【正文】 方面的缺口，這是一迫切的任務(wù)。此外，是鍋爐能因地制宜的有效地燃用地方燃料，并為滿足環(huán)境保護(hù)的要求而努力解決煙塵污染問(wèn)題，以提高操作管理水平，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保證鍋爐額定輸出及運(yùn)行效率，安全可靠的供熱等課題，所以我們 需要研制鍋爐燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng) ，設(shè)計(jì)出一整套比較合理的鍋爐運(yùn)行設(shè)備。 第 1章 TC 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 我國(guó) 循環(huán)流化床鍋爐 的 發(fā)展 現(xiàn)狀 循環(huán)流化床鍋爐是近十幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高效、低污染清潔燃燒技術(shù)。我國(guó)是產(chǎn)煤大國(guó)，也是用煤大國(guó)，一次能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占 70％左右，優(yōu)中質(zhì)煤、劣質(zhì)煤均豐富。優(yōu)質(zhì)煤集中在華北、西北，劣質(zhì)煤多分布在中南、西南地區(qū)。與此同時(shí)，因煤燃燒每年有 87％的 SO2 和 67％ NOX 排入大氣，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。 關(guān)于 鍋爐 自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 八十年代初從美國(guó)成套引進(jìn)大容量電站鍋爐控制設(shè)備之前，我國(guó)的電站控制水平是非常低的，控制設(shè)備基本上是以 DDZⅠ、 DDZⅡ和 DDZⅢ型等電動(dòng)單元組合式儀表及繼電器實(shí)現(xiàn)的保護(hù)邏輯為主。 八十年代初，作為國(guó)家十二項(xiàng)重大建設(shè)工程項(xiàng)目之一的 300MW、 600MW 火電站項(xiàng)目開(kāi)始啟動(dòng)，要求其控制系統(tǒng)由具有監(jiān)控計(jì)算功能的計(jì)算機(jī)和能根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)峰的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成，它的綜合技術(shù)水平應(yīng)相當(dāng)于當(dāng)時(shí)美國(guó)同類型電廠的實(shí)際裝備水平。在 當(dāng)時(shí)的國(guó)務(wù)院重大辦的領(lǐng)導(dǎo)下，在中央領(lǐng)導(dǎo)同志的直接關(guān)懷下，參加單位本著學(xué)習(xí)、引進(jìn)、消化、吸收，最終實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的原則開(kāi)始了各方面工作。引進(jìn)技術(shù)的第一套 300MW、 600MW 鍋爐控制系統(tǒng)分別配套在山東石橫發(fā)電廠和安徽淮南平圩發(fā)電廠的１＃機(jī)組上。在硬件方面， CCS 選用的是美國(guó)FOXBORO 公司的 SPEC200 組件式儀表， FSSS 選用的是美國(guó) CE 公司的雙列直 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 插式 CMOS 集成電路構(gòu)成的邏輯組件，吹灰控選用了美國(guó) CV公司的以 INTEL8085單板機(jī)為中心的控制系統(tǒng)，爐膛火焰和汽包水位 TV 都是美國(guó) DIAMOND 公司的產(chǎn)品。 近二十年來(lái)，電子技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，分散型控制系統(tǒng)（ DCS）以它強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和良好的性能價(jià)格比正在逐漸壟斷大型過(guò)程控制系統(tǒng)的市場(chǎng) 。在國(guó)外，美國(guó)、日本以及歐洲一些國(guó)家的幾十個(gè)儀表或計(jì)算機(jī)公司在生產(chǎn) DCS，并已成功地應(yīng)用在包括電力行業(yè)在內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。