【文章內(nèi)容簡介】 熱過程 煤在爐膛內(nèi)燃燒放出熱量，爐膛中的溫度逐步升高。爐膛中的沸水管吸收高溫?zé)煔獾臒崃?，完成熱交換。引風(fēng)機(jī)把傳出熱量的煙氣排出爐膛，煙氣不斷地將熱量傳給汽包，殘留的部分熱量經(jīng)過省煤器吸收后，被煙囪排入大氣。 （ 3）蒸汽鍋爐的汽化過程 鍋爐汽包中的水被加熱沸騰汽化生成蒸汽的過程就是鍋爐的汽化過程，此過程又分為汽水分離 過程和水的循環(huán)過程。在爐膛溫度較低的區(qū)域，連接上下鍋筒的對流管束中水溫較低，汽水化合物中水的比重較大，向下鍋筒移動；而在溫度較高的區(qū)域，對流管束中的水吸收熱量多，汽水化合物中汽的比重較大，向上鍋筒移動，這就完成了汽包內(nèi)水的循環(huán)過程。汽包內(nèi)還裝有汽水分離裝置，如若不加此裝置，產(chǎn)生的蒸汽會帶有一定的水，會影響生產(chǎn)需求。蒸汽和水被汽水分離裝置分開以后，蒸汽由管道輸出，水會留在汽包內(nèi)繼續(xù)被加熱。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 鍋爐控制的任務(wù)和特點(diǎn) 鍋爐控制的任務(wù) 蒸汽 鍋爐的功能是生產(chǎn)具有一定壓力、溫度參數(shù)的蒸汽，滿足外部對負(fù)荷的需求。為滿足此要 求，并保證鍋爐本體的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，要求鍋爐的控制系統(tǒng)具有完善的自動檢測、自動程序控制、自動保護(hù)等功能。而鍋爐是一多變量、多回路、多禍合的復(fù)雜系統(tǒng)，擾動源比較多，要保證提供合格的蒸汽以滿足負(fù)荷的要求，其工作過程中的各主要工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制，為此，鍋爐的主要控制任務(wù)為 : （ 1）保持鍋筒水位在規(guī)定的范圍內(nèi) （ 2） 保持爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍 （ 3） 穩(wěn)定蒸汽溫度、壓力和蒸發(fā)量 （ 4） 保持燃燒的經(jīng)濟(jì)性和鍋爐的安全運(yùn)行 完成上述的任務(wù)需要監(jiān)控五個主要的被調(diào)節(jié)量和四個調(diào)節(jié)量，具體如 下圖 所示 : 圖 鍋爐主要參量 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 給水 自動控制 給水控制的必要性 蒸汽 鍋爐 給水的基本任務(wù)是在各種負(fù)荷條件下，控制給 水量，使進(jìn)入鍋爐的水量與送出的蒸汽在數(shù)量上保持平衡。對于鍋筒鍋爐，這種平衡的標(biāo)志是 鍋筒水位維持在工藝要求的范圍內(nèi) 。對于 蒸汽 鍋爐，水位的高低對鍋爐的安全運(yùn)行和生產(chǎn)工藝要求影響很大。水位過高，蒸汽帶水量過多，降低蒸汽品質(zhì)，會在蒸汽管道內(nèi)發(fā)生水沖擊，甚至?xí)l(fā)生滿水事故 ； 水位過低，則會破壞水循環(huán)，以至燒壞某些受熱面，嚴(yán)重時會造成爆炸事故，所以維持鍋爐汽包水位的穩(wěn)定是十分必要的。 給水控制的難點(diǎn) 鍋爐運(yùn)行時，要保持 鍋筒水位在規(guī)定的范圍內(nèi)，須不斷地往鍋筒內(nèi)補(bǔ)水。 汽包水位是鍋爐運(yùn)行的重要指標(biāo)，保持水位在一定的范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運(yùn)行的首要條件。在 該 汽包水位的控制系統(tǒng)中，被控變量是汽包水位，操縱變量是給水量。它主要是保持汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，維持汽包中水位在工藝允許的范圍內(nèi)。水位過高、過低，都會給鍋爐及蒸汽用戶的安全操作帶來不利的影響。首先，水位過高，會影響汽包內(nèi)的汽水分離，飽和 蒸汽 將會帶水過多，導(dǎo)致過熱器管結(jié)垢并損壞，使過熱蒸汽的溫度下降。以此過熱蒸汽帶動汽輪機(jī)，則將因蒸汽帶液損壞氣輪機(jī)的葉片 ，造成運(yùn)行的安全事故。