【正文】 且維護(hù)方便、運(yùn)行可靠，所以選擇薄膜式。進(jìn)行 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇時(shí)應(yīng)該考慮工藝要求、控制精度和經(jīng)濟(jì)性。執(zhí)行器由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成 。前者性能穩(wěn) 定、精度高，但是靈敏度較差，后者靈敏度較前者好，而且動(dòng)態(tài)性能好， 所以我們選擇電阻式壓力檢測(cè)儀表來(lái)檢測(cè)爐膛壓力 [10]。 電氣式壓力檢測(cè)儀表是將敏感元件檢測(cè)的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。正常 工況下 蒸汽壓力 一 般為 ， 蒸汽 的 密度 一般 是 2700Kg/ m3， 根據(jù)儀表量程 的 選擇原則 ，被選用 儀表 的 量程應(yīng)為被測(cè)量參數(shù)的 4/3至 3/2 倍 ， LUGB99 型渦街 流量計(jì) 可檢測(cè)流量范圍 為 8～ 80 m3/h，可以滿(mǎn)足 本 設(shè)計(jì) 對(duì)蒸汽流量的 檢測(cè)。% 根據(jù)儀表量程 的 選擇原則 ， 儀表 的 量程應(yīng)該 是 被測(cè)參數(shù)的 4/3 至 3/2 倍 ， 流量計(jì)能檢測(cè)的最大流量為： ～ 52 m3/h， 因此 選擇 LUGB99 型渦街 流量計(jì) ， 可檢測(cè)流量 的范圍 ： 3～ 50 m3/h，可滿(mǎn)足 對(duì) 汽包給水流量 的 檢測(cè)。 該流量計(jì)的技術(shù)參數(shù)如下： （ 1） 測(cè)量介質(zhì)：液體、蒸汽、汽體 （ 2） 感應(yīng)元件不與被測(cè)介質(zhì)直接接觸， 具有 可靠性高 和 性能穩(wěn)定 等特點(diǎn) （ 3） 傳感器結(jié)構(gòu)牢固 而且 簡(jiǎn)單，維擴(kuò)量小、壓損小 （ 4） 范圍度寬 可 達(dá) 10： 1 至 15： 1 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 17 （ 5） 測(cè)量范圍： 一般 正常 工況下 ，雷諾數(shù)為 20， 000 至 7， 000， 000；信號(hào)輸出不受液體粘度、溫度、壓力及組份影響 （ 6） 精度等級(jí)： 如果是 液體， 精度可達(dá) 指示值 177。如果我們要控制的 是 35t/h 鍋爐的汽包水位，即 每小時(shí)有 35t 的給水變成水蒸氣 。因此，在汽包水位控制系統(tǒng)中 3 種儀表同時(shí)被采用。 綜上，雙色水位計(jì)可在鍋爐啟動(dòng)和停止時(shí)對(duì)汽包水位進(jìn)行監(jiān)控，校對(duì)其他的液位測(cè)量?jī)x表。這種儀表具有延遲小、誤差小的優(yōu)點(diǎn)，所以不需要對(duì)誤差進(jìn) 行調(diào)整，檢修和校驗(yàn)比較方便。 (3)電極式水位計(jì)：利用飽和蒸汽與蒸汽凝結(jié)水電導(dǎo)率的不同，把汽包水位的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由二次儀表遠(yuǎn)距離顯示水位。但是在實(shí)際應(yīng)用中存在一些缺點(diǎn)：水位和差壓的關(guān)系會(huì)受汽包壓力的變化的影響，存在較大的誤差，采用平衡容器測(cè)量方法可以使汽包壓力得到補(bǔ)償，但準(zhǔn)確度仍受到較大的限制。 （ 1） 雙色水位計(jì)：是鍋爐附屬設(shè)備，鍋爐中汽呈現(xiàn)為紅色，水呈現(xiàn)為綠色，當(dāng)水位和蒸汽流量變化時(shí)，紅色和綠色所占的比例相應(yīng)變化，這種水位計(jì)觀測(cè)起來(lái)明顯直觀，但是在實(shí)際應(yīng)用中，受外界環(huán)境的影響，使用一段時(shí)間后汽水分界會(huì)變得不明顯，另外由于它本身是安裝在汽包上的，汽包的溫度很高，一般維修不方便。 