【正文】 而破壞了給水量與蒸發(fā)量的平衡，因此必然引起汽包水位的波動，在其他情況為改變的情況下，給水壓力升高使給水量增大，水位升高，給水壓力低使給水量減少時，水位下降。 汽包水位是否穩(wěn)定首先取決于鍋爐負(fù)荷的變動量及其變動速度，因為它不僅影響蒸發(fā)設(shè)備中水的消耗量，而且還會造成壓力的變化，從而引起爐水狀態(tài)發(fā)生變化，促使它的體積也發(fā)生變化。 燃燒的調(diào)節(jié)主要包括送引風(fēng)量的調(diào)節(jié) 。當(dāng)汽壓下降時蒸汽流量下降，說明燃料燃燒的供熱量不足，當(dāng)汽壓上升的同時，蒸汽流量增加，說明燃燒供熱量偏多。鍋爐儲熱能力是指當(dāng)外界負(fù)荷變化而燃燒工況不變時，鍋爐能夠放出或者吸收熱量的能力，鍋爐的儲熱能力對汽壓的變化是一個緩沖作用。 燃燒控制 鍋爐汽壓的調(diào)整 鍋爐運(yùn)行時主蒸汽壓力的控制是通過鍋爐出力與汽輪機(jī)蒸汽進(jìn)汽量的平衡來實現(xiàn)的，當(dāng)兩者平衡時，對于定壓運(yùn)行的機(jī)組，便能穩(wěn)定工況、變工況或各種擾動下均保持主蒸汽壓力的穩(wěn)定；對于變壓運(yùn)行的機(jī)組，便能始終保持主蒸汽壓力按負(fù)荷對應(yīng)的關(guān)系進(jìn)行變化。省煤器的作用是使給水在進(jìn)入鍋筒之前，被預(yù)先加熱到某一溫度（低于飽和溫度或達(dá)到飽和溫度，甚至產(chǎn)生部分蒸汽）。 鍋爐的工作原理 現(xiàn)在我們以一臺 35 頓工業(yè)燃煤鍋爐為例，來說明鍋爐的工作過程及原理。鍋爐與汽輪機(jī)、發(fā)電 機(jī)同為電廠三大主機(jī)，但鍋爐除了一般性的產(chǎn)品內(nèi)在矛盾外，還要能適應(yīng)燃料性質(zhì)，使整個電廠得到安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，因而多了一個外在矛盾。 編者 2021 年 6 月 第 1 章鍋爐概述 鍋爐的一般結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 鍋爐是一種生產(chǎn)蒸汽的換熱設(shè)備。這是企業(yè)現(xiàn)代化管理不可缺少的； 9．作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度。 工業(yè)鍋爐采用微機(jī)控制和原有的儀表控制方式相比具有以下明顯優(yōu)勢：1．直觀而集中的顯示鍋爐各運(yùn)行參數(shù)。能快速計算出機(jī)組在正常運(yùn)行和啟停過程中的有用數(shù)據(jù)，能在顯示器上同時顯示鍋爐運(yùn)行的水位、壓力、爐膛負(fù)壓、煙氣含量、測點(diǎn)溫度、燃煤量等數(shù)十個運(yùn)行參量的瞬時值、累計值及給定值，并能按需要在鍋爐的結(jié) 構(gòu)示意畫面的相應(yīng)位置上顯示出參數(shù)值。在采用計算機(jī)控制的鍋爐控制系統(tǒng)中，有十分周到的安全機(jī)制，可以設(shè)置多點(diǎn)聲光報警，和自動連鎖停爐。它通過煤、油或天然氣等 燃料的燃燒釋放出化學(xué)能，并通過傳熱過程把能量傳遞給水，使水轉(zhuǎn)變成蒸汽，蒸汽直接供給工業(yè)生產(chǎn)中所需的熱能，或通過蒸汽動力機(jī)械轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或通過汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。此外，鍋爐還和其他工業(yè)部門的發(fā)展有著十分密切的關(guān)系，如石油化工企業(yè)中的廢熱鍋爐，蒸汽燃?xì)饴?lián)合動力裝置中的壓力燃燒鍋爐及核反應(yīng)堆工程中的蒸汽發(fā)生器等等。如圖 所示。另一尾部受熱面 ，即空氣預(yù)熱器，它的作用是使空氣在進(jìn)入爐膛以前被加熱到一定溫度，以改善爐內(nèi)燃燒過程、降低排煙溫度、提高鍋爐效率。 