【文章內(nèi)容簡介】 動操作時 PLC 發(fā)出控制信號經(jīng)執(zhí)行部分進行自動操作。 PLC 作為下位機對整個鍋爐的運行進行監(jiān)測、報警、控制以保證鍋 爐正常、可靠地運行，工業(yè) PC 機作為上位機對鍋爐的運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)視和顯示，并可以提供各種歷史數(shù)據(jù)。除此以外，為保證鍋爐運行的安全，在進行自動控制系統(tǒng)設計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應設置常規(guī)儀表及報警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報警裝置，以免鍋爐發(fā)生重大事故。 我國從 60 年代開始就從事鍋爐自控系統(tǒng)的研制工作， 交通 部上海船舶運輸科學研究所在長江航行的蒸汽動力船“東方紅十號”、“ 東方紅八號”和“東方紅四號 ”上安裝了氣動的鍋爐自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用自行研制的基地式氣動 調(diào)節(jié)器， 到 70 年代初研制成強制循環(huán)輔助鍋爐的全自動控制系 統(tǒng)， 直到 90年代 才 開始研制以可 編程控制器為核心的輔助鍋爐燃燒控制裝置， 現(xiàn)在國內(nèi) 鍋爐 業(yè)迅速發(fā)展，但是輔助鍋爐的控制系統(tǒng)大部分仍以進口產(chǎn)品為主，如 ： 丹麥 AALBORG 公司、德國 SAACKE 公司、瑞典 SUNROD 公司和日本OSAKA 公司的產(chǎn)品，這些公司幾乎都采用了可編程控制器組成的控制系統(tǒng)。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 本文研究的主要內(nèi)容 本文主要講述了電站鍋爐自動測控系統(tǒng)相關內(nèi)容，在第一章中主要講述了火力發(fā)電的生產(chǎn)過程， 鍋爐自動控制概述以及國內(nèi)外鍋爐自動控制的發(fā)展歷程及特點。第二章 可表述為電站鍋爐概述，包括 有鍋爐的類型、本體組成、鍋爐主要設備、 鍋爐原理 以及主要的控制系統(tǒng)。第三章中重點研究鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)， 簡要的說明了單沖量、雙重量 控制方法，對 三沖量控制方法 進行了相對詳細的分析與介紹 ，進行綜合比較， 對 自動控制過程做了較為詳細的說明 和分析 ， 同時還有儀表選型，控制器正 /反作用的判定和控制規(guī)律的選擇， 并簡要的介紹了先進控制方式在水位控制系統(tǒng)中的應用，包括預測控制，專家控制和模糊控 制。 第四 章講述了運用 MCGS 組 態(tài)軟件實現(xiàn)對鍋爐 實時監(jiān)控 ， 并及時對所定數(shù)據(jù)上限值和下限值進行報警，以達到監(jiān)控的目的。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第二章 電站鍋爐系統(tǒng)概述 火 力發(fā)電廠工藝介紹 火力發(fā)電由三大主要設備 — 鍋爐、汽輪機、 發(fā)電機及相應輔助設備組成， 它 們通過管道或線路相連構成生產(chǎn)主系統(tǒng)，即燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。其生產(chǎn)流程 如圖21所示。 水處理系統(tǒng)制粉鍋爐汽輪機發(fā)電機主變壓器生水原煤空氣除鹽水煤粉蒸汽 機械能 電能高壓電 圖 21 火力發(fā)電生產(chǎn)過程原理框圖 ① 燃燒系統(tǒng) 燃燒系統(tǒng)如圖 22， 包括鍋爐的燃燒部分、 輸煤、除灰和煙氣排放系統(tǒng)等。 燃 煤由傳送帶 輸送到鍋爐車間的煤斗，進入磨煤機磨成煤粉，然后與經(jīng)過預熱器預熱的空氣一起噴入爐內(nèi)燃燒，將煤的化學能轉(zhuǎn)換成熱能，煙氣經(jīng)除塵器清除灰分后 ，由引風機抽出，由 煙囪排入大氣。爐渣和除塵器下部的細灰由灰渣泵排至灰場。