【文章內容簡介】 、汽輪機、發(fā)電機。鍋爐用燃料燃燒放出的熱能將水加熱成具有一定壓力和溫度的蒸汽，然后蒸汽沿管道進入汽輪機膨脹做功，帶動發(fā)電機一起高速旋轉，從而發(fā)電。整個過程中存在三種能量轉換過程，在鍋爐中燃料的化學能轉換成熱能，在汽輪機將熱能轉換成機械能，在大電 機中將機械能轉換成電能。鍋爐是發(fā)電廠最重要的能量轉換設備之一。 鍋爐是一種將煤炭、木材、甘蔗渣、石油、可燃氣體等能源所儲存的化學能以及工業(yè)生產中的余熱或其他熱源，轉化為一定溫度和壓力的水或蒸汽的換熱設備。 鍋爐廣泛應用于現(xiàn)代社會國民經濟的各個領域，我國現(xiàn)階段 70%以上的電能是利用蒸汽推動汽輪機發(fā)電機組發(fā)電而獲得的。工農業(yè)生產工藝過程中也都離不開蒸汽，供熱通風，空氣調節(jié)工程以及生活熱水供應所需要的熱能也都是來自于高溫熱水或蒸汽。 鍋爐設備的工藝 鍋爐設備是由鍋爐本體和輔助設備兩大部分構成： ㈠ 鍋 爐本體：鍋爐本體是由鍋和爐兩大部分組合在一起構成的。“鍋”是接受高溫煙氣的熱量并將其傳給工質的受熱面系統(tǒng)，它承受內部或外部作用壓力，構成封閉系統(tǒng)的各個部件，包括鍋殼、鍋筒（汽包）、下降管、集箱（聯(lián)箱）、水冷壁、凝渣管、鍋爐內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 8 管束、汽水分離裝置、氣溫調節(jié)裝置、排污裝置、蒸汽過熱器、省煤器等。“爐”是將燃料的化學能轉變?yōu)闊崮艿娜剂舷到y(tǒng)，它是指構成燃料燃燒場所的各種組成部件，包括爐膛（燃燒室）和爐前煤斗、煤閘門、爐排、除渣板、分配送風裝置等組成的燃燒設備。 ㈡ 鍋爐輔助設備： ① 燃 料供應系統(tǒng)設備：燃料供應系統(tǒng)設備 的作用是保證鍋爐連續(xù)運行所需要的符合質量要求的燃料。燃料的儲存設備包括煤場、原煤倉、煤粉倉、貯油罐、工作油箱等。燃料的運輸設備包括帶式輸送機、埋刮板輸送機、多斗提升機、電動葫蘆吊煤罐、單斗提升機、給煤機、給粉機、橋式抓斗起重機、推煤機、油泵、輸油管道、過濾器、調壓器等。燃料的加工設備包括破碎機、磨煤機、粗粉分離器、細粉分離器、排粉風機等。 ② 送、引風設備：送、引風設備的作用是給爐子送入燃燒所需要的空氣或給磨煤機系統(tǒng)輸送熱空氣干燥劑，并從爐膛內引出燃燒產物 —— 煙氣，以保證鍋爐正常燃燒。送、引風設備包括送風機、引 風機、冷風道、熱風道、煙道和煙囪等。 ③ 汽、水系統(tǒng)設備：汽、水系統(tǒng)包括蒸汽、給水、排污等三大系統(tǒng)。蒸汽系統(tǒng)的作用是將合格的蒸汽送往用戶或鍋爐自用汽，蒸汽系統(tǒng)設備包括蒸汽管、附件、分汽缸等。給水系統(tǒng)的作用是將經過水處理后的符合鍋爐水質要求的給水送入鍋爐，以保證鍋爐正常運行，給水設備包括水泵、水箱、給水管、再生液管、水的除硬、除堿、除鹽和除氣設備等。排污系統(tǒng)的作用是將鍋水中沉渣和鹽分雜排除掉，使鍋水符合鍋爐水質標準，排污系統(tǒng)設備包括排污管、附件、連續(xù)排污膨脹器、定期排污膨脹器、排污降溫池等。 ④ 除灰渣設備：除灰渣設 備的作用是將鍋爐的燃燒產物 —— 灰渣連續(xù)不斷地除去并運送到灰渣場。除灰渣設備包括馬丁除渣機、螺旋除渣機、刮板出渣機、重型鏈條除渣機、水力除灰渣系統(tǒng)、沉灰池、渣場、渣斗、橋式抓斗起重機、推灰渣機等。 ⑤ 煙氣凈化系統(tǒng)設備：煙氣凈化系統(tǒng)包括煙氣的除塵、脫硫、脫硝設備，它們的作用是除去鍋爐煙氣中夾帶的固體的微粒 —— 飛灰和氮氧化物等有害物質，改善大氣環(huán)境。