【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 合物又 回到汽包并經(jīng)過(guò)汽、水分離，分離出的水繼續(xù)進(jìn)入下降管循環(huán)，飽和蒸汽則離開(kāi)汽包進(jìn)入過(guò)熱器系統(tǒng) [2]。飽和蒸汽經(jīng)過(guò)熱器升溫后，通過(guò)主蒸汽管道送入汽輪機(jī)進(jìn)行最終的生產(chǎn)運(yùn)作。 燃 燒 器爐膛汽包過(guò)熱器省煤器空氣預(yù)熱器爐墻水冷壁飽和蒸汽出口管道煙汽出口 圖 “鍋”的結(jié)構(gòu)示意圖 燃燒系統(tǒng)主要任務(wù)是使燃料在爐內(nèi)良好燃燒，放出熱量。它由爐膛、煙道、燃燒器、空氣預(yù)熱器等組成。此外，鍋爐本體還包括用來(lái)構(gòu)成封閉爐膛和煙道的爐墻，以及用來(lái)支全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 撐設(shè)備的構(gòu)架。 磨煤機(jī)送風(fēng)機(jī) 空氣預(yù)熱器爐膛煙氣管道煙囪引風(fēng)機(jī)除塵器給煤機(jī)排 渣 管 道煤斗燃燒器 圖 “爐”的結(jié)構(gòu)示意圖 鍋爐的工作過(guò)程 煤礦傳送帶把燃煤送至煤斗 ,通過(guò)磨機(jī)磨煤后由空氣管進(jìn)入的熱空氣進(jìn)行粗細(xì)分離，分離出不符合要求的粗煤被返回至煤磨機(jī)，合格的細(xì)煤粉存到煤粉倉(cāng)庫(kù)，按爐膛燃燒的需求量送至爐膛，粗細(xì)分離產(chǎn)生的粉塵與一部分熱空氣被排粉機(jī)通過(guò)輸送管道送至爐膛，經(jīng)過(guò)燃燒器后參與爐膛的燃燒 。 煤粉在爐膛內(nèi)迅速燃燒后放出大量熱，使?fàn)t膛的溫度達(dá)到上千攝氏度或更高的溫度。爐膛四周內(nèi)壁布置著許多水冷壁，爐膛上方布置著過(guò)熱器等受熱面。過(guò)熱器的作用是吸收爐膛內(nèi)的熱量，降低火焰溫度，保護(hù)爐墻不被燒壞。此外為了防止熔化的煤灰黏在煙道等受熱面上，煙氣向上流動(dòng)到達(dá)爐膛上面的出煙口時(shí)，煙氣溫度必須低于煤灰的熔點(diǎn)。 最后，燃燒產(chǎn)生的廢氣經(jīng)除塵器、引風(fēng)機(jī)等過(guò)濾大量飛灰后通過(guò)煙囪排入大氣。 鍋爐水位控制方案設(shè)計(jì) 鍋爐汽包水位控制 要求 汽包水位在鍋爐的運(yùn)行過(guò)程中起著 十分重要的 作用，決定著鍋爐的工作質(zhì)量。汽包水位作為鍋爐安全運(yùn)行的前提條件，如果 太低 則 會(huì)破壞鍋爐的水循環(huán)， 引發(fā)水冷壁管 破裂 和鍋體干燒等現(xiàn)象，如果 汽包 受此影響損壞，還會(huì)引發(fā)爆炸；水位過(guò)高會(huì) 使得 汽水 混合物無(wú)法正常分離，產(chǎn)生“帶水”蒸汽， 引起過(guò)熱管壁結(jié)垢，而且 這種 不合格的水蒸汽 不滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求， 會(huì)使 相關(guān)負(fù)載 設(shè)備的 傳動(dòng) 葉片損壞。 整個(gè)給水系統(tǒng)控制最易出現(xiàn)也是最難解決的問(wèn)題是鍋爐的“虛假水位”，具體體現(xiàn)為：負(fù)荷突然大幅度增加時(shí)，水位迅速上升，但隨后又迅速地下降；負(fù)荷突然大幅度下降時(shí)，水位迅速下降，隨后又迅速上升。 因此水位控制的主要目的在于有效的調(diào)節(jié)汽包處于規(guī)定范圍，并且解決鍋爐的虛假水位問(wèn)題。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 鍋爐汽包水位控制 方案設(shè)計(jì) 對(duì)于汽包水位的控制一般有單沖量、雙沖量和三沖量三種控制方案 。 三級(jí)沖量控制系統(tǒng)與單沖量、雙沖量控制系統(tǒng)有明顯的優(yōu)越性，雖然雙沖量控制系統(tǒng)可以克服單沖量控制系統(tǒng)無(wú)法克服的“虛假水位”問(wèn)題，但是它還是無(wú)法做到對(duì)調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)補(bǔ)償和無(wú)法及時(shí)克服給水系統(tǒng)的干擾。 