【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 折斷后更換比較困難。 D、容量較小的鍋爐，大多數(shù)采用輕型鏈帶式爐排。它只適用于10t／h以下的鍋爐應(yīng)用。 E、為了解決輕型鏈帶式爐排片斷裂問(wèn)題，我國(guó)很多地區(qū)研制了大塊爐排片，其結(jié)構(gòu)就是把原來(lái)分為多片的爐排片合起來(lái)鑄成一塊。在這基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)，研制了帶活絡(luò)芯片型鏈帶式爐排片，在使用上取得較好的效果。 圖25輕型鏈帶式爐排 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是用可編程序控制器對(duì)鍋爐各輔機(jī)進(jìn)行控制，并設(shè)計(jì)鍋房的動(dòng)力供配電及照明系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，還應(yīng)設(shè)置汽包水位的上、下限保護(hù)及報(bào)警；蒸汽壓力上限保護(hù)和報(bào)警。首先，對(duì)控制要求中的一些專(zhuān)業(yè)名詞進(jìn)行解析。 汽包汽包亦稱(chēng)鍋筒，是自然循環(huán)鍋爐中最重要的受壓元件，汽包的作用主要有：（1）是工質(zhì)加熱、蒸發(fā)、過(guò)熱三過(guò)程的連接樞紐，保證鍋爐正常的水循環(huán)。（2）內(nèi)部有汽水分離裝置和連續(xù)排污裝置，保證鍋爐蒸汽品質(zhì)。（3）有一定水量，具有一定蓄熱能力，緩和汽壓的變化速度。（4）汽包上有壓力表、水位計(jì)、事故放水、安全閥等設(shè)備，保證鍋爐安全運(yùn)行。 汽包水位汽包水位是鍋爐正常運(yùn)行中最主要的監(jiān)視參數(shù)之一。水位過(guò)高，蒸汽空間縮小將會(huì)引起蒸汽帶水，使蒸汽品質(zhì)惡化，以致在過(guò)熱器管內(nèi)產(chǎn)生鹽垢沉積，使管子過(guò)熱，金屬?gòu)?qiáng)度降低而發(fā)生爆破；滿水時(shí)蒸汽大量帶水，將會(huì)引起管道和汽機(jī)內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重的水沖擊,造成設(shè)備的損壞。水位過(guò)低，將會(huì)引起水循環(huán)的破壞，使水冷壁管超溫過(guò)熱；嚴(yán)重缺水時(shí)，還可能造成更嚴(yán)重的設(shè)備損壞事故。因此加強(qiáng)對(duì)水位的監(jiān)視和調(diào)整至關(guān)重要。示意圖見(jiàn)圖26。圖26 汽包水位示意圖影響汽包水位變化的因素有很多。鍋爐在運(yùn)行中，水位是經(jīng)常變化的。引起水位發(fā)生變化的原因主要是鍋爐的外擾和內(nèi)擾。當(dāng)出現(xiàn)外擾和內(nèi)擾時(shí)，將使蒸發(fā)設(shè)備的物質(zhì)平衡關(guān)系(即蒸發(fā)量與給水量之間的平衡關(guān)系)發(fā)生破壞，或者工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化(當(dāng)鍋爐壓力變化時(shí)，水和蒸汽的比容發(fā)生變化)，從而造成汽包水位發(fā)生變化。汽包水位變化的劇烈程度，不僅與擾動(dòng)量的大小有關(guān)，而且還與擾動(dòng)速度有關(guān)。