【正文】 源，右端分別是校準(zhǔn)電位器和配置設(shè)定開關(guān)。 圖 模擬量擴(kuò)展模塊 EM235與 EM232結(jié)構(gòu)圖 EM235 模塊上部共有 12 個(gè)端子，每 3 個(gè)點(diǎn)為一組可作為一路模擬量的輸入通道，共 4 組，對(duì)于電壓信號(hào)用兩個(gè)端子（如 A+、 A），電流信號(hào)用三個(gè)端子（如RB、 B+、 B），其中 RB 與 B+端子短接。 CPU 224 有 14 輸入 /10 輸出， I/O 共計(jì) 24 點(diǎn)，可以擴(kuò)展 7 個(gè)模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，有很強(qiáng)的模擬力量和高速計(jì)數(shù)的處理能力。 14 個(gè)數(shù)字輸入量是 ，每個(gè)外部輸入的開關(guān)信號(hào)均由各輸入端子接出， M 端接地， L+端子作為輸入的公共端提供 24V 傳感器電源，可以作為傳感器的電源輸出，也可以作為輸入端的檢測(cè)電源使用。參照西門子產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為 CPU224。可以用模塊上的電位器來改變它對(duì)應(yīng)的特殊寄存器中的數(shù)值，可以實(shí)時(shí)更改程序運(yùn)行中的一些參數(shù)。它可以用普通輸入端子捕捉比CPU 周期更快的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高速計(jì)數(shù)。 S7200PLC 的電源電壓有（ ~） VDC 和（ 85~264） VAC 兩種，主 機(jī)上還集成 24V 直流電壓，可以直接用于連接傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 S7200 系列是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的一種小型 PLC，其許多功能達(dá)到大、中 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 型 PLC 水平，而價(jià)格卻和小型 PLC 一樣。 S7 系列 PLC 包括 S7200、 S7300 和 S7400 系列 PLC。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求， PLC 的選型需要滿足以下條件： 1. 具有模擬量的采集、處理過程及開關(guān)量的輸入 /輸出功能； 2. 具有簡(jiǎn)單回路控制算法。 整體式 PLC 每一個(gè) I/O 點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，在小型控制系統(tǒng)中一般采用整體式結(jié)構(gòu)。模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC 是由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊如 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等，將這些模塊插在框架上火基板上即可?；締卧显O(shè)有端口，通過擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元相連，配有許多專用的特殊功能模塊，如模擬量輸入 /輸出模塊、熱電偶 、熱電阻模塊、通信模塊等，以構(gòu)成 PLC 不同的配置。按結(jié)構(gòu)形式分可分為整體是結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)兩類。典型的中型機(jī)有SIEMENS 公司的 S7300 系列、 OMRON 公司的 C200H 系列、 AB 公司的 SLC500系列等模塊式 PLC 產(chǎn)品。 圖 硬件原理圖 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 3章 PLC 型號(hào)及擴(kuò)展單元的選型 PLC 選型 PLC 的種類繁多，按 I/O 點(diǎn)數(shù)容量分類有小型機(jī)、中型機(jī)和大型機(jī)。 故應(yīng)保持爐膛負(fù)壓在正常范圍內(nèi)。 爐膛負(fù)壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設(shè)備與運(yùn)行人員的安全。因此，監(jiān)視和控制爐膛負(fù)壓對(duì)于保證爐內(nèi)燃燒工況的穩(wěn)定、分析爐內(nèi)燃燒工況、煙道運(yùn)行工況、分析某些事故的原因均有極其重要的意義。爐內(nèi)燃燒工況一旦發(fā)生變化，爐膛負(fù)壓隨即發(fā)生相應(yīng)變化。在運(yùn)行中還要結(jié)合所燃用煤質(zhì)及當(dāng)時(shí)負(fù)荷的情況，嚴(yán)格監(jiān)控料層差壓、溫度、爐膛差壓和返料溫度，通過不斷調(diào)整給煤量、風(fēng)量及返料量，使鍋爐達(dá)到最佳的運(yùn)行效果，最大限度的發(fā)揮循環(huán)流化床鍋爐優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)橐淮物L(fēng)量的大小直接關(guān)系到流化質(zhì)量的好壞，循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行前都要進(jìn)行冷態(tài)試驗(yàn)，并作出在不同料層厚度 (料層差壓 )下的臨界流化風(fēng)量曲線，在運(yùn)行時(shí)以此作為風(fēng)量調(diào)整的下限，如果風(fēng)量低于此值，料層就可能流化不好，時(shí)間稍長(zhǎng)就會(huì)發(fā)生結(jié)焦。 