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 煤場磨煤機煤斗送 風機冷 空 氣空 氣 預 熱 器熱 空氣鍋 爐排 粉 風 機煤 粉爐渣細灰灰 渣 泵灰場煙囪排 往 大氣熱 空 氣煙氣除 塵器引 風機 圖 22 燃煤系統(tǒng)流程圖 ② 汽水系統(tǒng) 汽水系統(tǒng)流程 如圖 23所 示，包括鍋爐、汽輪機、凝汽器及給水泵等組成的汽水 系統(tǒng) 循環(huán)和水處理系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等。水在鍋爐中加熱后蒸發(fā)成蒸汽， 流 經(jīng)過熱器 之 后 過 熱器爐 膛省 煤器給水高 壓 加熱 器給 水 泵除 氧器原水補給水低 壓 加熱 器凝 結 水泵化 學 水 處 理系 統(tǒng)冷凝器冷 卻水凝結水泵凝結水乏汽發(fā) 電機汽 輪 機過 熱 蒸 汽 圖 23 汽水系統(tǒng)流程圖 進一步加熱，成為具有規(guī)定壓力和溫度的過熱蒸汽，然后經(jīng)過管道送入汽輪機。在汽輪機中，蒸汽不斷膨脹 ，高速流動，沖擊汽輪機的轉(zhuǎn)子，以額定轉(zhuǎn)速（ 3000r/min） 旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)換成機械能，帶動與汽輪機同軸的發(fā)電機發(fā)電。在膨脹過程中，蒸汽的壓力和內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 溫度不斷降低。蒸汽做功后從汽輪機下部排出。排出的蒸汽稱為乏汽，它排入凝汽器。在凝汽器中，汽輪機的乏汽被冷卻水冷卻，凝結成水。凝汽器下部所凝結的水由凝結水泵升壓后進入低壓加熱器和除氧器，提高水溫并除去水中的氧（以防止腐蝕爐管 等），再由給水泵進一步升壓，然后進入高壓加熱器， 再 回到鍋爐 ， 完成水 — 蒸汽 — 水的循環(huán)。給水泵以后的凝結水稱為給水。 汽水系統(tǒng)中的蒸汽和凝結水在循環(huán)過程 中總 會 有一些損失，因此，必須不 斷向給水系統(tǒng)補充經(jīng)過化學處理的水。補給水進入除氧器，同凝結水一起 由給水泵打入鍋爐。 ③ 電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)如圖 24所 示，包括發(fā)電機、勵磁系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)和升壓變電所等 ， 發(fā)電機的機端電壓和電流隨其容量不同而變化，其電壓一般在 10～ 20kV 之間，電流可達數(shù)千安。因此，發(fā)電機發(fā)出的電 一般由主變壓 器升高電壓后，經(jīng)變電所高壓電器設備和輸電線送往電網(wǎng)。極少部分電 通過廠用變壓器降低電壓后，經(jīng)廠用電配電裝置和電纜供廠內(nèi)風機、水泵等各種輔機設備和照明等用電。 勵 磁 系 統(tǒng)發(fā) 電 機廠用變壓器主 變 壓 器輸 電 線廠 用 低 壓 電 氣 設 備高 壓 電 氣 設 備廠 用 電 系 統(tǒng)升 壓 變 電 所 圖 24 電氣系統(tǒng)圖 綜上所述， 燃 煤由列車運來后，卸煤設備把它卸到煤場而儲存?zhèn)溆谩Ｔ谏a(chǎn)中，煤內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 由輸煤設備從煤場輸入鍋爐的爐前煤斗存放，經(jīng)給煤機送入磨煤機磨制成煤粉，以利于燃燒。與煤同時進入磨煤機的熱空氣起 到 干燥、輸送煤粉的作用。煤粉與空氣混合同時進入鍋爐，迅速燃燒，同時放出熱量，把鍋爐中的水加熱成過熱蒸汽。含有熱能的高溫、高壓蒸汽被送入汽輪機，釋放能量推動汽輪機旋轉(zhuǎn)，把蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成汽輪機旋轉(zhuǎn)的機械能。汽輪機拖動與它相連的發(fā)電機同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機在旋轉(zhuǎn)中把輸入的機械能轉(zhuǎn) 變成電能。 鍋爐系統(tǒng)概述 鍋爐是火力發(fā)電廠的主要設備之一，在電力生產(chǎn)過程中占有相當重要的地位。