【正文】 ................................................................................ 60 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 1 第一章 引 言 鍋爐的應(yīng)用及 研究背景 蒸汽鍋爐作為重要的動力設(shè)備是工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的。 關(guān)鍵詞 ：蒸汽鍋爐，汽包液位，變頻器，電氣控制 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） II Electric Steam Boiler Control System Design Abstract Steam boiler is oil, important power equipment in electric power, chemical industry, etc. In today39。過高的水位會使鍋爐鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽帶水增多，使汽包出口的蒸汽帶水量增加；而水 位過低可能導(dǎo)致鍋爐缺水，使得循環(huán)管局部過熱而爆裂。 鍋爐系統(tǒng)復(fù)雜而龐大，對其各個部分進行合理控制在實際應(yīng)用中具有極其重要的意 義，而汽包液位控制和鍋爐燃燒控制在鍋爐的整體控制中顯得尤為重要。內(nèi) 本科生畢業(yè)設(shè)計 說明書 題 目： 蒸汽鍋爐電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 王 學(xué) 號： 0 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自動化 指導(dǎo)教師： 師 I 蒸汽鍋爐電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 蒸汽鍋爐是石油、電力、化工等行業(yè)中重要的動力設(shè)備。當(dāng)今社會資源緊張，環(huán)境破壞日益嚴(yán)重，因此鍋爐作為將一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源的設(shè)備，在集中供熱過程中起著極其重要的作用，應(yīng)不斷提高對其的控制與管理水平，進而提高能源的利用率，減少對環(huán)境的破壞。本文對鍋爐汽包液位進行數(shù)字監(jiān)控和光柱式顯示，要保證鍋爐安全運行，其中很主要的一個因素是要保證汽包水位在一個合適的范圍內(nèi)。進而采用變頻器變頻調(diào)速控制和 工 頻控制 相互結(jié)合的電氣控制方式實現(xiàn)了鍋爐液位的自動控制。s society resources nervous, serious environmental damage, so the boiler as an energy can be converted to secondary energy equipment, in the central heating plays a vital role in the process, should constantly improve the control and management level, and improve energy utilization rate, reduce the damage to the environment. Complex and large boiler system, the parts were reasonable control is of great significance in the practical application, and the drum level control in boiler and boiler bustion control is particularly important in the control of the whole. Numbers in this paper, the boiler steam drum level monitoring and the lamp type, to ensure the safe operation of the boiler, and one is the main factors is to ensure that the steam drum water level in a suitable range. High water level of boiler in the boiler causes increase in the number of steam with water, increase the export of steam drum with water。