【正文】 鍋爐的效率 ，具有十分重要的意義。然而我國(guó)近些年來(lái)的實(shí)踐表明，除設(shè)備本身經(jīng)過(guò)合理改進(jìn)或采用先進(jìn)的節(jié)能設(shè)備外，另一條節(jié)能的途徑就是通過(guò)對(duì)鍋爐的自動(dòng)控制。此外，要想實(shí)現(xiàn)鍋爐安全運(yùn)行，保證向用戶(hù)提供高質(zhì)量的蒸汽 ，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少環(huán)境污染等目的，采用自動(dòng)控制也是必須的。 過(guò)熱蒸汽溫度 是 鍋爐 汽水工質(zhì)中的最高溫度，維持 過(guò)熱蒸汽溫度 穩(wěn)定 ， 控制 過(guò)熱蒸汽溫度 在給定值上，保證整個(gè)過(guò)熱器不要超溫是 過(guò)熱蒸汽溫度 控制系統(tǒng)的重要任務(wù)。 首先， 過(guò)熱蒸汽溫度 過(guò)高，可能造成過(guò)熱器 蒸汽管和汽輪機(jī)的高壓部分損壞，會(huì)影響過(guò)熱器金屬材料的使用壽命； 過(guò)熱蒸汽溫度 過(guò)低 ，又會(huì)降低全廠(chǎng)的熱效率，并使汽輪機(jī)軸向推力增大而造成推力軸承過(guò)載，還會(huì)使汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽濕度增加，從而降低汽輪機(jī)的內(nèi)效率，加劇對(duì)葉片的侵蝕，影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行；汽溫變化過(guò)大，除 使管材及有關(guān)部件產(chǎn)生疲勞外，還將引起汽輪機(jī)汽缸的轉(zhuǎn)子與汽缸的脹差變化，甚至產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，危及機(jī)組安全 。因此， 過(guò)熱蒸汽溫度 是鍋爐運(yùn)行中的一個(gè)重要參數(shù)， 直接影響鍋爐 、汽輪機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 課題研究意義 鍋爐是發(fā)電廠(chǎng)及其它工業(yè)企業(yè)中最普遍的動(dòng)力設(shè)備之一，功能是把燃料中的貯能，通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)化成熱能，以蒸汽或熱水的形式輸向各種設(shè)備。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)工業(yè)鍋爐都是人工控制的，燃料浪費(fèi)很大。工業(yè)鍋爐作為一個(gè)設(shè)備總體，有許多被控制量與控制量，擾動(dòng)因數(shù)也很多，許多參數(shù)之間明顯地存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系。 2 對(duì)于工業(yè)鍋爐這個(gè)復(fù) 雜的系統(tǒng) ，鍋爐過(guò)熱蒸汽具有大慣性、大滯后的特點(diǎn) ,并且動(dòng)態(tài)特性隨機(jī)組負(fù)載變化而變化 ,運(yùn)行過(guò)程中擾動(dòng)多、難控制 ，由于其內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換機(jī)理過(guò)于復(fù)雜，難以達(dá)到理想的控制效果，因此，必須采用智能控制方式控制，才能獲得最佳控制效果。 燃煤鍋爐生產(chǎn)過(guò)程中所發(fā)生的事故大部分是由于鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制不當(dāng)引起的。 組態(tài)王是一款國(guó)產(chǎn)組態(tài)軟件，具有：①豐富的圖庫(kù)及圖庫(kù)開(kāi)發(fā)工具，通過(guò)形象簡(jiǎn)單的組態(tài)工作，即可構(gòu)成所需功能的界面；②大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口，支持國(guó)內(nèi)主流的各種 PLC、智能儀表、板卡和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)等工控產(chǎn)品；③一種類(lèi)似 C 語(yǔ)言的編程環(huán)境 ，便于建立命令語(yǔ)言文本，處理一些簡(jiǎn)單的算法和操作；④內(nèi)嵌許多控件函數(shù)、命令語(yǔ)言函數(shù)供用戶(hù)調(diào)用，另外支持自定義函數(shù)。 