除塵、脫硫、脫硝設備包括重力除塵器、慣性力除塵器、離心力除塵器等。 ⑥ 儀表及自動控制系統(tǒng)設備：儀表及自動控制系統(tǒng)設備的作用是對運行的鍋爐設備進行檢測、程序控制、自動保護和 自動調節(jié)。儀表及自動控制系統(tǒng)設備包括微型計算機和溫度計、壓力表、水位計、流量計、負壓表等儀表、煙氣氧量表、自動調節(jié)閥以及控制系統(tǒng)等。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 鍋爐分類 鍋爐用途廣泛，種類很多，一般按如下幾種方法分類： ㈠ 按用途分類，工業(yè)鍋爐（用于工業(yè)生產、采暖通風、空氣調節(jié)工程和生活熱水供應的鍋爐。）、電站鍋爐（用于發(fā)電，為高參數(shù)、大容量鍋爐，我國現(xiàn)行電站鍋爐標準參數(shù)，容量系列中，最大容量鍋爐的額定蒸發(fā)量為 20xxt/h,其發(fā)電量功率為 600MW。）、船用鍋爐、機車鍋爐。 ㈡ 按鍋爐出口工質壓力分類，常壓熱水鍋爐、低 壓鍋爐、中壓鍋爐、高壓鍋爐、超高壓鍋爐、亞臨界鍋爐、超臨界鍋爐。 ㈢ 按所用燃料或能源分類，燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、混合燃料鍋爐、廢料鍋爐、余熱鍋爐、其他能源鍋爐。 ㈣ 按燃料方式分類，火床燃燒鍋爐、火室燃燒鍋爐、流化床燃燒鍋爐。 ㈤ 按通風方式分類，自然通風鍋爐、機械送風鍋爐、機械引風鍋爐、平衡通風鍋爐。 ㈥ 按循環(huán)方式分類，自然循環(huán)鍋爐、強制循環(huán)鍋爐、直流鍋爐。 ㈦ 按鍋爐結構分類，鍋殼鍋爐、水管鍋爐、鑄鐵鍋爐。 ㈧ 按鍋爐布置形式分類，鍋爐縱置式鍋爐、鍋爐橫置式鍋爐。 ㈨ 按鍋爐出廠形式分類，快裝鍋 爐、組裝鍋爐、散裝鍋爐。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 10 第二章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng) 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)是確保鍋爐安全穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)。汽包水位過低，由于鍋爐的蒸汽量大，汽包容積相對較小，水的汽化速度很快，如果控制不及時，不能給汽包及時補水，汽包內的水很快就會蒸發(fā)光而導致干鍋，嚴重時會引起鍋爐爆炸。對于大型鍋爐，這種危險尤為突出。汽包水位過高，會影響汽包內汽水分離，使蒸汽帶液，這會使過熱器結垢導致?lián)p壞，同時也會使過熱蒸汽溫度急劇下降，損壞汽輪機的葉片，影響汽輪機的安全進行，因此汽包的水位必須加以嚴格的控制。 鍋爐汽包水位的動 態(tài)特性 [4] 汽包水位是汽包中的貯水量和水面下的汽泡容積所決定的，因此凡是引起汽包中貯水量變化和水面下的汽包容積變化的各種因素都是給水控制對象的擾動。其中主要的擾動有：給水流量 W、鍋爐蒸汽流量 D、汽包壓力 Pb、燃燒工況等。給水控制對象的動態(tài)特性是指上述水位變化的各種擾動與汽包水位的動態(tài)關系。 ㈠ 給水流量擾動下水位的動態(tài)特性 給水流量擾動下的水位階躍反應曲線如圖 所示。在給水流量突然增加的瞬間 ,鍋爐的蒸發(fā)量還未改變 ,給水流量大于蒸發(fā)量 ,但水位一開始并不立即增加 ,這是因為溫度較低的給水進入省煤器及水循環(huán)系統(tǒng)的 流量增加了 ,從原有的飽和汽水混合物中吸取了一部分熱量 ,使水面下的汽泡容積有所減少。