1、发电厂热工仪表与自动培训发电厂热工仪表与自动培训授课人：杨锡运授课人：杨锡运华北电力大学华北电力大学主要内容主要内容第一章第一章 热工检测相关知识热工检测相关知识第二章第二章 DCS简介简介第三章第三章 热工联锁保护的作用及组成热工联锁保护的作用及组成第四章第四章 计算机监控系统的功能和原理计算机监控系统的功能和原理热工测量：热工测量：压力、温度等热力状态参数；压力、温度等热力状态参数；及与热力生产过程密切相关的参数的测量。及与热力生产过程密切相关的参数的测量。（流量、液位、振动、位移、转速、烟气成分）（流量、液位、振动、位移、转速、烟气成分）热工测量的作用：热工测量的作用：反映设备运行情况；
2、为反映设备运行情况；为热工自动化装置提供信号，为运行人员经热工自动化装置提供信号，为运行人员经济计算提供数据。济计算提供数据。随现代化电厂测点的增多，使用数据采集随现代化电厂测点的增多，使用数据采集和屏幕显示来显示处理数据。和屏幕显示来显示处理数据。第一章热工参数检测的相关知识第一章热工参数检测的相关知识温度测量温度测量压力测量压力测量水位测量水位测量流量测量流量测量烟气成分测量烟气成分测量安装安装螺纹螺纹安装安装法兰法兰温度的测量温度的测量火电厂中的温度测量主要由热电偶、热电阻完火电厂中的温度测量主要由热电偶、热电阻完成。成。热电偶的准确度较高，测量范围热电偶的准确度较高，测量范围10016
3、000C,把把温度信号变成电信号，便于远传。温度信号变成电信号，便于远传。一、热电偶测温的原理一、热电偶测温的原理将两种不同材料的导体（或半导体）将两种不同材料的导体（或半导体）A A和和B B组成组成闭合回路称之为热电偶。只要两端接触点的温闭合回路称之为热电偶。只要两端接触点的温度不同，就会有电压（热电势）产生，其大小度不同，就会有电压（热电势）产生，其大小与这两端的温度有关。如果使一端（冷端）温与这两端的温度有关。如果使一端（冷端）温度固定，输出电压的大小仅随另一端（热端）度固定，输出电压的大小仅随另一端（热端）温度的变化而变化。如果将热端放到待测的介温度的变化而变化。如果将热端放到待测的
4、介质上，则热电偶输出的电压就反映了待测的温质上，则热电偶输出的电压就反映了待测的温度。度。此热电势（电压）由接触电势和温差电势两部此热电势（电压）由接触电势和温差电势两部分组成的分组成的.先看一个实验热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。热电极热电极A A右端称为：右端称为：自由端自由端（参考（参考端、端、冷冷端端）热电偶的工作原理热电偶的工作原理 左端称为左端称为：测量端测量端（工作（工作端、端、热热端端）热电极热电极B B热电势热电势AB上述现象称为热电现象，上述现象称为热电现象，1821年赛贝克发现的，年赛贝
5、克发现的，也称赛贝克效应也称赛贝克效应温差电势：一根导体两端温度不同产生温差电势：一根导体两端温度不同产生的热电动势的热电动势原因：原因：高温端的电子能量比低温端大，高温端会高温端的电子能量比低温端大，高温端会有更多的电子到达低温端，高温端失去电有更多的电子到达低温端，高温端失去电子带正电荷，低温端得到电子带负电荷，子带正电荷，低温端得到电子带负电荷，形成由高温端指向低温端的静电场。形成由高温端指向低温端的静电场。此电场阻止高温端运动，加速低温端运动，此电场阻止高温端运动，加速低温端运动，导致动平衡导致动平衡导体两端此时的电位差称温差电势导体两端此时的电位差称温差电势)()(0tteAAA+-
6、+-t t t0 +eAA Av接触电势：两种不同的导体接触电势：两种不同的导体A、B接触时产接触时产生的生的原因原因A、B金属具有不同的电子密度，设金属具有不同的电子密度，设A的电的电子密度子密度NA大于大于NB，A扩散到扩散到B金属的电子金属的电子多，多，A失去电子带正电荷，失去电子带正电荷，B得到电子带得到电子带负电荷，形成负电荷，形成A由由B到的静电场到的静电场此电场阻止此电场阻止A到到B端的电子运动，加速端的电子运动，加速B到到A端的电子运动，导致动平衡端的电子运动，导致动平衡导体两端此时的电位差称接触电导体两端此时的电位差称接触电势势AB()ABt+-+-t A t A t0 +e
