水煤漿氣化工藝的組態(tài)設計(組態(tài)王設計)課程設計

1、<p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　題 目：德士古水煤漿氣化工藝的組態(tài)設計（組態(tài)王設計） </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學生學號： <

2、;/p><p>　　系 別： 電氣信息工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 自動化 </p><p>　　屆 別： </p><p>　　指導教師： </p&g

3、t;<p><b>　　電氣信息工程學院制</b></p><p><b>　　2013年5月</b></p><p>　　德士古水煤漿氣化工藝的組態(tài)設計（組態(tài)王設計）</p><p>　　1 基于組態(tài)王課程設計的任務與要求</p><p>　　1.1 課程設計的任務</p>

4、;<p>　　1﹑熟悉并熟練掌握﹑運用組態(tài)王軟件；</p><p>　　2﹑通過組態(tài)王軟件的使用，進一步掌握了解過程控制理論的相關知識；</p><p>　　3﹑培養(yǎng)自主查找資料﹑搜尋信息﹑自學的能力；</p><p>　　4﹑培養(yǎng)實踐動手﹑動腦的能力；</p><p>　　1.2 課程設計的要求</p><

5、p>　　1﹑采用V6.53版本組態(tài)王德士古水煤漿氣化工藝過程進行組態(tài)進行設計。</p><p>　　2﹑根據(jù)所給的化工工藝進行主畫面，需要在界面上進行合理的進行優(yōu)化設計，掌握組態(tài)軟件設計的基本功能。</p><p>　　3﹑根據(jù)主畫面工藝內容，再設計相關分畫面，可以做報警、歷史、實時、控制、數(shù)據(jù)分析等畫面（其中顯示數(shù)據(jù)可以根據(jù)工藝過程用隨機值進行表示）?？偖嬅鏀?shù)不應少于5個。<

6、/p><p>　　4﹑畫面設計要有一定的可觀性，要充分進行動畫顯示設計，杜絕靜止畫面。</p><p>　　5﹑畫面切換要非常流暢，適當加入按鈕或熱區(qū)設計等相關鏈接環(huán)節(jié)。</p><p>　　6﹑提交課程設計時間節(jié)點：2013年5月1日-5月8日。</p><p>　　7﹑報告格式按照電氣學院電子課程設計文件要求進行，報告撰寫可按以下環(huán)節(jié)展開。&

7、lt;/p><p>　　2 德士古水煤漿氣化工藝的介紹</p><p>　　2.1 工藝基本功能</p><p>　　目前，石油和化學工業(yè)在快速發(fā)展的同時，正面臨著資源、能源和環(huán)境等多重壓力。由于我國石油和天然氣短缺，煤炭相對豐富，煤炭在我國的能源和化工的未來發(fā)展中所處的地位會變得越來越重要，隨著煤氣化技術的不斷成熟，特別是加壓氣化方法的逐步完善和下游產(chǎn)品的多樣化，煤氣

8、化已成為我國目前煤化工的重中之重。</p><p>　　其中煤炭氣化中以德士古水煤漿氣化爐為典型代表。德士古氣化法是一種以水煤漿為進料的加壓氣流床氣化工藝。德士古水煤漿加壓氣化工藝簡稱TCGP，是美國德士古石油公司TEXACO在重油氣化的基礎上發(fā)展起來的。</p><p>　　從1945年發(fā)展至今，德士古水煤漿氣化工藝也是當前世界上發(fā)展較快，技術先進的第二代煤氣化技術，TEXACO水煤漿氣

9、化工藝是將一定粒度的煤粒及少量添加劑與水在磨機中磨成可以用泵輸送的水煤漿，與富氧在加壓及高溫狀態(tài)下發(fā)生不完全燃燒反應制得高溫合成氣，高溫合成氣直接在水中冷卻(激冷流程)。合成氣體經(jīng)進一步冷卻除塵后，可以通過燃氣輪機與其副產(chǎn)的高壓蒸汽實現(xiàn)潔凈的煤氣化聯(lián)合發(fā)電技術；還可以用以作制造一碳化學品、合成氨。由于是在加壓及連續(xù)操作下進行，所以工藝簡單，又因其三廢排放少，水的循環(huán)利用屬環(huán)境友好型工藝。</p><p>　　2.

