【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 值與鍋爐負(fù)荷有關(guān)，一般 在 之間。?很難直接測(cè)量，但是可用煙氣氧含量百分?jǐn)?shù) A0來(lái)衡量。在完全燃燒情況下，存在以下近似式 = 21/(21A0) ()?當(dāng) = 時(shí)，相應(yīng) A0為 （O 2%）.最佳的氧量值與負(fù)荷關(guān)系為 A0 = 6D/50 ()式中， D 為負(fù)荷百分?jǐn)?shù)。 燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)由于鍋爐是一個(gè)復(fù)雜的控制對(duì)象，其中有很多環(huán)節(jié)，它們之間是相互聯(lián)系的。本文針對(duì)鍋爐燃燒過(guò)程對(duì)熱效率影響進(jìn)行研究和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。鍋爐燃燒過(guò)程的控制與燃料種類、燃燒設(shè)備以及鍋爐形式有密切關(guān)系。以燃煤鍋爐來(lái)討論燃燒過(guò)程的控制，要提高燃煤鍋爐的熱效率，需要做到強(qiáng)化燃燒，以減少不完全燃燒熱損失；控制適當(dāng)?shù)目諝膺^(guò)剩系數(shù)，減少鍋爐排煙熱損失及其它熱損失；保證鍋爐安全運(yùn)行，保持爐膛一定的負(fù)壓。下面就控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹。9 / 43 蒸汽壓力與燃料控制系統(tǒng)對(duì)熱效率的影響當(dāng)鍋爐燃料熱量（燃料量或燃料發(fā)熱量）增加時(shí)，爐膛熱量增加，汽包壓力增大，使蒸氣流量 D 增加，進(jìn)而使蒸氣壓力 Pm 增大，最后達(dá)到新的平衡。在燃料熱量擾動(dòng) Δu 的作用下，蒸氣流量 D 和蒸氣壓力 Pm 的階躍響應(yīng)如圖 、b所示。10 / 43圖 鍋爐燃料熱量增加時(shí)蒸氣流量 D 與過(guò)熱蒸氣壓力 Pm 階躍響應(yīng)曲線從圖 可以看出，在其他條件不變時(shí)，蒸氣壓力變化反應(yīng)了鍋爐燃料量的變化；反過(guò)來(lái)，通過(guò)改變?nèi)剂狭烤涂梢钥刂普魵鈮毫?Pm。從蒸氣壓力的響應(yīng)曲線可以看出，其動(dòng)態(tài)特性近似為單容過(guò)程。從原理上講，通過(guò)燃料量調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸氣壓力控制應(yīng)該是比較容易的，但由于燃燒系統(tǒng)本身比較復(fù)雜，變量、參數(shù)之間相互影響很大，因此需要單獨(dú)設(shè)計(jì)一套燃料控制系統(tǒng)。11 / 43從前面的分析可知，當(dāng)蒸氣流量 D 發(fā)生擾動(dòng)或出現(xiàn)其他干擾，蒸氣壓力 Pm將偏離設(shè)定值，可通過(guò)改變?nèi)剂狭?M 使 Pm 回復(fù)并保持在設(shè)定值。為了保持燃燒的經(jīng)濟(jì)性，還要控制送風(fēng)量 F，以適應(yīng)燃料量 M 的變化。為了保證足夠的送風(fēng)量 F 使燃料充分燃燒，在蒸氣流量 D（負(fù)荷）增大時(shí)，應(yīng)先增大送風(fēng)量 F，然后增加燃料量 M；在負(fù)荷減小時(shí)，應(yīng)先減小燃料量 M，然后減小送風(fēng)量 F。必須對(duì)燃料與送風(fēng)兩個(gè)單回路控制系統(tǒng)（這里為雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)）的基礎(chǔ)上增加選擇控制環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)燃燒過(guò)程交叉限幅協(xié)調(diào)控制方案，控制系統(tǒng)框圖如圖 所示，其工作原理如下。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，燃料量和燃料設(shè)定值相等：M=M0，送風(fēng)量與燃料量成最佳配比：F=βM。若負(fù)荷增加，燃料設(shè)定值 M0 增大。對(duì)送風(fēng)控制回路而言，高選器的兩個(gè)輸入信號(hào)中 M0M，高選器輸出 M0 輸出乘以 β 后作為設(shè)定值 βM。輸入風(fēng)量調(diào)節(jié)器，風(fēng)量調(diào)節(jié)器通過(guò)增大送風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度使送風(fēng)量 F 增大；而對(duì)燃料控制回路來(lái)說(shuō)，雖然 M0 增大，但在此瞬間，送風(fēng)量 F 還未改變，固有 M0F/β 不變，因而此時(shí)燃料流量仍維持 M 不變。隨著送風(fēng)量 F 增大，低選器輸出 F/β 不斷增大，燃料閥門開度增大使燃料流量 M 不斷增加，最后在新的穩(wěn)態(tài)達(dá)到平衡：M=M0，F(xiàn)=βM。12 / 43圖 空燃比交叉限幅控制系統(tǒng)框圖當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，燃料設(shè)定值 M0 減小。