3． 液位測(cè)量元件 生產(chǎn)過(guò)程中為了實(shí)現(xiàn)安全、高效生產(chǎn)，物位檢測(cè)十分重要，通過(guò)物位 檢測(cè)可以了解內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 16 它是否在工業(yè)要求允許范圍內(nèi)，另外物位檢測(cè)對(duì)連續(xù)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)核算也顯得十分的必要。 使用孔板時(shí)一定要注意孔板的安裝方向一定要正確，即流動(dòng)介質(zhì)從圓柱形一側(cè)流進(jìn)，從圓錐形一側(cè)流出，如果方向不正確，測(cè)量值會(huì)小于實(shí)際值。應(yīng)用較為廣泛的節(jié)流裝置有噴嘴擋板、孔板及文丘里管。差壓式流量計(jì)由節(jié)流裝置、引壓導(dǎo)管和差壓變送器組成 ， 如圖 所示。質(zhì)量流量檢測(cè)一般分為直接法和間接法，直接法是用儀表直接測(cè)得流量的質(zhì)量，間接法指測(cè)出流動(dòng)介質(zhì)的密度再乘以其體積最后得出質(zhì)量。而速度法是先計(jì)算管道內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)的平均速度再乘以管道的橫截面積來(lái)計(jì)算流量的體積。適用于高粘度流體的測(cè)量及測(cè)量精度要求高的場(chǎng)合。 2． 煤粉和空氣流量測(cè)量元件 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了有效地控制生產(chǎn)過(guò)程，我們需要對(duì)一些流動(dòng)介質(zhì)的流量進(jìn)行檢測(cè)。 表 常用溫度檢測(cè)儀表分類(lèi)及特點(diǎn) 類(lèi)型 形式 測(cè)溫范圍 ℃ 準(zhǔn)確度 特點(diǎn) 接 觸 式 壓力式 20~600 ~5 速度慢、精度低、適于遠(yuǎn)距離傳送 膨脹式 200~650 ~5 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適合就地測(cè)量 熱電偶 200~1800 2~10 速度快、精度高，中高溫測(cè)量，遠(yuǎn)距離傳送 熱電阻 200~850 ~5 速度快、精度高，適于低中溫度測(cè)量，遠(yuǎn)距離傳送 非接觸式 輻射式 100~3000 1~20 響應(yīng)速度快，測(cè)量精度一首環(huán)境影響 本系統(tǒng)中的爐膛溫度變化范圍一般為 900℃ ~1100℃，過(guò)熱器允許的溫度變化范圍一般為 350℃ ~540℃，從檢測(cè)儀表的測(cè)量精度和測(cè)溫范圍角度考慮，我們選擇熱電偶（測(cè)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 15 溫范圍為 200℃ ~1800℃）進(jìn)行溫度檢測(cè)，由于 K 型（ 鎳鉻一鎳硅 ）熱電偶具有測(cè)溫范圍寬（ 200℃ ~1300℃）、熱電動(dòng)勢(shì)大、線(xiàn)性好和價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，所以我們選擇 K 型熱電偶作為鍋爐的溫度檢測(cè)儀表。而非接觸 式檢測(cè)儀表具有較高的測(cè)溫上限、熱慣性小、適用于溫度快速變化的檢測(cè)，但是測(cè)量易受距離、煙塵等外界因素的影響，所以存在較大的測(cè)量誤差。接觸式檢測(cè)儀表形式包括膨脹式、壓力式、熱電阻和熱電偶，非接觸式主要是輻射式。檢測(cè)儀表主要有傳感器和變送器兩部分組成，傳感器將溫度、壓力、流量、物位、成分的變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)傳送給變送器，變送器將電信號(hào)再轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并輸出。 3． 