然而，水位過低，則因汽包內(nèi)的水量減少，而負(fù)荷很大，加快水的汽化速度，若不及時加以控制，將有可能使汽包內(nèi)水全部汽化；尤其是大型鍋爐，水在汽包內(nèi)的停留時間極短，從而導(dǎo)致水冷壁燒壞，甚至引起爆炸。所以，保持汽包水位在工藝允許的范圍內(nèi) 是鍋爐正常運(yùn)行的重要指標(biāo) ！ 變頻器給水自動調(diào)節(jié) 鍋爐水位控制方案一般有單沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、雙沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和三沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)三種， 本文主要利用變頻器進(jìn)行單沖量給水調(diào)節(jié)，在單 沖量給水內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 8 調(diào)節(jié)系統(tǒng)中， 變頻器 接受鍋筒水位 高低 信號， 根據(jù)汽包內(nèi)水位 的高低改變變頻器的輸出頻率，進(jìn)而改變補(bǔ)水泵電機(jī)的功率 ， 達(dá)到保持水位在一定范圍內(nèi)。保證鍋爐正常運(yùn)行。 鍋爐燃燒過程控制 控制任務(wù) 鍋爐的基本組成是“鍋”和“爐”兩大部分。燃料在“爐”中燃燒放熱，高溫?zé)煔鈹y帶的熱量為“鍋”的受熱面吸收，以產(chǎn)生一定壓力和溫度的蒸汽。作為鍋爐的燃燒設(shè)備一“爐”，其任務(wù)是針對不同燃料的燃燒特性，為其完全燃燒創(chuàng)造良好的條件，以求燃料將其熱量最大限度地釋放出來。鍋爐的燃燒控制直接關(guān)系著是否對環(huán)境造成污染、是否節(jié)能及能否給企業(yè)帶來 效益。所以，鍋爐的燃燒控制自動化多年來倍受重視 。鍋爐燃燒過程電氣 控制的主要任務(wù)是 : （ 1） 保持蒸汽壓力穩(wěn)定 鍋爐運(yùn)行中蒸汽負(fù)荷隨時發(fā)生變化，并反映到蒸汽壓力波動，這樣就必須隨時改變?nèi)剂狭恳赃m應(yīng)負(fù)荷的需要，并保持汽壓穩(wěn)定。 （ 2） 保證經(jīng)濟(jì)燃燒 為了得到最經(jīng)濟(jì)的燃燒工況，就要保持燃料量和送風(fēng)量之間有合適的比例，當(dāng)燃料量改變時，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使它與燃煤量相配合。 （ 3） 保持爐膛壓力一定 中小型工業(yè)鍋爐目前一般采用爐膛負(fù)壓運(yùn)行方式，且負(fù)壓維持在 10OPa 以內(nèi)。爐膛負(fù)壓過小，爐灰和火苗從火孔和爐門等處外溢，會引起爐膛噴火等事故 。負(fù)壓過大，會引起漏風(fēng)量增大 ，影響鍋爐熱效率，不利于經(jīng)濟(jì)燃燒，同時使引風(fēng)機(jī)電耗量增大。因此，必須嚴(yán)格保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在某一水平，這對燃燒工況、鍋爐房工作條件、爐子的維護(hù)和安全運(yùn)行都是有利的，這也是保證鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒和安全性的重要指標(biāo)。雖然燃燒控制系統(tǒng)是一個多參數(shù)變量的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但通常都把它簡化成互相聯(lián)系、密切配合但又相對內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 獨(dú)立的 3 個單變量系統(tǒng)來實現(xiàn)，即 :以燃料量維持鍋爐壓力恒定的蒸汽壓力控制系統(tǒng)，以送風(fēng)量維持鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒的送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以引風(fēng)量維持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定的爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 蒸汽壓力控制 蒸汽壓力是反映蒸汽供需關(guān)系平衡 與否的重要指標(biāo)，也是表征蒸汽的重要參數(shù)。