4. 風(fēng)量的調(diào)整 在鍋爐 運(yùn)行過程中，許多用戶往往只靠風(fēng)門開度的大小來調(diào)節(jié)風(fēng)量，但對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐來說，其對(duì)風(fēng)量的控制就要求比較準(zhǔn)確。 3. 返料量 控制返料量是循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行操作時(shí)不同于常規(guī)鍋爐之處，根據(jù)前面提到的循環(huán)流化床鍋爐燃燒及傳熱的特性，返 料量對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的燃燒起著舉足輕重的作用，因?yàn)樵跔t膛里，返料灰實(shí)質(zhì)上是一種熱載體，它將燃燒室里的熱量帶到爐膛上部，使?fàn)t膛內(nèi)的溫度場(chǎng)分布均勻，并通過多種傳熱方式與水冷壁進(jìn)行換熱，因此有較高的傳熱系數(shù)， (其傳熱效率約為煤粉爐的 46 倍 )通過調(diào)整返料量可以控制料層溫度和爐膛差壓并進(jìn)一步調(diào)節(jié)鍋爐負(fù)荷。 床高 (即料層差壓 )可以通過爐底放渣管排放底料的方法來調(diào)節(jié)。在鍋爐運(yùn)行中， 床高 會(huì)直接影響鍋爐的流化質(zhì)量，如 床高 過大，有可能引起流化不好造成爐膛結(jié)焦或滅火。通常將所測(cè)得的風(fēng)室與燃燒室上界面之間的壓力差值作為料層差壓的 監(jiān)測(cè)數(shù)值，在運(yùn)行都是通過監(jiān)視料層差壓值來得到 床高 大小的。在鍋爐運(yùn)行中，當(dāng)料層溫度發(fā)生變化時(shí)，可通過調(diào)節(jié)給煤量、一次風(fēng)量及送回燃燒室的返料量，調(diào)整料層溫度在控制范圍之內(nèi)。在運(yùn)行過程中要加強(qiáng)對(duì)料層溫度監(jiān)視，一般將料層溫度控制在 850℃ 950℃ 之間，溫度過高，容易使流化床體結(jié)焦造成停爐事故；溫度太低易發(fā)生低溫結(jié)焦及滅火。它是一個(gè)關(guān)系到鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 關(guān)鍵參數(shù)。 循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)包括：床溫控制、給煤量控制、床高控制、返料量控制、蒸汽溫度及壓力控制、通風(fēng)量控制。 燃燒自動(dòng)控制 系統(tǒng)組成 根據(jù)系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)擬采用 PLC 作控制器， 熱電偶 溫度傳感器 、 差壓傳感器 、采集數(shù)據(jù)信息， 經(jīng)過 溫度變送、壓力變送器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后，傳送給 PLC 處理機(jī)。 、床層溫度和床高； 通過調(diào)節(jié)返料風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制返料回灰量的大小。另一種方 法為根據(jù)該爐實(shí)際燃燒的情況，找出煤量和風(fēng)量在不同負(fù)荷下的關(guān)系曲線，把它存在計(jì)算機(jī)中，按這一經(jīng)驗(yàn)曲線進(jìn)行燃燒自動(dòng)控制，當(dāng)煤種或運(yùn)行工況有較大變化時(shí)，可重新設(shè)置這一曲線。 氧化鎬可用來測(cè)量煙氣中含氧量。 ； 對(duì)拋煤機(jī)倒轉(zhuǎn)鏈條爐來說，燃燒自動(dòng)控制包括控制主蒸汽壓力和最佳的燃燒工況。因此電機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的風(fēng) 量不能全部使用，采用擋板截流造成約 30%的電能損耗。即保證鍋爐燃燒部分的自動(dòng)運(yùn)行。 燃燒控制系統(tǒng)需要具有的功能： ；爐膛壓力為某一定值； 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 通過爐膛上的負(fù)壓變送器將爐膛壓力標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)送入引風(fēng)變頻器 PID 控制器的反饋通道 ,經(jīng)處理后與設(shè)定爐膛負(fù)壓力比較 ,經(jīng)過 PID 控制器產(chǎn)生運(yùn)算信號(hào) ,此信號(hào)控制引風(fēng)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速 ,使?fàn)t內(nèi)負(fù)壓穩(wěn)定在設(shè)定值 ,從而達(dá)到自動(dòng)跟蹤鼓風(fēng)保持爐膛負(fù)壓恒定目的。