因此工業(yè)鍋爐汽包水位控制一般都采用 三沖量控制 的方式，即為在雙沖量水位調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加 入給水流量信號(hào)構(gòu)成的三沖量控制系統(tǒng)：汽包水位為主沖量信號(hào)、給水流量為反饋信號(hào)、蒸汽流量為前饋信號(hào)。 蒸汽流量前饋主調(diào)節(jié)器汽包水位 給定值給水電機(jī)副調(diào)節(jié)器 汽包給水流量變送器汽包水位變送器++ 圖 三 沖量汽包水位控制方案圖 鍋爐燃燒控制方案設(shè)計(jì) 鍋爐燃燒控制要求 工業(yè)鍋爐是一個(gè)多輸入輸出、非線(xiàn)性的復(fù)雜控制對(duì)象，當(dāng)某個(gè)參數(shù)變化時(shí)，其他的參數(shù)都會(huì)做出相應(yīng)的改變，各個(gè)參數(shù)之間相互關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，并且相互影響。 鍋爐燃燒過(guò)程中的主要控制任務(wù)是給煤控制、給風(fēng)控制和爐膛負(fù)壓控制。 實(shí)現(xiàn)燃料量控制調(diào)節(jié)蒸汽壓力，送風(fēng)量控制調(diào)節(jié)煙氣含量以及引風(fēng)量控制爐膛負(fù)壓，并有效克服了彼此間的干擾，保證鍋爐經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的同時(shí)又能使產(chǎn)生的蒸汽可以滿(mǎn)足設(shè)備負(fù)荷的需求。 給煤量送風(fēng)量引風(fēng)量蒸汽壓力蒸汽流量爐膛負(fù)壓 圖 鍋爐輸入輸出變量的關(guān)系示意圖 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 主蒸汽壓力控制方案設(shè)計(jì) 鍋爐主蒸汽壓力是整個(gè)燃燒控制系統(tǒng)的重要調(diào)節(jié)參數(shù)之一，引起蒸汽壓力變化的因素有許多，給煤量、蒸汽流量是其中主要的兩個(gè)原因。引起蒸汽壓力改變的干擾有兩種：給煤量 M 的變化的干擾和蒸汽流量 D 變化的干擾。 如圖 所示，當(dāng)給煤量 M 突然改變時(shí)，煤粉由加入到燃燒發(fā)出熱量有一定延遲，液體吸熱變?yōu)闅怏w有需要一段時(shí)間，故在煤粉加入后的一段時(shí)間內(nèi)，主蒸汽壓力 Pm 不會(huì)馬上上升，而是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才會(huì)開(kāi)始上升。 如 圖 所示，主蒸汽壓力 Pm 在蒸汽流量 D 增加后下降，此時(shí)如果給煤量 M 不再增加，不再提供熱量，主蒸汽壓力 Pm 就會(huì)一直下降，直至增加給煤量 M 來(lái)產(chǎn)生熱量，并與蒸汽流量 D 相互平衡后才能恢復(fù)鍋爐的主蒸汽壓力。 Pm Pmtt ttM D 圖 給煤量階躍變化時(shí)，主 圖 給煤量階躍變化時(shí)，主 蒸汽壓力的反應(yīng)曲線(xiàn) 蒸汽壓力的反應(yīng)曲線(xiàn) 如圖 所示，主蒸汽壓力的控制系統(tǒng)是一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)。主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器作為主調(diào)節(jié)器，給煤調(diào)節(jié)器為副調(diào)節(jié)器，主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器的輸出與給煤量的給定預(yù)設(shè)值作為輸出送至給煤量調(diào)節(jié)器，控制變頻器調(diào)速，從而改變給給煤量。 主蒸汽壓力 調(diào)節(jié)器給煤量調(diào)節(jié)器給煤量變頻器給煤機(jī) 爐膛給煤量變送器主蒸汽變送器 給煤量預(yù)設(shè)值主蒸汽壓力 預(yù)設(shè)值主蒸汽 壓力 圖 主蒸汽壓力控制方案圖 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 送風(fēng)控制方案設(shè)計(jì) 送風(fēng)調(diào)節(jié)的目標(biāo)是維持系統(tǒng)風(fēng)煤比處于規(guī)定范圍以保證煤粉燃燒的經(jīng)濟(jì)性。