【正文】 空氣也是一種常用的冷卻介質(zhì)。水和空氣的導(dǎo)熱性能都很差，在0℃ 時(shí)，水的導(dǎo)熱系數(shù)是 /米 小時(shí) ℃ ，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)是 /米 小時(shí) ℃ ，但水與空氣相比，水的導(dǎo)熱系數(shù)要比空氣高 24 倍左右。因此，當(dāng)冷卻效果相同時(shí)，用水冷卻比用空氣 冷卻的設(shè)備要小得多。大型工業(yè)企業(yè)和用水量大的工廠一般都采用水冷卻。常用的水冷系統(tǒng)可以分成三類，即直流系統(tǒng)、密閉系統(tǒng)和敞開蒸發(fā)系統(tǒng)，后兩種冷卻水都是循環(huán)使用的，故又稱為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。 冷卻水系統(tǒng)用水來冷卻工藝介質(zhì)的系統(tǒng)稱作冷卻水系統(tǒng)。冷卻水系統(tǒng)通常有兩種：直流冷卻水系統(tǒng)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。 直流冷卻水系統(tǒng)在直流冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水僅僅通過換熱設(shè)備一次 ， 用過后水就被排放掉，因此，它的用水量很大，而排出水的溫升卻很小，水中各種礦物質(zhì)和離子含量基本上保持不變。 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)又分封閉式和敞開式兩種。封閉式循環(huán)冷卻水 系統(tǒng)封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)又稱為密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng) ， 如圖 11。在此系統(tǒng)中，冷卻水用過后不是馬上排放掉，而是回收再用。敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。敞開蒸發(fā)系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣、類型最多的一種冷卻系統(tǒng)。它也是以水冷卻移走工藝介質(zhì)或換熱自控工程課程設(shè)計(jì) 2 設(shè)備所散發(fā)的熱量，然后利用熱水和空氣直接接觸時(shí)將一部分熱水蒸發(fā)出去，而使大部分熱水得到冷卻后，再循環(huán)使用這樣的系統(tǒng)也稱敞開循環(huán)冷卻水系統(tǒng)如圖12。 圖 11 密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 圖 12 敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 熱 水 換熱器 工藝熱流體換熱器 熱空氣 工藝熱流體 冷空氣 工藝?yán)淞黧w 循環(huán)水泵 密閉冷 卻水池 補(bǔ)充水 冷卻水池 循環(huán)水泵 換熱器 冷卻塔 補(bǔ)充水 蒸發(fā)損失水量 風(fēng)吹損失水量 工藝熱流體 空氣 空氣 排污水量 工藝?yán)淞黧w 自控工程課程設(shè)計(jì) 3 CAD 流程圖 鍋爐循環(huán)水控制系統(tǒng) 的 CAD 工藝流程圖如圖 13 所示。 圖 13 CAD 流程圖 自控工程課程設(shè)計(jì) 4 第 2 章 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 工藝及裝置介紹 一般的鍋爐結(jié)構(gòu)主要由一下幾部分組成： (1)汽鍋：由上下鍋筒和廢水管組成。水在管內(nèi)受管外煙氣加熱，因而在管簇內(nèi)發(fā)生自然循環(huán)流動(dòng)，并逐漸汽化，產(chǎn)生的飽和蒸汽聚集在鍋筒里面。為了得到干度比較大的飽和蒸汽，在上鍋爐筒中還裝有汽水分離設(shè)備，下鍋爐作為連接沸水管之用，同時(shí)儲(chǔ)存水和水垢。 (2)爐膛：是使燃料充分燃燒并放出熱能的設(shè)備。燃料由傳送設(shè)備直接送入爐內(nèi)燃燒。所需的 空氣由鼓風(fēng)機(jī)送入，燃盡的灰渣被爐排帶到除灰口，入灰斗中。高溫?zé)煔庖来谓?jīng)過各個(gè)受熱面，將熱量傳遞給水以后，由煙囪排到大氣中。 (3)過熱器：是將鍋爐所產(chǎn)生的飽和蒸汽繼續(xù)加熱為合格蒸汽的換熱器件，亦稱為過熱蒸汽換熱器。 (4)省煤器：是利用煙氣預(yù)熱鍋爐的給水，以降低煙氣溫度的換熱器件。省煤器由蛇形管組成。 (5)空氣預(yù)熱器：是繼續(xù)利用離開省煤器后的煙氣余熱，加熱燃料所需要的空氣的換熱器。通常，大、中型鍋爐中均設(shè)有空氣預(yù)熱器。 (6)引風(fēng)設(shè)備：包括引風(fēng)機(jī)、煙囪、煙道幾部分，將鍋爐中的煙氣連續(xù)排出。 (7)送風(fēng)設(shè)備：由送風(fēng)機(jī)和風(fēng)道組成，供應(yīng)燃料 燃燒所需要的空氣。 (8)給水設(shè)備：由給水泵和給水管組成。給水泵用來克服給水管路和省煤器的流動(dòng)阻力和鍋爐的壓力，把水送入鍋筒。 (9)水處理設(shè)備：用來清除水中雜質(zhì)和降低給水硬度，防止鍋爐受熱面上結(jié)水垢或腐蝕鍋爐，從而提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)性和安全性。 (10)燃料供給設(shè)備：由運(yùn)煤設(shè)備、原煤倉和儲(chǔ)煤斗等設(shè)備組成，保證鍋爐所自控工程課程設(shè)計(jì) 5 需要燃料的供應(yīng)。 (11)除灰除塵設(shè)備：分別為收集鍋爐灰渣并運(yùn)往存灰場地及除去煙氣中灰粒的設(shè)備，以減少對(duì)周圍環(huán)境的污染。 圖 21 鍋爐工作流程示意圖 由圖 21 可以看出，燃料和熱空氣按一定比例送入燃燒 室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽。然后經(jīng)過熱器，形成一定溫度、壓力的過熱蒸汽，匯集至蒸汽母管。