压逆流再生，阳离子交换器中排采用316L绕丝水帽，离子交换树脂为001×7凝胶型强酸性阳树脂，用HCL再生；

3.2.2阴离子交换器中排采用1Cr18Ni97i绕丝水帽，离子叫交换树脂为201×7凝胶型强酸性阴树脂，用NaOH再生；

3.2.3混床采用001×7MB强酸性阳树脂，201×7凝胶型强酸性阴树脂；

3.2.4凝结水精处理系统每台机组设置一套混床单元，每套混床单元共用一套再生系统设备，系统再生工艺为锤斗分离体外再生

3.3另外，工业废水处理系统主要集中处理全厂机组生产的废水。

包括有锅炉补给水系统再生排水、排泥水、锅炉污水、除尘器清洗水等。

这些废水集中进入工业废水处理系统进行处理，处理合格的废水经两台回用水泵送至锅炉除渣系统的清水箱和回水箱，作为冲灰和冲渣的回用水

四、凝结水精处理系统

4.1凝结水精处理系统的作用除去因凝汽器轻微泄露造成凝结水污染和热力系统内的腐蚀产物，悬浮杂质和溶解的胶体SiO2防止汽轮机通流部分积盐。

凝凝汽器轻微泄露时，为保障机组安全、经济可靠运行。

除去漏入的盐分及悬浮物杂质。

有时间采取查漏、堵漏。

严重时候，可保证机组按预定程序停机。

除去漏入凝汽器空气中的二氧化碳。

以纳雍电厂为例，该厂凝结水进行100％的处理，每台机组设置一套混床单元，每套混床单元共用一套再生系统设备，本系统再生工艺为锤斗分离体外再生。

凝汽器泄漏是水质污染和化学故障的总根源火电厂的设备故障曾被简缩为“烧、爆、掉”三字，即发电机与变压器绝缘破坏的烧毁；锅炉四管及其它承压部件爆漏；汽轮机叶片断裂。

这些故障都有直接、间接的化学诱因，例如内冷水质不良引起的双水内冷机组或定子水冷机组腐蚀结垢堵塞超温，氢气湿度过高造成局部结露影响线棒绝缘和护环应力腐蚀开裂；由于结垢引起水冷壁管超温变形，由于积盐引起过热器管、再热器管超温变形，由于酸性、碱性腐蚀、氧腐蚀造成水冷壁管穿孔或脆爆，由于氧（运行或停用）腐蚀引起省煤器管穿孔；汽轮机可因结盐垢损坏叶片，而凝汽器泄漏，除影响汽轮机运行外，更是水质污染和化学故障的总根源。

对于大机组来说，除了保证锅炉补充水质合格外，更应关注凝结水质及凝结水处理设备。

4.2凝结水处理系统分为两部分：

一部分为凝结水精处理部分，包括高速混床，树脂捕捉器，再循环系统；另一部分为体外再生部分，包括再生单元，酸碱计量单元，冲洗水泵及罗茨风机单元。

其工艺系统流程为：

↗旁路系统↘

→凝结水泵→高速混床→低加→

↑↓

精处理再生系统

其中，精处理系统旁路开启原则：

旁路开启50％条件满足任一条件：

混床失效（出水电导率>0.20us/cm,SiO2>15ug/L,Na>5ug/L）;母管进口压力差大于0.30Mpa

旁路开启100％条件满足任一条件：

进水母管温度>50摄氏度；旁路阀前后压差>0.35Mpa.进水母管压力>3.5Mpa

五、常规化学实验分析

5.1游离CO2的测定水样直接进入预先加有一定体积的NaOH标准溶液的取样瓶中，水中游离CO2被NaOH转化为碳酸盐而固定，要用碳酸标准溶液中和和反滴定，并计算水中游离CO2的含量。