以下幾種因素會(huì)影響水位變化：1 鍋爐負(fù)荷變化的影響2 燃燒工況變化的影響3給水壓力的變化4鍋爐汽水管泄漏或排污閥不嚴(yán)密5爐水品質(zhì)對(duì)水位變化的影響6汽包水位計(jì)不準(zhǔn)確7給水自動(dòng)失靈運(yùn)行人員手動(dòng)調(diào)節(jié)不及時(shí)。其中前三種對(duì)水位影響最大，即蒸發(fā)量、燃燒、水壓。接下來(lái)，我將對(duì)其進(jìn)行細(xì)致的討論。（1）汽包水位的變化與鍋爐負(fù)荷(蒸發(fā)量)的變化有密切關(guān)系，因?yàn)檎羝菑慕o水進(jìn)入鍋爐以后逐漸受熱汽化而產(chǎn)生的。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，蒸發(fā)受熱面中水消耗量發(fā)生變化，必然引起汽包水位的變化。當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，如果給水量不變或增加不及時(shí)，則蒸發(fā)設(shè)備中的水量逐漸被消耗，其最終結(jié)果將使水位下降；反之，水位上升。所以水位變化的幅度反映了鍋爐蒸發(fā)量與給水量之間平衡關(guān)系相稱(chēng)程度，如給水量大于蒸發(fā)量，則水位上升；給水量小于蒸發(fā)量，則水位下降，只有給水量等于蒸發(fā)量(排污及閥門(mén)泄漏除外)即蒸發(fā)設(shè)備中保持物質(zhì)平衡時(shí)，水位才能保持穩(wěn)定。當(dāng)外界負(fù)荷突然增加，將引起鍋爐汽壓驟降，汽包水位瞬間升高(虛假水位)，這時(shí)為了恢復(fù)汽壓而過(guò)分加強(qiáng)燃燒，則會(huì)引起蒸汽帶水，惡化蒸汽品質(zhì)；反之，如果外界負(fù)荷突減，則引起鍋爐汽壓驟升，汽包水位驟減，如此時(shí)大大減弱燃燒，則促使水位更低，若安全門(mén)動(dòng)作又會(huì)使水位升高。所以，當(dāng)負(fù)荷驟變時(shí)，必須嚴(yán)密監(jiān)視水位，預(yù)防水位事故的發(fā)生。（2）燃燒工況的改變對(duì)水位的影響也很大。在外界負(fù)荷及給水量不變的情況下，當(dāng)燃料量突然增加，水位暫時(shí)升高而后下降；燃料突減，水位暫時(shí)降低而后升高，這是由于燃燒工況的改變使?fàn)t內(nèi)放熱量改變，而引起工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化的緣故。當(dāng)燃燒強(qiáng)化時(shí)，爐水吸熱量增加，汽泡增多，體積膨脹，而使水位暫時(shí)升高。由于產(chǎn)生的蒸汽量不斷增加，使汽壓上升，飽和溫度也相應(yīng)地提高了，爐水中汽泡數(shù)量又隨之減少，水位又下降。因此水位波動(dòng)的大小，取決于燃燒工況改變的強(qiáng)烈程度以及運(yùn)行調(diào)節(jié)的及時(shí)性。（3）給水壓力變化時(shí)，將使給水流量發(fā)生變化，從而破壞了給水量與蒸發(fā)量的平衡，引起水位變化。當(dāng)給水壓力增加時(shí)，給水流量增大，水位上升；給水壓力下降時(shí)，給水流量減少，水位下降。給水壓力波動(dòng)過(guò)大，將使給水自動(dòng)調(diào)節(jié)器失調(diào)。水壓過(guò)低，則汽包進(jìn)水困難，若給水壓力低于汽包壓力，給水將無(wú)法進(jìn)入汽包，會(huì)造成鍋爐嚴(yán)重缺水。