當(dāng)蒸汽要求的量增加時(shí)，即使蒸汽的提取量增加時(shí)，蒸汽的壓力降低，燃料要增加，為了保證燃料的完全燃燒，應(yīng)先加大空氣量，后加大燃料量。維持汽包水位、蒸汽壓力和爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，各個(gè)子控制系統(tǒng)分別通過不同的測(cè)量、控制手段來保證經(jīng)濟(jì)燃燒和安全燃燒。其中燃燒控制系統(tǒng)在電廠鍋爐中是最主要的控制系統(tǒng)。鍋爐燃燒控制系統(tǒng)又包含了很多小的子系統(tǒng)。 系統(tǒng)功能 鍋爐是發(fā)電過程中必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可以驅(qū)動(dòng)透瓶，又可以作為精餾、干燥、反應(yīng)、加熱等過程的熱源。在本設(shè)計(jì)中采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)。風(fēng)量愈小，能量浪費(fèi)愈大。 PLC 專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)， 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要是由 CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入 /輸出接口電路等組成。 PLC 的種類繁多，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。 PLC有以下功能特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)； 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造； 5 體積小，重量輕，能耗低等。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體， 易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。如采用單片機(jī)進(jìn)行控制，可采用 AT89S51 作為 CPU，還需要進(jìn)行外圍電路的設(shè)計(jì)，但外圍電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)；采用單片機(jī)的最大弊端是難以保證其可靠性，給整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來隱患。它的特點(diǎn)如下：種類多型號(hào)全、低功耗、提供 C51 程序開發(fā)環(huán)境等。 日前，單片機(jī)主要有 8 位、 16 位、 32 位單片機(jī)。 系統(tǒng)整體方案的確定 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 是一個(gè)復(fù)雜的控制過程，在實(shí)際生產(chǎn)中既可以采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，也可以采用 PLC 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 。 (10)給煤點(diǎn)少 循環(huán)流化床鍋爐的爐膛截面積小，同時(shí)良好的混合和燃燒區(qū)域 的擴(kuò)展使所需的給煤點(diǎn)數(shù)大大減少。此外，由于床內(nèi)沒有埋管受熱面，啟動(dòng)、停爐、結(jié)焦處理 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 時(shí)間短，可以長(zhǎng)時(shí)間壓火等。同時(shí)低溫?zé)敢灿欣诨以邢∮薪饘俚奶崛?。?fù)荷調(diào)節(jié)速率也很快，一般可達(dá)每分鐘 4％。也不象煤粉鍋爐那樣，低負(fù)荷時(shí)要用油助燃，維持穩(wěn)定燃燒。同樣熱負(fù)荷下鼓泡流化床鍋爐需要的爐膛截面積要比循環(huán)流化床鍋爐大 2～ 3 倍。 (5)燃燒強(qiáng)度高，爐膛截面積小 爐膛單位截面積的熱負(fù)荷高是循環(huán)流化床鍋爐的另一主要優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，循環(huán)流化床鍋爐的 NOX 排放范圍為 50～ 150ppm 或 40～ 120mg/MJ。與煤粉燃燒鍋爐相比，不需采用尾部脫硫脫硝裝 置，投資和運(yùn)行費(fèi)用都大為降低。當(dāng)鈣硫比為 ～ 時(shí)，脫硫率可達(dá) 85～ 90％。 (3)高效脫硫 由于飛灰的循環(huán)燃燒過程，床料中未發(fā)生脫硫反應(yīng)而被吹出燃燒室的石灰石、石灰能送回至床內(nèi)再利用；另外，已發(fā)生脫硫反應(yīng)部分，生成了硫酸鈣的大粒子，在循環(huán)燃燒過程中發(fā)生碰撞破裂，使新的氧化鈣粒子表面又暴露于硫化反應(yīng)的氣氛中。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 (2)燃燒效率高 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率要比鼓泡流化床鍋爐高，通常在 95～ 99％范圍內(nèi)，可與煤粉鍋爐相媲美。由于床內(nèi)混合劇烈，這些灼熱的灰渣顆粒實(shí)際上起到了無窮的“理想拱”的作用，把煤料加熱到著火溫度而開始燃燒。