但因?yàn)闊熝趿恐饕伤惋L(fēng)量決定，因?yàn)樵诳刂茣r(shí)不能及時(shí)調(diào) 節(jié)煙氧量，所以采用由煙氣含氧量為主回路，送風(fēng)量為副回路構(gòu)成的串級(jí)控制，并結(jié)合比值控制調(diào)節(jié)送風(fēng)量和給煤量，優(yōu)化送風(fēng)控制系統(tǒng)，保證煙氧量處于穩(wěn)定值。 煙氧量（煙氣含氧量），即過(guò)?？諝庀禂?shù) α。實(shí)際生產(chǎn)中通常以煙氣含氧量或過(guò)剩空氣系數(shù)表示供給空氣量的大小。燃燒過(guò)程中，如果 α過(guò)小，煤粉無(wú)法完全燃燒，產(chǎn)生大量的一氧化碳，造成環(huán)境污染；反之，當(dāng) α過(guò)大時(shí)，高溫燃燒產(chǎn)生煙氣會(huì)帶走過(guò)多熱量，產(chǎn)生大量 N0x，同樣引起環(huán)境污染。給煤量穩(wěn)定時(shí)，燃燒效率 η與風(fēng)煤比的關(guān)系如圖 所示： 燃 燒效率%/ NO x 、 CO 含量風(fēng)煤比 燃 燒效率NO x 含量CO 含量最高燃燒效率 圖 燃燒效率與風(fēng)煤比關(guān)系示意圖 對(duì)于送風(fēng)量，煙氣含氧量是衡量其是否合適的重要標(biāo)準(zhǔn)，以送風(fēng)量為調(diào)節(jié)量，煙氣含氧量為被調(diào)節(jié)量構(gòu)成一個(gè)串級(jí)比值控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案如圖 所示。 煙氧量調(diào)節(jié)器送風(fēng)量調(diào)節(jié)器送風(fēng)量調(diào)節(jié)閥爐膛送風(fēng)量變送器給煤量變送器煙氧量變送器給煤量煙氧量送風(fēng)量煙氧量預(yù)設(shè)值圖 送風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案圖 圖 所示的控制系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)主蒸汽壓力溫度補(bǔ)償?shù)慕o煤量能良好的反應(yīng)出外界負(fù)荷的變化，給煤量經(jīng)過(guò)變送器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)在外界負(fù)荷變化時(shí)能夠及時(shí)改變送風(fēng)回路的負(fù)全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 荷，以確保整個(gè)燃燒過(guò)程都有合適的風(fēng)煤比。 主調(diào)節(jié)器為煙氧量調(diào)節(jié)器，主調(diào)節(jié)器接受煙氧量與煙氧量定值信號(hào)；副調(diào)節(jié)器為送風(fēng)量調(diào)節(jié)器，它接受給煤信號(hào)，并結(jié)合送風(fēng)量反饋信號(hào)及煙氧量調(diào)節(jié)器的輸出作為輸入信號(hào)，再將此信號(hào)送到副調(diào)節(jié)器，粗調(diào)回路的風(fēng)煤比。主回路用來(lái)進(jìn)行煙氧量校正調(diào)節(jié)，起細(xì)調(diào)作用。通過(guò)主副回路不斷調(diào)節(jié)風(fēng)煤比，以確保爐膛的最優(yōu)燃燒率。 引風(fēng)控制方案設(shè)計(jì) 引風(fēng)量控制系統(tǒng)的主要任務(wù)在于調(diào)節(jié)控制引風(fēng)調(diào)節(jié)閥，確保引風(fēng)量 始終穩(wěn)定在規(guī)定范圍，由此維持爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定 。一旦 爐膛內(nèi) 燃燒 情況 發(fā)生變化，爐膛負(fù)壓 就會(huì)立即發(fā)生波動(dòng)， 因此 要使鍋爐能正常運(yùn)行就必須控制爐膛負(fù)壓。 爐膛頂部的煙氣壓力 即為爐膛負(fù)壓 。 鍋爐運(yùn)行時(shí)，爐膛負(fù)壓若過(guò)低，不僅熱量損失增加，使鍋爐滅火等不利情況；爐膛負(fù)壓若過(guò)高 ，則 爐膛內(nèi)的高溫?zé)煔馍踔粱鹧婢蜁?huì)外泄，產(chǎn)生巨大的安全隱患，又會(huì) 導(dǎo)致煤耗量的增加，加大鍋爐的運(yùn)行成本，增加企業(yè)負(fù)擔(dān)。 