【正文】 輔助設備組成，鍋爐的本體包括汽鍋、爐子和安全附件。汽水系統由預熱設備（省煤器）、汽化設備（由汽包、水冷壁、聯箱、下降管和連接管組成）和過熱設備（過熱器和再熱器）組成。下降管作用：將汽包內的水通過聯箱供給水冷壁。爐子是鍋爐的燃燒系統，將燃料的化學能轉換成汽包內水分蒸發(fā)的熱能。燃燒設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。分為旋流燃燒器和直流燃燒器。爐膛：煤粉燃燒的燃燒室。通風方式：包括自然通風和機械通風。機械通風是利用風機產生壓力，使煙氣和空氣在風煙系統中流動。由于自然通風只能克服較小流動阻力，而電廠鍋爐的流動阻力很大，所以電廠鍋爐常采用機械通風。回旋式預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。安全附件包括溫度計、水位計、調節(jié)閥和壓力表等。鍋爐的分類方法很多一般按功能、燃燒方式、出口介質壓力和容量大小進行分類。按燃燒方式分為：沸騰爐、層燃爐和室式爐。層燃爐和沸騰爐的燃料只能是固體燃料。按容量大小可分為：小型鍋爐、中型鍋爐和大型鍋爐。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換設備。燃燒過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程一般有三種形式：輻射、輻射和對流、對流，主要以輻射為主。汽水系統工作過程：給水經軟化、除氧后進入省煤器，不斷吸熱，溫度升高成為飽和水，經過水冷壁吸收爐子輻射出的熱量變成飽和蒸汽，飽和蒸汽經汽包進入到過熱器，變成具有一定工藝參數的過熱蒸汽，推動汽輪機做功。燃燒產生的高溫煙氣經省煤器、空氣預熱器和再熱器后經除塵器出去飛灰后，經引風機排放到大氣中。送風機磨煤機熱空氣空氣預熱器煤斗煤輸煤皮帶排粉風機煤粉鍋爐爐渣沖灰水除塵器引風機灰渣泵細灰熱空氣冷空氣煙氣經煙囪排向大氣至灰場自輸煤系統設計鍋爐控制系統必須考慮鍋爐的經濟性和安全性。h。 （）2． 鍋爐的凈效率：除了鍋爐機組運行消耗的能量之后的鍋爐效率 （）3． 汽煤比：一噸煤燃燒所能產生的蒸汽量，由于不同鍋爐對蒸汽的質量要求不一樣，所以不同鍋爐的汽煤比不具有可比性。鍋爐可用率：統計期間內，鍋爐運行的總小時數和鍋爐的總備用小時數之和與統計期間內總小時數之比[2]。虛擬儀器與單片機相比，不僅省掉了單片機通信電路和轉換電路，控制精度較高、開發(fā)周期短，而且采用Labview編程簡單、調試方便，采用虛擬儀器控制方法效率高、性能好，但是由于其編程語言是圖形化的，所以修改起來十分麻煩。綜合考慮火電廠鍋爐控制系統的特點，本設計采用基于PLC的火電廠鍋爐控制方案。鍋爐控制過程主要包括爐膛溫度控制、汽包水位控制、爐膛壓力控制、過熱器溫度控制。燃燒控制系統：包括爐膛溫度控制系統和爐壓控制系統，空氣流量和煤粉流量按一定比例混合燃燒，保證爐膛溫度和蒸汽負荷要求，同時使引風量和送風量相適應，維持爐壓在控制要求范圍內，保證系統燃燒經濟性和安全性。由于爐溫控制過程具有大慣性、多擾動和非線性的特點，本設計采用爐溫和煤粉串級控制的方案，實現對爐溫的控制。該系統以爐膛溫度控制和煤粉流量控制構成串級回路，其中的溫度控制為主環(huán)，煤粉流量控制為副環(huán)，爐膛實際測得的溫度作為反饋信號與設定值進行較得出偏差，溫度調節(jié)器根據偏差信號對煤粉流量進行控制，這樣外環(huán)溫控回路根據爐溫進行調節(jié)，內環(huán)可以快速相應溫度變化，實現對爐溫的精確控制。而汽包液位過低輕則影響汽、水平衡，重則會出現干鍋現象，有可能導致鍋爐爆炸。蒸汽用量突然加大時，蒸汽壓力會瞬間下降，水沸騰加劇，汽包水的表面和底部汽泡量會迅速增加，由于汽包的體積比水的體積大很多倍，會出現汽包水位升高的假象。反之，當蒸汽用量突然減少時，會出現水位下降的假象，而液位控制器分辨不清真、假現象，錯位地進行開大給水閥門，影響鍋爐正常的運行。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輔助沖量，實際上就是一個前饋加反饋的三沖量串級控制系統。