7、AAB()ABt热电偶回路的总热电偶回路的总电动势是上述四电动势是上述四个回路之和个回路之和)(te-(t)e)t(t,E0ABAB0AB如果使冷端温度如果使冷端温度t t0 0保持不变，则热电动势便保持不变，则热电动势便成为热端温度成为热端温度t t的单一函数。即，的单一函数。即，故测量热电势的大小就可以反映温度的数值，故测量热电势的大小就可以反映温度的数值，这就是热电势的工作原理这就是热电势的工作原理AB0ABE(t,t)e(t)-C电偶冷端温度补偿电偶冷端温度补偿热电偶的电势大小不但与热端温度有关，热电偶的电势大小不但与热端温度有关，且与冷端温度有关，冷端应恒定。且与冷端温度有关，冷端应
8、恒定。通常热电偶冷端放在距热端很近的大气中，通常热电偶冷端放在距热端很近的大气中，受热端和大气环境的影响，有波动。受热端和大气环境的影响，有波动。为消除冷端温度变化造成的温度测量不准为消除冷端温度变化造成的温度测量不准确，要采用冷端温度补偿，使其恒定。确，要采用冷端温度补偿，使其恒定。电厂中冷端温度补偿的方法：电厂中冷端温度补偿的方法：补偿导线法补偿导线法 在在DCS中计算补偿。中计算补偿。根据组成热电偶的两种材料不同，可划分为根据组成热电偶的两种材料不同，可划分为8种种标准化热电偶标准化热电偶 ，标准化热电偶具有互换性，标准化热电偶具有互换性铂铑铂铑10-10-铂热电偶（分度铂热电偶（分度号
9、号S S）铂铑铂铑13-13-铂热电偶（分度号铂热电偶（分度号R R）铂铑铂铑30-30-铂铑铂铑6 6热电偶（分度号热电偶（分度号B B）镍铬一镍硅（镍铬一镍铝）热电偶（分度镍铬一镍硅（镍铬一镍铝）热电偶（分度号号K K）镍铬一康铜热电偶（分度号镍铬一康铜热电偶（分度号E E）铁一康铜热电偶（分度号铁一康铜热电偶（分度号J J）铜一康铜热电偶（分度号铜一康铜热电偶（分度号T T）镍铬一金铁热电偶（分度号镍铬一金铁热电偶（分度号NiCrNiCrAuFe0.07AuFe0.07）及铜一金铁热电偶（分度号及铜一金铁热电偶（分度号CuCuAuFe0.07AuFe0.07）红色是电厂中目前使用的测温度
10、的热电偶红色是电厂中目前使用的测温度的热电偶普通普通装装配型配型热热电偶的电偶的结构结构放放大大图图 接线接线盒盒引出线套管引出线套管 固定螺纹固定螺纹（出厂时用塑料包裹）（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）热电偶工作端（热端）不锈钢不锈钢保护保护管管 热电偶通常由热电极、绝缘管、保护热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管等几个主要部分组成，其常见外套管等几个主要部分组成，其常见外形结构如图所示。形结构如图所示。铠装型热电偶外形法兰铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长达上百米长达上百米薄壁金属薄壁金属 保护套管保护套管（铠体）（铠体）BA绝缘绝缘 材料材料铠装型热电偶铠装型热电偶横截面横截面热电
11、阻温度计热电阻温度计热电阻温度计的工作原理：热电阻温度计的工作原理：电阻是测量温度的敏感元件，当温度升高电阻是测量温度的敏感元件，当温度升高时，金属导体的阻值增大，通过测阻值变时，金属导体的阻值增大，通过测阻值变化反应温度。化反应温度。电阻温度计的测温范围：电阻温度计的测温范围：200+5000C常用的标准化热电阻有常用的标准化热电阻有铂电阻铂电阻（Pt10和和Pt100，前者铂丝粗，可靠用于，前者铂丝粗，可靠用于600 0C以上以上的测温，后者用的较多的测温，后者用的较多），），铜电阻铜电阻（Cu50 和和 Cu100，测温范围：，测温范围：50-150 0C）薄膜型及普通型铂热电阻 汽车用
12、水温传感器及水温表 铜热电阻铜热电阻热敏电阻温度面板表 热敏电阻LCD热敏电阻体温表 热电阻使用时的注意事项热电阻使用时的注意事项在电厂中的国产电阻引出线的接线方式：二在电厂中的国产电阻引出线的接线方式：二线制？三线制？线制？三线制？引出线引出线 由由热电阻体至接线端子的连接导线热电阻体至接线端子的连接导线称为称为引引出线出线。内引出线要选用纯度高，与电阻丝、。内引出线要选用纯度高，与电阻丝、接线端子之间产生的热电势小，而且在最接线端子之间产生的热电势小，而且在最高使用温度下不挥发、抗氧化、不变质的高使用温度下不挥发、抗氧化、不变质的材料。工业用铂电阻用材料。工业用铂电阻用银丝作引出线银丝作引
