【文章內容簡介】 熱過程 煤在爐膛內燃燒放出熱量，爐膛中的溫度逐步升高。爐膛中的沸水管吸收高溫煙氣的熱量，完成熱交換。引風機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，這就完成了汽包內水的循環(huán)過程。汽包內還裝有汽水分離裝置，如若不加此裝置，產生的蒸汽會帶有一定的水，會影響生產需求。蒸汽和水被汽水分離裝置分開以后，蒸汽由管道輸出，水會留在汽包內繼續(xù)被加熱。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 鍋爐控制的任務和特點 鍋爐控制的任務 蒸汽 鍋爐的功能是生產具有一定壓力、溫度參數(shù)的蒸汽，滿足外部對負荷的需求。為滿足此要 求，并保證鍋爐本體的安全經濟運行，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、自動保護等功能。而鍋爐是一多變量、多回路、多禍合的復雜系統(tǒng)，擾動源比較多，要保證提供合格的蒸汽以滿足負荷的要求，其工作過程中的各主要工藝參數(shù)必須嚴格控制，為此，鍋爐的主要控制任務為 : （ 1）保持鍋筒水位在規(guī)定的范圍內 （ 2） 保持爐膛負壓在規(guī)定的范圍 （ 3） 穩(wěn)定蒸汽溫度、壓力和蒸發(fā)量 （ 4） 保持燃燒的經濟性和鍋爐的安全運行 完成上述的任務需要監(jiān)控五個主要的被調節(jié)量和四個調節(jié)量，具體如 下圖 所示 : 圖 鍋爐主要參量 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 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 給水的基本任務是在各種負荷條件下，控制給 水量，使進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，這種平衡的標志是 鍋筒水位維持在工藝要求的范圍內 。對于 蒸汽 鍋爐，水位的高低對鍋爐的安全運行和生產工藝要求影響很大。水位過高，蒸汽帶水量過多，降低蒸汽品質，會在蒸汽管道內發(fā)生水沖擊，甚至會發(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 鍋爐運行時，要保持 鍋筒水位在規(guī)定的范圍內，須不斷地往鍋筒內補水。 汽包水位是鍋爐運行的重要指標，保持水位在一定的范圍內是保證鍋爐安全運行的首要條件。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部的物料平衡，使給水量適應鍋爐的蒸汽量，維持汽包中水位在工藝允許的范圍內。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，會影響汽包內的汽水分離，飽和 蒸汽 將會帶水過多，導致過熱器管結垢并損壞，使過熱蒸汽的溫度下降。以此過熱蒸汽帶動汽輪機，則將因蒸汽帶液損壞氣輪機的葉片 ，造成運行的安全事故。然而，水位過低，則因汽包內的水量減少，而負荷很大，加快水的汽化速度，若不及時加以控制，將有可能使汽包內水全部汽化；尤其是大型鍋爐，水在汽包內的停留時間極短，從而導致水冷壁燒壞，甚至引起爆炸。所以，保持汽包水位在工藝允許的范圍內 是鍋爐正常運行的重要指標 ！ 變頻器給水自動調節(jié) 鍋爐水位控制方案一般有單沖量給水自動調節(jié)系統(tǒng)、雙沖量給水自動調節(jié)系統(tǒng)和三沖量給水自動調節(jié)系統(tǒng)三種， 本文主要利用變頻器進行單沖量給水調節(jié)，在單 沖量給水內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 8 調節(jié)系統(tǒng)中， 變頻器 接受鍋筒水位 高低 信號， 根據(jù)汽包內水位 的高低改變變頻器的輸出頻率，進而改變補水泵電機的功率 ， 達到保持水位在一定范圍內。保證鍋爐正常運行。 鍋爐燃燒過程控制 控制任務 鍋爐的基本組成是“鍋”和“爐”兩大部分。燃料在“爐”中燃燒放熱，高溫煙氣攜帶的熱量為“鍋”的受熱面吸收，以產生一定壓力和溫度的蒸汽。作為鍋爐的燃燒設備一“爐”，其任務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 控制的主要任務是 : （ 1） 保持蒸汽壓力穩(wěn)定 鍋爐運行中蒸汽負荷隨時發(fā)生變化，并反映到蒸汽壓力波動，這樣就必須隨時改變燃料量以適應負荷的需要，并保持汽壓穩(wěn)定。 （ 2） 保證經濟燃燒 為了得到最經濟的燃燒工況，就要保持燃料量和送風量之間有合適的比例，當燃料量改變時，必須相應地調節(jié)送風量，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壓運行方式，且負壓維持在 10OPa 以內。