鍋爐在運(yùn)行時，汽壓總是被作為被監(jiān)視和控制的主要參數(shù)之一，汽壓降低會減少蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹作功的焓降，使蒸汽作功能力降低，在外界負(fù)荷不變情況下，汽耗量也隨之增大，從而降低發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性；同時汽輪機(jī)的軸向推力增加容易發(fā)生推力軸瓦燒壞等事故。燃燒設(shè)備的慣性是指從燃料量開始變化到爐內(nèi)建立新的熱負(fù)荷所需要 的時間，在鍋爐運(yùn)行時，燃燒設(shè)備慣性越大，負(fù)荷變化時，汽壓變化的速度就越慢。 鍋爐燃燒的調(diào)整 爐內(nèi)燃燒調(diào)節(jié)的具體任務(wù)歸納為四點(diǎn)： （ 1）保證產(chǎn)汽量適應(yīng)外界負(fù)荷的需要，汽壓汽溫和汽包水位穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)。燃料量的調(diào)節(jié)和燃燒調(diào)節(jié)等。鍋爐負(fù)荷突然增加時，在給水量和燃燒未做相應(yīng)的調(diào) 整之前，汽包水位先升高，而后再逐漸降低；而汽壓則很快下降。 2． 3 汽溫控制 過熱器和再熱器 蒸汽過熱器是鍋爐的重要組成部分，它的作用是把從汽包出來的飽和蒸汽加熱到具有一定過熱度的合格蒸汽，并要求在鍋爐變工況運(yùn)行時，保證過熱蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)。 通常采用的汽溫調(diào)節(jié)方法有：使用噴水減溫器，噴水減溫是將水直接噴入過熱蒸汽中，水被加熱、汽化和過熱，吸收蒸汽中的熱量，達(dá)到調(diào)節(jié)汽溫的目的。 風(fēng)量及其分配的變化，由于送風(fēng)量或者漏風(fēng)量增加而使?fàn)t內(nèi)過量空氣系數(shù)增加時，燃燒生成的煙氣量增多，煙氣流速提高，導(dǎo)致對流過熱器汽溫升高，但是，如果風(fēng)量不足，燃燒不好而在煙道再燃燒時，會使煙氣對流過熱器的升高，而且可能造成過熱 器超溫?fù)p壞。由于一般聯(lián)合過熱器的運(yùn)行特性都偏向于對流特性，所以當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時，汽溫也將下降，這時減溫水就應(yīng)關(guān)小，直至減溫器解列為止，如果此后負(fù) 荷再降低，由于過熱蒸汽失去汽溫調(diào)節(jié)手段，主汽溫度就不能保持額定值，故鍋爐一般不宜在這樣低的負(fù)荷下運(yùn)行。 15 通過對原水進(jìn)行過濾、離子交換、除氧就可以得到符合水質(zhì)指標(biāo)的給水。 除氧控制 鍋爐是企業(yè)的主要動力設(shè)備，鍋爐設(shè)備運(yùn)行狀況的好壞直接影響到全廠的產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益。 當(dāng)水和某種氣體混合物接觸時 ， 就會有一部分氣體融解到水中去。 將水加熱時 ， 液面附近水蒸氣的分壓力就會增加 ， 相應(yīng)的液面附近其他氣體的分壓力就會降低 .當(dāng)水加熱到沸點(diǎn)時 ， 蒸汽的分壓力就會接近液面上的全壓力 ， 此時液面上其他氣體的分壓力幾乎接近于零 ， 于是這些氣體將完全自水中清除出去。 除氧器液位控制 除氧器水位控制對除氧效果而言是非常重要的，如水位過高，將導(dǎo)致進(jìn)入除氧器的水霧化空間不夠，直接影響除氧效果，如水位過低，又會直接威脅除氧器的正常工作，甚至影響到鍋爐的正常給水。