負(fù)荷或工況變化時(shí)，模型特性也要發(fā)生變化，可由反饋控制加以補(bǔ)償，因此具 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 13 有一定的自適應(yīng)能力 。 前饋反饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 1． 對(duì)被 調(diào)參數(shù)影響顯著的主要干擾由前饋進(jìn)行補(bǔ)償，而其余次要干擾可依靠反饋 來(lái)克服，從而保證被調(diào)參數(shù)最終等于給定值。 其中 鼓風(fēng)量作為前饋信號(hào)，使引風(fēng)量隨鼓風(fēng)量變化，保持爐壓在工藝允許的范圍內(nèi) [8]。 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng) 為了確保燃燒過(guò)程的順利、安全、經(jīng)濟(jì)、高效地進(jìn)行，必須對(duì)爐膛壓力進(jìn)行合理的控制，因?yàn)槿绻麪t膛壓力過(guò)高，不僅會(huì)產(chǎn)生向外噴火的現(xiàn)象，還會(huì)損壞鍋爐設(shè)備，可是如果爐膛壓力過(guò)低，就會(huì) 吸入冷空氣，影響爐膛的溫度，造成燃料的浪費(fèi)，因此爐膛壓力需要維持在一定范圍內(nèi)。 爐 膛 壓 力P I D 調(diào) 節(jié) 器引 風(fēng) 變 頻器爐 膛 負(fù) 壓對(duì) 象鼓 風(fēng) 量 前饋爐 膛 負(fù) 壓變 送 器鼓 風(fēng) 干 擾對(duì) 象爐 膛 負(fù) 壓設(shè) 定 值爐 膛 負(fù) 壓出 口+++++ 圖 過(guò)熱器出口蒸汽溫度控制系統(tǒng)框圖 過(guò)熱器出口蒸汽溫度為主被控參數(shù)，減溫器出口的水流量為副被控參數(shù)，溫度檢測(cè)變送器測(cè)得的過(guò)熱器出口蒸汽溫度與設(shè)定值的偏差作為主調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，主調(diào) 節(jié)器內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 12 的輸出再與流量變送器的偏差作為副調(diào)節(jié)器的輸入，然后控制減溫水的閥門(mén)開(kāi)度，通過(guò)改變減溫水流量來(lái)現(xiàn)對(duì)熱器出口蒸汽溫度的控制。由于第一種方法經(jīng)濟(jì)性不如后者，我們采用第二種方法。 過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高，會(huì)燒壞過(guò)熱器水管，影響負(fù)荷設(shè)備如汽輪的正常工作和安全，氣溫過(guò)低會(huì)影響負(fù)荷設(shè)備的使用，例如蒸汽溫度每降低 5℃，熱機(jī)效率就會(huì)下降 1%，因此無(wú)論是從安全還是技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上看，必須保證過(guò)熱器溫度在規(guī)定的范圍 之內(nèi)，危機(jī)控制系統(tǒng)一般將氣溫控制在偏離額定值的 5%之內(nèi) [7]。 過(guò)熱器溫度 控制系統(tǒng) 鍋爐過(guò)熱器出口的蒸汽溫度是火電廠熱工控制中主要控制參數(shù)之一，直接關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，一般來(lái)說(shuō)對(duì)過(guò)熱器出口蒸汽影響的因素主要有蒸汽流量的變化、爐膛燃燒情況、鍋爐給水溫度以及流經(jīng)過(guò)熱器表面的煙氣溫度等等。本系統(tǒng)中控制器要使液位穩(wěn)定在設(shè)定值上，當(dāng)出現(xiàn)干擾時(shí)不允許有余差，故采用比例積分控制規(guī)律。當(dāng)蒸汽流量不變給水流量發(fā)生較大的波動(dòng)時(shí)，給水流量作 為反饋值通過(guò)副調(diào)節(jié)器控制給水調(diào)節(jié)閥，直至恢復(fù)到需要的數(shù)值為 止 [5]。 