13、出线，高，高温下用镍丝作引出线。铜和镍电阻可用温下用镍丝作引出线。铜和镍电阻可用铜铜丝和镍丝丝和镍丝作引出线。引出线的直径比电阻作引出线。引出线的直径比电阻丝的直径大得多，这样可丝的直径大得多，这样可减少引出线电阻减少引出线电阻国产热电阻引出线由二线制，三线制，四线国产热电阻引出线由二线制，三线制，四线制三种。制三种。（1）两线制：在热电阻的电阻丝两端各连）两线制：在热电阻的电阻丝两端各连接一根导线的引出线方式。这种热电阻测接一根导线的引出线方式。这种热电阻测温时都存在引出线电阻变化产生的附加误温时都存在引出线电阻变化产生的附加误差。差。(2)三线制：在热电阻体的电阻丝的一端三线制：在热电阻体
14、的电阻丝的一端连接两根引出线，另一端连接一根引出线。连接两根引出线，另一端连接一根引出线。测温时它可以消除引出线电阻的影响，故测温时它可以消除引出线电阻的影响，故测温准确度高于两线制电阻。测温准确度高于两线制电阻。(3)四线制四线制:在热电阻体的电阻丝两端各连出在热电阻体的电阻丝两端各连出两根引出线。测温时，它不仅可以消除引两根引出线。测温时，它不仅可以消除引出线电阻的影响，还可以消除连接导线间出线电阻的影响，还可以消除连接导线间接触电阻及其阻值变化的影响。四线制多接触电阻及其阻值变化的影响。四线制多用在标准铂电阻的引出线上。用在标准铂电阻的引出线上。电厂中如想温度测量精度高，应采用三线电厂中
15、如想温度测量精度高，应采用三线制，来消除线路电阻的影响制，来消除线路电阻的影响电厂中高温选热电偶（主蒸汽，再热蒸汽）电厂中高温选热电偶（主蒸汽，再热蒸汽），低温用热电阻（油温），低温用热电阻（油温）安装时的注意事项：安装时的注意事项：测量管内流体测量管内流体：1 要放置到流体中心要放置到流体中心2 插入里面的长度尽可能插入里面的长度尽可能长，露在外面的尽量少长，露在外面的尽量少3 露在外面的加保温层露在外面的加保温层火电厂压力的测量相关知识火电厂压力的测量相关知识压力传感器：能够感受压力（压差）并能按一定压力传感器：能够感受压力（压差）并能按一定规律将压力（压差）转换成同种或别种性质输规律将压
16、力（压差）转换成同种或别种性质输出量的仪表。出量的仪表。变送器：将上述信号变送器：将上述信号变换为电信号以供远传变换为电信号以供远传目前电厂的压力大部分采用（目前电厂的压力大部分采用（11511151系列）系列）电容电容式压力式压力(压差压差)变送器，变送器，是我国引进美国罗斯蒙是我国引进美国罗斯蒙特公司技术并自己开发生产的一类新型压力特公司技术并自己开发生产的一类新型压力(差差压压)变送器。变送器。特点：特点：它具有精确度高，性能稳定，单向过载它具有精确度高，性能稳定，单向过载保护性能好，调整方便，体积小，重量轻等一保护性能好，调整方便，体积小，重量轻等一系列优点。系列优点。应用：应用：使用
17、在电力、石油、化工等各领域的生使用在电力、石油、化工等各领域的生产过程中。在火力发电厂使用产过程中。在火力发电厂使用11511151系列电容式系列电容式压力压力(差压差压)变送器几乎有一种替代其他种类压变送器几乎有一种替代其他种类压力力(差压差压)变送器的趋势。变送器的趋势。电容式压力传感器电容式压力传感器工作原理：工作原理：以已弹性元件膜片为电容器的以已弹性元件膜片为电容器的可动极板，它与固定极板之间形成一可变可动极板，它与固定极板之间形成一可变电容。随被测压力的变化，膜片产生位移，电容。随被测压力的变化，膜片产生位移，使电容器的可动极板与固定极板之间的距使电容器的可动极板与固定极板之间的距
18、离改变，从而改变了电容器的电容量，完离改变，从而改变了电容器的电容量，完成压力信号与电容量之间的变化。成压力信号与电容量之间的变化。电容器的电容量由它的两个极板的大小、电容器的电容量由它的两个极板的大小、形状、相对位置和电介质的介电常数决定形状、相对位置和电介质的介电常数决定 2.2.结构结构 感压元件是膜片，它是能产生弹性变形的极板。两感压元件是膜片，它是能产生弹性变形的极板。两电容的固定极板为球面形结构。测量膜片位于两固定电容的固定极板为球面形结构。测量膜片位于两固定极板的中央，它与固定极板构成两个小室，称为极板的中央，它与固定极板构成两个小室，称为室，室，两室结构对称。固定极板是将玻璃绝
19、缘体磨成球形凹两室结构对称。固定极板是将玻璃绝缘体磨成球形凹面，并在该表面镀上一层金属薄膜而成。金属薄膜和面，并在该表面镀上一层金属薄膜而成。金属薄膜和弹性膜片都接有输出引线。测量膜片与固定极板形成弹性膜片都接有输出引线。测量膜片与固定极板形成的电容在的电容在3030150pf150pf范围内。室通孔与自己一侧隔离范围内。室通孔与自己一侧隔离膜片腔室连通，室和隔离腔室内充有硅油。膜片腔室连通，室和隔离腔室内充有硅油。被测压力作用于隔离膜片，通过硅油使测被测压力作用于隔离膜片，通过硅油使测量膜片产生与压力成正比的位移，从而改量膜片产生与压力成正比的位移，从而改变了可动极板与固定极板间的距离，引起