給水泵故障、給水管道破裂、給水門(mén)故障等均能使給水壓力降低，故應(yīng)對(duì)給水壓力和給水流量嚴(yán)加監(jiān)視，注意控制給水流量與蒸汽流量相適應(yīng)。 汽包水位上下限汽包水位測(cè)量方式很多，一般可分為：(1)靜壓式；(2)浮力式；(3)電氣式；(4)超聲波式；(5)核輻射式。目前最常用的是靜壓式測(cè)量方法中的連通式液位計(jì)和壓差式液位計(jì)。連通式液位計(jì)包括云母水位計(jì)和電接點(diǎn)水位計(jì)，這類(lèi)液位計(jì)直觀，便于讀數(shù)，但它們共同的缺點(diǎn)是：當(dāng)液位計(jì)與被測(cè)汽包中的液溫有差別時(shí)，其顯示的液位不同于汽包中的液位，而且此誤差還會(huì)隨汽包壓力的改變而改變。為了減小因溫度差異而引起的誤差，常將液位計(jì)保溫，而筒殼頂部不保溫，增加凝結(jié)水量。但因散熱，水位計(jì)中的水溫總比汽包中飽和水的溫度低，因而水的密度大于飽和水的密度。由于電接點(diǎn)水位計(jì)中的水位要低40～60 mm，再加上此處電接點(diǎn)的間距，其誤差就會(huì)更大，有可能達(dá)到100mm誤差。因而電接點(diǎn)水位計(jì)僅能在啟動(dòng)過(guò)程和低負(fù)荷運(yùn)行中有效，在高負(fù)荷時(shí)，僅能作汽包水位的參考，不能用作調(diào)節(jié)和保護(hù)信號(hào)。這里水位補(bǔ)償就起到作用，司爐人員可以通過(guò)手動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)水泵來(lái)補(bǔ)償由于誤差引起的水位不足。提到水位的上下限，就得分析一下本設(shè)計(jì)中鍋爐汽包水位的上下限水位的范圍。下限水位即最低安全水位，是指鍋爐正常運(yùn)行的極限低水位。水管鍋爐的最低安全水位，應(yīng)能保證對(duì)下降管可靠的供水。鍋殼鍋爐的最低安全水位，應(yīng)高于最高火界100mm。對(duì)直徑小于或等于1500mm的臥式鍋爐的最低水位，應(yīng)高于最高火界75mm。 經(jīng)過(guò)對(duì)鍋爐型號(hào)的幾番調(diào)研，決定將水位變化范圍設(shè)定為200～1000mm，采用提取液位電接點(diǎn)信號(hào)，通過(guò)電極傳感器送入PLC的信號(hào)來(lái)監(jiān)控水位上下限。 蒸汽壓力保護(hù)廣義的額定工作壓力指壓力容器在規(guī)定的工況下能長(zhǎng)期承受或提供的壓力，一般用壓力容器的頂部的表壓力表示。鍋爐的工作壓力指壓力鍋爐在規(guī)定的工況下長(zhǎng)期運(yùn)行所能承受的壓力，即安全壓力。 額定蒸汽壓力是指蒸汽鍋爐在規(guī)定的鍋爐熱效率、蒸汽溫度、給水溫度及額定的蒸汽溫度下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行所必須保證的鍋爐過(guò)熱器主氣閥出口處的蒸汽壓力，也就是鍋爐銘牌上標(biāo)明的壓力。對(duì)于無(wú)過(guò)熱器的鍋爐，用主氣閥出口處的飽和蒸汽壓力表示。鍋爐內(nèi)的蒸汽壓力是不斷變化的，其值受很多因素影響。那么蒸汽鍋爐蒸汽壓力干擾如何判斷? 蒸汽壓力變化的原因是究竟是內(nèi)擾或外擾?一系列連串的問(wèn)題，我們有什么簡(jiǎn)單的方法來(lái)判別，其實(shí)通過(guò)蒸汽鍋爐蒸汽流量的變化關(guān)系，來(lái)判斷引起蒸汽鍋爐蒸汽壓力變化的原因是內(nèi)擾或外擾。 (1)在蒸汽鍋爐汽壓力降低的同時(shí)，鍋爐蒸汽流量也減小，說(shuō)明蒸汽鍋爐爐內(nèi)燃料燃燒供熱量不足導(dǎo)致蒸發(fā)量減??；在蒸汽壓力升高的同時(shí)，蒸汽流量也增大，說(shuō)明爐內(nèi)燃燒供熱量偏多，使蒸發(fā)量增大， 這都屬于內(nèi)擾。即蒸汽壓力與蒸汽流量變化方向相同時(shí)，蒸汽壓力變化的原因是內(nèi)擾。 (2)在蒸汽鍋爐蒸汽壓力降低的同時(shí)，鍋爐蒸汽流量表指示增大，說(shuō)明外界對(duì)蒸汽的需要量增大；在蒸汽壓力升高的同時(shí)，蒸汽流量減小，說(shuō)明外界蒸汽需要量減小，這些都屬于外擾。也就是說(shuō)， 當(dāng)蒸汽壓力與蒸汽流量變化方向相反時(shí)，蒸汽壓力變化的原因是外擾。 需要指出的是蒸汽鍋爐蒸汽壓力干擾如何判斷：對(duì)于單元機(jī)組，上述判斷內(nèi)擾的方向僅適應(yīng)于工況變化初期，即僅適用于汽輪機(jī)調(diào)速汽門(mén)未動(dòng)作之前；而在調(diào)速汽門(mén)動(dòng)作之后，蒸汽鍋爐汽壓與蒸汽流量變化方向是相反的， 故運(yùn)行中應(yīng)予注意。造成上述特殊情況的原因是：在外界負(fù)荷不變而鍋爐燃燒量突然增大(內(nèi)擾)，最初在蒸汽壓力上升的同時(shí)，蒸汽流量也增大，汽輪機(jī)為了維持額定轉(zhuǎn)速，調(diào)速汽門(mén)將關(guān)小，這時(shí)，汽壓將繼續(xù)上升，而蒸汽流量減小，也就是蒸汽鍋爐蒸汽壓力與流量的變化方向成為相反。本章對(duì)整個(gè)鍋爐設(shè)計(jì)的內(nèi)容和控制要求作出了簡(jiǎn)要分析。著重闡述了鍋爐關(guān)鍵部件的工作原理和結(jié)構(gòu)組成，對(duì)一些鍋爐專(zhuān)用名詞進(jìn)行了詳盡的解析。并且對(duì)一些問(wèn)題進(jìn)行了擴(kuò)展，不局限于電氣控制方面的分析，同時(shí)融入了機(jī)械、儀表檢測(cè)，乃至鍋爐燃燒中涉及的化學(xué)問(wèn)題?？梢哉f(shuō)這一章對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)奠定了一個(gè)基調(diào)，本畢業(yè)設(shè)計(jì)比不拘泥于本專(zhuān)業(yè)范圍內(nèi)的討論，只要和設(shè)計(jì)相關(guān)的學(xué)科都會(huì)在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)，這不僅能使設(shè)計(jì)內(nèi)容更加豐富，而且能使敘述的問(wèn)題立體化，全面化，也會(huì)使設(shè)計(jì)更加的完整。關(guān)于控制方面的問(wèn)題會(huì)留到后面詳細(xì)分析，這里僅僅一筆帶過(guò)。第三章 鍋爐的分類(lèi)結(jié)構(gòu)及鍋爐工作的工藝過(guò)程（1）按煙氣在鍋爐流動(dòng)的狀況分：水管鍋爐、鍋殼鍋爐（火管鍋爐）、水火管組合式鍋爐（2）按鍋筒放置的方式分：立式鍋爐（如圖31）、臥式鍋爐(如圖32)　　 圖31立式鍋爐 圖32 臥式鍋爐（3）按用途分：生活鍋爐、工業(yè)鍋爐、電站鍋爐、車(chē)船用鍋爐（4）按介質(zhì)分：蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、汽水兩用鍋爐、有機(jī)熱載體鍋爐（5）按安裝方式分：快裝鍋爐、組裝鍋爐、散裝鍋爐（6）按燃料分：燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、余熱鍋爐、電加熱鍋爐、生物質(zhì)鍋爐（7）按水循環(huán)分：自然循環(huán)、強(qiáng)制循環(huán)、混合循環(huán)（8）按壓力分：常壓鍋爐、低壓鍋爐、中壓鍋爐、高壓鍋爐、超高壓鍋爐（9）按鍋爐數(shù)量分：?jiǎn)五佂插仩t（如圖33）、雙鍋筒鍋爐（如圖34） 