基于组态王煤气化装置的工艺模拟汇总.docx
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基于组态王煤气化装置的工艺模拟汇总
成绩
课程设计报告
题目：
基于组态王煤气化装置的工艺模拟
学生姓名：
徐鑫
学生学号：
1008060319
系别：
电气工程学院
专业：
电气工程及其自动化
届别：
2014届
指导教师：
贾群
电气信息工程学院制
2013年3月
基于组态王煤气化装置的工艺模拟
学生：
徐鑫
指导教师：
贾群
电气信息工程学院电气工程及其自动化
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
随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用人们对工业自动化的要求越来越高，作为一种组态软件，组态王6.5可构造一个有效的监控数据采集系统并以图形界面清晰准确设计开发过程简单易学的特点广泛应用于各种工程领域。
本次设计利用组态王6.53德士古水煤浆气化工艺对进行模拟，对煤气化装置有所了解，知道德士古水煤气化工艺的基本流程，同时也掌握组态软件设计的基本功能。
1.2课程设计的要求
本系统是基于组态王的煤气化装置，由磨机、煤浆泵、气化炉、碳洗塔、激冷环、破渣机等组成。
根据德士古煤浆气化主画面工艺内容，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。
2德士古水煤浆气化工艺的介绍
2.1工艺基本功能
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。
Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序：
将煤、石灰石（助熔剂）、添加剂和NaOH称量后加入到磨煤机中，与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆；煤浆由高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉，在1300～1400下送人气化炉工艺喷嘴进行部分氧化生成粗煤气；粗煤气经喷嘴洗涤器进入碳洗塔，冷却除尘后进CO变换工序；气化炉出口灰水经灰水处理工段4级闪蒸处理后，一部分灰水返回碳洗塔作洗涤水，经泵进入气化炉，另一部分灰水作废水处理。
有着30年应用经验的德士古煤气化技术在中国应用也十几年了，是较成熟的煤气化技术。
从技术的掌握和操作的熟练设备的国产化和配套的耐火材料的制造都有较大优势。
德士古煤气化技术的主要优点是水煤浆带来的，即较容易把压力升上去。
如南化的气化炉压力达到了8.4MPa，这样就可能实现不需压缩直接合成甲醇，节省了压缩能耗。
德士古水煤浆气化技术煤种适应性强．主要以烟煤为主，对煤的活性没有严格要求，但对煤的灰熔点有一定要求。
水煤浆用泵连续辖送，故气化炉操作稳定性好，输送方便并有利于环境改善。
碳转化率高达960,6以上。
排水中无焦油、酚等污染环境的副产物产生，同时煤中甲烷含量低，是较为理想的合成原料气。
2.2工艺流程介绍
制浆系统：
由煤贮运系统来的小于10mm的碎煤进入煤贮斗后，经煤称量给料机称量送入磨机。
粉末状的添加剂由人工送至添加剂溶解槽中溶解成一定浓度的水溶液，由添加剂溶解槽泵送至添加剂槽中贮存。
并由添加剂计量泵送至磨机中。
添加剂槽可以贮存使用若干天的添加剂。
在添加剂槽底部设有蒸汽盘管,在冬季维持添加剂温度在20--30℃，以防止冻结。
甲醇废水、低温变换冷凝液、循环上水和灰水送入研磨水槽，正常用灰水来控制研磨水槽液位，用灰水不能维持研磨水槽液位时，才用循环上水来补充。
工艺水由研磨水泵加压经磨机给水阀来控制送至磨机。
煤、工艺水和添加剂一同送入磨机中研磨成一定粒度分布的浓度约60~65%合格的水煤浆。
水煤浆经滚动筛滤去3mm以上的大颗粒后溢流至磨机出料槽中，由磨机出料槽泵送至煤浆槽。
磨机出料槽和煤浆槽均设有搅拌器，使煤浆始终处于均匀悬浮状态。