20、变了可动极板与固定极板间的距离，引起电容的变化，此电容变化通过引线传给测电容的变化，此电容变化通过引线传给测量电路。量电路。差压差压位移位移电容电容电流电流放大放大输出输出测量部分测量部分转换部分转换部分压力表安装时的注意事项压力表安装时的注意事项1）取压口应与工质流速方向垂直，与设备内壁平取压口应与工质流速方向垂直，与设备内壁平齐齐2）防止仪表感受件与高温和有害的被测介质接触。）防止仪表感受件与高温和有害的被测介质接触。高温介质要冷凝，含尘气体要设灰尘捕集器；高温介质要冷凝，含尘气体要设灰尘捕集器；腐蚀介质应加装隔离容器腐蚀介质应加装隔离容器3）仪表与取压口如不在同一水平上，应注意校正）仪表
21、与取压口如不在同一水平上，应注意校正由于高度差对仪表造成的额外的读数误差。由于高度差对仪表造成的额外的读数误差。4）压力取出口位置，测量气体介质应在工艺管道）压力取出口位置，测量气体介质应在工艺管道的上部，测量蒸汽应在工艺管道的两侧，测量的上部，测量蒸汽应在工艺管道的两侧，测量液体压力应在工艺管道的下部液体压力应在工艺管道的下部5）测量差压时防止仪表单向受压而损坏仪表）测量差压时防止仪表单向受压而损坏仪表汽包水位测量相关知识汽包水位测量相关知识 锅炉汽包水位测量对锅炉安全运行极为锅炉汽包水位测量对锅炉安全运行极为重要。重要。目前采用连通式云母水位计、双色水位计、目前采用连通式云母水位计、双色水
22、位计、平衡式差压水位计、电接点水位计。平衡式差压水位计、电接点水位计。连通式云母水位计就地安装在汽包上，指连通式云母水位计就地安装在汽包上，指示直观，可靠，但监视不便。可采用闭路示直观，可靠，但监视不便。可采用闭路工艺电视远距离监视双色水位计。工艺电视远距离监视双色水位计。差压式水位计受汽包压力影响大，需进行差压式水位计受汽包压力影响大，需进行汽包压力补偿。汽包压力补偿。电接点水位计指示受汽包压力变化影响小，电接点水位计指示受汽包压力变化影响小，并方便远传，缺点是指示不连续。并方便远传，缺点是指示不连续。第一节第一节 云母水位计与双色水位计云母水位计与双色水位计 云母水位计是一根云母水位计是一
23、根连通管，对低压锅连通管，对低压锅炉，可用玻璃做水炉，可用玻璃做水位计观察窗，高压位计观察窗，高压锅炉，炉水对玻璃锅炉，炉水对玻璃有腐蚀性，故用云有腐蚀性，故用云母片做观察窗。故母片做观察窗。故称云母水位计。称云母水位计。00H)HH(Havsw0HHswsavw,s为汽包饱和压为汽包饱和压力下饱和蒸汽和水力下饱和蒸汽和水的密度的密度汽包的重量水位汽包的重量水位H和云母水位计示值和云母水位计示值H0之间的误差：之间的误差：1）误差原因）误差原因：云母水位计中的水的平均密度云母水位计中的水的平均密度av不等于汽包内饱和水的密度时不等于汽包内饱和水的密度时w，使得液位，使得液位计显示的液位不同于容
24、器中的液位，影响因素计显示的液位不同于容器中的液位，影响因素主要在于：由于液位计中与被测容器中的主要在于：由于液位计中与被测容器中的液温液温有差别有差别，另外与，另外与锅炉汽包压力的变化锅炉汽包压力的变化有关有关2）减小误差措施：）减小误差措施：常采用常采用保温、加热、校正保温、加热、校正等等手段手段v由于云母水位计温度低于汽包内温度，因此云母由于云母水位计温度低于汽包内温度，因此云母水位计的示值水柱高度低于汽包重量水位高度。水位计的示值水柱高度低于汽包重量水位高度。v电厂运行中总结的经验为，在额定工况时，电厂运行中总结的经验为，在额定工况时，对中对中压炉压炉HHe+(2535)(mm)，高压
25、炉高压炉H=He+(40 60)(mm)。3）云母水位计的特点：云母水位计的特点：v最大优点：直接反映汽包水位，直观，最大优点：直接反映汽包水位，直观，可靠，可靠，v缺点：但只能就地监视，并且液位显示缺点：但只能就地监视，并且液位显示不够清晰。不够清晰。因此，改进了云母水位计结构，辅以光学因此，改进了云母水位计结构，辅以光学系统，利用光从空气进入蒸汽或水产生不系统，利用光从空气进入蒸汽或水产生不同的折射，使汽水分界面显示成红、绿两同的折射，使汽水分界面显示成红、绿两色的分界面，显示清晰，并有利于用工业色的分界面，显示清晰，并有利于用工业电视等方式远传显示，这就是双色水位计。电视等方式远传显示，