10、2 德士古水煤漿氣化工藝的特點</p><p>　　1﹑用于該工藝的煤種范圍廣泛</p><p>　　由于煤在磨機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，德士古水煤漿氣化理論上，可以廣泛使用各種煤種作為原料。</p><p><b>　　2﹑熱能的回收利用</b></p><p>　　德士古水煤

11、漿氣化工藝本身就需要高壓高溫，所以熱能可以被合理的利用，用于聯(lián)合發(fā)電等。</p><p><b>　　3﹑有利于環(huán)境保護</b></p><p>　　2.3 德士古水煤漿氣化原理</p><p>　　德士古水煤漿加壓氣化爐過程屬于氣流床疏相并流反應。水煤漿通過噴嘴在高速氧氣的作用下，破碎、霧化噴入氣化爐。氧氣和霧狀水煤漿在爐內受到耐火襯里的高溫

12、輻射作用，迅速經(jīng)歷預熱、水分蒸發(fā)、煤的干餾、揮發(fā)物的裂解燃燒以及碳的氣化等一系列復雜的物理、化學過程。最后生成以一氧化碳、氫氣、二氧化碳和水蒸氣為主要成分的濕煤氣、熔渣和未反應的碳，一起同流向下，離開反應區(qū)，進入爐子底部激冷室水浴，熔渣經(jīng)淬冷、固化后被截留在水中，落入渣灌，經(jīng)排渣系統(tǒng)定時排放。煤氣和飽和蒸汽進入煤氣冷卻凈化系統(tǒng)。德士古氣化法是采取高壓氣化，是以水煤漿形式的濕法進料。雖然高壓氣化能有效地提高生產(chǎn)能力和煤氣品質，但是在高壓條

13、件下解決于粉進料和煤鎖裝置問題是相當困難的，因此改進為水煤漿濕法進料的方式。</p><p><b>　　1﹑氣化爐內的反應</b></p><p>　　9．6％純氧經(jīng)德士古燒嘴呈射流狀態(tài)進入氣化爐，在高溫、高壓下進行氣化反應，生成以CO+H2為主要成分的粗合成氣。在氣化爐內進行的反應相當復雜，一般認為氣化分三步進行：</p><p>　　1﹑

14、煤的裂解和揮發(fā)份的燃燒</p><p>　　水煤漿和氧氣進入高溫氣化爐后，水份迅速蒸發(fā)為水蒸汽。煤粉發(fā)生熱裂解并釋放出揮發(fā)份。裂解產(chǎn)物及揮發(fā)份在高溫、高氧濃度下迅速完全燃燒，同時煤粉變成煤焦，放出大量的反應熱。因此，在合成氣中不含有焦油、酚類和高分子烴類。這個過程進行的時間很短。</p><p><b>　　2﹑燃燒及氣化反應</b></p><p

15、>　　煤裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧氣發(fā)生燃燒反應，生成CO、C02等氣體，放出反應熱；另一方面，煤焦又和水蒸汽、C02等發(fā)生化學反應，生成CO、H2。</p><p>　　3﹑氣化過程的化學反應</p><p>　　這時主要進行的是煤焦、甲烷等與水蒸汽、C02發(fā)生的氣化反應，生成CO和H2。氣化爐內發(fā)生的化學反應是很多的，在火焰中可能同時進行以下化學反應：CmHn+(m+n/

16、4)O2=mCO2+n/2H2O             ①2C+O2=2CO          +246.6KJ            ②C+O2=CO2      

17、0;    +409.1KJ           ③2CO+O2=2CO2        +573.2KJ            ④H2+1/2O2=H2O    

18、                       ⑤C+H2O=CO+H2       －122.7KJ           ⑥CO2+H2=CO+H2O   

19、; －42.3KJ              ⑦CH4+H2O=CO+3H2    －412.8KJ            ⑧C+CO2=2CO         －165.0KJ

20、0;          ⑨CH4=C+2H2                             ⑩ 此時還可能發(fā)生如下副反應：COS+H2O=H</p>

21、<p>　　2.4 工藝流程介紹</p><p>　　德士古水煤漿氣化工藝有5個重要單元：磨煤制漿單元﹑水煤漿氣化合成氣單元﹑燒嘴冷卻單元﹑鎖斗單元﹑水處理單元。</p><p><b>　　1﹑磨煤制漿單元</b></p><p>　　制漿單元用于水煤漿的制備。原料煤經(jīng)過稱重給料機計量后送人磨機，同時在磨機中加入水、添加劑、石灰石

22、、氨水，經(jīng)磨機研磨成一定粒度分布濃度的水煤漿，合格的水煤漿由低壓煤漿泵送入煤漿槽中，再經(jīng)過高壓煤漿泵送入氣化爐中。</p><p>　　2﹑水煤漿氣化合成氣單元</p><p>　　磨制得到的水煤漿經(jīng)高壓煤漿泵加壓送到氣化爐中，后與高壓氧氣經(jīng)德士古燒嘴混合后呈霧狀噴入氣化爐燃燒室，在燃燒室中進行復雜的氣化反應，生成的煤氣(稱為合成氣)。合成氣和熔渣經(jīng)激冷環(huán)及下降管進入氣化爐激冷室冷卻，冷卻