气化炉系统：
来自煤浆槽浓度为60-65%的煤浆，由煤浆给料泵加压，投料前经煤浆循环阀循环至煤浆槽。
投料后经煤浆切断阀送至德士古烧嘴的内环隙。
空分装置送来的纯度为99.6%的氧气经氧气缓冲罐贮存，由控制氧气压力为6.2-6.5MPa，在准备投料前打开氧气手动阀，由氧气调节阀控制氧气流量经氧气放空阀送至氧气消音器放空。
投料后由氧气调节阀控制氧气流量经氧气上、下游切断阀送入德士古烧嘴的中心管和外环隙。
水煤浆和氧气在德士古烧嘴中充分混合雾化后进入气化炉的燃烧室中，在约4.0MPa、1350℃条件下进行气化反应。
生成以CO和H2为有效成份的粗合成气。
粗合成气和熔融态灰渣一起向下，经过均匀分布激冷水的激冷环沿下降管进入激冷室的水浴中。
大部分的熔渣经冷却固化后，落入激冷室底部。
粗合成气从下降管和导气管的环隙上升，出激冷室去洗涤塔。
在激冷室合成气出口处设有工艺冷凝液冲洗，以防止灰渣在出口管累积堵塞。
由冷凝液冲洗水调节阀控制冲洗水量为23m3/h。
激冷水经激冷水过滤器滤去可能堵塞激冷环的大颗粒，送入位于下降管上部的激冷环。
激冷水呈螺旋状沿下降管壁流下进入激冷室。
激冷室底部黑水，经黑水排放阀送入黑水处理系统，激冷室液位控制在60--65%。
在开车期间，黑水经黑水开工排放阀排向真空闪蒸罐。
/
在气化炉预热期间，激冷室出口气体由开工抽引器排入大气。
开工抽引器底部通入低压蒸汽，通过调节预热烧嘴风门和抽引蒸汽量来控制气化炉的真空度，气化炉配备了预热烧嘴。
合成气洗涤系统：
从激冷室出来饱和了水汽的合成气进入文丘里洗涤器，在这里与激冷水泵送出的黑水混合，使合成气夹带的固体颗粒完全湿润，以便在洗涤塔内能快速除去。
水蒸汽和合成气的混合物进入洗涤塔，沿下降管进入塔底的水浴中。
合成气向上穿过水层，大部分固体颗粒沉降到塔底部与合成气分离。
上升的合成气沿下降管和导气管的环隙向上穿过四块冲击式塔板，与冷凝液泵送来的冷凝液逆向接触，洗涤掉剩余的固体颗粒。
合成气在洗涤塔顶部经过丝网除沫器，除去夹带气体中的雾沫，然后离开洗涤塔进入变换工序。
合成气水气比控制在1.4-1.6之间，含尘量小于1mg/NM3。
在洗涤塔出口管线上设有在线分析仪，分析合成气中CH4、O2、CO、CO2、H2含量。
在开车期间，合成气经背压前阀和背压阀排放至开工火炬来控制系统压力在3.74MPa。
火炬管线连续通入LN使火炬管线保持微正压。
当洗涤塔出口合成气压力温度正常后，经压力平衡阀使气化工序和变换工序压力平衡，缓慢打开合成气手动控制阀向变换工序送合成气。
洗涤塔底部黑水经黑水排放阀排入高压闪蒸罐处理。
灰水槽的灰水由高压灰水泵加压后进入洗涤塔，由洗涤塔的液位控制阀控制洗涤塔的液位在50%。
除氧器的冷凝液由冷凝液泵加压后经洗涤塔补水控制阀控制塔板上补水流量，另外当除氧器的液位高时，由洗涤塔塔板下补水阀来降低除氧器的液位。
当除氧器的液位低时，由除氧器的补水阀来补充脱盐水（DW），用除氧器压力调节阀控制低压蒸汽量从而控制除氧器的压力。
从洗涤塔中下部抽取的灰水，由激冷水泵加压作为激冷水和文丘里洗涤器的洗涤水。
烧嘴冷却水系统：
德士古烧嘴在1300℃的高温下工作，为了保护烧嘴，在烧嘴上设置了冷却水盘管和头部水夹套，防止高温损坏烧嘴。
脱盐水（DW）经烧嘴冷却水槽的液位调节阀控制烧嘴冷却水槽的液位为95%，烧嘴冷却水槽的水经烧嘴冷却水泵加压后，送至烧嘴冷却水冷却器用循环水冷却后，经烧嘴冷却水进口切断阀送入烧嘴冷却水盘管，出烧嘴冷却水盘管的冷却水经出口切断阀进入烧嘴冷却水分离罐分离掉气体后靠重力流入烧嘴冷却水槽。
烧嘴冷却水分离罐通入低压氮气（LN），作为CO分析的载气，由放空管排入大气。
在放空管上安装CO监测器，通过监测CO含量来判断烧嘴是否被烧穿，正常CO含量为0ppm。
烧嘴冷却水系统设置了一套单独的联锁系统，在判断烧嘴头部水夹套和冷却水盘管泄漏的情况下，气化炉立即停车，以保护德士古烧嘴不受损坏。
烧嘴冷却水泵设置了自启动功能，当出口压力低则备用泵自启动。
如果备用泵启动后仍不能满足要求，则出口压力低低使消防水阀打开。
