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

1、淮南呻乳学院 课程设计报告题 目：德士古水煤浆气化工艺的组态设计（组学生姓名：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：1 4-指导教师：虫群电气信息工程学院制2013年5月1淮南师范学院电气信息工程学院2014届自动化专业课程设计报告德上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

2、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TEXACOfc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；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

3、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、煤的干储、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，

4、 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， 第2页淮南师范学院电气信息工程学院2014届自动化专业课程设计报告生成以CO+H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、酚类和高分子姓类。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 C8等气体，放出反应热；另一方面，煤焦又和水蒸汽、CQ等发生化学反应，生成CO H203、气化过程的化学反

5、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)O=mC2+n/2H202C+O=2CO+246.6KJC+O=CO+409.1KJ2CO+2=2CO+573.2KJH2+1/2O2=H2OC+F2O=CO+HCO+H2=CO+HDCh4+h2O=CO+3HC+CO=2COCH4=C+2H-122.7KJ-42.3KJ-412.8KJ-165.0KJ第#页此时还可能发生如下副反应:C0S+H0=HS+C0C+O+H2=HCOOHN2+3H2=2NHN2+H2+2C=2HCN淮南师范学院电气信息工程学院2014届自动化专业课程设计报告10 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

6、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，熔磴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

7、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。第4页淮南师范学院电气信息工程学院2014届自动化专业课程设计报告第#页豆媒低压煤装重4哀水唱气化炉114-正煤斐亲1 分需棒水强法塔或空真空安图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 Microsoft Windows XP/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、

8、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

9、具 条、报表模板，报表能够进行组态。5、控件支持Windows标准的Active X 控件(主要为可视控件)，包括 Microsoft提供的 标准Active X控件和用户自制的Active X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 新建工程淮南师范学院电气信息工程学院2014届自动化专业课程设计报告打开组态王软件，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：工程岩理番L ,rilxi文件口 视图 9 工具CD 帮助QP国0 K葡携不 翦逢册1除屈性笈议&W 饮里导出DB导入开发 运行中H程名称路径制率版本Ki币芯徨鹏诞d: Apr* 加 fil-6sEhu.1 aiwvfLgSaklng.dw

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