26、这就是双色水位计。当红绿光以不同的角度进入到蒸汽空间，当红绿光以不同的角度进入到蒸汽空间，由于蒸汽与空气的光学性质相近，所以折由于蒸汽与空气的光学性质相近，所以折射小，红光通过到影屏上显示，绿光不被射小，红光通过到影屏上显示，绿光不被显示。显示。当红绿光以不同的角度进入到蒸汽空间，当红绿光以不同的角度进入到蒸汽空间，由于水棱镜的折射作用，绿光通过到影屏由于水棱镜的折射作用，绿光通过到影屏上显示，红光不被显示。上显示，红光不被显示。结论：水位计中汽柱呈红色，水柱呈绿色。结论：水位计中汽柱呈红色，水柱呈绿色。差压水位计差压水位计 它是静压式液位测量仪表，在汽包水位、高加水它是静压式液位测量仪表，在
27、汽包水位、高加水位、除氧器水位测量中都能得到应用。位、除氧器水位测量中都能得到应用。一、水位一、水位差压转换原理差压转换原理 水位水位差压转换装置又称平衡容器，其结构形式差压转换装置又称平衡容器，其结构形式如图所示，如图所示，(a)(a)为简单平衡容器，为简单平衡容器，(b)(b)为双室平衡容为双室平衡容器，器，(c)(c)为结构补偿式双室平衡容器。为结构补偿式双室平衡容器。1.1.简单平衡容器简单平衡容器 对图对图(a)(a)中所示简单平衡容器输出中所示简单平衡容器输出的差压为的差压为 ，按照流体静力，按照流体静力学原理，有学原理，有 pppgHHLgHHgLpswa)()(00Hg)(g)
28、(Hg)(Lswswsa0由上式容易看出：输出的差压信由上式容易看出：输出的差压信号受汽包压力和平衡容器侧水柱号受汽包压力和平衡容器侧水柱温度的影响。温度的影响。HggHgLswswsap)()()(0误差原因误差原因:平衡容器水柱温度和汽包压力的变化平衡容器水柱温度和汽包压力的变化。2.2.双室平衡容器双室平衡容器 在图在图(b)(b)所示的双室平所示的双室平衡容器中，给固定水柱增装衡容器中，给固定水柱增装了蒸汽保温室，使得固定水了蒸汽保温室，使得固定水柱的温度达到了汽包内的汽柱的温度达到了汽包内的汽水温度，因而消除了固定水水温度，因而消除了固定水柱非饱和状态时温度的影响。柱非饱和状态时温度
29、的影响。其输出差压为其输出差压为 pgHHLgHHgLppsww)()(00g)(HHL(sw0 由上式易看出：由上式易看出：(1)(1)输出的信号差压与成输出的信号差压与成负线性关系负线性关系(压力不变时压力不变时)。(2)(2)汽包压力汽包压力变化时，输出仍受压力的影响变化时，输出仍受压力的影响(水位不变水位不变时时)。(3)(3)不同水位时压力影响所产生的不同水位时压力影响所产生的误差是不同的，在不变的情况下，汽包压误差是不同的，在不变的情况下，汽包压力的变化所产生的输出误差为力的变化所产生的输出误差为gHHLswp)(0误差原因误差原因:汽包压力的变化汽包压力的变化 二、差压水位的压力
30、校正二、差压水位的压力校正 1.1.校正原理校正原理 差压水位的压力校正是指差压水位的压力校正是指对简单平衡容器或双室平衡容器输出的差压对简单平衡容器或双室平衡容器输出的差压信号，通过引入汽包压力信号进行一定的校信号，通过引入汽包压力信号进行一定的校正计算，从而消除压力对测量影响的一种补正计算，从而消除压力对测量影响的一种补偿偿方法。方法。对于双室平衡容器，输出对于双室平衡容器，输出 对于式中对于式中()()因子可采用如下近似公式：因子可采用如下近似公式：pgHHLsw)(0swgp/)715.28.908(swLHH0pp715.28.908)(0HLHpp715.28.908差压式水位计误
31、差的原因差压式水位计误差的原因汽包压力和平衡容器侧水柱温度的变化导致密汽包压力和平衡容器侧水柱温度的变化导致密度变化，使水位测量不准。目前一般在度变化，使水位测量不准。目前一般在DCSDCS中引中引入汽包压力和温度入汽包压力和温度T T通过计算对此进行补偿通过计算对此进行补偿。流量参数测量的相关知识流量参数测量的相关知识目前电厂中常用的节流装置有孔板、喷嘴、目前电厂中常用的节流装置有孔板、喷嘴、等侧流量。等侧流量。工作原理：在管道内装入节流件，流束将工作原理：在管道内装入节流件，流束将在节流件处形成在节流件处形成局部收缩，使流速增大，局部收缩，使流速增大，静压力降低静压力降低，于是在节流件前后