如圖 所示，控制原理為：根據(jù)工藝指標(biāo)，調(diào)節(jié)器給出設(shè)定值，當(dāng)變送器測量的壓力高于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)器根據(jù) PID 參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，減小輸出調(diào)節(jié)閥隨之減小開度，因此，進(jìn)氣流量減小，壓力降低，接近設(shè)定值。 汽包水位控制對象特性 給水自動調(diào)節(jié)的任務(wù)是使給水流量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。實際水位的變化曲線為 H1(t)和 H2(t)的合成 H(t)。τ M 可達(dá) 3～ 4 分鐘。因此進(jìn)入省煤器的給水首先必須填補(bǔ)省煤器中的氣泡減少所讓出的空間，所以水位下降，直到過了τ w1 以后，才能使省煤器流入鍋筒的水量增加，水位才開始上升。值得注意的是為了防止變頻器報警停機(jī)或其他故障造成水泵不轉(zhuǎn)會引起鍋爐缺水，所以應(yīng)該加反饋 裝置確保變頻器正常工作。 單沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在一定的缺點(diǎn)，因此該系統(tǒng)只根據(jù)水位來調(diào)節(jié)給水量。因適當(dāng)?shù)倪x擇前饋的作用，采用比例規(guī)律的調(diào)節(jié)器也可以消除靜態(tài)余差，故雙沖量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器可用比例規(guī)律也可用比例積分規(guī)律。 三沖量的定義 所謂三沖量，就是指汽包水位、蒸汽流量和給水流量。蒸汽流量采用汽機(jī)調(diào)節(jié)級壓力的測量來表示，調(diào)節(jié)級壓力經(jīng)過溫度修正后，可近似代表蒸汽流量測量值。這樣，汽包水位就很少受到影響。這樣就要求：aWD(S)=DWw(S)aW aD=aW WD(S)Ww(S) 30 式中 Ww(S)—— 給水流量擾動下汽包水位的傳遞函數(shù)； WD(S)—— 蒸汽流量擾動下汽包水位的傳遞函數(shù)； aD、 aw—— 蒸汽流量和給水流量的分流系數(shù)。 圖 三沖量給水串級控制系統(tǒng)方框圖 31 Ho—— 給定值； H—— 水位輸出信號； 、 fD—— 蒸汽擾動信號； fw—— 給水?dāng)_動信號；根據(jù)工藝安全性要求，為確保汽包在故障出現(xiàn)時不至于干鍋，給水調(diào)節(jié)閥應(yīng)采用反作用執(zhí)機(jī)器，當(dāng)輸入信號增加時，閥門開度減小。該控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：引入的蒸汽流量前饋信號可以消除“虛假液位”對調(diào)節(jié)品質(zhì)的不良影響，當(dāng)蒸汽流量變化時，就有一個給水量與蒸汽量向同方向變化的信號，可以減小或抵消由于“虛假液位”引起的給水量與蒸汽量反方向變化的誤動作，使調(diào)節(jié)閥從一開始就向正確的方向移動。三沖量控制方案Ⅱ：其主調(diào)節(jié)器的輸出值作為副調(diào)節(jié)器的給定值，即使出現(xiàn)物料不平衡的現(xiàn)象，只要液位有偏差，調(diào)節(jié)器的積分作用就能消除偏差 ， 系統(tǒng)整定更易實現(xiàn)。在鍋爐生產(chǎn)中，燃料的燃燒，蒸汽的產(chǎn)生情況都和溫度有關(guān)，它一般約占鍋爐生產(chǎn)過程中全部熱工檢測參數(shù)的 50％左右。因為新型的蒸汽鍋爐，一般金屬強(qiáng)度的安全系數(shù)設(shè)計得比較小，超溫嚴(yán)重還會使汽輪機(jī)或其他負(fù)荷設(shè)備膨脹過大，使汽輪機(jī)的軸向推力增大而發(fā)生事故。同時，也是為了檢測煙道是否暢通，有無發(fā)生堵塵現(xiàn)象，以便充分利于低溫?zé)煔庥酂?，降低排煙溫度，提高鍋爐的熱效率。壓力參數(shù)，在鍋爐生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，影響很大。