鍋爐是利用燃料（如煤、天然氣、焦爐煤氣、高爐煤氣、重油等）燃燒釋放的熱能加熱給水，生產(chǎn)規(guī)定品質(zhì)和參數(shù)的過熱蒸汽的設備，又稱蒸汽發(fā)生器。 在 熱力發(fā)電廠中，將煤、石油、天然氣等燃料燃燒或其它 熱源釋放出來的 熱量，通過金屬受熱面?zhèn)鬟f給經(jīng)凈化的水，將其加熱 到一定壓力和溫度的 水或蒸汽的換熱設備稱為鍋爐。鍋爐是 工業(yè)企業(yè)的重要動力設備，它是火力發(fā)電廠的三大支柱之一（即鍋爐、 汽 輪機和 發(fā)電機），鍋爐工業(yè)的發(fā)展直接影響著火力發(fā)電的發(fā)展和大 電站的建設。 此外，鍋爐還是輕工業(yè)生產(chǎn)中的熱源和動力源，如為蒸餾、化學反應、干燥蒸發(fā)等 提供熱能，為風機、壓縮機、泵類提供動力。在大型熱力發(fā)電廠中 ， 鍋爐 包括一個龐大的建筑和一整套熱交換、 熱動機械和處理的設備，工作情況十分復雜，其中某個部位產(chǎn)生故障， 就會使整臺機組停運，造成國民經(jīng)濟的重大損失。由此可見，國民經(jīng)濟各 部門發(fā)展也離不開鍋爐工業(yè)的發(fā)展，它在 我們建設有中國特色的社會主義 ， 大力發(fā)展經(jīng)濟實現(xiàn)現(xiàn)代化的進程中， 起到了十分 重要的作用。 鍋爐生產(chǎn)實際上是實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，將燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為蒸汽的熱能。整個工作過程可 分為三個相互關聯(lián)的子過程：燃料的 燃燒過程、火焰和煙氣向水及汽傳遞熱量的過程、蒸汽的生產(chǎn)過程。 圖 25 是鍋 爐設備主要工藝流程圖 。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 25 鍋爐設備主要工藝流程圖 鍋爐原理 火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程是利用煤、石油、天然氣作為燃料，在鍋爐設備中通過燃燒和傳熱，把燃料的化學能轉(zhuǎn)換成水蒸氣的熱能，再借助于汽輪機設備將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機械能，然后通過發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換成電能 。 其中鍋爐部分簡要的工作過程可大致概括如下 。 原煤由原煤倉經(jīng)給煤機進入磨煤機，經(jīng)干燥和磨制后形成合格的煤粉。煤粉暫存于煤粉倉中，然后經(jīng)給粉機和 一次風管后由燃燒器噴入爐膛 內(nèi)燃燒。外界冷空氣由送風機加壓后送入空氣預熱器，被加熱后的空氣有 以下用途：一是送入磨煤機，用以干燥并輸送煤粉；二是送入一次風管將煤粉帶入燃燒器；三是作為二次風直接送入燃燒器，提供燃料燃燒所需的氧氣。 煤粉和空氣在爐膛內(nèi)燃燒，放出的熱量首先將水冷壁中的水加熱，所產(chǎn)生的高溫煙氣流經(jīng)爐膛和煙道，依次將熱量傳遞給過熱器、再熱器、省煤器及空氣預熱器等傳熱設備，加熱其中的蒸汽、水和空氣等工質(zhì)。這時，煙氣溫度降低了很多。最后，煙氣經(jīng)除內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 塵器除去大部分飛灰后由引風機送入煙囪排往大氣。另外，燃料燃燒生 成的少量灰渣由排渣裝置排出爐外進行進一步處理。經(jīng)過除氧器的水由給水泵加壓，并經(jīng)省煤器加熱升溫后進入汽包暫時存儲。汽包中的水沿下降管道經(jīng)下聯(lián)箱后進入水冷壁管。水冷壁管吸收爐膛內(nèi)的輻射放熱后，經(jīng)熱傳導將水冷壁管中的部分水加熱變成水蒸汽 ，然后，這部分汽水混合物又重新返回汽包。經(jīng)汽包內(nèi)的汽水分離器分離后，水繼續(xù)留在汽包下部，與新送入的給水一起進行下一次加熱循環(huán)，而蒸汽從汽包頂部引出，經(jīng)過熱器進一步加熱后，由飽和蒸汽變?yōu)檫^熱蒸汽，送往汽輪機。