如圖 所示，爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)選擇單回路控制系統(tǒng)。由于送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)作用明顯且聯(lián)系復(fù)雜，因此轉(zhuǎn)變送風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)量為 前饋 信號(hào)后，將其與引風(fēng)量信號(hào)一起送入引風(fēng)控制裝置，形成一個(gè)快速補(bǔ)償系統(tǒng)。 引風(fēng)控制裝置 擋板調(diào)節(jié)閥爐膛爐膛負(fù)壓變送器+引風(fēng)量調(diào)節(jié)器送風(fēng)量調(diào)節(jié)器爐膛負(fù)壓 預(yù)設(shè)值 爐膛負(fù)壓 圖 引風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案圖 鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制方案設(shè)計(jì) 過(guò)熱蒸汽溫度控制方案要求 鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的任務(wù)是維持過(guò)熱器出口蒸汽溫度在 規(guī)定 范圍內(nèi)，并 保證過(guò)熱器管壁溫度 始終處在安全值 。 過(guò)熱蒸汽溫度控制 一般采用 減溫水流量調(diào)節(jié)法 來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 減溫器等相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作起來(lái)簡(jiǎn)便快捷，因此通過(guò) 減溫水來(lái)調(diào)節(jié) 過(guò)熱器出口蒸汽溫度 的辦法 應(yīng)用較 為廣泛 。 在安裝減溫器時(shí)應(yīng)盡可能 靠近蒸汽 的 出口， 確 保過(guò)熱器 工作的 安全 。 過(guò)熱蒸汽減溫器的安裝設(shè)計(jì) 為了保護(hù)過(guò)熱器、提高蒸汽溫度調(diào)節(jié)的靈敏性，過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)都采用前后兩個(gè)噴水減溫器。第一個(gè)減溫器安裝在前屏過(guò)熱器后面，調(diào)節(jié)幅度和惰性都較大。因?yàn)槟┘?jí)的過(guò)熱器熱慣性小，第二個(gè)減溫器安裝在末級(jí)過(guò)熱器前方，以便迅速調(diào)節(jié)出口蒸汽溫度。 汽溫控制一般采用兩個(gè)調(diào)節(jié)器串聯(lián)互相配合的工作模式，彼此協(xié)調(diào)，當(dāng)一級(jí)減溫器出全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，它立即進(jìn)行調(diào)節(jié)，隨后二級(jí)減溫器對(duì)擾動(dòng)再次調(diào)節(jié)。相較 于單一控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，優(yōu)勢(shì)明顯。 小結(jié) 鍋爐的控制系統(tǒng)主要在于汽包水位的控制和燃燒過(guò)程的控制，以及過(guò)熱蒸汽的控制。其中汽包的水位采用三沖量串級(jí)控制，提高了水位系統(tǒng)的穩(wěn)定性；在燃燒控制中，關(guān)于給煤量、送風(fēng)量、引風(fēng)量的控制分別給出可行的控制方案，以確保對(duì)應(yīng)主蒸汽壓力、煙氧量、爐膛負(fù)壓都處于給定范圍。最后對(duì)過(guò)熱蒸汽的調(diào)節(jié)則保證了鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定安全。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 3 鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本次課題的控制系統(tǒng)中，參與運(yùn)作的主要設(shè)備器件有電動(dòng)機(jī)、變頻器、調(diào)節(jié)變送 器、調(diào)節(jié)閥、直流電源、 PLC。