我國蒸汽鍋爐應(yīng)用廣泛，每年消耗掉的煤超過億噸，節(jié)省資源消耗的有效途徑是提高蒸汽鍋爐的生產(chǎn)效率，并有助于改善環(huán)境。 鍋爐控制系統(tǒng)具有變量多、大慣性、大滯后性、非線性等特點，因此是一個龐大而復(fù)雜的系 統(tǒng)。 變頻器 的 應(yīng)用 變頻器是電機控制技術(shù)經(jīng)過 10 年發(fā)展推向市場的一種成熟產(chǎn)品 ,其結(jié)構(gòu)大多為交一直一交型的。 變頻調(diào)速的優(yōu)點 由于采用變頻 調(diào)速后，風(fēng)機、泵類負(fù)載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電率可達到 20%～60%，這是因為風(fēng)機水泵的耗用功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，當(dāng)用戶需要的平均流量較小時，風(fēng)機、水泵的轉(zhuǎn)速較低，其節(jié)能效果也是十分可觀的。由于這類負(fù)載很多，約占交流電動機總?cè)萘康?20%～30%，它們的節(jié)能就具有非常重要的意義。除此之外，原有調(diào)速方式耗能較大者（如繞線轉(zhuǎn)子電動機等），原有調(diào)速方式比較龐雜，效率較低者（如龍門刨床等），采用了 變頻調(diào)速后，節(jié)能效果也很明顯。只需要改變變頻器內(nèi)部逆變管的開關(guān)順序，即可實現(xiàn)輸出換相，也不存在因換相不當(dāng)而燒毀電動機的問題。加、減速時間可以任意設(shè)定，故加、減速時間比較平緩，起動電流較小，可以進行較高頻率的起停。除此之外，變頻器還具有直流制動功能，需要制動 時，變頻器給電動機加上一個直流電壓，進行制動，則無需另加制動控制電路。它可以提高奇特的產(chǎn)成品率，延長設(shè)備的正常工作周期和使用壽命，使操作和控制系統(tǒng)得以簡化，有的甚至可以改變原有的工藝規(guī)范，從而提高了整個設(shè)備控制水平。 蒸汽鍋爐的組成和工作過程 蒸汽 鍋爐的構(gòu)造 鍋爐有許多種類型，可以分為熱水鍋爐和蒸汽鍋爐兩種。雖然它們?nèi)紵龝r用的燃料不同，但是它們的工作原理是一樣的，蒸汽產(chǎn)生的過程是相同的。 圖 蒸汽鍋爐工藝流程簡圖 蒸汽鍋爐工藝流程如上圖所示，其中主要包括以下幾個重要組成部分： （ 1）汽包：汽包的組成包括三部分，它們是上鍋筒，下鍋筒和連接兩者的對流管束。此間，汽包的水位不能過高也不能太低，應(yīng)保持在一定高度范圍內(nèi)，以保證鍋爐的正常運行。這時候鼓風(fēng)機將燃燒時需要的空氣送入爐膛內(nèi)，提供燃燒時需要的氧氣。燃燒時產(chǎn)生的煙氣通過引風(fēng)機由煙囪排出。它是由 U形管組成，以增加補水管受熱面積，更好地實現(xiàn)能量交換。（電機功率75KW） （ 5）鼓風(fēng)機：鼓風(fēng)機將空氣送入爐膛內(nèi)，保證燃燒時需要的氧氣。這樣才能保證安全、有效的運行。 （ 8）爐排：使煤在爐膛內(nèi)有效燃燒的設(shè)備（電機功率 3KW）。這種溫度較低的水被高溫內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5 煙氣加熱后溫度升高到沸點后 沸騰，產(chǎn)生汽化水蒸氣?，F(xiàn)在就簡單介紹一下這幾個過程： （ 1）蒸汽鍋爐的燃燒過程 煤從上煤機的煤斗中落入爐排，通過轉(zhuǎn)動的爐排送入爐膛燃燒。B 燃燒階段：煤被加熱到足夠的溫度燃燒起來以后，轉(zhuǎn)動的爐排將煤繼續(xù)向爐膛深處傳送，這時要有足夠的氧氣供給煤 燃燒使用，這就需要鼓風(fēng)機不斷地向爐膛內(nèi)送入空氣。如果煤沒有完全燃燒，還有明火存在，說明應(yīng)該提高鼓風(fēng)機的送風(fēng)量。爐膛中的沸水管吸收高溫?zé)煔獾臒崃?，完成熱交換。 （ 3）蒸汽鍋爐的汽化過程 鍋爐汽包中的水被加熱沸騰汽化生成蒸汽的過程就是鍋爐的汽化過程，此過程又分為汽水分離 過程和水的循環(huán)過程。