汽壓偏高，會加速金屬材料的蠕變 。汽壓偏低，說明供需關(guān)系不平衡，設(shè)備消耗的蒸汽量大于現(xiàn)有的產(chǎn)汽量，難以維持長期穩(wěn)定的運(yùn)行。因此，維持壓力穩(wěn)定是安全生產(chǎn)和維持運(yùn)行的需要。 調(diào) 節(jié)爐排的轉(zhuǎn)速。給煤量大，供給的熱量多，鍋水吸熱多，產(chǎn)生的蒸汽壓力增大，相反則蒸汽壓力減小。當(dāng)然，給煤量必須與鼓風(fēng)量配合，一定給煤量對應(yīng)最佳鼓風(fēng)量，鼓風(fēng)量小，燃燒不完全，鼓風(fēng)量大帶走過多熱量。而且，根據(jù)工藝要求，當(dāng)負(fù)荷增加時，應(yīng)先增加鼓風(fēng)量，再增加給煤量 :負(fù)荷減小時，先減少給 煤量，后減少鼓風(fēng)量。 經(jīng)濟(jì)燃燒 鍋爐的燃燒涉及到很多變量，如空氣過剩系數(shù)、煙氣含氧量、風(fēng)煤比， 要使鍋爐實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒，必須綜合考慮各種相關(guān)因素，并進(jìn)行合理控制。國內(nèi)外己有不少機(jī)構(gòu)對鍋爐控制進(jìn)行了研究，并有相關(guān)的先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件問世，但由于種種原因，在中小型控制系統(tǒng)中的應(yīng)用還極少。國內(nèi)的相關(guān)控制大多仍基于傳統(tǒng)的控制策略，如 PD 控制、比值控制、串級控制、前饋控制等，在此基礎(chǔ)上加進(jìn)一些優(yōu)化技術(shù)，如 PD 控制器參數(shù)自整定、自適應(yīng)控制、模糊控制等，最終的目的都是為了實現(xiàn)鍋爐燃燒的在線優(yōu)化，以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒。還有一點(diǎn)需要說明，在現(xiàn)在的鍋爐 中為使燃料完全燃燒，大都增設(shè)了二次風(fēng)，以加強(qiáng)煙氣和空氣的擾動、混合和延長煙氣流程，減少化學(xué)未完全燃燒損失，同時使煙氣中的煤粒在爐膛內(nèi)停留較長時間，使其得到充分燃燒。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗，合理使用二次風(fēng)能使鍋爐的熱效率提高 3 一 %5 左右。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 10 爐膛負(fù)壓控制 影響爐膛負(fù)壓的因素主是鼓風(fēng)量和引風(fēng)量，一般爐膛負(fù)壓主要通過控制引風(fēng)量的大小來控制。在這里，爐膛負(fù)壓作為被控對象，引風(fēng)量作為控制對象，當(dāng)然這是在鼓風(fēng)量一定的前提下說的。當(dāng)鼓風(fēng)量發(fā)生變化的時候，引風(fēng)量也要跟著變化，通常是把鼓風(fēng)量作為引風(fēng)控制的前饋量，在鼓風(fēng)量增 加時立即增加引風(fēng)量，當(dāng)鼓風(fēng)量減少時，經(jīng)過一段時間再減少引風(fēng)量。 連鎖控制 在鍋爐控制中，為保證鍋爐安全運(yùn)行，在某一機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時，要有即時報警和相關(guān)保護(hù)，并觸發(fā)與之關(guān)聯(lián)的設(shè)備實現(xiàn)自動連鎖。鍋爐運(yùn)行要求的連鎖動作大體有以下幾項 : （ 1）鼓風(fēng)機(jī) 要求當(dāng)引風(fēng)電機(jī)停止、爐排電機(jī)停止、鍋筒壓力或蒸汽總管壓力超出上限時，鼓風(fēng)電機(jī)自動停止。啟動時，只有引風(fēng)機(jī)運(yùn)行起來后才開鼓風(fēng)機(jī)。 （ 2）引風(fēng)機(jī) 要求當(dāng)鍋筒壓力或蒸汽總管壓力超出上限時，引風(fēng)電機(jī)自動停止。 （ 3）爐排電機(jī) 要求當(dāng)鼓風(fēng)電機(jī) 或引風(fēng)電機(jī)發(fā)生故障時，爐排電機(jī)立即停止運(yùn)行。在正常啟停時，當(dāng)鼓風(fēng)和引風(fēng)開起來后再開爐排電機(jī)，停機(jī)時先停爐排電機(jī)。 （ 4）補(bǔ) 水泵 要求鍋筒水位超出上 限時， 補(bǔ)水泵自動停止；鍋爐水位低于下限時，補(bǔ)水泵變頻器增大頻率使水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，補(bǔ)水量加大，使汽包內(nèi)的水位盡快達(dá)到工藝要求的水位。當(dāng)水位穩(wěn)定在工藝要求范圍內(nèi)時，變頻器以恒定頻率運(yùn)行。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 11 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的組成 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)由 汽包水位控制系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓、溫度控制系統(tǒng)。汽包水位控制系統(tǒng)主要根據(jù)汽包內(nèi)液位的高低來進(jìn)行控制； 在爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)中， 送風(fēng)量對爐膛壓力的影響很小，爐膛壓力主要是靠引風(fēng)機(jī)來調(diào)節(jié)的，所以有時它也被稱為引風(fēng)控制系統(tǒng)。在整個鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中，蒸汽壓力的變化表示鍋爐蒸汽的產(chǎn)生量與負(fù)荷的耗汽量不相適應(yīng)，因此必須相應(yīng)的而改變?nèi)剂系墓?yīng)量，以改變鍋爐蒸汽的產(chǎn)量。當(dāng)燃料改變時，必須相應(yīng)的改變送風(fēng)量，使燃料量與空氣量相適應(yīng)，保證燃燒過程有較高的經(jīng)濟(jì)性。同時，當(dāng)送風(fēng)量改變時，也應(yīng)該相應(yīng)的改變引風(fēng)量，從而使得爐膛壓力保持在 左右。 爐膛溫度控制系統(tǒng)主要根據(jù)給煤量、送風(fēng)量和爐排轉(zhuǎn)速來進(jìn)行控制。 汽包水位控制系統(tǒng) 汽包水位是鍋爐運(yùn)行的主要 指標(biāo)，是一個非常重要的被控變量，維持水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運(yùn)行的首要條件，這是因為： （ 1）水位過高會影響汽包內(nèi)汽水分離，飽和水蒸汽帶水過多，同時過熱蒸汽溫度急劇下降。該過熱蒸汽作為汽輪機(jī)的動力，將會損壞汽輪機(jī)葉片，影響運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性。 （ 2） 水位過低，說明汽包內(nèi)的水量較少，而當(dāng)負(fù)荷很大時，水的汽化速度加快，則汽包內(nèi)的水位變化速度亦隨之加快，如不及時調(diào)節(jié)，就會使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致爐管燒壞，甚至引起爆炸。因此，鍋爐汽包水位必須嚴(yán)加控制。 隨著鍋爐容量增大和參數(shù)提高，汽包容積相對縮小，而鍋爐蒸發(fā) 受熱面的熱負(fù)荷顯著提高，加快了負(fù)荷變化時的速度，因而對給水控制提出了更高的要求。 爐膛壓力、溫度控制系統(tǒng) 爐膛壓力是反應(yīng)燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)。