智能式儀表是以微處理器為中央控制單元 ,能完成物理信號(hào)的輸入輸出、信號(hào)轉(zhuǎn)換和計(jì)算控制等功能 ,并可與外界通訊的儀器儀表。其可靠性高 ,穩(wěn)定性好 ,長(zhǎng)期工作維護(hù)量小?？刹捎?LCD顯示 ,清晰直觀(guān) ,讀數(shù)方便。適用范圍廣 ,使用靈活 :可選擇不同的測(cè)量值和輸出值 ?？稍诰€(xiàn)修改參數(shù) ,流量小信號(hào)切除、失敗模式電流輸出等功能 。具有內(nèi)部計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、自診斷、自校驗(yàn)等多種功能。具有大量的非控制性信息 (管理信息 ) ,可供用戶(hù) 參考。 過(guò)程控制系統(tǒng)通常是指工業(yè)生產(chǎn)中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控量是溫度、壓力、流量、液位、成分、粘度、濕度等這樣一些過(guò)程變量的系統(tǒng)，具有連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制、由過(guò)程檢測(cè)和控制儀表組成、被控過(guò)程多樣，控制方案豐富的特點(diǎn)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中，過(guò)程控制技術(shù)正在為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等方面起著越 來(lái) 越大的作用。 綜上所述，鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制在鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng)中非常重要。本課題利用智能儀表控制系統(tǒng)，結(jié)合組態(tài)王監(jiān)控軟件設(shè) 計(jì)人機(jī)對(duì)話(huà)界面，實(shí)現(xiàn)鍋爐過(guò)熱蒸汽控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以使過(guò)熱蒸汽溫度控制在合適的范圍內(nèi)。實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化，使操作員的勞動(dòng)強(qiáng)度大大減小，提高了生產(chǎn)的效益和勞動(dòng)成本。 內(nèi)容及要求 本課題利用 智能儀表 控制系統(tǒng)，結(jié)合組態(tài)王監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)人機(jī)對(duì)話(huà)界面，實(shí)現(xiàn)鍋爐過(guò)熱蒸汽 控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 。要求通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集處理，在組態(tài)王中實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)警處理、流程控制、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和報(bào)表輸出等功能。同時(shí)利用 智能儀表 控制系統(tǒng)，在所設(shè)計(jì)的組態(tài)王監(jiān)控界面中，進(jìn)行相關(guān)儀表調(diào)校和控制器參數(shù)整定 ，記錄并分析控制結(jié)果。 最后向用戶(hù)提供 鍋爐過(guò) 熱蒸汽 控制 系統(tǒng) 的動(dòng)態(tài)運(yùn)行結(jié)果。 3 2. 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 鍋爐 概述 鍋爐的基本構(gòu)造 鍋爐是一種產(chǎn)生蒸汽的熱交換設(shè)備。