汽包內(nèi)還裝有汽水分離裝置，如若不加此裝置，產(chǎn)生的蒸汽會帶有一定的水，會影響生產(chǎn)需求。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 鍋爐控制的任務(wù)和特點 鍋爐控制的任務(wù) 蒸汽 鍋爐的功能是生產(chǎn)具有一定壓力、溫度參數(shù)的蒸汽，滿足外部對負(fù)荷的需求。而鍋爐是一多變量、多回路、多禍合的復(fù)雜系統(tǒng)，擾動源比較多，要保證提供合格的蒸汽以滿足負(fù)荷的要求，其工作過程中的各主要工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制，為此，鍋爐的主要控制任務(wù)為 : （ 1）保持鍋筒水位在規(guī)定的范圍內(nèi) （ 2） 保持爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍 （ 3） 穩(wěn)定蒸汽溫度、壓力和蒸發(fā)量 （ 4） 保持燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐的安全運行 完成上述的任務(wù)需要監(jiān)控五個主要的被調(diào)節(jié)量和四個調(diào)節(jié)量，具體如 下圖 所示 : 圖 鍋爐主要參量 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 給水 自動控制 給水控制的必要性 蒸汽 鍋爐 給水的基本任務(wù)是在各種負(fù)荷條件下，控制給 水量，使進入鍋爐的水量與送出的蒸汽在數(shù)量上保持平衡。對于 蒸汽 鍋爐，水位的高低對鍋爐的安全運行和生產(chǎn)工藝要求影響很大。 給水控制的難點 鍋爐運行時，要保持 鍋筒水位在規(guī)定的范圍內(nèi)，須不斷地往鍋筒內(nèi)補水。在 該 汽包水位的控制系統(tǒng)中，被控變量是汽包水位，操縱變量是給水量。水位過高、過低，都會給鍋爐及蒸汽用戶的安全操作帶來不利的影響。以此過熱蒸汽帶動汽輪機，則將因蒸汽帶液損壞氣輪機的葉片 ，造成運行的安全事故。所以，保持汽包水位在工藝允許的范圍內(nèi) 是鍋爐正常運行的重要指標(biāo) ！ 變頻器給水自動調(diào)節(jié) 鍋爐水位控制方案一般有單沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、雙沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和三沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)三種， 本文主要利用變頻器進行單沖量給水調(diào)節(jié)，在單 沖量給水內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 8 調(diào)節(jié)系統(tǒng)中， 變頻器 接受鍋筒水位 高低 信號， 根據(jù)汽包內(nèi)水位 的高低改變變頻器的輸出頻率，進而改變補水泵電機的功率 ， 達到保持水位在一定范圍內(nèi)。 鍋爐燃燒過程控制 控制任務(wù) 鍋爐的基本組成是“鍋”和“爐”兩大部分。作為鍋爐的燃燒設(shè)備一“爐”，其任務(wù)是針對不同燃料的燃燒特性，為其完全燃燒創(chuàng)造良好的條件，以求燃料將其熱量最大限度地釋放出來。所以，鍋爐的燃燒控制自動化多年來倍受重視 。 （ 2） 保證經(jīng)濟燃燒 為了得到最經(jīng)濟的燃燒工況，就要保持燃料量和送風(fēng)量之間有合適的比例，當(dāng)燃料量改變時，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使它與燃煤量相配合。爐膛負(fù)壓過小，爐灰和火苗從火孔和爐門等處外溢，會引起爐膛噴火等事故 。因此，必須嚴(yán)格保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在某一水平，這對燃燒工況、鍋爐房工作條件、爐子的維護和安全運行都是有利的，這也是保證鍋爐經(jīng)濟燃燒和安全性的重要指標(biāo)。 蒸汽壓力控制 蒸汽壓力是反映蒸汽供需關(guān)系平衡 與否的重要指標(biāo)，也是表征蒸汽的重要參數(shù)。汽壓偏低，說明供需關(guān)系不平衡，設(shè)備消耗的蒸汽量大于現(xiàn)有的產(chǎn)汽量，難以維持長期穩(wěn)定的運行。 