23、后的合成氣經(jīng)噴嘴洗滌器進入碳洗塔，熔碴落人激冷室底部冷卻、固化，定期排出。高溫的合成氣進過激冷降溫，會把大量的熱能傳遞給水，產(chǎn)生大量的水蒸氣，合成氣和水蒸氣混合輸出氣化爐。在碳洗塔中，合成氣和水蒸氣的混合氣體進一步冷卻、除塵，并控制水氣比(即水汽與干氣的摩爾比)，然后合成氣出碳洗塔進入后工序。</p><p><b>　　3﹑燒嘴冷卻單元</b></p><p>　　

24、德士古工藝燒嘴是氣化裝置的關鍵設備，一般為三流道外混式設計，在燒嘴中煤漿被高速氧氣流充分霧化，以利于氣化反應。由于德士古燒嘴插人氣化爐燃燒室中，承受著高溫，為了防止燒嘴損壞，在燒嘴外側設置了冷卻盤管，在燒嘴頭部設置了水夾套，并由一套單獨的系統(tǒng)向燒嘴供應冷卻水，該系統(tǒng)設置了復雜的安全聯(lián)鎖。</p><p><b>　　4﹑鎖斗單元</b></p><p>　　落人激冷室

25、底部的固態(tài)熔渣，經(jīng)破渣機破碎后進入鎖斗單元，鎖斗單元設置了一套復雜的自動循環(huán)控制系統(tǒng)，用于定期收集爐渣。在排渣時鎖斗和氣化爐隔離。鎖斗循環(huán)分為減壓、清洗、排渣、充壓四部分，每個循環(huán)周期約30分鐘，保證在不中斷氣化爐運行的情況下定期排渣。</p><p><b>　　5﹑水處理單元</b></p><p>　　水煤漿氣化需要大量的水，該單元主要用于水的回收處理以及水的循

26、環(huán)利用。從氣化爐和碳洗塔排出的是含固量較高黑水。首先黑水送入高壓、真空閃蒸系統(tǒng)，進行減壓閃蒸，以降低黑水溫度，去除溶解的氣體及濃縮黑水，經(jīng)閃蒸后的黑水含固量進一步提高，送往沉降槽澄清，澄清后的水循環(huán)使用。</p><p><b>　　圖1工藝流程圖</b></p><p>　　3 德士古水煤漿氣化工藝的仿真</p><p>　　3.1.1組態(tài)

27、王的簡介</p><p>　　組態(tài)王軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件， 它融過程控制設計、 現(xiàn)場操作以及工廠資源管理于一體， 將一個企業(yè)內部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應用以及信息交流匯集在一起， 實現(xiàn)最優(yōu)化管理。它基于 Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系統(tǒng)，用戶可以在企業(yè)網(wǎng)絡的所有層次的各個位置上都可以及時獲得系統(tǒng)的實時信息。 采用組態(tài)王軟件開發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程， 可以極大地增強用戶生產(chǎn)控制能力、提高

28、工廠的生產(chǎn)力和效率、提高產(chǎn)品的質量、減少成本及原材料的消耗。 它適用于從單一設備的生產(chǎn)運營管理和故障診斷， 到網(wǎng)絡結構分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開發(fā)。 </p><p>　　組態(tài)王軟件結構由工程管理器、工程瀏覽器及運行系統(tǒng)三部分構成。 </p><p>　　工程管理器：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對已有工程進行搜索、</p><p>　　添加、備份

29、、恢復以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導入和導出等功能。 </p><p>　　工程瀏覽器：工程瀏覽器是一個工程開發(fā)設計工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設備及</p><p>　　相關變量、動畫鏈接、命令語言以及設定運行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。 </p><p>　　運行系統(tǒng)：工程運行界面，從采集設備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動畫設計</p><p&g

30、t;　　顯示動態(tài)畫面，實現(xiàn)人與控制設備的交互操作。</p><p>　　3.1.2組態(tài)王具有的五大特點：</p><p><b>　　1、工程管理 </b></p><p>　　為用戶集中管理本機上的所有組態(tài)王工程。 </p><p><b>　　2、畫面制作系統(tǒng) </b></p>&