如果还不能满足要求即烧嘴冷却水总管压力低低，事故冷却水槽的事故阀打开向烧嘴提供烧嘴冷却水。
锁斗系统：
激冷室底部的渣和水，在收渣阶段经锁斗收渣、锁斗安全阀进入锁斗。
锁斗安全阀处于常开状态，仅当由激冷室液位低低引起的气化炉停车，锁斗安全阀才关闭。
锁斗循环泵从锁斗顶部抽取相对洁净的水送回激冷室底部，帮助将渣冲入锁斗。
锁斗循环分为泄压、清洗、排渣、充压、收渣五个阶段，由锁斗程序自动控制。
循环时间一般为30分钟，可以根据具体情况设定。
锁斗程序启动后，锁斗泄压阀打开，开始泄压，锁斗内压力泄至锁斗冲洗水罐。
泄压后，泄压管线清洗阀打开清洗泄压管线，清洗时间到后清洗阀关闭。
锁斗冲洗水阀和锁斗排渣阀及充压阀打开，开始排渣。
当冲洗水罐液位低时，锁斗排渣阀、充压阀和冲洗水阀关闭。
锁斗充压阀打开，用高压灰水泵或激冷水泵来的灰水开始充压，当气化炉与锁斗压差低时，锁斗收渣阀打开，锁斗充压阀关闭。
锁斗循环泵进口阀打开，循环阀关闭，锁斗开始收渣，收渣计时器开始计时。
当收渣时间到锁斗循环泵循环阀打开，进口阀关闭，锁斗循环泵自循环。
锁斗收渣阀关闭，泄压阀打开，锁斗重新进入泄压步骤。
如此循环。
从灰水槽来的灰水，由低压灰水泵加压后经锁斗冲洗水冷却器冷却后，送入锁斗冲洗水罐作为锁斗排渣时的冲洗水。
锁斗排出的渣水排入捞渣机，干渣捞出用汽车外运，灰水排入渣水池经液下渣水泵送入沉降槽。
黑水处理系统：
来自气化炉激冷室和洗涤塔的黑水分别经减压阀减压后进入高压闪蒸罐，由高压闪蒸压力调节阀控制高压闪蒸系统压力在0.49MPa。
黑水经闪蒸后，一部分水被闪蒸为蒸汽，少量溶解在黑中的合成气解析出来，同时黑水被浓缩，温度降低。
从高压闪蒸罐顶部出来的闪蒸汽经灰水加热器与高压灰水泵送来的灰水换热冷却后，再经高压闪蒸冷凝器冷凝进入高压闪蒸分离罐，分离出的不凝气送至火炬，冷凝液经液位调节阀进入灰水槽循环使用。
高压闪蒸罐底部出来的黑水经液位调节阀减压后，进入真空闪蒸罐在—0.05MPa（A）下进一步闪蒸，浓缩的黑水经液位调节阀自流入沉降槽。
真空闪蒸罐顶部出来的闪蒸汽经真空闪蒸冷凝器冷凝后进入真空闪蒸分离罐，冷凝液经液位调节阀进入灰水槽循环使用，顶部出来的闪蒸汽用水环式真空泵抽取在保持真空度后排入大气，液体自流入灰水槽循环使用。
真空泵的密封水由循环上水提供。
从真空闪蒸罐底部自流入沉降槽的黑水，为了加速在沉降槽中的沉降速度，在流入沉降槽处加入絮凝剂。
粉未状的絮凝剂加脱盐水（DW）溶解后贮存在絮凝剂槽中，由絮凝剂泵送入混合器和黑水充分混合后进入沉降槽。
沉降槽沉降上部的澄清水溢流到灰水槽循环使用，下来的细渣由刮泥机刮入底部经沉降槽底流泵送入真空过滤机，过滤后的干渣外送，清水排入614清水池经冲洗水泵部分循环利用，部分经灰水换热器外送至水处理。
液态分散剂贮存在分散剂槽中，由分散剂泵加压并调节适当流量加入沉降槽溢流管道和高、低压灰水泵进口，防止管道及设备结垢。
3组态王的介绍
3.1组态王的概述
组态王KingView软件是由北京亚控科技发展有限公司开发的工业级软件,也是首个应用于我国航空、航天领域的国产组态软件。
它的编程方式是G（图形）语言和编程语言的混合编程方式,具有开发简单、扩展性好、可靠性高等优点。
目前的最高版本是KingView6.5.3,是完全支持网络开发的一个版本，用了多线程、COM组件、Web等新技术，供了丰富的动支持和华丽的组态形式，具有良好的数据库支持能力。
组态王6.53保持了组态王早期版本的功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。
组态王6.53提供了丰富的简捷、易用的配置界面，提供大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供简单易用的接口；该款产品的历史曲线、温控曲线以及配方功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大提高。
它的开发流程有3个方面:
一是画面设计,过自身的控件包可以设计出满足工业环境的华丽界面，特别是对生成的网页文件支持再开发；二是数据词典设计,对程序中涉及的变量进行定义,可以采用分别定义和结构体定义两种方式，户可以根据需要自行设计；三是动画连接设计,这是程序设计的重点，俗地讲就是程序逻辑控制的实现。
总之，组态王软件定制的监控画面可以逼真绘制工业现场设备，用动画方式形象反映设备运行状态。
但其最大缺点是对于没有提供驱动支持的其它板卡调用十分困难。
3.2组态王的主要功能特性
可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接。
较强的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能。
可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印。
变量导入导出功能，变量可以导出到Excel表格中，方便地对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间。
强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存。
强大的脚本语言处理，能够帮助你实现复杂的逻辑操作和决策。
处理全新WebSever架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布。
方便的配方处理功能。
丰富的设备支持库，支持常见的PLC设备、智能仪表、智能模块。
提供硬加密及软授权两种授权方式。
3.3组态王程序设计步骤
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：
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：
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、动画连接、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信数据，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。
通常情况下，建立一个组态王应用工程大致可分为以下几个步骤：
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。
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。
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。
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。
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要工作。
保存工程并运行：
完成以上步骤后，一个可以拿到现场运行的工程就制作完成了。
4基于组态王德士古水煤浆气化工艺组态设计
4.1系统组态
4.1.1新建工程
建立一个“组态王”工程，启动“组态王”工程管理器（ProjManager），选择菜单“文件新建工程”或单击“新建”按钮，按照对话框提示完成工程的建立。
如图1至图4所示：
图1新建工程
（1）
图2新建工程
（2）
图3新建工程（3）
图4新建工程（4）
4.1.1新建画面
然后进行图形画面的制作，在每个画面上生成互相关联的静态或动态图形对象，这些画面都是由“组态王”提供的类型丰富的图形对象组成的。
启动组态王工程浏览器的工程目录显示区，在工程浏览器中左侧的树形结构中选择“画面”，在右侧视图中双击“新建”，工程浏览器将弹出“新画面”对话框。
如图5所示：
图5新建画面
（1）
根据需要设置新画面对话框中的各项内容，完成画面的绘制。
可以遵循同样的步骤来建立报警界面及实时窗口等其他界面。
如图6所示：
图6新建画面
（2）
4.1.2定义变量