從近年來(lái)建設(shè)的一些大型火電廠項(xiàng)目來(lái)看， DCS 大有集 CCS、FSSS、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（ DAS）、輔機(jī)程序控制系統(tǒng)（ SCS）和汽輪機(jī)數(shù) 字電液控制系統(tǒng)（ DEH）五大控制系統(tǒng)于一身的趨勢(shì)。因此，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 成本低， 可靠性高等特點(diǎn)。 本系統(tǒng)利用變頻器實(shí)現(xiàn)鼓、引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速，避免看火工調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板以滿足風(fēng)量要求，節(jié)約了電能， 降低看火工的勞動(dòng)強(qiáng)度；利用 PLC 實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制變頻器的頻率給定，避免遠(yuǎn)距離使用電位器易受干擾的缺點(diǎn)，同時(shí)數(shù)字顯示變頻器的輸出頻率。流化過(guò)程用于燃料燃燒，即為流化燃燒，其爐子稱為流化床鍋爐。被煙氣攜帶排出爐膛的細(xì)小固體顆粒，經(jīng)分離器分離后，再送回爐內(nèi)循環(huán)燃燒。第二部分為對(duì)流煙道，布置有 過(guò)熱器、再熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等，與其它常規(guī)鍋爐相近。由氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過(guò)返料裝置送回爐膛。二次風(fēng)從燃燒室中下部補(bǔ)入，以提供進(jìn)一步燃盡所需的空氣。 燃燒室出口裝有 4 組高溫分離器，用于分離煙氣與未燃盡的粗顆粒。調(diào)節(jié)裝有中溫過(guò)熱器的回料錐形閥， 用于調(diào)節(jié)鍋爐料床溫度。煙氣經(jīng)除塵器，由吸風(fēng)機(jī)送入煙囪后，排入大氣。同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)灰渣的排放量，來(lái)控制鍋爐 料床的高度，滿足運(yùn)行的安全，經(jīng)濟(jì)性要求。顯然，燃料在爐膛內(nèi)燃燒的時(shí)間延長(zhǎng)了。這樣的溫度遠(yuǎn)低于普通煤粉爐中的溫度水平，并低于一般煤的灰熔點(diǎn)，這就免去了灰熔化帶 來(lái)的種種煩惱。從燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度看，循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的燃燒反應(yīng)控制在動(dòng)力燃燒區(qū) (或過(guò)渡區(qū) )內(nèi)。循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)燃料的燃盡度很高，通常，性能良好的循環(huán)流化床鍋 爐燃燒效率可達(dá) 95～ 99％以上。同時(shí)在爐膛內(nèi)部因壁面效應(yīng)還存在著內(nèi)循環(huán)，因此循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的物料參與了外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種循環(huán)運(yùn)動(dòng)。 圖 固體物 料流態(tài)化循環(huán)過(guò) (3)高強(qiáng)度的熱量、質(zhì)量和動(dòng)量傳遞過(guò)程 在循環(huán)流化床鍋爐中，大量的固體物料在強(qiáng)烈湍流下通過(guò)爐膛，通過(guò)人為操作可改變物料循環(huán)量，并可改變爐內(nèi)物料的分布規(guī)律，以適應(yīng)不同的燃燒工況。 .3 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點(diǎn) (1)燃料適應(yīng)性廣 這是循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點(diǎn)之一。因此，加到床中的新鮮煤顆粒被相當(dāng)于一個(gè) “大蓄熱池”的灼熱灰渣顆粒所包圍。在這個(gè)加熱過(guò)程中，所吸收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾，因而對(duì)床層溫度影響很小，而煤顆粒的燃燒，又釋放出熱量，從而能使床層保持一定的溫度水平，這也是流化床一般著火沒(méi)有困難，并且煤種適應(yīng)性很廣的原因所在。