當水面下汽泡容積不再變化時 ,水位才開始逐漸上升。如果不考慮水面下汽泡容積的變化 ,則當給水流量擾動時 ,水位的反應曲線如圖 中的直線 1 所示 。實際的水位反應曲線應如圖 中曲線 2 所示。所以給水流量的擾動 ,水位反應存在一定的遲延時間。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 11 Wt HtH 1H 圖 給水流量擾動下水位的階躍反應曲線 ㈡ 蒸汽流量擾動下水位的動態(tài)特性 蒸汽流量擾動下水位的階躍反應曲線如圖 所示。當蒸汽流量突 然增加 (假定供熱量及時跟上 )時 ,鍋爐的蒸發(fā)量大于給水流量 ,汽包的貯水量應等速下降 ,又因為汽包是無自平衡對象 ,所以水位變化曲線應如圖中曲線 H1 所示 ,實際上當蒸發(fā)量突然增加時 ,在汽水循環(huán)系統(tǒng)中蒸發(fā)強度也將成比例地增大 ,使汽水混合物中汽泡的容積增大 ,又因爐膛內的發(fā)熱量并不能及時增加 ,從而使汽包壓力不斷下降 ,降低了飽和溫度 ,促使蒸發(fā)速度加快 ,汽泡膨脹 ,加大了汽水混合物的總體積 ,使水位變化過程如圖中曲線 H2 所示。水位實際變化過程的曲線是 H1 和 H2 兩曲線疊加 ,即圖中的曲線 H，由此可知 ,負荷變化時汽包水位的動態(tài)特性具有 特殊的形式 :負荷增加時 ,蒸發(fā)量大于給水量 ,但水位不是下降反而上升 。負荷突然減小時 ,水位卻先下降 ,然后逐漸上升 ,即 “ 虛假水位 ” 現(xiàn)象。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12 t HtH 1HDH 2 圖 蒸汽流量擾動下水位的階躍反應曲線 ㈢ 爐膛熱負荷擾動下水位的動態(tài)特性 爐膛熱負荷擾動下水位的階躍反應曲線如圖 所示。當燃料量 M 增加時 ,爐膛熱負荷隨著增加 ,水循環(huán)系統(tǒng)內的汽水混合物的汽泡比例增加 ,蒸發(fā)強度增強。如果負荷設備的進汽閥不加調節(jié) ,則汽包飽和壓力升高 ,蒸汽流出量增加 ,蒸發(fā)量大于給水量 ,水位應該 下降。隨著汽包壓力的升高 ,汽水混合物中汽泡的比例將減小 ,又使得汽水總容積下降 。其次 ,在汽壓升高時 ,汽的比容變小 ,水的比容變大 ,總的效果是汽水混合物的比容變化不大。所以在燃料量擾動下 ,汽包水位也會出現(xiàn) “ 虛假水位 ” 現(xiàn)象 ,但由于熱慣性的原因 ,這種虛假水位沒有蒸汽流量擾動下的那樣嚴重。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 13 t HtH 0MM 0t 0 圖 爐膛熱負荷擾動下水位的階躍反應曲線 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的基本方法 如果使用簡單的鍋爐汽包液位的單沖量控制系統(tǒng)，如圖 所示 ,一旦負荷急劇變化 ,虛假液位的 出現(xiàn) ,調節(jié)器就會誤以為液位升高而關小供水閥門，影響了生產甚至造成危險。 L C蒸 汽L T （ 液 位 變 送 器 ）正 作 用 調 節(jié) 器給 水氣 關 閥省 煤 器汽包 圖 鍋爐汽包液位的單沖量調節(jié)系統(tǒng) 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 14 為此 ,圖 采取了鍋爐汽包液位的雙沖量控制 ,它在單沖量的基礎上 ,再加一個蒸汽沖量 ,以克服 “ 虛假液位 ” 。其中調節(jié)閥為氣關閥 ,液位調節(jié)器采用正作用 ,調節(jié)器輸出信號在加法器內與蒸汽流量信號相減。