在组态王中，变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。
而“数据词典”就位于组态王工程浏览器中的“数据库”项的下拉列表中。
数据词典中存放的是应用工程中定义的变量以及系统变量。
变量可以分为基本类型以及特殊类型两大类，基本类型的变量又分为内存变量和I/O变量两种。
I/O变量指的是组态王与外部设备或其他应用程序交换的变量。
这种数据交换是双向的、动态的，就是说在组态王系统运行过程中，每当I/O变量的值发生变化时，该值就会自动写入外部设备或远程应用程序；每当外部设备或远程应用程序中的值改变时，组态王系统中的变量值也会自动改变。
所以，那些从下位机采集来的数据、发送给下位机的指令、都需要设置成“I/O变量”。
那些不需要和外部设备或其他应用程序交换，之在组态王内使用的变量，比如计算过程的
中间变量，就可以设置成“中间变量”。
在工程浏览器的目录显示区，用鼠标左键单击大纲项数据库下的数据词典，则在目录内容显示区出现各定义好的变量以及“新建”图标。
单击“新建”，出现“定义变量”对话框。
如图7所示，可根据系统需求自行设置。
图7定义变量
仿真界面中变量的定义与数据进行连接，单击“数据词典”定义画面中连接的变量，根据实际需要来定义变量名和变量类型，将画面中的操作按钮等与定义的变量联系起来，即动画连接。
4.2监控主界面
4.2.2制作图形画面
正在制作煤气化的工艺主界面，如图8所示：
图8工艺主界面
4.2.3建立动画连接
直接双击要建立动画链接的地方，为各对象建立动画连接，如图9和10所示。
图9建立动画连接
（1）
图10建立动画连接
（2）
4.3曲线功能
4.3.1实时趋势曲线
在已经创建好的实时曲线画面上利用工具箱中的“实时趋势曲线”“文本”“按钮”等工具绘制，并定义变量，如图11。
图11实时趋势曲线
4.3.2历史趋势曲线
在已经创建好的历史曲线画面上利用工具箱中的“历史趋势曲线”“文本”“按钮”等工具绘制，并定义变量，如图12。
图12历史趋势曲线
4.4报表功能
4.4.1实时数据报表
把设备的实时状态显示在报表上，这种报表叫实时数据报表。
首先，在已经创建好的实时报表画面上利用工具箱中的“报表窗口”绘制报表窗口，表格中的静态数据可以直接输入，而动态变量例如：
报表时间，可以输入“=\\本站点\$日期”、“=\\本站点\时间”，运行时这些变量会反映出当前状态。
如图13所示：
图13实时数据报表
4.4.2历史数据报表
把设备的历史状态显示在报表上，这种报表叫历史数据报表。
其制作和实时数据报表步骤类似，如图14：
图14历史数据报表
4.5系统运行
完成上述任务后，全部保存。
在“开发系统窗口”上，单击“文件”，选择“切换到View”，开始运行系统。
单击“画面”，选择“打开”，点击“确定”。
这样，基于组态王煤气化装置的工艺模拟就完成了。
4.6仿真和设计功能分析
图15煤气化工艺模拟主界面
图16实时趋势曲线
图17历史趋势曲线
图18实时数据报表
图19历史数据报表
总结和体会
在煤气化装置模拟过程中，以组态王作为开发平台，充分利用了组态软件的资源，合理规划，明显缩短设计周期，提高了工作效率。
系统界面直观友好，对工作流程进行提示及各种警戒与处理齐全，确保了系统的安全稳定性。
在本次课程设计中，我通过查阅书籍和网上资源了解并掌握了组态王软件的主要功能和设计步骤。
运用组态王动画功能，完成工艺流程图的设计。
同时我也对德士古煤气化工艺有了一定的了解，熟悉了其基本的工艺流程。
参考文献
[1]国蓉，程光旭，王毅．Texaco煤气化装置长周期运行影响因素分析[J]．现代化工，2004.
[2]薛迎成,何坚强.工控机及组态控制技术原理及应用[M].北京:
中国电力出版社,2007.1.
[3]刘志峰,张军,王建华.工控组态软件实例教程[M].北京:
电子工业出版社,2008.2.
[4]亚控公司.组态王使用手册
[5]华红艳.工业组态技术教程.郑州航空工业管理学院.
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