集控运行培训班《热力过程自动化》教案.ppt
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1、先修课程: 锅炉设备,汽轮机设备,工程热力学,流体力学 后续课程: 计算机控制技术、单元机组集控运行 时间安排: 上课48学时,考试课(考勤占10%、平时成绩占40%、考试成绩占50%),学期末考试。学习要求: 1)强调概念和理论基础 2)课内学习与课外学习相结合 3)理论学习与实验相结合 4)不旷课、不迟到、不早退、按时完成作业。,课程概况,课程内容,绪论第一章热工检测技术第二章自动控制基础第三章单元机组模拟量控制系统第四章单元机组的热工保护,绪论,一、概述1.火电厂生产过程的特点 2.火电厂实现生产过程自动化的意义3.火电机组热工过程自动化的内容(1)自动化的功能 ;(2)自动化的内容;(
2、3)大型火电机组控制系统功能构成示意图二、单元机组炉、机、电集控 操作盘台的布置和监控方式,“4C”技术:computer、control、communication、CRT,火电机组热工过程自动化的功能,数据采集系统(Data Acquisition System,DAS);模拟量控制系统(Modulation Control System,MCS);锅炉炉膛安全监控系统(Furnace Safeguard Supervisory System,FSSS)或称燃烧器管理系统(Burner Management System,BMS);汽轮机数字电液控制系统(Digital Electric
3、Hydraulic System,DEH);汽轮机监视仪表(Turbine Supervisory Instrumentation,TSI)和汽轮机紧急跳闸系统(Emergency Trip System,ETS);汽轮机旁路控制系统(By Pass Control System,BPCS);顺序控制系统(Sequence Control System,SCS);给水泵汽轮机电液控制系统(Machine Electric Hydraulic System,MEH);发电机氢水油监测系统。,火电机组热工过程自动化的内容,自动检测 :包括对整个机组运行状态和参数的测量、指示、记录、参数计算、参数越
4、限和设备故障时发出报警信号、事故记录和追忆、工业电视监视等。自动保护 :包括主机、辅机和各支持系统及其相互间的联锁保护,以防止误操作。当设备发生故障或危险工况时,自动采取措施防止事故扩大或保护生产设备。 顺序控制 :包括主机、辅机和各支持系统的启停控制,如输煤系统控制、锅炉吹灰控制、锅炉补给水处理控制、给水泵启停控制、汽轮机自启停控制、锅炉点火系统控制等。 连续控制 :包括对主机、辅机及各系统中的压力、温度、流量、物位,成分等参数的调节控制,使之保持为预期的数值。 管理和信息处理:对电厂中各台机组的生产情况(如发电量、频率、主要参数、机组设备的完好率、寿命),电厂的煤、油、水资源情况,环境污染
5、情况进行监督、分析,供管理人员做出相应的决策。,大型火电机组控制系统功能构成示意图,操作盘台的布置和监控方式,以操作台为主、计算机为辅的布置和监控方式 操作台手操与计算机CRT、键盘软手操并存的布置和监控方式 以计算机CRT、键盘软手操为主的布置和监控方式 采用超大型屏幕CRT,第一章 热工检测技术,热工测量的基本知识 温度测量压力测量流量测量汽包水位测量炉烟分析 火电厂计算机监视系统,第一节 热工检测技术,一、热工测量的意义二、测量的基本概念三、测量误差的分析与处理四、仪表或测量系统的静态性能指标,图1-1 热力生产过程控制系统组成框图,某火力发电厂机组运行监控画面,二、测量的基本概念,(一
6、)测量1概念: 测量是以确定量值为目的的一系列操作。 量:物体、物质、现象的可以定性区别并能定量确定的属性。常称量为参数。 2测量的基本方程(公式): 3测量过程: 确定测量单位、确定测量方法(如何测量)、选择测量仪器或仪表、建立测量系统和进行正确操作 、估计测量误差(测量可信度),(二)测量方法,1概念: 实现被测量与单位的比较,并给出比值的方法,称为测量方法。 注:测量方法与仪器的测量原理是有区别的。后者指仪器“转换”信息(信号)所依据的物理、化学效应,例如用于测温的热电效应、热胀冷缩等。2分类:P3 (1)按照测量结果的获取方式分类: 直接测量法;间接测量法 。 (2)按检测装置的动作原