在循環(huán)流化床鍋爐中按重量計(jì)，燃料僅占床料的 1～ 3％，其余是不可燃的固體顆粒，如脫硫劑、灰渣等。在這種組織方式下，爐內(nèi)的熱量、質(zhì)量和動(dòng)量傳遞過程是十分強(qiáng)烈的，這就使整個(gè)爐膛高度的溫度分布均勻。整個(gè)燃燒過程以及脫硫過程都是在這兩種形式的循環(huán)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過程中逐步完成的。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 (2)高速度、高濃度、高通量的固體物料流態(tài)化循環(huán)過程 從圖 中可看出，循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的固體物料（包括燃料、殘?zhí)?、灰、脫硫劑和惰性床料等）?jīng)歷了由爐膛、分離器和返料裝置所組成的外循環(huán)。由于循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)相對(duì)來說溫度不高，并有大量固體顆粒的強(qiáng)烈混合，這種情況下的燃燒速率主要取決于化學(xué)反應(yīng)速率，也就是決定于溫度水平，而物理因素不再是控制燃燒速率的主導(dǎo)因素。這種“低溫燃燒”方式好處甚多，爐內(nèi)結(jié)渣及堿金屬析出均比煤粉爐中要改善很多，對(duì)灰特性的敏感性減低，也無須很大空間去使高溫灰冷卻下來，氮氧化物生成量低，可于爐內(nèi)組織廉價(jià)而高效的脫硫工藝。在這種燃燒方式下，爐內(nèi)溫度水平因受脫硫最佳溫度限制，一般 850℃左右。 .2 循環(huán)流化床鍋爐的基本技術(shù)特點(diǎn) (1)低溫的動(dòng)力控制燃燒 循環(huán)流化床燃燒是一種在爐內(nèi)使高速運(yùn)動(dòng)的煙氣與其所攜帶的湍流擾動(dòng)極強(qiáng)的固體顆粒密切接觸，并具有大量顆粒返混的流態(tài)化燃燒反應(yīng)過程；同時(shí)，在爐外將絕大部分高溫的固體顆粒捕集，并將它們送回爐內(nèi)再次參與燃燒過程 ,反復(fù)循環(huán)地組織燃燒。 燃燒產(chǎn)生的灰渣，通過冷渣器冷卻后排出。 尾部煙道布置有末級(jí)過熱器，低溫再熱器，省煤器和空氣預(yù)熱器，吸收煙氣余熱。分離出的顆粒經(jīng)錐閥，根據(jù)控制床溫，再熱氣溫主參數(shù)的情況，調(diào)節(jié)直接返回鍋爐的循環(huán)料量和經(jīng)過加熱器返回鍋爐料量的比例。 石灰石粉經(jīng)加料裝置加入燃燒室主燃燒區(qū)，在料床溫度為 850℃ ~950℃的較佳脫硫溫度下與硫反應(yīng)，生成比較穩(wěn)定的硫化鈣，除去煤中的硫，大大減少煙氣中SO2 的排放量。 燃燒系統(tǒng)的流程：原煤破碎，篩選后送煤斗，經(jīng)計(jì)量式給煤機(jī)進(jìn)入燃料室底，爐底來的一次 風(fēng)混合成 ，固流化燃燒。 循環(huán)流化床鍋爐燃燒所需的一次風(fēng)和二次風(fēng)分別從爐膛的底部和側(cè)墻送入，燃 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 料的燃燒主要在爐膛中完成，爐膛四周布置有水冷壁用于吸收燃燒所產(chǎn)生的部分熱量。循環(huán)流化床鍋爐可分為兩個(gè)部分：第一部分由爐膛（快速流化床）、氣固物料分離器、固體物料再循環(huán)設(shè)備和外置熱交換器（有些循環(huán)流化床鍋爐沒有該設(shè)備）等組成，上述部件形成了一個(gè)固體物料循環(huán)回路。 循環(huán)流化床鍋爐是在鼓泡流化床鍋爐技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新爐型，它與鼓泡床鍋爐的最大區(qū)別在于爐內(nèi)流化風(fēng)速較高（一般為 4～ 8m/s），在爐膛出口加裝了氣固物料分離器。變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)，避免接觸器直接通斷電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流，有效地減少接觸器觸頭燒損等故障，同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻器故障時(shí)的頻 /工自動(dòng)切換，大大在地提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，取得較好的效果 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案論證 循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)與原理 循環(huán)流化床的原理 圖 粒子經(jīng)與氣體或液體接觸而轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃屏黧w狀態(tài)的過程，稱為流 化過程。 本套系統(tǒng)相對(duì)比其他控制系統(tǒng)來說，本系統(tǒng)的性價(jià)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出市面上其它的控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性