爐膛負壓過小，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 。負壓過大，會引起漏風量增大 ，影響鍋爐熱效率，不利于經濟燃燒，同時使引風機電耗量增大。因此，必須嚴格保證爐膛負壓穩(wěn)定在某一水平，這對燃燒工況、鍋爐房工作條件、爐子的維護和安全運行都是有利的，這也是保證鍋爐經濟燃燒和安全性的重要指標。雖然燃燒控制系統(tǒng)是一個多參數(shù)變量的調節(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蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 獨立的 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)，以送風量維持鍋爐經濟燃燒的送風調節(jié)系統(tǒng)，以引風量維持爐膛負壓穩(wěn)定的爐膛負壓調節(jié)系統(tǒng)。 蒸汽壓力控制 蒸汽壓力是反映蒸汽供需關系平衡 與否的重要指標，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，說明供需關系不平衡，設備消耗的蒸汽量大于現(xiàn)有的產汽量，難以維持長期穩(wěn)定的運行。因此，維持壓力穩(wěn)定是安全生產和維持運行的需要。 調 節(jié)爐排的轉速。給煤量大，供給的熱量多，鍋水吸熱多，產生的蒸汽壓力增大，相反則蒸汽壓力減小。當然，給煤量必須與鼓風量配合，一定給煤量對應最佳鼓風量，鼓風量小，燃燒不完全，鼓風量大帶走過多熱量。而且，根據(jù)工藝要求，當負荷增加時，應先增加鼓風量，再增加給煤量 :負荷減小時，先減少給 煤量，后減少鼓風量。 經濟燃燒 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、風煤比， 要使鍋爐實現(xiàn)經濟燃燒，必須綜合考慮各種相關因素，并進行合理控制。國內外己有不少機構對鍋爐控制進行了研究，并有相關的先進控制與優(yōu)化軟件問世，但由于種種原因，在中小型控制系統(tǒng)中的應用還極少。國內的相關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，在此基礎上加進一些優(yōu)化技術，如 PD 控制器參數(shù)自整定、自適應控制、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)經濟燃燒。還有一點需要說明，在現(xiàn)在的鍋爐 中為使燃料完全燃燒，大都增設了二次風，以加強煙氣和空氣的擾動、混合和延長煙氣流程，減少化學未完全燃燒損失，同時使煙氣中的煤粒在爐膛內停留較長時間，使其得到充分燃燒。根據(jù)運行經驗，合理使用二次風能使鍋爐的熱效率提高 3 一 %5 左右。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 10 爐膛負壓控制 影響爐膛負壓的因素主是鼓風量和引風量，一般爐膛負壓主要通過控制引風量的大小來控制。在這里，爐膛負壓作為被控對象，引風量作為控制對象，當然這是在鼓風量一定的前提下說的。當鼓風量發(fā)生變化的時候，引風量也要跟著變化，通常是把鼓風量作為引風控制的前饋量，在鼓風量增 加時立即增加引風量，當鼓風量減少時，經過一段時間再減少引風量。 連鎖控制 在鍋爐控制中，為保證鍋爐安全運行，在某一機構發(fā)生故障時，要有即時報警和相關保護，并觸發(fā)與之關聯(lián)的設備實現(xiàn)自動連鎖。鍋爐運行要求的連鎖動作大體有以下幾項 : （ 1）鼓風機 要求當引風電機停止、爐排電機停止、鍋筒壓力或蒸汽總管壓力超出上限時，鼓風電機自動停止。啟動時，只有引風機運行起來后才開鼓風機。 （ 2）引風機 要求當鍋筒壓力或蒸汽總管壓力超出上限時，引風電機自動停止。 （ 3）爐排電機 要求當鼓風電機 或引風電機發(fā)生故障時，爐排電機立即停止運行。在正常啟停時，當鼓風和引風開起來后再開爐排電機，停機時先停爐排電機。 （ 4）補 水泵 要求鍋筒水位超出上 限時， 補水泵自動停止；鍋爐水位低于下限時，補水泵變頻器增大頻率使水泵電機轉速增加，補水量加大，使汽包內的水位盡快達到工藝要求的水位。當水位穩(wěn)定在工藝要求范圍內時，變頻器以恒定頻率運行。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 11 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設計 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)汽包內液位的高低來進行控制； 在爐膛負壓控制系統(tǒng)中， 送風量對爐膛壓力的影響很小，爐膛壓力主要是靠引風機來調節(jié)的，所以有時它也被稱為引風控制系統(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生量與負荷的耗汽量不相適應，因此必須相應的而改變燃料的供應量，以改變鍋爐蒸汽的產量。