雙沖量實際上是前饋與反饋調節(jié)相結合的調節(jié)系統(tǒng)。當負荷突然變化時 ,蒸汽的流量信號通過加法器 ,使它的作用與水位信號的作用相反；虛假液位出現(xiàn)時 ,液位信號 a 要關小給水閥 ,而蒸汽信號 b 是開大給水閥 ,這就能克服 “ 虛假液位 ” 的影響。但是如果給水壓力本身有波動時 ,雙沖量控制也不能克服給水量波動的影響。 L CL T （ 液 位 變 送 器 ）正 作 用 調 節(jié) 器給 水氣 關 閥省 煤 器汽包加 法 器蒸 汽孔 板 圖 鍋爐汽包液位的雙沖量調節(jié) 系統(tǒng) 由于單沖量和雙沖量都很難達到理想穩(wěn)定的控制所以這就要用如圖 所示的鍋爐汽包液位的三沖量調節(jié)系統(tǒng)。即再加一個給水流量的沖量 c,使它與液位信號的作用方向一致 ,這種調節(jié)系統(tǒng)由于引進了液位、給水流量及蒸汽流量三個參數(shù) ,叫做三沖量調節(jié)系統(tǒng)。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 15 L CL T液 位 變 送 器正 作 用 調 節(jié) 器省 煤 器汽包加 法 器蒸 汽孔 板給 水氣 關 閥F 1 T流 量 變 送 器 ba+ ca b + cF 2 T流 量 變 送 器 圖 鍋爐液位的三沖量調節(jié)系統(tǒng) 鍋爐汽包三沖量液位控制系統(tǒng)是在雙沖量液位控制基礎上引入了給水流量信號 ,由水位、蒸汽流量和給水流量組成了三沖量液位控制系統(tǒng)。汽包水位是被控變量 ,是主沖量信號，蒸汽流 量，給水流量是兩個輔助沖量信號。實質上三沖量控制系統(tǒng)是前饋加反饋控制系統(tǒng) ,可分為單級和串級兩種控制系統(tǒng)。 當蒸汽流量增加時 ,調節(jié)器立即動作 ,相應地增加給水流量 ,能有效地減小虛假液位所引起的調節(jié)器誤動作。當給水流量發(fā)生自發(fā)性擾動時 (例如給水壓力波動引起給水流量的波動 ),調節(jié)器也能立即動作 ,控制給水流量使給水流量迅速恢復到原來的數(shù)值 ,從而使汽包水位基本不變?？梢娊o水流量信號作為反饋信號 ,其主要作用是快速消除來自給水側的內部擾動。當汽包水位增加時 ,為了維持水位 , 調節(jié)器的正確操作應使給水流量減小 ,反之亦然 ,即調節(jié) 器操作給水流量的方向與水位信號的變化方向相反 ,因此調節(jié)器入口處水位信號定義為負極性但由于汽包鍋爐的水位測量裝置 — 平衡容器本身已具有反號的特性 ,所以進入調節(jié)器的水位變送信號應為正。 單級三沖量和串級三沖量汽包水位控制系統(tǒng)的分析和整定 [5] 單級三沖量汽包水位控制系統(tǒng)的分析和整定 ① 控制原理 :單級三沖量給水控制系統(tǒng)自控原理框圖如圖 所示。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 16 V HV DV WWW 1W 2? ?SW D0 ? ?SW W0? ?sW rD?W?D?H? W?Zk ?kD 圖 單級三沖量給水自動控制原理框圖 圖 中 ,各符號 意義如下： 1W — 給水流量擾動； 2W — 調節(jié)閥對給水量的調節(jié)作用； W — 給水流量； D — 蒸汽流量； ? ?SWOD — 蒸汽流量擾動下的水位變化的傳遞函數(shù)； rWrDrH , — 水位、給水流量、蒸汽流量測量變送器的斜率； D? , W? — 蒸汽流量信號和給水流量信號的靈敏度； Kz — 執(zhí)行器的比例系數(shù)； Ku — 調節(jié)閥的放