（反应式略）　

测定方法：

1、打开取样门，放水时间不少于5min，保证无气泡。

2、于取样瓶中预先加入2滴1%的酚酞指示剂和一定量的NaOH标准溶液。

3、将玻璃管轻插入取样瓶底，待水样不再流入并拔除取样管。

4、立即用C（1/2H2SO4）=0.02moL/L硫酸标准溶液中和滴定到溶液红色刚刚消失为止。

5、往上述水样中加入1-2滴1%的甲基橙指示剂，继续用C（1/2H2SO4）=0.02moL/L硫酸标准溶液滴定至黄色转为橙色即为终点。

记录此时消耗的硫酸标准溶液的体积（a）。

式：

CO2=a*c*44*1000/VH2O（mg/L）

其中：

a——第二次消耗H2SO4的体积

VH2O——除去加入NaOH标准溶液后的体积

　5.2二氧化硅的测定

　5.2.1pH1.2~1.3的溶液，可溶性硅与钼酸铵反应生成硅钼黄，再用氯化亚锡还原生成硅钼蓝。

此蓝色的色度与水样里可溶性硅有关。

分析水样中可溶性硅含量大于0.5mg/L时，测定方法如下：

①一组比色管中分别加入SiO2工作液<1毫克含0.02毫克SiO2>：

0.25，0.5，1.0，1.5…….mL。

用试剂稀释倒10mL。

②在另外一只比色管注入适量水样并用试剂水稀释倒10mL。

③往上述比色管各加入0.2mL硫酸溶液，摇匀。

    ④用滴定管分别加入1mL钼酸铵溶液，摇匀。

⑤静止5min后，用滴定管分别加入5mL5moL/L硫酸溶液，摇匀。

⑥静止1min，再分别加入2滴氯化亚锡溶液，摇匀。

⑦静止5min后比色。

5.2.2当水样中可溶性硅含量小于0.5mg/L时，SiO2工作液量分别为：

0.1，0.2，0.3，0.4……mL，在⑦静止5min操作后加入3mL正丁醇，纵向剧烈摇动20-25次，静止待溶液分层后比色。

其他操作同上。

六、炉内水汽运行监督工作 

6.1水汽系统流程为:

由锅炉送出来之过热蒸汽到汽轮机高压缸做功后,返回再热器;重新加热后,又送回汽轮机中压缸、低压缸,做功后的乏汽排入凝汽器;凝结水由凝结水泵升压经4台低压加热器初步加热后送入除氧器,被除氧后流入除氧器水箱;除氧后的低压给水经给水泵升压后再经3台高加加热后送入锅炉,经加热蒸发、过热器过热后成为过热蒸汽形成循环。

炉内水汽运行监督要特别留意各项控制指标，炉内水汽运行监督项目主要包括“给水”、“炉水”、“凝结水”、“内冷水”、“补给水”、“饱和蒸汽”、“过热蒸汽”等水汽品质，“SiO2”、“Na”、“Fe”、“Cu”、“PH”、“导电度”等水汽品质。

超出正常范围将直接引起结垢、腐蚀的缓慢现象。

长期下去将直接影响机组结垢、腐蚀。

尤其注意的项目是凝结水的氢电导率、硬度、含氧量，给水的pH、含氧量，炉水的pH，过热蒸汽的含钠量。

务必保持这些指标合格和达到期望值，其中尤其应当保持锅炉水pH合格。

亚临界参数锅炉炉水磷酸根控制标准为0.5-3 mg／L（国标），而且倾向于维持低限。

6.2水汽监督与处理工作主要在取样、凝汽器检漏、加药、凝结水除铁4个系统。

机组运行过程中,炉水磷酸盐处理为根据炉水品质进行手动启停磷酸盐泵,人工调节;给水加联胺为连续运行,加药量依据给水流量自动调节;凝结水加氨为自动运行,其启停受凝结水电导控制,加药量依据凝结水流量自动调节。

在线仪表可对机组水汽品质进行连续监督,化学运行人员对水汽样品每天进行2次手工校对化验,每天只需要上白班;加药系统出现故障、水汽品质出现异常,都有报警信号在"报警光字牌"上进行声光显示;总报警信号送至主控室,此时主控室运行人员将通知化学人员对有关异常情况进行检查、处理。

七、火力发电厂燃煤运行与监督火力发电厂化学监督工作是保证电力系统安全生产的重要措施，是科学管理设备的一项基础性工作。

而燃煤监督是化学监督的重要组成部分，它必须贯彻“预防为主，质量第一”的方针，实施安全生产过程的监督，及时发现和消除燃煤监督有关的设备隐患，防止锅炉及相关是故的发生。