31、lt;p>　?。?）支持無限色和過渡色；</p><p>　?。?）圖庫“一次構造，隨處使用”；</p><p>　?。?）多種形狀和效果的按鈕和多種格式的圖形；</p><p>　?。?）可視化動畫連接向導。 </p><p>　　3、報警和事件系統(tǒng) </p><p>　　具有方便、靈活、可靠、易于擴展、通過網(wǎng)

32、絡遠程報警的特點。</p><p><b>　　4、報表系統(tǒng)bb </b></p><p>　　提供一套全新、集成的內嵌式報表系統(tǒng)，內部提供豐富的報表函數(shù)。提供報表工具條、報表模板，報表能夠進行組態(tài)。 </p><p><b>　　5、控件 </b></p><p>　　支持Windows標準的Ac

33、tive X控件（主要為可視控件），包括Microsoft提供的標準Active X控件和用戶自制的Active X控件。三個功能強大的控件，即數(shù)據(jù)表格控件；歷史曲線控件；PID調節(jié)控件。</p><p>　　3.1.3組態(tài)王設計的一般步驟</p><p>　　第一步：創(chuàng)建新工程 </p><p>　　為工程創(chuàng)建一個目錄用來存放與工程相關的文件。 </p>

34、;<p>　　第二步：定義硬件設備并添加工程變量 </p><p>　　添加工程中需要的硬件設備和工程中使用的變量，包括內存變量和 I/O 變量。 </p><p>　　第三步：制作圖形畫面并定義動畫連接 </p><p>　　按照實際工程的要求繪制監(jiān)控畫面并使靜態(tài)畫面隨著過程控制對象產(chǎn)生動態(tài)效果。 </p><p>　　第四步

35、：編寫命令語言 </p><p>　　通過腳本程序的編寫以完成較復雜的操作上位控制。 </p><p>　　第五步：進行運行系統(tǒng)的配置 </p><p>　　對運行系統(tǒng)、報警、歷史數(shù)據(jù)記錄、網(wǎng)絡、用戶等進行設置，是系統(tǒng)完成用于現(xiàn)場前的必備工作。</p><p>　　3.2利用組態(tài)王軟件進行設計</p><p>　　3.

36、2.1 新建工程</p><p>　　打開組態(tài)王軟件，第一步創(chuàng)建新的工程，命名為“我的工程”，設置保存路徑，內容描述。如下圖所示：</p><p><b>　　圖2 新建我的工程</b></p><p><b>　　3.2.2新建畫面</b></p><p>　　點擊“開發(fā)”或者雙擊工程，進入工程，

37、點擊新建工程畫面，進入開發(fā)系統(tǒng)畫面，設置背景屬性名稱等，打開工具欄，使用圖庫創(chuàng)建需要的器件：泵，管道，反應塔，等；將創(chuàng)建的器件合理的放置，并對器件進行文字標注，如下圖所示：</p><p>　　圖3主畫面----反應車間監(jiān)控中心</p><p>　　3.2.3 建立仿真的plc</p><p>　　選擇 系統(tǒng)|COM1，點擊新建：</p><p&

38、gt;　　圖4-1 通訊方式 圖4-2邏輯名稱</p><p>　　圖4-3串口選擇 圖4-4地址設置</p><p>　　圖4-5 通信參數(shù) 圖4-6信息總結</p><p>　　3.2.4 完善數(shù)據(jù)詞典庫</p><

39、;p>　　點擊數(shù)據(jù)庫|數(shù)據(jù)詞典，新建該組態(tài)系統(tǒng)需要的變量,如圖所示:</p><p><b>　　圖5數(shù)據(jù)庫的完善</b></p><p><b>　　3.2.5動畫鏈接</b></p><p>　　雙擊反應塔和泵以及指示燈對其進行填充的顏色設置開始關閉的顏色設置正常色報警色的設置，以及相關參數(shù)的設定。參見下圖：&l

40、t;/p><p>　　圖6-1反應器的設置</p><p>　　圖6-2泵，指示燈的設置</p><p>　　在反應塔附近寫上文本“#####”并雙擊對其參數(shù)進行設置可以將反應塔的液位時實時顯示出來。</p><p>　　3.2.6主畫面以外的其余畫面的設置</p><p>　　1﹑歷史趨勢曲線畫面 </p>

41、<p>　　新建一個畫面，命名為“歷史趨勢曲線”,在畫面中打開工具箱的圖庫，選擇歷史曲線，添加到畫面中并調整好適當?shù)拇蟆?lt;/p><p>　　圖7歷史趨勢曲線畫面</p><p><b>　　2﹑報表畫面</b></p><p>　　新建一畫面，命名為報表，運用工具箱調用報表繪圖命令，繪制一張報表，并適當調節(jié)報表大小。</p&