當蒸汽流量不變給水流量發(fā)生較大的波動時，給水流量作為反饋值通過副調節(jié)器控制給水調節(jié)閥，直至恢復到需要的數值為止[5]。本系統中控制器要使液位穩(wěn)定在設定值上，當出現干擾時不允許有余差，故采用比例積分控制規(guī)律。鍋爐過熱器出口的蒸汽溫度是火電廠熱工控制中主要控制參數之一，直接關系到系統運行的安全性和經濟性，一般來說對過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過熱器表面的煙氣溫度等等。過熱蒸汽溫度過高，會燒壞過熱器水管，影響負荷設備如汽輪的正常工作和安全，氣溫過低會影響負荷設備的使用，例如蒸汽溫度每降低5℃，熱機效率就會下降1%，因此無論是從安全還是技術經濟指標上看，必須保證過熱器溫度在規(guī)定的范圍之內，危機控制系統一般將氣溫控制在偏離額定值的5%之內[7]。由于第一種方法經濟性不如后者，我們采用第二種方法。從控制角度來講減溫設備安裝在過熱器后面比較合理，但是從設備安全角度減溫器應該安裝在過熱器的前面，從上述矛盾出發(fā)，我們將減溫器安裝在過熱器上部，更為合理有效地對過熱器出口蒸汽溫度進行控制。其中鼓風量作為前饋信號，使引風量隨鼓風量變化，保持爐壓在工藝允許的范圍內[8]。前饋反饋控制系統的優(yōu)點：1．對被調參數影響顯著的主要干擾由前饋進行補償，而其余次要干擾可依靠反饋來克服，從而保證被調參數最終等于給定值。3． 負荷或工況變化時，模型特性也要發(fā)生變化，可由反饋控制加以補償，因此具有一定的自適應能力。檢測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、成分的變化轉換成相應的電信號傳送給變送器，變送器將電信號再轉換為標準信號并輸出。接觸式檢測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。而非接觸式檢測儀表具有較高的測溫上限、熱慣性小、適用于溫度快速變化的檢測，但是測量易受距離、煙塵等外界因素的影響，所以存在較大的測量誤差。用熱電偶測溫一定要注意補償導線的類型及與熱電偶配套的連線和極性，而且要進行冷端溫度補償。流量檢測一般有體積流量檢測和質量流量檢測兩種方法，體積流量檢測包括容積法和速度法，容積法是用單位時間內排出流動介質的固定容積數來計算流量。基于這種檢測方法的儀表有旋轉活塞式流量計、橢圓齒輪流量計?；谶@種檢測方法的儀表有差壓式流量計、轉子式流量計和超聲波式流量計等。由于差壓式流量計運行可靠、結構簡單而且還可與差壓式變送器配合使用，適用于多種流動介質的測量，所以設計中我們使用差壓式流量計測量煤粉流量和空氣流量。差壓式流量計的檢測原理是：當流動介質經過節(jié)流裝置，在節(jié)流裝置前后會產生壓力差，通過壓力差可得被測介質的流量。由于三者的結構不同，導致他們的性價比不同，孔板的壓力損失和成本都很大，但是精度很高，所以選擇孔板做節(jié)流裝置。為了使變送器輸出的電信號與流量成正比例關系，必須加一個開方器[9]。本設計對于鍋爐汽包液位的檢測主要介紹以下3種汽包水位測量儀表。（2）差壓水位計：將變動水位與恒定水位的差壓值轉換成水位值，再通過差壓變送器轉換成連續(xù)的電信號。差壓式流量計一般適用于運行穩(wěn)定的液位控制系統運行過程中液位出現較大變化時，誤差會很大。它克服了汽包的壓力的變化對測量的影響，一般用于鍋爐的啟停和參數變化過程中。但是它的測量是斷續(xù)的，因此就要求選擇合適的水位容器以減小誤差。差壓式水位計適用于系統穩(wěn)定運行時參數的顯示，電極式水位計一般應用在鍋爐變參數運行過程中，精度很高。4．給水流量和蒸汽流量測量元件流量傳感器在本設計中用于給水流量和蒸汽流量的測量，這兩個信號直接影響控制質量，因此選擇合理的流量傳感器十分有必要的。根據要求我們選擇LUGB99型渦街流量計，它是一種新型振動式流量計，具有壓損小、準確度高、性能穩(wěn)定、測量范圍廣等優(yōu)點，主要應用于管道中蒸汽、汽體和液體介質流量的測量。