鍋爐 通過(guò)煤、油或天然汽等燃料的燃燒過(guò)程釋放出化學(xué)能，并通過(guò)傳熱過(guò)程把能量傳遞給水，把水變成蒸 汽 或熱水，蒸汽或熱水直接供給工業(yè)、生活等生產(chǎn)中所需要的熱能。所以鍋爐的中心任務(wù)是把燃料中的化學(xué)能有效的轉(zhuǎn)化為蒸汽的熱能。 鍋爐的主要設(shè)備： 汽 鍋：由上下鍋筒和三簇沸水管組成。水在管內(nèi)受管外煙氣加熱，因而管簇內(nèi)發(fā)生自然的循環(huán)流動(dòng)，并逐漸氣化，產(chǎn)生的飽和蒸汽積聚在上鍋筒里面。 爐子：是使燃燒從充 分燃燒并釋放出熱量的設(shè)備。 爐膛：保證燃料的充分燃燒，并使水流受熱面積達(dá)到規(guī)定的數(shù)值。 鍋筒：是自然循環(huán)鍋爐各受熱面能適應(yīng)負(fù)荷變化的設(shè)備。 水冷壁：主要是輻射受熱面，保護(hù)爐壁的作用。 過(guò)熱器：是將氣鍋所產(chǎn)生的飽和蒸汽繼續(xù)加熱為過(guò)熱蒸汽的換熱器。過(guò)熱器一般都裝在爐膛出口。 省煤器：是利用余熱加熱鍋爐給水，以降低排出煙氣溫度的換熱器。采用省煤器后，降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率，節(jié)省了燃料。同時(shí)，由于提高了進(jìn)入氣包的給水溫度，所以減少了因溫差而引起的汽包壁的熱適應(yīng)力，從而延長(zhǎng)了氣包的使用壽命。 燃燒設(shè)備：將燃料 和燃燒所需的空氣送入爐膛并使燃料著火穩(wěn)定，充分燃燒。 引風(fēng)設(shè)備：包括引風(fēng)機(jī)，煙囪，煙道幾部分。用引風(fēng)設(shè)備 將鍋爐中的煙氣連續(xù)排出。 送風(fēng)設(shè)備：包括有鼓風(fēng)機(jī)和分道組成。用 送風(fēng)設(shè)備 來(lái)供應(yīng)燃料所需的空氣。 給水設(shè)備：由水泵和給水管組成。 空氣預(yù)熱器：是繼續(xù)利用離開(kāi)省煤器后的煙氣余熱，加熱燃料燃燒所需要的換熱器。省煤器出口煙溫度高，裝上空氣預(yù)熱器后，可以進(jìn)一步降低排煙溫度，也可改善燃料著火和燃燒條件，降低不完全燃燒所造成的損失，提高鍋爐機(jī)組的效率。 水處理設(shè)備：其作用是為清除水中的雜質(zhì)和降低給水硬度，以防止在鍋爐受熱面上結(jié)水垢或腐蝕。 燃料供給設(shè)備：由運(yùn)煤設(shè)備，原煤倉(cāng)和儲(chǔ)媒斗等設(shè)備組成，保證鍋爐所需燃料供應(yīng)。 除灰除塵設(shè)備 :是收集鍋爐灰渣并運(yùn)往儲(chǔ)灰場(chǎng)地的設(shè)備。 此外，除了保證鍋爐的正常工作和安全，蒸汽鍋爐還必須裝設(shè)安全閥，水位表，高低水位報(bào)警器，壓力表，主氣閥，排污閥，止污閥等。還有用來(lái)消除受熱面上積 4 灰以利用傳熱的吹灰器，以提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。 鍋爐的工作原理及過(guò)程 鍋爐的工作過(guò)程概括起來(lái)應(yīng)該包括三個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程：燃料的燃燒過(guò)程、水的汽化過(guò)程、煙氣向水的傳熱過(guò)程。 ： 首先將燃料加到煤 斗中，借助于重力下落在爐排面上，爐排接電動(dòng)機(jī)通過(guò)變速齒輪箱減速后由鏈輪來(lái)帶動(dòng)，將燃料煤帶入爐內(nèi)。燃料一面燃燒，一面向后移動(dòng)，燃料所需要的空氣是由風(fēng)機(jī)送入爐排腹中風(fēng)倉(cāng)后，向上穿過(guò)爐排到達(dá)燃料層，進(jìn)行燃料反應(yīng)形成高溫?zé)煔?。燃料燃燒剩下的灰渣，在爐排末端翻過(guò)除渣板后排入灰斗，這整個(gè)過(guò)程稱(chēng)為燃燒過(guò)程。 ： 水的汽化過(guò)程就是蒸汽的產(chǎn)生過(guò)程，主要包括水循環(huán)和水分離過(guò)程。經(jīng)處理的水由泵加壓，先流經(jīng)省煤器而得到預(yù)熱，然后進(jìn)入氣鍋。鍋爐工作時(shí)氣鍋的工作介質(zhì)是處于飽和狀態(tài)的汽，水混合物。位于煙溫較低區(qū)段的對(duì)流灌 束，因受熱較弱，汽水工質(zhì)的容量較大，而位于煙溫較高區(qū)段的對(duì)流管束，因受熱強(qiáng)烈，相應(yīng)的汽水工質(zhì)的容量較小，從而量大的工質(zhì)則向上流入下鍋筒，而容量小的工質(zhì)則向上流入上鍋筒形成了鍋水的自然循環(huán)。