其中電動(dòng)機(jī)和變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)控制環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)；變送器和調(diào)節(jié)閥對(duì)重要控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)調(diào)整；直流電源為整個(gè)系統(tǒng)中的直流元器件供能； PLC 作為核心控制器最終實(shí)現(xiàn)鍋爐的控制系統(tǒng)。 鍋爐控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件型號(hào)選定 1. 電動(dòng)機(jī) 在鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)是主要的動(dòng)力設(shè)備。選擇了合適的電動(dòng)機(jī)才能保證供水準(zhǔn)確、給煤適當(dāng)，讓鍋爐運(yùn)作更為穩(wěn)定安全。 以常見(jiàn)工業(yè)鍋爐的蒸發(fā)量為 35t/h，汽包壓力 ，管道直徑為 50mm 為例，電機(jī)的正常工作功率 大約為： KwssmkgP 95100003600 ?? ????? （ ） 由估算結(jié)果可以選定 110Kw 的三相異步電動(dòng)機(jī)即可滿(mǎn)足上產(chǎn)要求。由于主回路中必須接入變頻器來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，因此選定采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，無(wú)需采用繞線(xiàn)式異步電機(jī)。 西瑪特機(jī)電設(shè)備有限公司 生產(chǎn)的 YJTG 系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī) 滿(mǎn)足這次設(shè)計(jì) 要求，適合型號(hào)為 YJTG315L28，詳細(xì)參數(shù)如下表 31所示： 表 31 YJTG315L28 銘牌參數(shù) 參數(shù) 對(duì)應(yīng)內(nèi)容 參數(shù) 對(duì)應(yīng)內(nèi)容 品牌： 型號(hào)： 額定功率： 額定轉(zhuǎn)速： 西瑪牌 YJTG315L28 110kw 600（ rpm） 產(chǎn)品類(lèi)型： 極數(shù)： 額定電壓： 產(chǎn)品認(rèn)證： 三相異步電動(dòng)機(jī) 8 極 380(V) ISO9001 2. 變頻器 變頻器是實(shí)現(xiàn)變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的 軟起動(dòng) 、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變 功率因數(shù) 、過(guò)流 /過(guò)壓 /過(guò)載保護(hù)等功能 [4]。 采用變頻器調(diào)節(jié)來(lái)取代風(fēng)門(mén)、擋板、閥門(mén)的直接控制方案，實(shí)現(xiàn)給煤、給水、送風(fēng)以及引風(fēng)等被調(diào)參數(shù)的調(diào)節(jié)。變頻器的調(diào)節(jié)范圍廣，且調(diào)整特性曲線(xiàn)光滑穩(wěn)定，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，精度、可靠性、效率都更高，操作簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保。 從電機(jī)的選型可以知道電動(dòng)機(jī)工作在 50Hz 的三相交流電時(shí)的功率約為 100KW，處于基頻以下的交流異步電機(jī)工作時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩輸出，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)小于額定轉(zhuǎn)速，故電機(jī)的輸出功率也會(huì)小于其