德士古水煤浆气化工艺的组态设计组态王设计 范恒飞课程设计.docx
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德士古水煤浆气化工艺的组态设计组态王设计范恒飞课程设计
课程设计报告
题目：
德士古水煤浆气化工艺的组态设计（组态王设计）
学生姓名：
范恒飞
学生学号：
1008020106
系别：
电气信息工程学院
专业：
自动化
届别：
14届
指导教师：
贾群
电气信息工程学院制
2013年5月
德士古水煤浆气化工艺的组态设计（组态王设计）
学生：
范恒飞
指导老师：
贾群
电气信息工程自动化专业
1基于组态王课程设计的任务与要求
1.1课程设计的任务
1﹑熟悉并熟练掌握﹑运用组态王软件；
2﹑通过组态王软件的使用，进一步掌握了解过程控制理论的相关知识；
3﹑培养自主查找资料﹑搜寻信息﹑自学的能力；
4﹑培养实践动手﹑动脑的能力；
1.2课程设计的要求
1﹑采用V6.53版本组态王德士古水煤浆气化工艺过程进行组态进行设计。
2﹑根据所给的化工工艺进行主画面，需要在界面上进行合理的进行优化设计，掌握组态软件设计的基本功能。
3﹑根据主画面工艺内容，再设计相关分画面，可以做报警、历史、实时、控制、数据分析等画面（其中显示数据可以根据工艺过程用随机值进行表示）。
总画面数不应少于5个。
4﹑画面设计要有一定的可观性，要充分进行动画显示设计，杜绝静止画面。
5﹑画面切换要非常流畅，适当加入按钮或热区设计等相关链接环节。
6﹑提交课程设计时间节点：
2013年5月1日-5月8日。
7﹑报告格式按照电气学院电子课程设计文件要求进行，报告撰写可按以下环节展开。
2德士古水煤浆气化工艺的介绍
2.1工艺基本功能
目前，石油和化学工业在快速发展的同时，正面临着资源、能源和环境等多重压力。
由于我国石油和天然气短缺，煤炭相对丰富，煤炭在我国的能源和化工的未来发展中所处的地位会变得越来越重要，随着煤气化技术的不断成熟，特别是加压气化方法的逐步完善和下游产品的多样化，煤气化已成为我国目前煤化工的重中之重。
其中煤炭气化中以德士古水煤浆气化炉为典型代表。
德士古气化法是一种以水煤浆为进料的加压气流床气化工艺。
德士古水煤浆加压气化工艺简称TCGP，是美国德士古石油公司TEXACO在重油气化的基础上发展起来的。
从1945年发展至今，德士古水煤浆气化工艺也是当前世界上发展较快，技术先进的第二代煤气化技术，TEXACO水煤浆气化工艺是将一定粒度的煤粒及少量添加剂与水在磨机中磨成可以用泵输送的水煤浆，与富氧在加压及高温状态下发生不完全燃烧反应制得高温合成气，高温合成气直接在水中冷却（激冷流程）。
合成气体经进一步冷却除尘后，可以通过燃气轮机与其副产的高压蒸汽实现洁净的煤气化联合发电技术；还可以用以作制造一碳化学品、合成氨。
由于是在加压及连续操作下进行，所以工艺简单，又因其三废排放少，水的循环利用属环境友好型工艺。
2.2德士古水煤浆气化工艺的特点
1﹑用于该工艺的煤种范围广泛
由于煤在磨机中被研磨成一定的粒度（小于10mm），故原料不受原料煤粒度的限制，德士古水煤浆气化理论上，可以广泛使用各种煤种作为原料。
2﹑热能的回收利用
德士古水煤浆气化工艺本身就需要高压高温，所以热能可以被合理的利用，用于联合发电等。
3﹑有利于环境保护
2.3德士古水煤浆气化原理
德士古水煤浆加压气化炉过程属于气流床疏相并流反应。
水煤浆通过喷嘴在高速氧气的作用下，破碎、雾化喷入气化炉。
氧气和雾状水煤浆在炉内受到耐火衬里的高温辐射作用，迅速经历预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等一系列复杂的物理、化学过程。
最后生成以一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气为主要成分的湿煤气、熔渣和未反应的碳，一起同流向下，离开反应区，进入炉子底部激冷室水浴，熔渣经淬冷、固化后被截留在水中，落入渣灌，经排渣系统定时排放。
煤气和饱和蒸汽进入煤气冷却净化系统。
德士古气化法是采取高压气化，是以水煤浆形式的湿法进料。
虽然高压气化能有效地提高生产能力和煤气品质，但是在高压条件下解决于粉进料和煤锁装置问题是相当困难的，因此改进为水煤浆湿法进料的方式。
1﹑气化炉内的反应
9．6％纯氧经德士古烧嘴呈射流状态进入气化炉，在高温、高压下进行气化反应，生成以CO+H2为主要成分的粗合成气。
在气化炉内进行的反应相当复杂，一般认为气化分三步进行：
1﹑煤的裂解和挥发份的燃烧
水煤浆和氧气进入高温气化炉后，水份迅速蒸发为水蒸汽。
煤粉发生热裂解并释放出挥发份。
裂解产物及挥发份在高温、高氧浓度下迅速完全燃烧，同时煤粉变成煤焦，放出大量的反应热。
因此，在合成气中不含有焦油、酚类和高分子烃类。
这个过程进行的时间很短。
2﹑燃烧及气化反应
煤裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧气发生燃烧反应，生成CO、C02等气体，放出反应热；另一方面，煤焦又和水蒸汽、C02等发生化学反应，生成CO、H2。