32、产生压力，于是在节流件前后产生压力差该压力差通过差压计检出流体的体差该压力差通过差压计检出流体的体积流量或质量流量与差压计所测得的差压积流量或质量流量与差压计所测得的差压值有确定的数值关系。因此可通过测量差值有确定的数值关系。因此可通过测量差压来测流量。压来测流量。因此为保证流量测量的精度，必须保证因此为保证流量测量的精度，必须保证差差压测量的正确性和系数压测量的正确性和系数K为常数。为常数。为保证差压测量的正确性必须采取合理的为保证差压测量的正确性必须采取合理的取压方式取压方式标准孔板：角接取压，法兰取标准孔板：角接取压，法兰取压；压；标准喷嘴：角接取压标准喷嘴：角接取压系数系数K是和流体流
33、动状态（是和流体流动状态（雷雷诺数诺数ReD）有关有关有关的，所以要在节流件前后留有足够长有关的，所以要在节流件前后留有足够长的直管段，保证流体进入节流件前达到紊的直管段，保证流体进入节流件前达到紊流状态流状态。pKqm12pKqv12影响流量测量准确性的原因影响流量测量准确性的原因 电厂中流量测量过程中应注意：电厂中流量测量过程中应注意：1 选取合适的取压点和取压方式，保证获得选取合适的取压点和取压方式，保证获得较准确的差压较准确的差压2 保证流量计前后留有足够长的直管段，使保证流量计前后留有足够长的直管段，使其流动状态达到充分的紊流。其流动状态达到充分的紊流。3 保证测量时流体充满整个管道
34、保证测量时流体充满整个管道4 测量的实际流量应大于流量计量程的下限测量的实际流量应大于流量计量程的下限的的30%氧量测量的相关知识氧量测量的相关知识电厂中用氧化锆氧量计测量氧气，反映燃烧过程的过剩空气系数。氧化锆氧是最近二十年发展起来的一种新型烟气氧含量分析测量仪表。氧化锆氧量计广泛地应用在火力发电、采暖、炼油、化工、轻纺、水泥等工业领域内。分为抽出式和直插式两类。1 1、氧化锆、氧化锆（ZrOZrO2 2）材料的化学性质）材料的化学性质 在在ZrOZrO2 2材料中加人一定量的氧化钙材料中加人一定量的氧化钙（CaOCaO）或氧化钇（）或氧化钇（Y Y2 2O O3 3），经高温烧结，），经高
35、温烧结，2 2价的钙离子价的钙离子CaCa2+2+会进入会进入ZrOZrO2 2晶体而置换晶体而置换出十出十4 4价的锆离子价的锆离子ZrZr4+4+。置换出的锆离子。置换出的锆离子ZrZr4+4+与数量不足的氧离子结合而形成带有与数量不足的氧离子结合而形成带有氧离子空穴的氧化锆材料，成为一种不再氧离子空穴的氧化锆材料，成为一种不再随温度变化的正立方晶型的材料。这种材随温度变化的正立方晶型的材料。这种材料被称为空穴型氧化锆晶体，为固体电解料被称为空穴型氧化锆晶体，为固体电解质。质。氧浓差电池的构成如图所示 氧化锆氧量计的工作原理氧化锆氧量计的工作原理氧化锆氧量计的基本原理是基于电化学中浓差氧化
36、锆氧量计的基本原理是基于电化学中浓差电池原理工作的，电池原理工作的，用氧化锆的输出电势反映待用氧化锆的输出电势反映待测氧气的浓度。测氧气的浓度。即：以氧化锆作为固体电解质，高温下的即：以氧化锆作为固体电解质，高温下的电解质两侧氧浓度不同时形成浓差电池，浓差电解质两侧氧浓度不同时形成浓差电池，浓差电池产生的电势与两侧氧浓度有关，如一侧氧电池产生的电势与两侧氧浓度有关，如一侧氧浓度固定，即可通过测量输出电势来测量另一浓度固定，即可通过测量输出电势来测量另一侧的氧含量。侧的氧含量。保证氧量正确测量的条件保证氧量正确测量的条件 为待测的氧的浓度为待测的氧的浓度1 1、氧化锆传感器需要恒温，不恒温要补偿
37、。、氧化锆传感器需要恒温，不恒温要补偿。2 2、氧化锆传感器要在一定高温下工作，以保证、氧化锆传感器要在一定高温下工作，以保证有足够高的灵敏度。有足够高的灵敏度。3 3、保持参比气样的压力与待测气样的压力相、保持参比气样的压力与待测气样的压力相等。等。4 4、保持参比气样和待测气样一定的流速，以保、保持参比气样和待测气样一定的流速，以保证测量的准确性。证测量的准确性。1212lnlnnFRTppppnFRTE1第二章第二章DCSDCS简介简介第一节第一节 大型机组热工自动化的现状大型机组热工自动化的现状第二节第二节 分散控制系统分散控制系统（DCSDCS）第一节第一节 大型机组热工自动化的现状