對(duì)燃料控制回路，由于送風(fēng)量 F 還未來(lái)得及改變，因而有 M0F/β，低選器輸出變?yōu)?M0，使燃料調(diào)節(jié)器設(shè)定值減小，控制燃料流量 M 減??；對(duì)送風(fēng)控制回路，由于 MM0，高選器輸出仍為 M，隨著燃13 / 43料流量 M 不斷減小，高選器輸出減小，送風(fēng)量 F 也不段減少，一直到新的穩(wěn)態(tài)值F=βM0。這樣就保證了再負(fù)荷變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，有足夠的風(fēng)量供給，以保證燃料的充分燃燒。 送風(fēng)控制系統(tǒng)對(duì)熱效率的影響通過(guò)前面的分析可知，為了使鍋爐適應(yīng)負(fù)荷的變化，必須同時(shí)改變送風(fēng)量和燃料量，維持過(guò)熱蒸氣壓力 Pm 穩(wěn)定。送風(fēng)控制系統(tǒng)的目的就是保證風(fēng)量燃料的最佳配比，使鍋爐在高熱效率狀態(tài)運(yùn)行?，F(xiàn)在常用過(guò)量空氣系數(shù) 衡量風(fēng)量燃?料配比，最佳 值與鍋爐負(fù)荷有關(guān)。由于煤粉流量不易測(cè)定，即使給粉量一定，?煤質(zhì)也會(huì)變化，發(fā)熱量有高有低，不能保證燃料與空氣的合理配比。如何控制過(guò)剩空氣系數(shù) ，保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性是比較困難的。而煙氣中的 O2 含量與之間有比較固定的關(guān)系，通過(guò)測(cè)量和控制鍋爐煙氣中的 O2 含量就可實(shí)現(xiàn)過(guò)量?空氣系數(shù) 的測(cè)量和控制，也就實(shí)現(xiàn)了風(fēng)量燃料配比的控制。因此，可在圖 空氣燃料比交叉限幅控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將送風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成帶有氧量調(diào)節(jié)的串級(jí)比值控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化框圖如圖 所示。14 / 43圖 帶氧量校正的串級(jí)送風(fēng)控制系統(tǒng)框圖副回路實(shí)現(xiàn)送風(fēng)量 F 與燃料量 M 的比值控制。M 測(cè)量誤差或煤質(zhì)變化使氧含量 出現(xiàn)的偏差，有氧含量調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使 等于氧含量設(shè)定值 0。而氧含???量設(shè)定值 0是由負(fù)荷 D 經(jīng)過(guò)函數(shù)計(jì)算得出的。煙氣中的 O2含量本來(lái)就很小，如果在爐膛和取樣點(diǎn)之間的煙道漏入空氣，或測(cè)氧儀器取樣管露入空氣，就會(huì)造成很大的測(cè)量誤差，為了保證測(cè)氧計(jì)的快速性還應(yīng)滿足一定要求，才能適應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)的要求。另外，送風(fēng)流量測(cè)量的準(zhǔn)確性受到被測(cè)空氣壓力、溫度的影響，因此在送風(fēng)流量測(cè)量部分必須進(jìn)行壓力與溫度的補(bǔ)償校正，以保證送風(fēng)流量檢測(cè)的準(zhǔn)確性。15 / 43 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)對(duì)熱效率的影響爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)煙道引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，將爐膛負(fù)壓 pf控制在設(shè)定值，以保證人身和設(shè)備的安全和鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。引風(fēng)控制過(guò)程的慣性很小，控制通道和干擾通道的動(dòng)態(tài)特性都可以近似為比例環(huán)節(jié)。由于空氣流量存在脈動(dòng)，被調(diào)量反應(yīng)太靈敏會(huì)出現(xiàn)激烈跳動(dòng)，需要采用阻尼器進(jìn)行濾波，濾除高頻脈動(dòng)，保持控制系統(tǒng)平穩(wěn)。爐膛負(fù)壓的主要擾動(dòng)——送風(fēng)量 F 進(jìn)行前饋補(bǔ)償，這樣就構(gòu)成如圖 所示的爐膛負(fù)壓前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。圖 爐膛負(fù)壓前饋復(fù)合控制系統(tǒng)框圖16 / 43鍋爐燃燒控制系統(tǒng)由燃料量、送風(fēng)量、爐膛負(fù)壓三個(gè)密切聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)的控制子系統(tǒng)組成。