3﹑气化过程的化学反应
这时主要进行的是煤焦、甲烷等与水蒸汽、C02发生的气化反应，生成CO和H2。
气化炉内发生的化学反应是很多的，在火焰中可能同时进行以下化学反应：
CmHn+（m+n/4）O2=mCO2+n/2H2O ①
2C+O2=2CO +246.6KJ ②
C+O2=CO2 +409.1KJ ③
2CO+O2=2CO2 +573.2KJ ④
H2+1/2O2=H2O ⑤
C+H2O=CO+H2 －122.7KJ ⑥
CO2+H2=CO+H2O －42.3KJ ⑦
CH4+H2O=CO+3H2 －412.8KJ ⑧
C+CO2=2CO －165.0KJ ⑨
CH4=C+2H2 ⑩
此时还可能发生如下副反应：
COS+H2O=H2S+CO2 ①
C+O2+H2=HCOOH ②
N2+3H2=2NH3 ③
N2+H2+2C=2HCN ④
2.4工艺流程介绍
德士古水煤浆气化工艺有5个重要单元：
磨煤制浆单元﹑水煤浆气化合成气单元﹑烧嘴冷却单元﹑锁斗单元﹑水处理单元。
1﹑磨煤制浆单元
制浆单元用于水煤浆的制备。
原料煤经过称重给料机计量后送人磨机，同时在磨机中加入水、添加剂、石灰石、氨水，经磨机研磨成一定粒度分布浓度的水煤浆，合格的水煤浆由低压煤浆泵送入煤浆槽中，再经过高压煤浆泵送入气化炉中。
2﹑水煤浆气化合成气单元
磨制得到的水煤浆经高压煤浆泵加压送到气化炉中，后与高压氧气经德士古烧嘴混合后呈雾状喷入气化炉燃烧室，在燃烧室中进行复杂的气化反应，生成的煤气（称为合成气）。
合成气和熔渣经激冷环及下降管进入气化炉激冷室冷却，冷却后的合成气经喷嘴洗涤器进入碳洗塔，熔碴落人激冷室底部冷却、固化，定期排出。
高温的合成气进过激冷降温，会把大量的热能传递给水，产生大量的水蒸气，合成气和水蒸气混合输出气化炉。
在碳洗塔中，合成气和水蒸气的混合气体进一步冷却、除尘，并控制水气比（即水汽与干气的摩尔比），然后合成气出碳洗塔进入后工序。
3﹑烧嘴冷却单元
德士古工艺烧嘴是气化装置的关键设备，一般为三流道外混式设计，在烧嘴中煤浆被高速氧气流充分雾化，以利于气化反应。
由于德士古烧嘴插人气化炉燃烧室中，承受着高温，为了防止烧嘴损坏，在烧嘴外侧设置了冷却盘管，在烧嘴头部设置了水夹套，并由一套单独的系统向烧嘴供应冷却水，该系统设置了复杂的安全联锁。
4﹑锁斗单元
落人激冷室底部的固态熔渣，经破渣机破碎后进入锁斗单元，锁斗单元设置了一套复杂的自动循环控制系统，用于定期收集炉渣。
在排渣时锁斗和气化炉隔离。
锁斗循环分为减压、清洗、排渣、充压四部分，每个循环周期约30分钟，保证在不中断气化炉运行的情况下定期排渣。
5﹑水处理单元
水煤浆气化需要大量的水，该单元主要用于水的回收处理以及水的循环利用。
从气化炉和碳洗塔排出的是含固量较高黑水。
首先黑水送入高压、真空闪蒸系统，进行减压闪蒸，以降低黑水温度，去除溶解的气体及浓缩黑水，经闪蒸后的黑水含固量进一步提高，送往沉降槽澄清，澄清后的水循环使用。
图1工艺流程图
3德士古水煤浆气化工艺的仿真
3.1.1组态王的简介
组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。
它基于MicrosoftWindowsXP/NT/2000操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。
采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。
它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。
组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。
工程管理器：
工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、
添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。
工程浏览器：
工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及
相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。
运行系统：
工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计
显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。
3.1.2组态王具有的五大特点：
1、工程管理
为用户集中管理本机上的所有组态王工程。
2、画面制作系统
（1）支持无限色和过渡色；
（2）图库“一次构造，随处使用”；
（3）多种形状和效果的按钮和多种格式的图形；
（4）可视化动画连接向导。
3、报警和事件系统
具有方便、灵活、可靠、易于扩展、通过网络远程报警的特点。
4、报表系统bb