%；若是蒸汽，則精度可達指示值177。LUGB99型流量計不僅可以檢測液體流量還可以檢測蒸汽流量，所以在本設計中我們也選擇它對蒸汽流量進行檢測。5．壓力測量元件壓力檢測的方法有液柱式壓力檢測、彈性式壓力檢測、電氣式壓力檢測和活塞式壓力檢測，由于電氣式壓力檢測動態(tài)響應好，測量范圍大、便于信號遠距離傳輸，所以本設計選擇電氣式壓力檢測。常見的電氣式壓力檢測儀表有壓電式壓力檢測儀表和電阻式壓力檢測儀表。1．執(zhí)行器的選型執(zhí)行器的作用是接收控制器輸出的信號，并把它轉換成相應的角位移或直線位移，控制閥門的開度。執(zhí)行機構包括液動執(zhí)行機構、電動執(zhí)行機構和氣動執(zhí)行機構。由于氣動執(zhí)行器同其他兩類執(zhí)行器相比，不僅價格低、維護方便、結構簡單、可靠，而且具有很高的安全性能，本設計采用氣動執(zhí)行機構。調節(jié)機構在執(zhí)行機構輸出力矩作用下，阻力系數發(fā)生改變，從而改變被控介質流量，達到調節(jié)工藝變量的目標。煙道百葉窗擋板一般應用在低差壓、大口徑、有懸浮物、大流量的場合，本設計采用煙道百葉窗作為控制爐膛壓力的煙氣調節(jié)閥。2．氣開、氣閉形式的選擇由于執(zhí)行器的調節(jié)機構有正裝、反裝兩種形式，執(zhí)行機構有正和反兩種作用方式，通過四種組合方式可以實現執(zhí)行器氣開和氣關調節(jié)。相反，氣開式執(zhí)行器在沒有壓力信號時，閥門關閉，閥門開度隨氣壓信號的增大而增大。對于爐膛而言，當信號中斷時，應該保證煤粉和空氣閥門全部關閉，使鍋爐不會因高溫而發(fā)生事故，所以煤粉和空氣選擇氣開式執(zhí)行器。1．調節(jié)器控制規(guī)律的選擇調節(jié)器將測量變送器采集的測量值與給定值進行比較得出偏差進行比例、微分和積分運算，輸出標準信號，控制執(zhí)行器動作，實現對爐溫、汽包水位、爐壓和過熱器出口蒸汽溫度的控制。具有及時迅速，存在余差等特點。當KI→∞時，控制器輸出為比例積分調節(jié)： （）積分調節(jié)能夠消除余差，但動作緩慢，所以一般不單獨使用，PI調節(jié)控制速度得到提高?？刂埔?guī)律選擇的一般原則：（1）廣義控制通道時間較長時需要引入微分調節(jié)。如果負荷變化大，不宜采用PID調節(jié)。不允許有穩(wěn)態(tài)誤差時選用PI調節(jié)。2．正、反作用方式的判斷根據控制回路負反饋原則，各部分增益的乘積必須為“+”，爐膛溫度控制系統中，調節(jié)閥采用氣開式，所以Kv為“+”；煤粉和空氣閥門開大，爐膛溫度升高，所以Ko為“+”；變送器Km為“+”，所以Kp為“+”，即調節(jié)器需采用反作用調節(jié)方式。爐壓調節(jié)器采用反作用調節(jié)方式，過熱器出口蒸汽溫度調節(jié)器采用反作用調節(jié)方式。在控制過程中完成對被控參數（爐膛溫度、汽包液位、過熱器出口蒸汽溫度、爐膛壓力）的采集、處理和控制。另外在EM235擴展模塊中，D/A和A/D轉換器位數都是12位，模擬量的輸出和輸入有很多種量程，如0～20mA，0～10V，0～100mV，0～5V，等等，并且有0～10D/A和A/D轉換單元[15]。S7200PLC具備以下特點：（1）控制功能。（2）輸入/輸出性質及點數要求。若要增加電路中的點數，可以用擴展模塊，EM223（16路數字輸入，16繼電器輸出），EM223（8數字輸入，8繼電器輸出），EM231(4路模擬量輸入)，EM232（4路模擬量輸入，2路模擬量輸出），EM235(4路模擬量輸入，1路模擬量輸出)，擴展模塊通過總線連接電纜得到5V的直流電源。CPU224不僅具有2560字節(jié)的數據存儲區(qū)，而且還有4096字節(jié)的程序存儲器，可滿足設計要求[16]。 PLC通信窗口 系統的整體設計方案對PLC系統進行設計時，首先是對其功能進行設計，即根據工藝要求和被控對象的功能，明確系統要怎樣運行，然后對其功能進行分析，最后確定PLC型號和其他的配置[17]。根據控制要求，確定輸入、輸出設備。分配PLC的I/O地址。調試即對模擬調