汽 包水 位 變 送器給 水 調(diào) 節(jié)閥蒸 汽 流 量蒸 汽 流 量變 送 器水 位副 調(diào) 節(jié) 器P I D 2主 調(diào) 節(jié) 器P I D 1水 位 設(shè) 定 值給 水 流 量變 送 器+—給水流量+—+圖 汽包水位控制系統(tǒng)框圖 從原理框圖可知，汽包液位是主沖量，給水流量和蒸汽流量是兩個(gè)輔助沖量，實(shí)際上就是一個(gè)前饋加反饋的三沖量串級(jí)控制系統(tǒng)。如果我們能夠把主干擾蒸汽流量和給水流量這兩種干擾因素同時(shí)引入到控制系統(tǒng)，那么鍋爐汽包液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)就能夠克服這種假水位的現(xiàn)象，由于有三個(gè)信號(hào)作用于控制系統(tǒng)，所以稱(chēng)為三沖量控制系統(tǒng) [4]?？墒沁@種假象仍會(huì)被簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)當(dāng)成真正的水位去處理，錯(cuò)誤地減小給水流量。由于蒸汽負(fù)荷和給水壓力變化大、不穩(wěn)定，導(dǎo)致給水流量發(fā)生較大變化，從而影響汽包水位。 汽包液位控制系統(tǒng) 汽包液位是鍋爐正常運(yùn)行的重要控制參數(shù)之一，也是生產(chǎn)過(guò)程的重要工藝指標(biāo)，汽包水位過(guò)高會(huì)導(dǎo)致汽包上部空間減小，影響其中的汽、水分離，蒸汽會(huì)出現(xiàn)帶液現(xiàn)象，這種情況不僅降低了蒸汽質(zhì)量和產(chǎn)量，還會(huì)導(dǎo)致蒸汽結(jié)垢或者損壞汽輪機(jī)葉片。爐溫控制系統(tǒng) 框圖 如圖 所示。 爐膛溫度控制系統(tǒng) 由于爐溫控制過(guò)程具有大慣性、多擾動(dòng)和非線(xiàn)性的特點(diǎn)，本設(shè) 計(jì)采用爐溫和煤粉串級(jí)控制的方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。 燃燒控制系統(tǒng)：包括爐膛溫度控制系統(tǒng)和爐壓控制系統(tǒng)，空氣流量和煤粉流量按一內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 9 定比例混合燃燒，保證爐膛溫度和蒸汽負(fù)荷要求，同時(shí)使引風(fēng)量和送風(fēng)量相適應(yīng)，維持爐壓在控制要求范圍內(nèi)，保證系統(tǒng)燃燒經(jīng)濟(jì)性和安全性。 鍋爐控制系統(tǒng)控 制流程圖如圖 所示。系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)原理圖如圖 所示。 綜合考慮火電廠鍋爐控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用基于 PLC 的火電廠鍋爐控制方案。 虛擬儀器與單片機(jī)相比，不僅省掉了單片機(jī)通信電路和轉(zhuǎn)換電路，控制精度較高、開(kāi)發(fā)周期短，而且采用 Labview 編程簡(jiǎn)單、 調(diào)試方便，采用虛擬儀器控制方法效率高、性能好，但是由于其編程語(yǔ)言是圖形化的，所以修改起來(lái)十分麻煩。 鍋爐可用率：統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)，鍋爐運(yùn)行的總小時(shí)數(shù)和鍋爐的總備用小時(shí)數(shù)之和 與統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)總小時(shí)數(shù)之比 [2]。 %1001 ?? rgl ? （ ） 2． 鍋爐的凈效率：除了鍋爐機(jī)組運(yùn)行消耗的能量之后的鍋爐效率 %1002 9 2 7 01 ???? ? ? pBbQzyrj? （ ） 3． 