38、大型机组热工自动化的现状大型机组的被控对象和测点数量多大型机组的被控对象和测点数量多采用计算机监控系统，常规仪表在减少采用计算机监控系统，常规仪表在减少一、大型机组的被控对象和测点数量多一、大型机组的被控对象和测点数量多如前所述，目前，我国火电厂所指的大型机组如前所述，目前，我国火电厂所指的大型机组是是200600MW机组，蒸汽参数为超高压机组，蒸汽参数为超高压（13.73MPa以上）、亚临界（以上）、亚临界（17.15MPa以上）、以上）、超临界（超临界（22MPa以上），温度一般均为以上），温度一般均为540。由于机组主辅设备多，系统复杂，被控对象数由于机组主辅设备多，系统复杂，被控对象数
39、量多。以量多。以300MW机组为例，一般有电动机机组为例，一般有电动机100130台，电动阀门台，电动阀门180230台，电动执行台，电动执行器器6575台，气动执行器台，气动执行器30台左右。台左右。一台机组的测点（一台机组的测点（I/0通道）数量也是可观的，通道）数量也是可观的，据统计：据统计：200MW机组测点数约机组测点数约10002000点；点；300MW机组测点数约机组测点数约30004000点；点；600MW机组测点数约机组测点数约60007000点。测点数包括模拟点。测点数包括模拟量输入（量输入（AI）、模拟量输出（）、模拟量输出（AO），数字量），数字量（开关量）输入（开关量
40、）输入（DI）、数字量输出（）、数字量输出（DO）等）等。热工自动化包括：监测（热工自动化包括：监测（Monitor）、控制）、控制（Control）、报警（）、报警（Alarm）、保护）、保护（Protection）。）。热工自动化技术的发展过程热工自动化技术的发展过程 a.50年代，就地指示仪表。年代，就地指示仪表。b.80年代，集中的模拟显示仪表年代，集中的模拟显示仪表（DDZII,DDZIII）c.微机化的组件式仪表。（微机化的组件式仪表。（SPEC-200)d.分散控制系统（分散控制系统（DCS）。）。ABB的的INFI-90，西，西屋的屋的WDPF，新华电站，新华电站的（的（XDP
41、S-2000）采用分散控制系统，常规仪表在减少采用分散控制系统，常规仪表在减少由于传统观念的影响，我们看到一些电厂由于传统观念的影响，我们看到一些电厂在采用新型的分散控制系统（在采用新型的分散控制系统（DCSDCS）以后，）以后，仍然大量使用常规仪表的现象。随着人们仍然大量使用常规仪表的现象。随着人们观念的变化和对新设备可靠性的认同，目观念的变化和对新设备可靠性的认同，目前大型机组常规仪表不断减少，逐步实现前大型机组常规仪表不断减少，逐步实现了单元机组的一体化控制，即不设司炉、了单元机组的一体化控制，即不设司炉、司机和电气值班员，而是一台机组配备司机和电气值班员，而是一台机组配备1名主值班员，
42、名主值班员，23名副值班员，对整台机名副值班员，对整台机组全面监控。如石洞口二厂的组全面监控。如石洞口二厂的600MW机机组，实行的就是这种配置。组，实行的就是这种配置。第二节第二节 分散控制系统（分散控制系统（DCSDCS）一、什么是一、什么是DCSDCS分散控制系统分散控制系统DCSDCS（Distributed Control Distributed Control SystemSystem）是基于）是基于“4C”4C”技术（技术（Computer Computer Control Communication CRTControl Communication CRT）的）的7070年代中
43、期出年代中期出现的新型工业控制系统，采用分布式的计算机现的新型工业控制系统，采用分布式的计算机系统结构，目的是为了减少风险，提高系统可系统结构，目的是为了减少风险，提高系统可靠性。其基本思路是：将整个控制系统按照区靠性。其基本思路是：将整个控制系统按照区域、功能和回路作适当分解，再通过总线或通域、功能和回路作适当分解，再通过总线或通讯网络将它们连接为有机整体。这样，局部性讯网络将它们连接为有机整体。这样，局部性故障不会影响整体的安全运行，同时可以保证故障不会影响整体的安全运行，同时可以保证各部分工作的高效率。各部分工作的高效率。自自19751975年年HoneywellHoneywell公司推
44、出第一套公司推出第一套DCSDCS以以后，全世界有后，全世界有6060余家公司生产了余家公司生产了15001500余种余种产品，目前约有一万套产品，目前约有一万套DCSDCS在运行，我国在运行，我国火电厂自火电厂自8080年代引进年代引进DCSDCS，到，到19961996年底已年底已投入或在建的投入或在建的DCSDCS有有238238套，火电厂引起的套，火电厂引起的DCSDCS型号及生产厂家使用数量一览表见表型号及生产厂家使用数量一览表见表为防止电厂应用为防止电厂应用DCSDCS品种过多，给运行维品种过多，给运行维护备品备件带来困难，电力部选择业绩较护备品备件带来困难，电力部选择业绩较好、国