42、gt;<p>　　圖8-1實時數(shù)據(jù)報表畫面</p><p>　　圖8-2實時數(shù)據(jù)報表畫面命令語言</p><p>　　3﹑實時趨勢曲線畫面</p><p>　　新建一畫面，命名為“實時趨勢曲線”使用工具箱里的“實時趨勢曲線”命令就可以做出畫面的實時趨勢曲線圖，并對其進行設置，設定各個表達式的線型，顏色。如下圖所示：</p><p&g

43、t;　　圖9實時趨勢曲線畫面</p><p><b>　　4﹑XY控制畫面</b></p><p>　　新建一畫面，命名為“XY控制畫面”，在圖中創(chuàng)建好xy控制雙擊在彈出的對話框中點擊命令語言在命令語言對話框里輸入以下內容；xyAddNewPoint( "控件1",\\本站點\煤漿槽液位, \\本站點\氣化爐液位, 0 );</p>

44、<p>　　圖10 XY控制畫面及命令語言</p><p><b>　　5﹑日歷控制畫面</b></p><p>　　新建一畫面，命名為“日歷控制畫面”。使用工具箱進行繪制，最終得到的畫面如下圖：</p><p>　　圖11實日歷控制畫面</p><p><b>　　6﹑報警和事件畫面</b&g

45、t;</p><p>　　新建一個畫面，命名為“報警和事件畫面”，使用工具箱中的“報警窗口”命令在圖中畫出報警窗口。如下圖：</p><p>　　圖12報警和事件畫面</p><p><b>　　圖13報警組定義</b></p><p>　　3.2.7報警命令語言</p><p>　　在命令語言中

46、選擇事件命令語言，新建事件命令語言，事件描述：\\本站點\$新報警==1在發(fā)生時框中寫入下面命令：ShowPicture("新報警");\\本站點\$新報警=0;</p><p><b>　　圖14報警命令</b></p><p>　　4 德士古水煤漿氣化工藝的組態(tài)設計仿真實現(xiàn)</p><p>　　對已經(jīng)創(chuàng)建好的組態(tài)進行仿真

47、運行，點擊畫面中的文件|切換到View進入到演示動態(tài)畫面。畫面中的反應塔里的液位發(fā)生變化，歷史趨勢曲線 實時曲線等畫面里可以看到參數(shù)的變化，動態(tài)仿真截圖如下：</p><p>　　圖15-1反應車間監(jiān)控中心動態(tài)截圖</p><p>　　圖15-2反應車間監(jiān)控中心動態(tài)截圖</p><p>　　圖16實時數(shù)據(jù)報表畫面截圖 </p><p>　　圖

48、17實時趨勢曲線畫面截圖 </p><p>　　圖18XY控制畫面截圖 </p><p>　　圖19動態(tài)演示報警和事件畫面截圖 </p><p>　　圖20日歷控制畫面截圖 </p><p><b>　　5 總結和體會</b></p><p>　　在每個畫面中添加畫面切換按鈕，這樣點擊該按鈕會出現(xiàn)

49、下拉子菜單即別畫面圖像。這樣可以很方便的在各個畫面之間進行切換。</p><p>　　本次課程設計，通過使用組態(tài)王軟件對系統(tǒng)進行組態(tài)，邊學邊用更好的促使我學習好組態(tài)王軟件，從網(wǎng)上搜索，圖書館查閱資料和同學們互相交流，基本上對組態(tài)王有了一定的基本操作能力，實現(xiàn)了通過運用組態(tài)王來進行仿真組態(tài)的目的。通過自己動手加深了對控制理論更加深入學習的興趣。</p><p><b>　　6參考文

50、獻</b></p><p>　　[1]劉述祖. 硅酸鹽熱工基礎[ M] . 武漢: 武漢工業(yè)大學出版社, 1998: 169􀀁174.</p><p>　　[2]童景山. 流體的熱物理性質[ M] . 北京: 中國石化出版社, 1996: 347􀀁360.</p><p>　　[3]何翔, 金晶, 張忠孝等. 水煤漿氣

51、化爐入口參數(shù)對出口合成氣的影響 工程與技術, 2009( 1) : 74􀀁77.</p><p>　　[4]袁善錄, 戴愛軍. 配煤對灰熔點和煤成漿性能的影響[ J ] . 煤炭轉化, 2008, 31( 1) : 30􀀁32.</p><p>　　[5]楊晟剛, 張彥, 趙冬斌等. 水煤漿氣化爐參數(shù)優(yōu)化[ C] 􀀁自動化理論、技術與應