提供一套全新、集成的内嵌式报表系统，内部提供丰富的报表函数。
提供报表工具条、报表模板，报表能够进行组态。
5、控件
支持Windows标准的ActiveX控件（主要为可视控件），包括Microsoft提供的标准ActiveX控件和用户自制的ActiveX控件。
三个功能强大的控件，即数据表格控件；历史曲线控件；PID调节控件。
3.1.3组态王设计的一般步骤
第一步：
创建新工程
为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。
第二步：
定义硬件设备并添加工程变量
添加工程中需要的硬件设备和工程中使用的变量，包括内存变量和I/O变量。
第三步：
制作图形画面并定义动画连接
按照实际工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。
第四步：
编写命令语言
通过脚本程序的编写以完成较复杂的操作上位控制。
第五步：
进行运行系统的配置
对运行系统、报警、历史数据记录、网络、用户等进行设置，是系统完成用于现场前的必备工作。
3.2利用组态王软件进行设计
3.2.1新建工程
打开组态王软件，第一步创建新的工程，命名为“我的工程”，设置保存路径，内容描述。
如下图所示：
图2新建我的工程
3.2.2新建画面
点击“开发”或者双击工程，进入工程，点击新建工程画面，进入开发系统画面，设置背景属性名称等，打开工具栏，使用图库创建需要的器件：
泵，管道，反应塔，等；将创建的器件合理的放置，并对器件进行文字标注，如下图所示：
图3主画面----反应车间监控中心
3.2.3建立仿真的plc
选择系统|COM1，点击新建：
图4-1通讯方式图4-2逻辑名称
图4-3串口选择图4-4地址设置
图4-5通信参数图4-6信息总结
3.2.4完善数据词典库
点击数据库|数据词典，新建该组态系统需要的变量,如图所示:
图5数据库的完善
3.2.5动画链接
双击反应塔和泵以及指示灯对其进行填充的颜色设置开始关闭的颜色设置正常色报警色的设置，以及相关参数的设定。
参见下图：
图6-1反应器的设置
图6-2泵，指示灯的设置
在反应塔附近写上文本“#####”并双击对其参数进行设置可以将反应塔的液位时实时显示出来。
3.2.6主画面以外的其余画面的设置
1﹑历史趋势曲线画面
新建一个画面，命名为“历史趋势曲线”,在画面中打开工具箱的图库，选择历史曲线，添加到画面中并调整好适当的大。
图7历史趋势曲线画面
2﹑报表画面
新建一画面，命名为报表，运用工具箱调用报表绘图命令，绘制一张报表，并适当调节报表大小。
图8-1实时数据报表画面
图8-2实时数据报表画面命令语言
3﹑实时趋势曲线画面
新建一画面，命名为“实时趋势曲线”使用工具箱里的“实时趋势曲线”命令就可以做出画面的实时趋势曲线图，并对其进行设置，设定各个表达式的线型，颜色。
如下图所示：
图9实时趋势曲线画面
4﹑XY控制画面
新建一画面，命名为“XY控制画面”，在图中创建好xy控制双击在弹出的对话框中点击命令语言在命令语言对话框里输入以下内容；xyAddNewPoint（"控件1",\\本站点\煤浆槽液位,\\本站点\气化炉液位,0）;
图10XY控制画面及命令语言
5﹑日历控制画面
新建一画面，命名为“日历控制画面”。
使用工具箱进行绘制，最终得到的画面如下图：
图11实日历控制画面
6﹑报警和事件画面
新建一个画面，命名为“报警和事件画面”，使用工具箱中的“报警窗口”命令在图中画出报警窗口。
如下图：
图12报警和事件画面
图13报警组定义
3.2.7报警命令语言
在命令语言中选择事件命令语言，新建事件命令语言，事件描述：
\\本站点\$新报警==1在发生时框中写入下面命令：
ShowPicture（"新报警"）;\\本站点\$新报警=0;
图14报警命令
4德士古水煤浆气化工艺的组态设计仿真实现
对已经创建好的组态进行仿真运行，点击画面中的文件|切换到View进入到演示动态画面。
画面中的反应塔里的液位发生变化，历史趋势曲线实时曲线等画面里可以看到参数的变化，动态仿真截图如下：
图15-1反应车间监控中心动态截图
图15-2反应车间监控中心动态截图
图16实时数据报表画面截图
图17实时趋势曲线画面截图
图18XY控制画面截图
图19动态演示报警和事件画面截图
图20日历控制画面截图
5总结和体会
在每个画面中添加画面切换按钮，这样点击该按钮会出现下拉子菜单即别画面图像。
这样可以很方便的在各个画面之间进行切换。
本次课程设计，通过使用组态王软件对系统进行组态，边学边用更好的促使我学习好组态王软件，从网上搜索，图书馆查阅资料和同学们互相交流，基本上对组态王有了一定的基本操作能力，实现了通过运用组态王来进行仿真组态的目的。
通过自己动手加深了对控制理论更加深入学习的兴趣。
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[7]组态王帮助文档
[8]命令语言函数手册
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