當燃料改變時，必須相應的改變送風量，使燃料量與空氣量相適應，保證燃燒過程有較高的經濟性。同時，當送風量改變時，也應該相應的改變引風量，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、送風量和爐排轉速來進行控制。 汽包水位控制系統(tǒng) 汽包水位是鍋爐運行的主要 指標，是一個非常重要的被控變量，維持水位在一定范圍內是保證鍋爐安全運行的首要條件，這是因為： （ 1）水位過高會影響汽包內汽水分離，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的動力，將會損壞汽輪機葉片，影響運行的安全性與經濟性。 （ 2） 水位過低，說明汽包內的水量較少，而當負荷很大時，水的汽化速度加快，則汽包內的水位變化速度亦隨之加快，如不及時調節(jié)，就會使汽包內的水全部汽化，導致爐管燒壞，甚至引起爆炸。因此，鍋爐汽包水位必須嚴加控制。 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) 受熱面的熱負荷顯著提高，加快了負荷變化時的速度，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) 爐膛壓力是反應燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)。爐內燃燒工況一旦發(fā)生變化，爐膛壓力將迅速發(fā)生相應的變化。當鍋爐的燃燒系統(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，對于保證爐內燃燒工況的穩(wěn)定具有及其重要的意義。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12 爐膛負壓過大，將會增加爐膛和煙道的漏風，鍋爐在低負荷或燃燒工況不穩(wěn)的情況下運行時，便有可能由于漏入冷風而造成燃燒惡化，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)生還將造成設備損壞或引起人身事故。 運行中引起爐膛負壓波動的主要原因是燃燒工況的變化。為了使爐內燃燒連續(xù)進行，必須不間斷的向爐膛供給燃料燃燒所需的空氣，并將燃燒后產生的煙氣及時排走。在燃燒產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生的煙氣量，則進、出爐膛的物質保持平衡，此時爐膛負壓就相對保持不變。若上述平衡遭到破壞，則爐膛負壓就要發(fā)生變化。例如在引風量未變時，增加送風量，就會使爐膛出現(xiàn)正壓。 運行中即使送、引風量保持不變，由于燃燒工 況總有小量的變化，故爐膛壓力總是波動的。當燃燒不穩(wěn)時，爐膛壓力將產生劇烈的波動，爐膛風壓表相應作大幅度的劇烈晃動。運行經驗表明：當爐膛壓力發(fā)生劇烈波動時，往往是熄火的預兆，這時必須加強監(jiān)視爐內燃燒工況，分析原因，并及時進行調整和處理。 爐膛壓力通常是通過改變 引風機的出力來調節(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水泵（一用一備）組成的，在鍋爐汽包內放入 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 的液位高低，同時該儀表又將液位高度轉換成 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，降低補水泵電機的轉速，減小給水量，使汽包內的水位保持規(guī)定的范圍內；當變頻器接收到的電信號值低于給定值時，表明汽包內的液位低于給定液位，變頻器將增加輸出頻率，提高補水泵電機的轉速，增加給水量，使汽包內的水位迅速上升至規(guī)定的高度并保持在此范圍內基本不變。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 13 1 號工頻運行1 號變頻運行2 號工頻運行2 號變頻運行1 號故障指示1 號工變頻運行2 號工變頻運行2 號故障指示內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 14 圖 補水泵 控制回路圖 補水泵電氣控制 回路如上圖所示，補水泵變頻柜得電后，此時轉換開關 SA1 應該撥到自動位置，補水泵采用變頻控制。變頻器輸出頻率緩慢增加，補水泵電機緩慢起動 ，當汽包內的液位基本保持在安全高度范圍內時，補水泵變頻器輸出頻率就會以事先設定好的頻率運行。當汽包內的水位低于給定值時，變頻器的輸出頻率增加，來提高水泵轉速，增加給水量，使液位迅速達到安