煤耗是电厂最重要的指标，煤质监督也就日趋受到重视。

煤质监督工作应把重点放在采、制样上，包括采用先进的采、制样工具，合理的采样方法等，因为测试误差是很小的，误差主要在于采制样过程中。

同时，为给锅炉及时调整燃烧工况提供依据，降低煤耗，提高热效率，应改变现有的飞灰取样、分析方式，采用飞灰在线监测装置。

7.1入厂煤

7.1.1以纳雍电厂为例，该厂采用电子汽车衡计量煤量，台秤称重传感弹性形变使得贴附其上的应变计桥路失去平衡，产生电信号，通过放大作用，经A/D转换为数字信号，由微机系统处理煤计量数据。

7.1.2煤的发热量检测煤的发热量高低是煤炭计价的主要原则，是计算电厂经济指标的主要参数。

是锅炉得以稳定燃烧的必要条件。

发热量的含义及其测定方法，所谓发热量是指单位质量的燃料完全燃烧产生的热量。

发热量测定需要特别控制关键条件是燃烧条件及保证完全燃烧。

这样才能更精确知道发热量的高低。

除燃烧条件影响外，发热量的高低主要取决于煤中可燃物（挥发分与固定碳）的含量及其组成。

测热原理：

恒温式热量计测热原理。

称取一定量标准量热物质苯甲酸置于氧弹中。

氧弹充以一定压力的氧气，苯甲酸在氧弹那完全燃烧，所释放的热量，传给热量计热系统，根据牛顿冷却定律，将燃烧过程中热量系统与恒温环境之间的热交换进行修正，就可以计算出热量计的热容量，或称能当量。

它的含义，就是指热系统升高1K（1摄氏度）所吸收的热量。

弹筒发热量，是指热量计实测发热量Qb,单位质量的煤样在又过量氧的氧弹中燃烧后所产生的热量。

低位发热量时指有效发热量或净热值Qnet；高位发热量表征煤的发热量高低Qgr,将弹筒发热量减去硫酸硫酸与二氧化硫生成热之差及硝酸的生成热，即得高位发热量：

Qgr,ad=Qb,ad–94.1Sb,ad-ɑQb,ad

Qgr,ad_____空气干燥基煤样的高位发热量,J/Kg

Qb,ad____空气干燥基煤样的弹筒发热量,J/Kg

Sb,ad——空气干燥基煤样的弹筒含硫量（当St,ad<4%时，可用St,ad代替Sb,ad）94.1——煤只每1%的硫的校正热，J

ɑ——硝酸的校正系数，根据Qb,ad的高低，可以取：

0.0010、0.0012或0.0016

7.1.3入厂煤煤质监督入厂煤煤质监督是做好电力生产安全过程煤质监督的基础与前提。

每批入厂煤均需进行常规特性指标的测定，包括全水分、空气干燥基、固定碳、灰分，挥发分、含硫量、高位发热量等。

7.2入炉煤

7.2.1入炉煤煤质监督入炉煤煤质监督的基本任务是：

按照锅炉设计的要求，做好配煤掺烧，控制好入炉煤质，以保证锅炉安全经济运行；另一方面，做好煤质的检测工作，用以计算电厂的经济指标——发供电标准煤耗。

其中化学工作人员需要对入炉煤煤样进行常规特性指标分析，包括全水分、空气干燥基、固定碳、灰分，挥发分、含硫量、高位发热量等。

每半年及终年要对入炉煤半年及全年的按月混合进行煤、灰全分析。

其项目同入厂煤。

若锅炉运行异常，可增加对煤的可磨性、灰熔融性检测。

    　总结：

化学监督工作是一个长期、细致的工作，其对保障机组安全经济运行的作用相当重要。

以上就是我在这次暑期实践中所了解到的一些基本知识，在今后的学习工作生活中，将成为一块很重要的奠基石，这块基石只是刚刚具备雏形，还需要更多的取完善它的轮廓，以及巩固其根基。

在这次暑期实践中，收获的不仅是知识的了解，更重要的是更加深刻的体会到学以致用、善于发现问题并且解决问题、学会互相帮助彼此进步的重要性。

实践不能单一就了解自己所学专业知识去应用，还必须在这种实践氛围里还要学会去与人沟通，要在实践的同时积极的去和别人交流，不管他人对自己的看待，要做到以虚心求教的心去实践认知。

既要学到知识，也要能够锻炼自己和不同层次的人交流的能力。

短短的半个月实践结束了，留下的知识结构问题有很多，毕竟知识和能力尚有限。

不过师傅们的支持和帮助激励了自己学习的信心