汽煤比：一噸煤燃燒所能產(chǎn)生的蒸汽量，由于不同鍋爐對(duì)蒸汽的質(zhì)量要求不一樣，所以不同鍋爐的汽煤比不具有可比性。 h。 圖 燃燒系統(tǒng)流程圖 送風(fēng)機(jī) 磨煤機(jī) 熱空氣 空氣預(yù) 熱器 煤斗 煤 輸煤皮帶 排粉風(fēng)機(jī) 煤粉 鍋爐 爐渣 沖灰水 除塵器 引風(fēng)機(jī) 灰渣泵 細(xì)灰 熱空氣 冷空氣 煙氣 經(jīng)煙囪排向大氣 至灰場(chǎng) 自輸煤系統(tǒng) 過(guò)熱蒸汽 除氧器 補(bǔ)給水 生水 低壓加熱器 高壓加熱器 排氣 凝結(jié)水 凝結(jié)水泵 汽輪機(jī) 發(fā)電機(jī) 過(guò)熱器 鍋爐 省煤器 鍋爐給水 給水泵 水處理 設(shè)備 循環(huán)水泵 冷卻水 凝汽器 (軟化 ) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 6 設(shè)計(jì)鍋爐控制系統(tǒng)必須考慮鍋爐的經(jīng)濟(jì)性和安全性 。燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)省煤器、空氣預(yù)熱器和再熱器后經(jīng)除塵器出去飛灰后，經(jīng)引風(fēng)機(jī)排放到大 氣中。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 5 汽水系統(tǒng)工作過(guò)程：給水經(jīng)軟化、除氧后進(jìn)入省煤器，不斷吸熱，溫度升高成為飽和水，經(jīng)過(guò)水冷 壁吸收爐子輻射出的熱量變成飽和蒸汽，飽和蒸汽經(jīng)汽包進(jìn)入到過(guò)熱器，變成具有一定工藝參數(shù)的過(guò)熱蒸汽，推 動(dòng)汽輪機(jī)做功， 如圖 所示。 燃燒過(guò)程必須具備以下條件： 1）高溫環(huán)境 2）煤粉和空氣良好混合 3）煙氣和灰渣的排放 傳熱過(guò)程一般有三種形式：輻射、輻射和對(duì)流、對(duì)流，主要以輻射為主。 從資源、功能和高效考慮，我們選擇室式燃煤蒸汽鍋爐作為火電廠熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備。 按容量大小可分為：小型鍋爐、中型鍋爐和大型鍋爐。層燃爐和沸騰爐的燃料只能是固體燃料。 按燃燒方式分為：沸騰爐、層燃爐和室式爐。 鍋爐的分類(lèi)方法很多一般按功能、燃燒方式、出口介質(zhì)壓力和容量大小進(jìn)行分類(lèi)。 安全附件包括溫度計(jì)、水位計(jì)、調(diào)節(jié)閥 和壓力表等。回旋式預(yù)熱器是煙氣將熱量傳遞給金屬，金屬再將熱量傳遞給空氣，管式預(yù)熱器是熱量直接由煙氣連續(xù)不斷地傳遞給空氣，煙氣和空氣各有各的通道。 由于自然通風(fēng)只能克服較小流動(dòng)阻力，而電廠鍋爐的流動(dòng)阻力很大，所以電廠鍋爐常采用機(jī)械通風(fēng)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 4 機(jī)械 通風(fēng)是利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生壓力，使煙氣和空氣在風(fēng)煙系統(tǒng)中流動(dòng)。 通風(fēng)方式：包括自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)。 爐膛：煤粉燃燒的燃燒室。分為旋流燃燒器和直流燃燒器。燃燒設(shè)備將煤粉和空氣按一定比例混合，保證煤粉穩(wěn)定、迅速著火與充分燃燒。 爐子是鍋爐的燃燒系統(tǒng)，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成汽包內(nèi)水分蒸發(fā)的熱能。 下降管作用：將汽包內(nèi)的水通過(guò)聯(lián)箱供給水冷壁。汽水系統(tǒng)由預(yù)熱設(shè)備（省煤器） 、汽化設(shè)備（由汽包、水冷壁、聯(lián)箱、下降管和連接管組成）和過(guò)熱設(shè) 備 （過(guò)熱器和再熱器）