圖33單鍋筒鍋爐 圖34雙鍋筒鍋爐(10)按燃燒定在鍋爐內(nèi)部或外部分：內(nèi)燃式鍋爐、外燃式鍋爐(11)按工質(zhì)在蒸發(fā)系統(tǒng)的流動(dòng)方式可分為自然循環(huán)鍋爐、強(qiáng)制循環(huán)鍋爐、直流鍋爐等。(12)按制造級(jí)別分類(lèi)：A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)、E級(jí)（按制造鍋爐的壓力分）(13)按出口蒸汽壓力分為：低壓鍋爐（P〈）、中壓鍋爐（〈P〈）、高壓鍋爐（〈P=10MPa）、超高壓鍋爐（10〈P=）、亞臨界鍋爐（〈P=）、超臨界鍋爐（P=22MPa）。鍋爐整體的結(jié)構(gòu)包括鍋爐本體和輔助設(shè)備兩大部分。鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、構(gòu)架和爐墻等主要部件構(gòu)成生產(chǎn)蒸汽的核心部分，稱(chēng)為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個(gè)最主要的部件是爐膛和鍋筒。 爐膛爐膛又稱(chēng)燃燒室，是供燃料燃燒的空間。將固體燃料放在爐排上，進(jìn)行火床燃燒的爐膛稱(chēng)為層燃爐，又稱(chēng)火床爐；將液體、氣體或磨成粉狀的固體燃料，噴入火室燃燒的爐膛稱(chēng)為室燃爐，又稱(chēng)火室爐；空氣將煤粒托起使其呈沸騰狀態(tài)燃燒，并適于燃燒劣質(zhì)燃料的爐膛稱(chēng)為沸騰爐，又稱(chēng)流化床爐；利用空氣流使煤粒高速旋轉(zhuǎn)，并強(qiáng)烈火燒的圓筒形爐膛稱(chēng)為旋風(fēng)爐。爐膛的橫截面一般為正方形或矩形。燃料在爐膛內(nèi)燃燒形成火焰和高溫?zé)煔?，所以爐膛四周的爐墻由耐高溫材料和保溫材料構(gòu)成。在爐墻的內(nèi)表面上常敷設(shè)水冷壁管，它既保護(hù)爐墻不致燒壞，又吸收火焰和高溫?zé)煔獾拇罅枯椛錈?。爐膛設(shè)計(jì)需要充分考慮使用燃料的特性。每臺(tái)鍋爐應(yīng)盡量燃用原設(shè)計(jì)的燃料。燃用特性差別較大的燃料時(shí)鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性都可能降低。 鍋筒鍋筒是自然循環(huán)和多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐中，接受省煤器來(lái)的給水、聯(lián)接循環(huán)回路，并向過(guò)熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒簡(jiǎn)體由優(yōu)質(zhì)厚鋼板制成，是鍋爐中最重的部件之一。鍋筒的主要功能是儲(chǔ)水，進(jìn)行汽水分離，在運(yùn)行中排除鍋水中的鹽水和泥渣，避免含有高濃度鹽分和雜質(zhì)的鍋水隨蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器和汽輪機(jī)中。鍋筒內(nèi)部裝置包括汽水分離和蒸汽清洗裝置、給水分配管、排污和加藥設(shè)備等。