鍋爐給水壓力的變化，直接造成給水流量大小的變化 ，從而引起汽包水位的激烈波動，這樣，或者水位過高，影響汽水分離，使生產(chǎn)的蒸汽有帶液現(xiàn)象，給負(fù)荷設(shè)備的正常工作帶來損失；或者汽包水位偏低，在負(fù)荷蒸汽量突然增加時，使汽包水位有較大的變化，造成有燒干鍋引起爆炸事故的危險。所以， 在上述位置都要安裝壓力表、對煙氣壓力進(jìn)行檢測指示。基于上述需要，為了進(jìn)一步了解分析操作人員的技術(shù)水平和設(shè)備的性能，所以，要對給水流量進(jìn)行檢測指示、記錄、積算。 汽包水位的測量 鍋爐汽包水位的高度，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)。有時為了防止尾部受熱面的低溫腐蝕和對環(huán)境污染問題，也分析煙氣中二氧化硫的含量數(shù)值。性價比極高的 UMC800 是兼容模擬和數(shù)字控制要求而設(shè)計的模塊化控制器。顯示面板可顯示的畫面有：主菜單畫面、單元設(shè)置畫面、總貌 、 畫面、多點(diǎn)面板畫面棒圖畫面、單點(diǎn)面 板畫面、單回路數(shù)字畫面、多回路棒圖畫面、整定趨勢畫面、設(shè)定點(diǎn)程序和處方畫面、報警組畫面、啟動畫面、面板表組 43 畫面等。 Caculations：包含比較（ Compare）絕對值、（ AbsoluteValue）平方根、（ SquareRoot）、最?。畲螅骄蠛停?MinMaxAvgSum）等模塊。因此 iFix 采集來自各臺機(jī)組 DCS 控制系統(tǒng)通訊網(wǎng)關(guān)機(jī)的實時過程數(shù)據(jù)（約1 到 20 秒不等），并同時將其作為歷史數(shù)據(jù)存貯下來，其高效 、 的數(shù)據(jù)處理方式具有商業(yè)數(shù)據(jù)庫所無法比擬的先天優(yōu)勢。是對生產(chǎn)過程集中管理、集中監(jiān)控和分散控制的一種全新的分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)。用戶可根據(jù)現(xiàn)場情況，將過程控制網(wǎng)分散延伸到危險現(xiàn)場， I/O 轉(zhuǎn)換可在危險場合進(jìn)行。集散控制系統(tǒng)采用軟件組態(tài)的方法可構(gòu)成各種系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，很容易對方案進(jìn)行修改。經(jīng)過國外專家計算，對生產(chǎn)過程中 81個控制回路的控制，采用集散控制系統(tǒng)的投資已經(jīng)與采用常規(guī)模擬儀表的投資相當(dāng)。所以從長遠(yuǎn)來看，集散控制 49 系統(tǒng)必然代替常規(guī)模擬儀表。 MTTR： MeanTimetoRepair， 平均修復(fù)時間。整個裝置繼承了常規(guī)模擬儀表控制系統(tǒng)和計算機(jī)集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并且克服了單微機(jī)控制系統(tǒng)危險性高度集中以及常規(guī)儀表控制功能單一、人 /機(jī)界面聯(lián)系差的缺點(diǎn)?，F(xiàn)場一 次檢測元件把檢測到的模擬信號通過 I/O 轉(zhuǎn)換設(shè)備，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過過程控制網(wǎng)送到過程控制器進(jìn)行運(yùn)算，數(shù)據(jù)通過局域控制網(wǎng)被傳遞到系統(tǒng)的操作站上的 CRT 顯示出來。（ 5） 46 iFix 提供了一個性能優(yōu)越的設(shè)計平臺 ， 提供了豐富的面向生產(chǎn)流程的作圖控件和動態(tài)圖符，同時內(nèi)嵌了 VBA 腳本的功能。