燃燒控制系統(tǒng)接受蒸氣壓力調(diào)節(jié)器的信號(hào)，調(diào)節(jié)燃料及燃燒過(guò)程的其他參數(shù)，使鍋爐的過(guò)熱蒸氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定值。鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖如圖 所示。其中燃料量控制子系統(tǒng)使鍋爐跟蹤外界負(fù)荷的變化，將過(guò)熱蒸氣壓力 Pm穩(wěn)定在設(shè)定值；送風(fēng)量控制子系統(tǒng)保證鍋爐燃燒系統(tǒng)的高效率；爐膛負(fù)壓控制子系統(tǒng)保持爐膛負(fù)壓值穩(wěn)定。這三個(gè)控制子系統(tǒng)組成了不可分割的整體，統(tǒng)稱為鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，共同保證鍋爐燃燒系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及外界負(fù)荷變化的適應(yīng)性 [10]。圖 鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖17 / 43第 3 章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)硬件選型鍋爐處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染等因素，與燃燒有直接關(guān)系，從各種燃燒裝置的實(shí)際運(yùn)行都可知道：如果空氣量不足，燃燒不充分，燃燒效率低；但空氣過(guò)多也會(huì)使排煙帶走的熱量增加，鍋爐設(shè)備的控制任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的需要，輸入變量與輸出變量之間存在著嚴(yán)重的相互關(guān)聯(lián)。所以鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括多方面因素。 鍋爐燃燒系統(tǒng)儀表選型 測(cè)量?jī)x表選型鍋爐控制系統(tǒng)中測(cè)量的選型參數(shù)如表 所示：表 鍋爐控制系統(tǒng)中測(cè)量的選型參數(shù)測(cè)量信號(hào) 位號(hào) 參數(shù)范圍燃料量 FI001空氣流量 FI002 280(T/h)排煙量 FI003飽和蒸汽量 FI004 65(t/h)過(guò)熱蒸汽壓力PI102 ～(MPa)煙氣含氧量 OI001 ～(％)爐膛負(fù)壓 PI103 80～20(Pa)過(guò)熱蒸汽溫度TI101 435～460(℃)減溫后蒸汽溫度TI102 400(℃)18 / 43? 負(fù)荷式壓力計(jì)負(fù)荷式壓力計(jì)基于重力平衡原理。其主要型式為活塞式壓力計(jì)。被測(cè)壓力與活塞以及加于活塞上的砝碼砝碼的重量相平衡，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為平衡重物的重量來(lái)測(cè)量。這類壓力計(jì)測(cè)量范圍寬、精確度高（可達(dá)177。%） 、性能穩(wěn)定可靠，可以測(cè)量正壓、負(fù)壓和絕對(duì)壓力，多用作壓力校驗(yàn)儀表。單活塞壓力范圍計(jì)測(cè)量達(dá) ～2500MPa，此外還有測(cè)量低壓和微壓的其他類型的負(fù)荷式壓力計(jì)。在測(cè)量壓力過(guò)程中，選擇 2 個(gè)活塞式壓力計(jì)。? 氧化鋯分析器氧化鋯是一種氧化鋯固體電解質(zhì)作為敏感元件將氧氣，這種分析器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)快、測(cè)量范圍寬，而且不需要復(fù)雜的采樣和預(yù)處理系統(tǒng)，它的探頭可以直接插入煙道中連續(xù)的分析煙氣中的氧含量。在測(cè)量煙氣氧含量過(guò)程中，選擇 1 個(gè)氧化鋯氧分析器。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型執(zhí)行器是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的操作環(huán)節(jié)，其作用是根據(jù)控制器送來(lái)的控制信號(hào)改變操作介質(zhì)的大小，將被控變量維持在所要求的數(shù)值上，執(zhí)行器按其操作的介質(zhì)的不同有多種形式，如自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，電磁閥、電壓調(diào)整裝置、電流控制器件、控制電機(jī)等。自動(dòng)調(diào)節(jié)閥是能夠按照所輸入的控制信號(hào)自動(dòng)改變開度的閥門，按其工作能源形式可分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三大類。無(wú)論是氣動(dòng)執(zhí)行器還是電動(dòng)執(zhí)行器，首先都需要接受來(lái)自調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，19 / 43以作為執(zhí)行器的輸入信號(hào)即執(zhí)行器動(dòng)作