其中汽水分離裝置的作用是將從水冷壁來(lái)的飽和蒸汽與水分離開(kāi)來(lái)，并盡量減少蒸汽中攜帶的細(xì)小水滴。中、低壓鍋爐常用擋板和縫隙擋板作為粗分離元件；中壓以上的鍋爐除廣泛采用多種型式的旋風(fēng)分離器進(jìn)行粗分離外，還用百頁(yè)窗、鋼絲網(wǎng)或均汽板等進(jìn)行進(jìn)一步分離。鍋筒上還裝有水位表、安全閥等監(jiān)測(cè)和保護(hù)設(shè)施。為了考核性能和改進(jìn)設(shè)計(jì)，鍋爐常要經(jīng)過(guò)熱平衡試驗(yàn)。直接從有效利用能量來(lái)計(jì)算鍋爐熱效率的方法叫正平衡，從各種熱損失來(lái)反算效率的方法叫反平衡?？紤]鍋爐房的實(shí)際效益時(shí)，不僅要看鍋爐熱效率，還要計(jì)及鍋爐輔機(jī)所消耗的能量。單位質(zhì)量或單位容積的燃料完全燃燒時(shí)，按化學(xué)反應(yīng)計(jì)算出的空氣需求量稱(chēng)為理論空氣量。為了使燃料在爐膛內(nèi)有更多的機(jī)會(huì)與氧氣接觸而燃燒，實(shí)際送入爐內(nèi)的空氣量總要大于理論空氣量。雖然多送入空氣可以減少不完全燃燒熱損失，但排煙熱損失會(huì)增大，還會(huì)加劇硫氧化物腐蝕和氮氧化物生成。因此應(yīng)設(shè)法改進(jìn)燃燒技術(shù)，爭(zhēng)取以盡量小的過(guò)量空氣系數(shù)使?fàn)t膛內(nèi)燃燒完全?！?鍋爐煙氣中所含粉塵(包括飛灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大氣的物質(zhì)，未經(jīng)凈化時(shí)其排放指標(biāo)可達(dá)到環(huán)境保護(hù)規(guī)定指標(biāo)的幾倍到數(shù)十倍?？刂七@些物質(zhì)排放的措施有燃燒前處理、改進(jìn)燃燒技術(shù)、除塵、脫硫和脫硝等。借助高煙囪只能降低煙囪附近地區(qū)大氣中污染物的濃度。　 煙氣除塵所使用的作用力有重力、離心力、慣性力附著力以及聲波、靜電等。對(duì)粗顆粒一般采用重力沉降和慣性力的分離，在較高容量下常采用離心力分離除塵靜電除塵器和布袋過(guò)濾器具有較高的除塵效率。濕式和文氏—水膜除塵器中水滴水膜能粘附飛灰，除塵效率很高還能吸收氣態(tài)污染物?！?二十世紀(jì)50年代以來(lái)，人們努力發(fā)展灰渣綜合利用，化害為利。如用灰渣制造水泥、磚和混凝土骨料等建筑材料。70年代起又從粉煤灰中提取空心微珠，作為耐火保溫等材料?！?鍋爐未來(lái)的發(fā)展將進(jìn)一步提高鍋爐和電站熱效率；降低鍋爐和電站的單位功率的設(shè)備造價(jià)；提高鍋爐機(jī)組的運(yùn)行靈活性和自動(dòng)化水平；發(fā)展更多鍋爐品種以適應(yīng)不同的燃料；提高鍋爐機(jī)組及其輔助設(shè)備的運(yùn)行可靠性；減少對(duì)環(huán)境的污染?！?鍋爐過(guò)熱器（如圖35所示）是回收鍋爐煙氣能量的，使鍋爐出來(lái)的蒸汽可以獲得加熱，變?yōu)楦烧羝?，有利于提高鍋爐熱效率，也有利于蒸汽輪機(jī)避免水擊 回?zé)崞魇菑恼羝啓C(jī)的乏蒸汽中回收能量，加熱進(jìn)入鍋爐的循環(huán)水 。此外還有回?zé)崞?，可以將高壓?jí)排出的蒸汽再熱，回收鍋爐的能量 。這些裝置都是大型鍋爐蒸汽系統(tǒng)的輔助集熱裝置，都有利于提高鍋爐系統(tǒng)的能量效率，只不過(guò)過(guò)熱器、再熱器是回收煙氣能量，回?zé)崞魇腔厥照羝芰?。圖3