在實時監(jiān)管系統(tǒng)中使用 iFix 技術(shù)具備以下特點(diǎn)：（ 1） IFix 本身同時具有了實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫的功能，無需在廠站側(cè)額外購買和安裝如 SQLServer，Oracle 這些商用數(shù)據(jù)庫，減低了系統(tǒng)的復(fù)雜性 ， 增強(qiáng)了系統(tǒng)的可 維護(hù)性。如圖 所示是 LeaderLineControlBuilder 的主界面和一個組態(tài)圖例。UMC800 最多可有 96 個 I/O 輸入或輸出，根據(jù)用戶要求靈活自由配置，有很高的性能 /價格比。 鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、一次儀表、 UMC800、上位機(jī)、手 自動切換操作、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥、電機(jī)等部分組成，一次儀表將鍋爐的溫度、壓力、流量、氧量、轉(zhuǎn)速等量轉(zhuǎn)換成電壓、電流等送入微機(jī)。這樣，要使鍋爐的蒸發(fā)量隨時適應(yīng)負(fù)荷設(shè)備的需要量，汽包水位的變化速度必然很快，稍不注意就容易造成汽包滿水，或者燒干鍋。負(fù)荷設(shè)備消耗蒸汽總量的波動，直接影響著鍋爐的正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)。流體（水、蒸 汽、燃料、油、空氣等）的流量直接反映設(shè)備效率、負(fù)荷高低等運(yùn)行情況。 爐膛負(fù)壓的檢測指示鍋爐在正常運(yùn)行中，爐膛壓力應(yīng)保持在 10～ 20Pa的負(fù)值范圍之內(nèi)。 汽包壓力的檢測指示汽包壓力是鍋爐生產(chǎn)正常運(yùn)行的主要參數(shù)之一。檢測空氣預(yù)熱器出口空氣溫度，就能夠隨時了解空氣預(yù)熱器的預(yù)熱效果和工作情況，根據(jù)預(yù)熱空氣溫度的數(shù)值，可以推斷空氣預(yù)熱器是否有漏風(fēng)、堵塞等故障。蒸汽溫度檢測 34 點(diǎn)一般設(shè)在過熱器的出口處。溫度測量，依據(jù)工業(yè)鍋爐生產(chǎn)過程工藝流程的要求，一般有下列方面： 爐膛溫 度的檢測指示爐膛溫度的檢測指示爐膛溫度是工業(yè)鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行的重要指標(biāo)。 第 5 章鍋爐熱工檢測方案的選定 工業(yè)鍋爐生產(chǎn)熱工檢測，是自動檢查和測量反映鍋爐生產(chǎn)過程進(jìn)行情況的各種物理量、化學(xué)量以及鍋爐設(shè)備工作狀態(tài)的參數(shù)。而且引入的蒸汽流量的前饋信號，能改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜特性，提高調(diào)節(jié)質(zhì)量。根據(jù)工藝指標(biāo)，主調(diào)節(jié)器給出設(shè)定值，當(dāng)變送器測量的汽包水位高于設(shè)定值時，主調(diào)節(jié)器根據(jù) PID 參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，應(yīng)減少輸出 使輸入副調(diào)節(jié)器的給定信號減小，由于給水流量暫時未變，副調(diào)節(jié)器輸出增大，調(diào)節(jié)閥隨之減小開度，因此，給水流量減小，水位降低，接近設(shè)定值。主信號汽包水位 H 接入主調(diào)節(jié)器 PI*，副調(diào)節(jié)器輸入主調(diào)節(jié)器的輸出信號以及前饋信號蒸汽流量 D 與反饋信號給水流量 W。蒸汽流量 D 及其蒸汽分流器均在閉合回路之外，它的引入可以改善控制質(zhì)量，但不影響閉合回路工作的穩(wěn)定性。當(dāng)用蒸汽流量轉(zhuǎn)換出負(fù)荷小于