7、理分类: 直读法、零值法、微差法。 (3)按测量时传感器是否与被测对象接触分类: 接触测量法、非接触测量法。,(三)测量误差,测量结果与被测参数真实性之间存在差异,这一差异称为测量误差。1误差产生的原因(来源):2误差的表示方法:P43误差的分类:系统误差随机误差(偶然误差)疏忽误差(粗大误差),误差产生的原因,(1)测量系统和测量器具的误差。 如所依据的测量方法不够完善,了解被测对象特性不够,测量器具的原理、设计、制造材料和工艺等不完善,测量系统的安装、调整和各环节间的匹配未能尽善等。(2)人员的误差: 测量者的专业训练不足,或者生理、心理方面的原因(如视力分辨能力的限制、习惯、情绪波动或疲
8、劳等)都可能引起测量误差,甚至发生错误,使测量结果完全不可信。(3)影响量所致(环境误差): 除被测量外,测量系统中还有各种影响量(干扰)作用在被测系统和仪器上。这些影响来自被测对象和环境,是不可避免的,也是误差来源中较难处理的一类。尤其在生产现场更是如此。例如:测温时对象压力作用在温度传感器上;仪器受到原子辐射作用;大气温度、压力、湿度的作用等。,误差的表示方法,(1)绝对误差:示值的绝对误差:xx0仪表的绝对误差: max(2)引用相对误差: (3)标称相对误差 (4)折合误差:,误差的分类,1系统误差概念:由于测量设备、线路等诸因素引起的测量误差处理方法 :消除系统误差的来源:设法找出引
9、起误差的因素,然后采用恒定某些测量条件的方法,从根本上消除这些因素所引起的误差;在测量结果中加修正值:找出这些因素的影响的规律,然后采取针对性的措施在测量中进行一定方式的补偿或对测量结果进行数值修正。采用补偿措施:改善测量方法:,2 随机误差(偶然误差):由于偶然因素的影响产生的测量误差。处理办法 :算术平均值3粗大误差(疏忽误差):由于操作者的主观过失或仪表误动作而造成的测量误差。处理办法 :利用拉依达检验准则、格拉布斯检验准则、t分布检验准则等可将坏值剔除。,(四)测量系统,1测量系统的组成传感元件 (传感器) (1)作用: (2)要求: 稳定性 ;单值性 ;灵敏性 ;响应的选择性 ;超然
10、性 。传输变换部件(变送器) (1)作用: (2)要求: 真实地传输(不失真); 加工后的信号,与被测量的变化应有确定的函数关系;加工后的信号满足显示器的要求。显示元件(显示器) (1)作用: (2)分类(根据显示方式的不同分) 模拟显示器、数字显示器、图形(屏幕)显示器。 2仪表的分类:P8,三、仪表的质量指标及仪表的检定,(一)仪表的质量指标 :P81仪表的准确度(精确度)等级及允许误差: 2仪表的基本误差: 3变差(滞后误差、回程误差): (二)仪表的检定(校验):P11为评定仪表的计量性能(精确度、灵敏 度等),并确定其性能是否合格所进行的全 部工作称为检定,又称校验。 按产生被测量标
11、准量值的方法不同,仪表的检定方法可归纳成示值比较法和标准物质法两种。,1-9 测量仪表的变差,第二节 温度测量,一、概述 二、热电偶三、热电阻四、温度变送器五、温度显示仪表,一、温度测量概述1,(一)温度:P111测温的物质基础: 物体的物理性质的变化与物体的温度有关。2测温的理论基础:热力学第零定律 当两个系统各自与第三个处于热平衡时,则这两个系统彼此也处于热平衡。 3 温度测点举例:P12表1-1 (二)温标:P11国际实用温标:ITS-1990,一、温度测量概述2,(三)温度测量方法仪表:P12 接触式测温仪表:非接触式测温仪表:(四)温度计的选择原则:(1)使用温度范围、准确度等级及测