45、内有合作单位的表中前好、国内有合作单位的表中前8 8种为电力种为电力部推荐使用的部推荐使用的DCSDCS系统。小型分散控制系系统。小型分散控制系统如统如YewparkYewpark等在火电厂中也有应用，表等在火电厂中也有应用，表中未列入。此外，我国自行开发的中未列入。此外，我国自行开发的DCSDCS系系统在电厂改造中也有使用，如电力工业部统在电厂改造中也有使用，如电力工业部电力科学研究院的电力科学研究院的EDPFEDPF等。等。二、二、DCSDCS的组成的组成大型火电机组的大型火电机组的DCSDCS系统，一般包括系统，一般包括 数据采集系统数据采集系统（DASDAS）模拟量控制系统模拟量控制系
46、统（MCSMCS）顺序控制系统（顺序控制系统（SCSSCS）锅炉炉膛安全监控系统（锅炉炉膛安全监控系统（FSSSFSSS）汽轮机电液控制系统汽轮机电液控制系统（DEHDEH）后两种根据厂家经验，如解决好接口问题，后两种根据厂家经验，如解决好接口问题，可以进入可以进入DCSDCS，也可以独立工作。此外，也可以独立工作。此外，有的机组有的机组DCSDCS中还包括中还包括汽机旁路控制系统汽机旁路控制系统（BPSBPS）。数据采集系统（数据采集系统（DASDAS）（）（Data Acquisition Data Acquisition SystemSystem）。）。主要是连续采集和处理机组工艺模拟量
47、信号和主要是连续采集和处理机组工艺模拟量信号和设备状态的开关量信号，并实时监视设备状态的开关量信号，并实时监视,保证机组保证机组安全可靠地运行，还具有在线的性能效率计算安全可靠地运行，还具有在线的性能效率计算和经济分析功能等。和经济分析功能等。v数据采集：数据采集：对现场的模拟量、开关量的实时对现场的模拟量、开关量的实时数据采集、扫描、处理。数据采集、扫描、处理。v信息显示：信息显示：包括工艺系统的模拟图和设备状包括工艺系统的模拟图和设备状态显示、实时数据显示、棒图显示、历史趋态显示、实时数据显示、棒图显示、历史趋势显示、报警显示等。势显示、报警显示等。v事件记录和报表制作事件记录和报表制作/
48、打印：打印：包括包括SOESOE 顺序顺序事件记录、工艺数据信息记录、设备运行记事件记录、工艺数据信息记录、设备运行记录、报警记录与查询等。录、报警记录与查询等。v历史数据存储和检索历史数据存储和检索v设备故障诊断设备故障诊断模拟量控制系统（模拟量控制系统（MCSMCS）（）（Modulating Modulating Control SystemControl System）亦称机组协调控制系统（亦称机组协调控制系统（CCSCCS）（Coordinated Control SystemCoordinated Control System）。其设）。其设计思想是将炉机电综合控制，以自动调节计思
49、想是将炉机电综合控制，以自动调节为主，将逻辑控制、联锁保护等功能结合为主，将逻辑控制、联锁保护等功能结合在一起，构成一种具有多种控制功能，满在一起，构成一种具有多种控制功能，满足不同运行工况要求的综合性过程控制系足不同运行工况要求的综合性过程控制系统。它是在常规机炉局部控制系统上发展统。它是在常规机炉局部控制系统上发展起来的，在局部控制子系统上加入协调控起来的，在局部控制子系统上加入协调控制器，对各子系统进行协调。它是实现机制器，对各子系统进行协调。它是实现机组全方位全过程控制的基础，也是组全方位全过程控制的基础，也是DCSDCS最最基本的控制功能。基本的控制功能。炉膛安全保护监控系统炉膛安全
50、保护监控系统-FSSS-FSSS系统系统锅炉炉膛安全监控系统（锅炉炉膛安全监控系统（furnace safeguard supervisory system,FSSS)或称燃烧器管理系统或称燃烧器管理系统（burner management system,BMS)：保证：保证锅炉燃烧系统中各设备按规定的操作顺序锅炉燃烧系统中各设备按规定的操作顺序和条件安全起停、切投，和条件安全起停、切投，并能在危急情并能在危急情况下迅速切断进入锅炉炉膛的全部燃料，况下迅速切断进入锅炉炉膛的全部燃料，保证锅炉安全。包括保证锅炉安全。包括BCSBCS（燃烧器控制系（燃烧器控制系统）和统）和FSSFSS（炉膛安全系