調(diào) 節(jié)爐排的轉(zhuǎn)速。當(dāng)然，給煤量必須與鼓風(fēng)量配合，一定給煤量對應(yīng)最佳鼓風(fēng)量，鼓風(fēng)量小，燃燒不完全，鼓風(fēng)量大帶走過多熱量。 經(jīng)濟燃燒 鍋爐的燃燒涉及到很多變量，如空氣過剩系數(shù)、煙氣含氧量、風(fēng)煤比， 要使鍋爐實現(xiàn)經(jīng)濟燃燒，必須綜合考慮各種相關(guān)因素，并進行合理控制。國內(nèi)的相關(guān)控制大多仍基于傳統(tǒng)的控制策略，如 PD 控制、比值控制、串級控制、前饋控制等，在此基礎(chǔ)上加進一些優(yōu)化技術(shù)，如 PD 控制器參數(shù)自整定、自適應(yīng)控制、模糊控制等，最終的目的都是為了實現(xiàn)鍋爐燃燒的在線優(yōu)化，以實現(xiàn)經(jīng)濟燃燒。根據(jù)運行經(jīng)驗，合理使用二次風(fēng)能使鍋爐的熱效率提高 3 一 %5 左右。在這里，爐膛負(fù)壓作為被控對象，引風(fēng)量作為控制對象，當(dāng)然這是在鼓風(fēng)量一定的前提下說的。 連鎖控制 在鍋爐控制中，為保證鍋爐安全運行，在某一機構(gòu)發(fā)生故障時，要有即時報警和相關(guān)保護，并觸發(fā)與之關(guān)聯(lián)的設(shè)備實現(xiàn)自動連鎖。啟動時，只有引風(fēng)機運行起來后才開鼓風(fēng)機。 （ 3）爐排電機 要求當(dāng)鼓風(fēng)電機 或引風(fēng)電機發(fā)生故障時，爐排電機立即停止運行。 （ 4）補 水泵 要求鍋筒水位超出上 限時， 補水泵自動停止；鍋爐水位低于下限時，補水泵變頻器增大頻率使水泵電機轉(zhuǎn)速增加，補水量加大，使汽包內(nèi)的水位盡快達到工藝要求的水位。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 11 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的組成 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)由 汽包水位控制系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓、溫度控制系統(tǒng)。在整個鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中，蒸汽壓力的變化表示鍋爐蒸汽的產(chǎn)生量與負(fù)荷的耗汽量不相適應(yīng)，因此必須相應(yīng)的而改變?nèi)剂系墓?yīng)量，以改變鍋爐蒸汽的產(chǎn)量。同時，當(dāng)送風(fēng)量改變時，也應(yīng)該相應(yīng)的改變引風(fēng)量，從而使得爐膛壓力保持在 左右。 汽包水位控制系統(tǒng) 汽包水位是鍋爐運行的主要 指標(biāo)，是一個非常重要的被控變量，維持水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運行的首要條件，這是因為： （ 1）水位過高會影響汽包內(nèi)汽水分離，飽和水蒸汽帶水過多，同時過熱蒸汽溫度急劇下降。 （ 2） 水位過低，說明汽包內(nèi)的水量較少，而當(dāng)負(fù)荷很大時，水的汽化速度加快，則汽包內(nèi)的水位變化速度亦隨之加快，如不及時調(diào)節(jié)，就會使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致爐管燒壞，甚至引起爆炸。 隨著鍋爐容量增大和參數(shù)提高，汽包容積相對縮小，而鍋爐蒸發(fā) 受熱面的熱負(fù)荷顯著提高，加快了負(fù)荷變化時的速度，因而對給水控制提出了更高的要求。爐內(nèi)燃燒工況一旦發(fā)生變化，爐膛壓力將迅速發(fā)生相應(yīng)的變化。因此，監(jiān)視和控制爐膛壓力，對于保證爐內(nèi)燃燒工況的穩(wěn)定具有及其重要的意義。反之， 若爐膛壓力偏正，則爐膛內(nèi)的高溫火焰就有可能外噴，不但影響環(huán)境衛(wèi)生還將造成設(shè)備損壞或引起人身事故。為了使?fàn)t內(nèi)燃燒連續(xù)進行，必須不間斷的向爐膛供給燃料燃燒所需的空氣，并將燃燒后產(chǎn)生的煙氣及時排走。若上述平衡遭到破壞，則爐膛負(fù)壓就要發(fā)生變化。 運行中即使