爐內(nèi)燃燒工況一旦發(fā)生變化，爐膛壓力將迅速發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障時，最先將在爐膛壓力的變化上反應(yīng)出來，而后才是蒸汽參數(shù)的一系列變化。因此，監(jiān)視和控制爐膛壓力，對于保證爐內(nèi)燃燒工況的穩(wěn)定具有及其重要的意義。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12 爐膛負(fù)壓過大，將會增加爐膛和煙道的漏風(fēng)，鍋爐在低負(fù)荷或燃燒工況不穩(wěn)的情況下運(yùn)行時，便有可能由于漏入冷風(fēng)而造成燃燒惡化，甚至發(fā)生鍋爐熄滅。反之， 若爐膛壓力偏正，則爐膛內(nèi)的高溫火焰就有可能外噴，不但影響環(huán)境衛(wèi)生還將造成設(shè)備損壞或引起人身事故。 運(yùn)行中引起爐膛負(fù)壓波動的主要原因是燃燒工況的變化。為了使?fàn)t內(nèi)燃燒連續(xù)進(jìn)行，必須不間斷的向爐膛供給燃料燃燒所需的空氣，并將燃燒后產(chǎn)生的煙氣及時排走。在燃燒產(chǎn)生煙氣及其排放的過程中，如果排出爐膛的煙氣量等于燃燒產(chǎn)生的煙氣量，則進(jìn)、出爐膛的物質(zhì)保持平衡，此時爐膛負(fù)壓就相對保持不變。若上述平衡遭到破壞，則爐膛負(fù)壓就要發(fā)生變化。例如在引風(fēng)量未變時，增加送風(fēng)量，就會使?fàn)t膛出現(xiàn)正壓。 運(yùn)行中即使送、引風(fēng)量保持不變，由于燃燒工 況總有小量的變化，故爐膛壓力總是波動的。當(dāng)燃燒不穩(wěn)時，爐膛壓力將產(chǎn)生劇烈的波動，爐膛風(fēng)壓表相應(yīng)作大幅度的劇烈晃動。運(yùn)行經(jīng)驗表明：當(dāng)爐膛壓力發(fā)生劇烈波動時，往往是熄火的預(yù)兆，這時必須加強(qiáng)監(jiān)視爐內(nèi)燃燒工況，分析原因，并及時進(jìn)行調(diào)整和處理。 爐膛壓力通常是通過改變 引風(fēng)機(jī)的出力來調(diào)節(jié)的。 鍋爐控制系統(tǒng)方案的確定 汽包水位控制系統(tǒng)方案的確定 汽包水位 控制系統(tǒng)是由一臺變頻器控制兩臺補(bǔ)水泵（一用一備）組成的，在鍋爐汽包內(nèi)放入 投入式液位變送器 ，液位變送器輸出的 420mA 電信號被智能光柱式顯示儀表接收后，實時顯示鍋爐汽包內(nèi) 的液位高低，同時該儀表又將液位高度轉(zhuǎn)換成 420mA 電信號輸出給變頻器，變頻器接到輸入信號后，與給定值進(jìn)行比較，如果高于給定值，則表明此時的液位高于鍋爐給定液位，變頻器將減小輸出頻率，降低補(bǔ)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，減小給水量，使汽包內(nèi)的水位保持規(guī)定的范圍內(nèi)；當(dāng)變頻器接收到的電信號值低于給定值時，表明汽包內(nèi)的液位低于給定液位，變頻器將增加輸出頻率，提高補(bǔ)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，增加給水量，使汽包內(nèi)的水位迅速上升至規(guī)定的高度并保持在此范圍內(nèi)基本不變。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 13 1 號工頻運(yùn)行1 號變頻運(yùn)行2 號工頻運(yùn)行2 號變頻運(yùn)行1 號故障指示1 號工變頻運(yùn)行2 號工變頻運(yùn)行2 號故障指示內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 14 圖 補(bǔ)水泵 控制回路圖 補(bǔ)水泵電氣控制 回路如上圖所示，補(bǔ)水泵變頻柜得電后，此時轉(zhuǎn)換開關(guān) SA1 應(yīng)該撥到自動位置，補(bǔ)水泵采用變頻控制。變頻器輸出頻率緩慢增加，補(bǔ)水泵電機(jī)緩慢起動 ，當(dāng)汽包內(nèi)的液位基本保持在安全高度范圍內(nèi)時，補(bǔ)水泵變頻器輸出頻率就會以事先設(shè)定好的頻率運(yùn)行。當(dāng)汽包內(nèi)的水位低于給定值時，變頻器的輸出頻率增加，來提高水泵轉(zhuǎn)速，增加給水量，使液位迅速達(dá)到安