此外，為了阻止水循環(huán)和進(jìn)行疏導(dǎo)分配的需要，而筒鍋上集箱上的汽水混合物導(dǎo)入爐墻外的不受熱地上鍋筒。 蒸汽所產(chǎn)生的過(guò)程是借助于上鍋筒內(nèi)設(shè)的汽水分離裝置。以及在鍋筒本身空間的重力分離力作用，是汽水混合物得到分離。蒸汽在上鍋筒頂部引出后，進(jìn)入蒸汽過(guò)熱氣，而分離下來(lái)的水仍回到上鍋筒下半部的水中。鍋爐中的水循環(huán)，也保證與高溫?zé)煔庀嘟佑| 的金屬受熱面的以冷卻而不被燒壞，是鍋爐能長(zhǎng)期安全運(yùn)行的必要條件。而汽水混合物的分離設(shè)備則是保證蒸汽品質(zhì)和蒸汽過(guò)熱可靠工作的必要的設(shè)備。 ： 由于燃料的燃燒放熱，爐內(nèi)溫度很高在爐膛的四周墻面上，都布置一排水管，俗稱(chēng)水冷壁。高溫?zé)煔馀c水冷壁進(jìn)行強(qiáng)烈的輻射換熱，將熱量傳給管內(nèi)工質(zhì)水。繼而煙棋手引風(fēng)機(jī)，煙囪的引力爾向爐膛上方流動(dòng)。煙氣出煙窗爐膛出口）并略過(guò)防渣管后，就沖刷蒸汽過(guò)熱 — 一組垂直放置的蛇型管受熱面，使氣鍋中產(chǎn)生的飽和蒸汽在其中受煙氣加熱而得到的過(guò)熱。煙氣流經(jīng)過(guò)過(guò)熱氣后掠過(guò)脹接在上、下 鍋筒間的對(duì)流管束，在管束間設(shè)置了折煙墻使煙氣呈“ S”型形成曲折地橫向沖刷，再次以對(duì)流換熱的方式將熱量傳遞給管束的工質(zhì)。沿途降低著溫度的煙氣最后進(jìn)入尾部煙道，與省煤器和空氣預(yù)熱氣內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)行熱交換后，以經(jīng)濟(jì)的較低的煙溫排出鍋爐。省煤器實(shí)際上同給水預(yù)熱氣和空氣預(yù)熱器一樣，斗設(shè)置在鍋爐尾部（低溫）煙道，以降低排煙溫度提高鍋爐效率，從而節(jié)省了燃料。 以上就是一般鍋爐 工作 的過(guò)程，一個(gè)鍋爐進(jìn)行工作，其主要任務(wù)是： 。 。 5 。 過(guò)熱蒸汽溫度 變化的主要因素 影響鍋爐 過(guò)熱 蒸汽溫度 度 變化的因素很多，例如蒸汽負(fù)荷、減溫水量、煙氣側(cè)的過(guò)?？諝庀禂?shù)以及火焰中心位置、燃料成分等，這些因素不僅與機(jī)組的運(yùn)行方式、運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，而且有的是互相關(guān)聯(lián)的。通?？梢园堰@些干擾因素分為蒸汽側(cè)和煙氣側(cè)兩個(gè)方面。 :包括蒸汽負(fù)荷、給水溫度、飽和蒸汽含濕量、減溫水量、減溫水焓值等。 (1)蒸汽負(fù)荷變化對(duì) 過(guò)熱蒸汽溫度 的影響 送入爐內(nèi)的燃料量取決于鍋爐的出力，當(dāng)鍋爐出力需要變動(dòng)時(shí)，燃料量必須作相應(yīng)改變，隨著燃料量的改變 鍋爐出口煙溫及煙氣流速都會(huì)發(fā)生變化，這勢(shì)必引起爐膛內(nèi)輻射傳熱量及煙道內(nèi)對(duì)流傳熱的改變，從而引起過(guò)熱器及再熱器管道內(nèi)蒸汽吸熱量的改變，對(duì)出口 過(guò)熱蒸汽溫度 或蒸汽焓值影響就更大?？傮w來(lái)看，當(dāng)鍋爐蒸汽量增加時(shí)過(guò)熱器出口 過(guò)熱蒸汽溫度 將增高。 蒸汽量變化時(shí)，沿過(guò)熱器整個(gè)管長(zhǎng)各點(diǎn)的溫度幾乎同時(shí)變化，過(guò)熱器出口 過(guò)熱蒸汽溫度 隨蒸汽量的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)特點(diǎn)是：有遲延、有慣性、有自平衡能力。但由于蒸汽量是由機(jī)組負(fù)荷決定的，不能用來(lái)作為調(diào)節(jié) 過(guò)熱蒸汽溫度 的手段。 (2)給水溫度的變化 在具有給水母管的系統(tǒng)中，給水溫度一般不會(huì)變動(dòng)很大，但 對(duì)于單元機(jī)組來(lái)說(shuō)，如果高壓加熱器不能投入運(yùn)行，給水溫度可能比額定值低 50120℃ 左右，而給水溫度的降低將增加給水進(jìn)入鍋爐后水加熱階段的吸熱量。