過熱蒸汽經(jīng)負(fù)荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥供給生產(chǎn)負(fù)荷設(shè)備使用。與此同時(shí)，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，還經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙囪，排入大氣。 鍋爐控制系統(tǒng)控制任務(wù) 燃煤蒸汽鍋爐的生產(chǎn)任務(wù)是根據(jù)負(fù)荷設(shè)備的要求，生產(chǎn)具有一定參數(shù)（壓力及溫度）的蒸汽，為了滿足負(fù)荷設(shè)備的要求，保證鍋爐本身運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，工業(yè)鍋爐控制主要有下列自動(dòng)調(diào)節(jié)任務(wù)： 保持 汽包水位在設(shè)定范圍，汽包水位是鍋爐正常運(yùn)行的主要指標(biāo)，關(guān)系著汽水分離的速度和生產(chǎn)蒸汽的質(zhì)量，也是確保安全生產(chǎn)的重要參數(shù)。對(duì)于汽包水位的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)參數(shù)可以選用給水閥的開度。 維持蒸汽壓力的預(yù)定值，蒸汽壓力是衡量鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量是否平衡的重要指標(biāo)，是蒸汽鍋爐的重要工藝參數(shù)?？刂普羝麎毫?，是安全生產(chǎn)的需要，也是保證燃燒經(jīng)濟(jì)性的需要。 維持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性，必須使空氣和燃料維持適當(dāng)?shù)谋壤?，使鍋爐燃燒過程工作在最佳工況下，使鍋爐熱效率最高，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。 維持爐膛負(fù)壓的在一定范 圍內(nèi)，爐膛負(fù)壓的變化，反映了引風(fēng)量與送風(fēng)量的不相適應(yīng)。要使蒸汽壓力、爐膛負(fù)壓和燃燒經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)保持在允許范圍內(nèi)。 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)上述調(diào)節(jié)任務(wù)，將鍋爐設(shè)備控制劃為若干控制系統(tǒng)。主要控制系統(tǒng)如下： 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)，被控量是汽包水位，操縱變量是給水流量。它主要考慮汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在工原煤或煤粉 鼓風(fēng)機(jī) 爐排 預(yù)熱器 汽包 汽水分離 過熱器 過熱蒸汽 省煤器 給水 引風(fēng)機(jī) 煙囪 爐 膛 自控工程課程設(shè)計(jì) 6 藝允許的范圍內(nèi)。 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，有三個(gè)被控量，蒸汽壓力、煙氣成分和爐膛負(fù)壓。其控制目的是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要；使燃料與空氣量之間保持一 定的比值，以保證經(jīng)濟(jì)燃燒，提高鍋爐的燃燒效率；使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，以保持鍋爐負(fù)壓在一定的范圍內(nèi)。操縱變量也有三個(gè)，即燃料量、送風(fēng)量、和引風(fēng)量。 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)，過熱蒸汽溫度是鍋爐生產(chǎn)工藝的重要參數(shù)，過熱蒸汽溫度控制的任務(wù)是將汽包出來的飽和蒸汽加熱到一定溫度，形成過熱蒸汽。被控變量一般是過熱器出口溫度，操縱變量是減溫器的噴水量。 （ 1） 鍋爐汽包液位控制 汽包液位是鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo)，是一個(gè)非常重要的被控變量，維持汽包液位在一定的范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運(yùn)行的首要條件。 a、 如果液位過低，則由于汽包內(nèi)水量較少， 而負(fù)荷卻很大，水的汽化速度又很快，因而汽包內(nèi)的水量變化速度很快，如果不及時(shí)控制，就會(huì)使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致鍋爐燒壞和爆炸。 b、液位過高會(huì)影響汽包的汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液的現(xiàn)象，會(huì)使過熱器管壁結(jié)垢導(dǎo)致破壞，同時(shí)過熱蒸汽溫度急劇下降，該蒸汽作為汽輪機(jī)的動(dòng)力，還會(huì)損壞汽輪機(jī)葉片，影響運(yùn)行的安全和經(jīng)濟(jì)性。 在汽包液位控制中有單沖量、雙沖量和三沖量控制方案，由于單沖量控制系統(tǒng)不能克服假水位帶來的控制問題，雙充量控制系統(tǒng)還有不能做到的靜態(tài)補(bǔ)償以及不能對(duì)給水系統(tǒng)干擾及時(shí)克服兩個(gè)的弱點(diǎn)。因此在實(shí)際應(yīng)用中汽包液位控制 系統(tǒng)都采用三沖量控制系統(tǒng)。即蒸汽流量、給水流量、汽包液位三個(gè)沖量作為輸入量，給水調(diào)節(jié)閥作為控制變量，來控制汽包液位。 圖 22 三沖量液位控制系統(tǒng)方框圖 LC(s) ? FC(s) Gp2(s) Gwv(s) Ghd(s) Gmd(s) Gmw(s) Gmh(s) R —— H D Ps —— W Pw Pc 自控工程課程設(shè)計(jì) 7 （ 2） 鍋爐燃燒