循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率高是因?yàn)橛邢率鎏攸c(diǎn)：氣固混合良好； 燃燒速率高，其次是飛灰的再循環(huán)燃燒。這樣循環(huán)流化床燃燒與鼓泡流化床燃燒相比脫硫性能大大改善。而鼓泡流化床鍋爐，脫硫效率要達(dá)到 85～90％ ，鈣硫比要達(dá)到 3～ 4，鈣的消耗量大一倍。 (4)氮氧化物（ NOX）排放低 氮氧化物排放低是循環(huán)流化床鍋爐另一個(gè)非常吸引人的特點(diǎn)。循環(huán)流化床鍋爐 NOX 排放低是由于以下兩個(gè)原因：一是低溫燃燒，此時(shí)空氣中的氮一般不會(huì)生成 NOX ；二是分段燃燒，抑制燃料中的氮轉(zhuǎn)化為 NOX ，并使部分已生成的 NOX 得到還原。其截面熱負(fù)荷約為 ～ ，接近或高于煤粉爐。 (6)負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，負(fù)荷調(diào)節(jié)快 當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，只需調(diào)節(jié)給煤量、空氣量和物料循環(huán)量，不 必像鼓泡流化床鍋爐那樣采用分床壓火技術(shù)。一般而言，循環(huán)流化床鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)比可達(dá)（ 3～ 4）： 1。 (7)易于實(shí)現(xiàn)灰渣綜合利用 循環(huán)流化床燃燒過(guò)程屬于低溫燃燒，同時(shí)爐內(nèi)優(yōu)良的燃盡條件使得鍋爐的灰渣含炭量低（含炭量小于 1％ ），屬于低溫?zé)福子趯?shí)現(xiàn)灰渣的綜合利用，如作為水泥摻和料或做建筑材料。 (8)床內(nèi)不布置埋管受熱面 循環(huán)流化床鍋爐的床內(nèi)不布置埋管受熱面，因而不存在鼓泡流化床鍋爐的埋管受熱面易磨損的問(wèn)題。 (9)燃料預(yù)處理系統(tǒng)簡(jiǎn)單 循環(huán)流化床鍋爐的給煤粒度一般小于 13mm，因此與煤粉鍋爐相比，燃料的制備破碎系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。既有利于燃燒，也簡(jiǎn)化了給煤系統(tǒng)。 方案一：采用單片機(jī)進(jìn)行控制。單片機(jī)是以工業(yè)測(cè)控對(duì)象、環(huán)境、接口特點(diǎn)出發(fā)向著增強(qiáng)控制功能，提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性方向發(fā)展。近年來(lái)，單片機(jī)的使用壽命在延長(zhǎng)，運(yùn)行速度也在加快，噪聲在降低，可靠性技術(shù)在加強(qiáng) 。 方案 二 ：采用 PLC 進(jìn)行控制。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。 PLC廠家都生產(chǎn)配套的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 通過(guò)比較，此系統(tǒng)采用 PLC 進(jìn)行控制。用 PLC 實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入 /輸出變換，并將這個(gè)變換給以物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。 傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)是全速運(yùn)行，即不論生產(chǎn)工藝的需求量大小，該風(fēng)機(jī)都提供給固定數(shù)值的風(fēng)量，而生產(chǎn)工藝要求對(duì)爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量及溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)時(shí)，采用的方法是利用調(diào)節(jié)風(fēng)門的大小來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，這就使得能量在風(fēng)門節(jié)流中消耗很大。并且，由于風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期在額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行 ，電動(dòng)機(jī)組軸承容易損壞，維修量和維修費(fèi)用較大。 