如果燃料量不變，則會(huì)降低蒸發(fā)量，因?yàn)檫^(guò)熱器所吸收的熱量基本不變，所以在過(guò)熱器中每公斤蒸汽所吸收的熱量增加，使 過(guò)熱蒸汽溫度 升高。如果要恢復(fù)蒸發(fā)量以滿(mǎn)足汽機(jī)的需要，必須增加燃料，結(jié)果同樣使 過(guò)熱蒸汽溫度 升高。 對(duì)于單元機(jī)組，給水溫度是隨著機(jī)組的出力而變化的。當(dāng)機(jī)組出力降低時(shí)，由于抽氣壓力隨之降低，使用于加熱器加熱給水的蒸汽量減少，因此對(duì) 過(guò)熱蒸汽溫度的變化起到一定的自補(bǔ)償 作用，但由于管道系統(tǒng)很長(zhǎng)其遲延較大。 (3)飽和蒸汽含濕量的變化 過(guò)熱器入口蒸汽 (即飽和蒸汽 )的焓值決定于蒸汽壓力及其含濕量，飽和蒸汽含濕量越大，蒸汽焓值越小。在正常情況下，進(jìn)入過(guò)熱器的飽和蒸汽含濕量一般變化很小，飽和蒸汽的濕度一般保持不變。但在工況不穩(wěn)定和運(yùn)行不正常的條件下，例如，當(dāng)鍋爐負(fù)荷突增，汽包水位過(guò)高，以及爐水含鹽濃度太大而發(fā)生汽水沸騰時(shí)，將會(huì)使飽和蒸汽的含濕量大大增加，由于增加的水分在過(guò)熱器中汽化要吸收熱量，在燃燒工況不變的情況下，用于使干飽和蒸汽過(guò)熱的熱量相應(yīng)減少，因而將引起 過(guò) 6 過(guò)熱蒸汽溫度 下降 。 (4)減溫水的變化 減溫器中減溫水的溫度和流量的變化都會(huì)引起過(guò)熱器蒸汽側(cè)吸熱量的變化，從而使 過(guò)熱蒸汽溫度 發(fā)生變化。當(dāng)減溫水溫度降低或減溫水量增大都會(huì)使 過(guò)熱蒸汽溫度 下降，而當(dāng)減溫水溫度升高或減溫水量減小則會(huì)使 過(guò)熱蒸汽溫度 上升。 b．煙氣側(cè)包括燃料量、 燃料種類(lèi)或成分特性、送入爐內(nèi)燃燒的空氣量、燃燒器的運(yùn)行方式以及受熱面的潔凈程度等。 (1)煤質(zhì)的變化 燃煤中的水分和灰分增加時(shí)，燃煤的發(fā)熱量降低，為了保證鍋爐蒸發(fā)量，必須增加燃料消耗量。因?yàn)樗终舭l(fā)和灰分本身提高溫度均要吸收爐內(nèi)的熱量，故使?fàn)t內(nèi)溫度水平降低， 爐內(nèi)輻射傳熱量減少，輻射式過(guò)熱器出口 過(guò)熱蒸汽溫度 會(huì)降；低爐膛出口煙溫升高，水分增加使煙氣體積增大，煙氣流速增加，使對(duì)流換熱量增加，故使對(duì)流式過(guò)熱器出口 過(guò)熱蒸汽溫度 升高。當(dāng)燃煤的揮發(fā)分降低，含碳量增加 (例如由燒煙煤改成燒無(wú)煙煤或貧煤 )或煤粉較粗時(shí)，煤粉在爐內(nèi)的燃盡時(shí)間較長(zhǎng)，火焰中心上移爐膛出口煙溫升高，從而使 過(guò)熱蒸汽溫度 上升。 (2)爐內(nèi)過(guò)剩空氣系數(shù)的變化 當(dāng)送風(fēng)量和漏風(fēng)量增加使?fàn)t內(nèi)過(guò)?？諝庀禂?shù)增加時(shí)低溫空氣的吸熱及煙氣容量的增加將使?fàn)t膛溫度降低流經(jīng)過(guò)熱器的煙量增加煙速增高使對(duì)流過(guò)熱器傳熱加強(qiáng) 過(guò)熱蒸汽溫度 升高 (3)燃燒器運(yùn)行方式的變化 燃燒器運(yùn)行方式改變，例如，燃燒器從上排切換到下排，或燃燒器的擺角改變時(shí)，火焰中心位置也會(huì)改變，從而引起 過(guò)熱蒸汽溫度 變化。 (4)配風(fēng)工況的改變 在總風(fēng)量不變的情況下，由于配風(fēng)工況不同，也會(huì)造成火焰中心位置的變化而使 過(guò)熱蒸汽溫度 發(fā)生變化。當(dāng)送風(fēng)和引風(fēng)配合不當(dāng)而造成爐膛負(fù)壓變化使火焰中心位置變化時(shí)，也會(huì)造成 過(guò)熱蒸汽溫度 變化。 調(diào)節(jié)方法 過(guò)熱蒸汽溫度 調(diào)節(jié)方法也可以分為蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)和煙氣側(cè)調(diào)節(jié)兩大類(lèi)。蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)是指通過(guò)改變蒸汽的 焓值來(lái)調(diào)節(jié) 過(guò)熱蒸汽溫度 ；煙氣側(cè)調(diào)節(jié)是指通過(guò)改 變受熱面的煙氣量或通