對于大型發(fā)電機組，經(jīng)汽輪機高壓缸做過部分功，且溫度和壓力都有所降低的蒸汽會被 再次送入再熱器，然后再送回汽輪機的中、低壓缸繼續(xù)做功。這樣，就進一步提高了發(fā)電機組的熱力循環(huán)效率和安全性。 鍋爐的類型 鍋爐的種類很 多，如果按反映鍋爐生產(chǎn)能力的鍋爐容量來分，有小型鍋爐、中型鍋爐和 大型鍋爐；按額定過熱蒸汽壓力及溫度等蒸汽參數(shù)來分，有低壓鍋爐、中壓鍋爐、高壓鍋爐、超高壓鍋爐、亞臨界壓力鍋爐和超臨界壓力鍋爐等；按燃料燃燒方式來分，有火床燃燒鍋爐、火室燃燒鍋爐、流化床燃燒鍋爐和旋風爐燃燒鍋爐等；按水循環(huán)方式來分，有自然循環(huán)鍋爐、強制循環(huán)鍋爐和直流鍋爐等；按通風方式來 分，有自然通風鍋爐、機械送風鍋爐 、機械引風鍋爐和平衡通風鍋爐等；按煙氣在鍋爐流動的狀況分，有水管鍋爐、鍋殼鍋爐（火管鍋爐）、水火管組合式鍋爐 ；按用途分，包括 生活鍋爐、工業(yè)鍋爐、電站鍋爐 ；按介質(zhì)分，有 蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、汽水兩用鍋爐、有機熱載體鍋爐 ；按燃料分，有 燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、余熱鍋爐、電加熱鍋爐、生物質(zhì)鍋爐 ；按鍋爐數(shù)量分， 單鍋筒鍋爐、雙鍋筒鍋爐 ；按燃燒定在鍋爐內(nèi)部或外部分為 內(nèi)燃式鍋爐、外燃式鍋爐 ， 等等。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 鍋爐 本體及輔助設備 鍋爐本體是 鍋爐 的主要組成部分，包括爐膛、燃燒器、點火裝置、空氣預熱器、省煤器、蒸發(fā)器、汽包、過熱器及再 熱器等，其中爐膛又包括水冷壁、爐墻和構架等。下面 作 簡要介紹。 （ 1） 爐膛 爐膛是噴入燃油燃燒的場所，它的作用就是提供足夠的空間，使燃油得以充分燃燒，同時，使燃燒發(fā)出的熱量盡少散失到鍋爐外面去。爐膛由耐火磚墻和水冷壁組成。水冷壁是鋪設在爐膛內(nèi)壁上的密集 管排，組成水循環(huán)回路的上升管，它可以保護耐火磚不致因過熱而損壞， 但是由于它吸收的是高溫輻射熱，所以熱負荷非常高，成為受熱面的重要組成部分。水冷壁大約吸收相當于煙氣在鍋爐中總燴值下降量 的 1/3~1/2 的熱量，使煙氣溫度從燃燒溫度 1700℃左右下降到 1100℃ 左右。 （ 2） 蒸發(fā)受熱面 在鍋爐中直接受熱并產(chǎn)生飽和蒸汽的鍋筒或管束，統(tǒng)稱為蒸發(fā)受熱面。在蒸發(fā)管束中煙氣通過對流傳熱的方式，將熱量傳給管束的水。由于傳熱方式的不同，我們將水冷壁及靠近爐膛的幾排蒸發(fā)管束稱為輻射受熱面，而將蒸發(fā)管束的其余部分稱為對流受熱面。 （ 3） 蒸汽過熱器 蒸發(fā)受熱面產(chǎn)生的蒸汽是含有一定濕度的飽和蒸汽，它聚集在汽包上半部的蒸汽空間中。如果動力機械需要過熱蒸汽，則必須將汽包中的濕蒸汽送往蒸汽過熱器進行再加熱。蒸汽過熱器是由管子組成的，其受熱面的多少及放置的位置是根據(jù)蒸汽參數(shù)的高低而定的。根據(jù)傳熱方式 的不同，蒸汽過熱器也可以分為輻射式過熱器和對流式過熱器。 （ 4） 省煤器 省煤器也稱經(jīng)濟器，它是由管子組成的，用來加熱進入鍋爐的給水。由于它是安裝內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 在蒸發(fā)受熱面的后面，吸收煙氣中的余熱，所以能達到節(jié)能的作用。在 D 型水管鍋爐煙道的后部，有的在蒸發(fā)受熱面之后安裝有經(jīng)濟器加 熱給水和空氣預熱器。由于它們能回收鍋爐排煙的余熱，減少排煙所帶走的熱量，因而使鍋爐效率得以提高。經(jīng)濟器比蒸發(fā)受熱面的傳熱溫差要大，而且經(jīng)濟器內(nèi)給水是強迫流動，因此其受熱面積可以小一些，受熱面的管徑也小，結構簡單緊湊，占據(jù)的空間小，造價也便宜。給水經(jīng) 過經(jīng)濟器加熱后再送入汽包，除能提高熱效率外，還可減少汽包因給水溫度低而產(chǎn)生的熱應力，使汽包的工作條件得以改善。設置經(jīng)濟器后，煙氣側的通風阻力增加了 ； 此外經(jīng)濟器中的給水在溫度升高的過程中，將析出一部分溶解在其中的氧氣，造成金屬的腐蝕。所以設置經(jīng)濟器的鍋爐對給水中