使用變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn) : 實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的平滑輪起動(dòng)、停止 ,降低起動(dòng)電流 ,減少機(jī)械沖擊給設(shè)備帶來(lái)的影響 ,提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性 、穩(wěn)定性 、安全性 ，對(duì)局部電網(wǎng)減少了沖擊 ,保證電力供應(yīng)的安全性 ；根據(jù)工藝要求的風(fēng)量 ，通過(guò)檢測(cè)元件 、調(diào)節(jié)器和變頻器 ,閉環(huán)控制風(fēng)機(jī)頻率 ， 實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速 ， 極大地滿足工藝 ，提高產(chǎn)品質(zhì)量； 不再使用風(fēng)門、旁通等調(diào)節(jié)設(shè)備 ， 使風(fēng)機(jī)工作在最佳工作點(diǎn)上 ，使風(fēng)機(jī)效率達(dá)到理想狀態(tài)； 變速運(yùn)行下的風(fēng)機(jī)不僅降低 了噪音 ， ,同時(shí)減少了機(jī)械磨損 ， 延長(zhǎng)了電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命 ， 降低 了維修成本和時(shí)間； 特別值得一提的是節(jié)能效果顯著。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷增大，作為動(dòng)力和熱源的鍋爐，也向著大容量、高參數(shù)、高效率的方向發(fā)展。鍋爐控制系統(tǒng)可以分為汽包水位控制系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)。燃燒控制系統(tǒng)又包括 :蒸汽壓力控制系統(tǒng)、 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)燃燒控制系統(tǒng)。 其中燃燒控制是保證經(jīng)濟(jì)燃燒和安全燃燒的一大關(guān)鍵問(wèn)題，在鍋爐燃燒系統(tǒng)中，希望燃料與空氣成一定的比例，然而燃料的使用量取決于蒸汽量（負(fù)荷）的需要，通常用蒸汽的壓力來(lái)反映。反之在降低時(shí)，應(yīng)先降低燃料量后減少空氣量，以保證空氣的完全燃燒。引風(fēng)電機(jī)速度隨著爐膛負(fù)壓值的變化而變化。 由于 傳統(tǒng) 鍋爐為非節(jié)能型燃燒方式，控制風(fēng)量靠人工操作風(fēng)道擋板，蒸汽壓力單靠人工控制燃燒不好。使用變頻器可根據(jù)生產(chǎn)需求任意調(diào)整電機(jī)速度 ， 使輸出風(fēng)量可以調(diào)節(jié)，提高生產(chǎn)工效并且節(jié)能降耗。通常根據(jù)主蒸汽壓力的變化控制給煤量并控制爐排轉(zhuǎn)速來(lái)控制煤在爐膛中的燃燒時(shí)間，當(dāng)給煤量變化時(shí)，要相應(yīng)地改變一次風(fēng)和二次風(fēng)，使不完全燃燒損失和排煙損失之和為最小，即鍋爐燃燒效率為最高?？捎珊趿縼?lái)判斷燃燒工況是否處于最佳狀態(tài)。另外可按智能控制和專家控制的方法自動(dòng)尋找最佳的燃燒工況。 調(diào)節(jié)裝有中溫過(guò)熱器的回料錐形閥，則用于調(diào)節(jié)鍋爐料床溫度，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)灰渣的排放量，來(lái)控制鍋爐料床的高度，滿足運(yùn)行的安全，經(jīng)濟(jì)性要求。 PLC 輸出信號(hào)給執(zhí)行器件，通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)度、和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)整個(gè)燃燒過(guò)程進(jìn)行控制。 循環(huán)流化床鍋爐 需要檢測(cè)的熱工參數(shù)： 1. 床溫 床溫 是指燃燒密相區(qū)內(nèi)流化物料的溫度。 床溫 的測(cè)定一般采用不銹鋼套管熱電偶作一次元件，布置在距布風(fēng)板 200500mm 左右燃燒室密相層中，插入爐墻深度 1525mm，數(shù)量不得少于 2 只。必須嚴(yán)格控制料層溫度最高不能超過(guò) 970℃ ，最低不應(yīng)低于 800℃ 。 2. 