12、量误差是否能达到要求;(2)响应速度、互换性及可靠性如何;(3)读数、记录、控制、报警等操作是否方便;(4)使用寿命,耐热、耐蚀、抗震性能如何;(5)价格高低。,二、热电偶,(一)热电偶的测温原理:(二)热电偶的基本定律:(三)标准化与非标准化热电偶:(四)热电偶温度传感器的结构: (五)热电偶冷端温度的补偿:,热电偶的测温原理,1.热电偶测温系统图: 2.热电偶测温原理: 3.热电偶分度表 :P1534.热电偶使用注意事项:,热电偶测温原理,(1)两种不同的金属结合在一起,要产生接触电势。 (2)同一种金属,其两端温度不一样时,会产生温差电势。(3)热电势: P14图1-10EAB(t,t0
13、)eAB(t) eAB(t0)eA(t,t0) eB(t,t0) fAB(t)fAB(t0) 当t0常数时,fAB(t0) C(常数),则:EAB(t,t0)fAB(t)fAB(t0)fAB(t)C AB(t)结论:若保持热电偶冷端温度t0恒定,则其热电势与热端温度t呈单值函数关系。测得EAB(t,t0)就可以确定被测温度t的数值。,热电偶使用注意事项,(1)冷端温度t0必须是已知的和固定的,至少是已知的,才能保证EABt的单值函数关系为可知。(2)构成热电偶的两种导体各自应是匀质材料,否则就成为多种导体构成的热电偶,就有多个接触电势和温差电势,破坏了EABt的单值函数关系。(3)热电势是热电
14、偶两端温度的函数之差,即:EAB(t,t0) fAB(t)fAB(t0) fAB(t)常数AB(t)而并非是温差的函数,即:EAB(t,t0)fAB(tt0)(4) 热电势与热电偶沿着热电极的温度分布无关。,热电偶的基本定律,1均质导体定律: P15用途:检验热电极的材料是否均匀一致。 2中间导体定律:P16应用:P163中间温度定律:P17 EAB(t,t0) EAB(t,tn)EAB(tn ,t0) 应用:P18,标准化与非标准化热电偶,1对热电极材料的要求:P182热电偶分类:(1)据工业标准化情况分:标准化热电偶、非标准化热电偶 P19(2)据热电极材料的性质分:金属热电偶、半导体热电
15、偶和非金属热电偶(3) 据热电极材料的价格分:贵重金属热电偶、廉价金属热电偶(4) 据使用的温度范围分:高温热电偶、低温热电偶,热电偶温度传感器的结构,(1)普通型热电偶: P22由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒四部份组成。(2)铠装热电偶:P22 (3)热套式热电偶:P23主蒸汽管道上,测量主蒸汽温度。(4)薄膜热电偶:壁面温度的快速测量P24(5)快速消耗型热电偶:,热电偶冷端温度的补偿,1.补偿的原因(为什么要进行冷端温度补偿?):(1)EAB(t,t0)fAB(t)fAB(t0),当t0不变时,E与t呈单值函数关系(2)热电偶分度时,定t00,得出热(温度)电(电压)对照表(分度表)
16、。(3)使用时,当冷端温度由t0tn (tnt0)时,显示表显示的温度由(tt0)(ttn),即显示温度t(t tnt0),其对应减少的热电势为EAB(tn,t0)。2.热电偶冷端温度补偿的方法:,热电偶冷端温度补偿的方法,(1)冷端温度示值修正法: a.计算法(查表修正法): P24 b.现场修正法(显示仪表机械零点调整法):P25(2)冰点槽法(冷端恒温法): P25(3)自动补偿的方法: a.不平衡电桥: P26b.自动补偿器(冷端温度补偿器): c.使用注意事项: P26(4)补偿导线法:,不平衡电桥,当Ucd0时:I1R1I2R4 I1R2I2R3 R1R3R2R4此时电桥平衡。当R
17、1R2R3C(常数)时:若R4电桥失去平衡UdUcd(UcUd),即产生电势Ucd(Ucd0),称Ucd为电桥的不平衡电势。,自动补偿器(冷端温度补偿电路),如果温度显示仪表分度时规定热电偶冷端温度t0为0,而在使用中冷端温度为tn(tn0)时,根据热电偶的中间温度定律可知在这种情况下产生的电势差为:EAB(t,0)EAB(t,tn)EAB(tn,0)其中EAB(tn,0)即为热电势的修正值,如图所示。当Ucd0时:EAB(t,tn)EAB(t,0)EAB(tn,0)若UcdEAB(tn,0),则:EAB(t,tn)EAB(t,0)UcdEAB(tn,0)EAB(t,0)称Ucd为补偿电势,由
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