料層差壓 料層差壓是一個(gè)反映燃燒室 床高 的參數(shù)。 床高 越大，測(cè)得的差壓值亦越高。一般來(lái)說(shuō)，料層差壓應(yīng)控制在 70009000Pa 之間。用戶在使用過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)所燃用煤種設(shè)定一個(gè)料層差壓的上限和下限作為排放底料開(kāi)始和終止的基準(zhǔn)點(diǎn)。 另一方面，返料量的多少與鍋爐分離裝置的分離效率有著直接的關(guān)系，也就是說(shuō)，分離器的分離效率越高，分離出的煙氣中的灰量就越大，從而鍋爐對(duì)負(fù)荷的調(diào)節(jié)富裕量就越大，操作運(yùn)行相對(duì)就容易一些。對(duì)風(fēng)量的調(diào)整原則是在一次風(fēng)量滿足流化的前提下，相應(yīng)地調(diào)整二次風(fēng)。對(duì)二次風(fēng)量的調(diào)整主要是依據(jù)煙氣中的含氧量多少，通常以過(guò)熱器后的氧量為準(zhǔn)，一般控制在 35%左右，如含氧量過(guò)高 ，說(shuō)明風(fēng)量過(guò)大，會(huì)增加鍋爐的排煙熱損失；如過(guò)小 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 又會(huì)引起燃燒不完全，增加化學(xué)不完全燃燒損失和機(jī)械不完全燃燒損失。 爐膛負(fù)壓是反映燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)，是運(yùn)行中要控制和監(jiān)視的重要參數(shù)之一。當(dāng)鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障或異常時(shí)，最先將在爐膛負(fù)壓上反映出來(lái)，而后才是火檢 、火焰等的變化，其次才是蒸汽參數(shù)的變化。所謂爐膛負(fù)壓：即指爐膛頂部的煙氣壓力。負(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增加，排煙損失增加，引風(fēng)機(jī)電耗增加。 當(dāng)已知檢測(cè)信號(hào)的情況下，鍋爐的控制任務(wù)是 :在用戶蒸汽機(jī)需要的情況下，PLC 控制輸煤量、鼓風(fēng)量與引風(fēng)量， 達(dá)到 蒸汽壓力穩(wěn)定，爐膛負(fù)壓穩(wěn)定，煙氣穩(wěn)定，使燃料能量最充分地燃燒，以取得最大的熱效率 。典型的小型機(jī)有 SIEMENS公司的 S7200系列、 OMRON公司的 CPM2A系列、 MITSUBISHI公司的 FX 系列和 AB 公司的 SLC500 系列等整體式 PLC 產(chǎn)品。典型的大型 PLC 有 SIEMENS 公司的 S7400 系列、OMRON 公司的 CVM1 和 CS1 系列、 Ab 公司的 SLC5/05 等系列產(chǎn)品。整體式結(jié)構(gòu)餓特點(diǎn)是將 PLC 的基本部件，如 CPU 板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊地安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成 PLC 的一個(gè)基本單元（主機(jī)）或擴(kuò)展單元。整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 體積小，成本低，安裝方便。各模塊的功能是獨(dú)立的，外型尺寸是統(tǒng)一的，可根據(jù)需要靈活配置。但是模塊式 PLC 的硬件組態(tài)方便靈活， I/O 點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出死諳熟的比例、 I/O 模塊使用等方面的選擇余地都比整體式 PLC 大的多，維修時(shí)更換模塊、判斷故障范圍也方便，因此比較復(fù)雜的、要求比較高的系統(tǒng)一般采用模塊式 PLC。 一般的 PLC 廠商都提供具有模擬量采集、處理過(guò)程和開(kāi)關(guān)量輸入 /輸出功能的不同型號(hào)和規(guī)格的產(chǎn)品，所以選擇的范圍很廣泛。 S7300 與 S7400 系列 PLC 有多種性能級(jí)別的 CPU，適用于很多工業(yè)控制，但是由于 S7200 系列應(yīng)用比較廣泛，編程也比較簡(jiǎn)單，能被大多數(shù)人所接受，并且功能很完善，所以本系統(tǒng)采用 S7200 系列 PLC。 S7200 具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令、豐富的 CPU 類型和電壓等級(jí)，使其可以近乎完美地滿足小