燃气锅炉燃烧控制系统

燃气锅炉燃烧控制系统

李凯凯

（山东建筑大学热能工程学院山东省济南市 250101）

摘要：此次论文主要目的是以标准燃烧器为基本设备，结合汽包压力控制、炉膛压力控制的特点和需要，设计燃气锅炉燃烧控制系统。主要方法是通过锅炉情况介绍、燃烧器类型选择、燃烧与汽压控制设计、节炉膛压力控制设计、仪表装置选型等步骤，逐一计算所需数据并选择设备类型，然后根据所得参数查阅有关资料按标准设计符合设备的控制系统。由最终设计结果可知此方法可行。

关键词：燃气锅炉、燃气控制、汽包压力、炉膛压力

0 引言

近几年来，我国城市燃气结构有了很大变化，尤其是西气东输工程的加速实施，以及不断签署的燃气协议，为长期受限制的燃气锅炉的应用推广创造了条件。一方面，燃气锅炉的燃料价格相对较高，因此应尽量提高燃料的利用效率；另一方面，气体燃料易燃易爆，燃气锅炉的危险性大，控制系统的生产保证和安全保障要求严格。国外燃气锅炉的研究历史较长，燃气燃烧控制技术比较成熟，但是燃气锅炉的燃烧控制，多为单回路常规控制，远不能适应我国各地区及各部门条件多变的需要。为了提高燃气锅炉的热效率和安全生产水平，有必要对燃所锅炉的燃烧控制技术进行研究。

1 锅炉情况

本次论文采用一台卧式三回程火管式燃气蒸汽锅炉，使用天然气为燃料，额定蒸发量2T/h，额定汽压1.25MPa，额定蒸汽温度194℃；额定耗气量160Nm³/h，排烟温度230℃，热效率90%。

1.1 燃气蒸汽锅炉的组成

结构组成：具体结构由主要部件和辅助设备组成。主要部件有炉膛、省煤器、锅筒、水冷壁、燃烧设备、空气预热器、炉墙构架组成；辅助设备主要有引风设备、除尘设备、燃料供应设备、除尘除渣设备、送风设备、自动控制设备组成。

系统组成：燃气锅炉主要是由燃烧器和控制器两个大的部分组成，其中燃烧器又能分为五个小的系统，分别为送风系统，点火系统，监测系统，燃料系统和电控系统。

1.2 燃气蒸汽锅炉的工作原理

燃气蒸汽锅炉是用天然气、液化气、城市煤气等气体燃料在炉内燃烧放出来的热量加热锅内的水，并使其汽化成蒸汽的热能转换设备。水在锅筒中不断被炉里气体燃料燃烧释放出来的能量加热，温度升高并产生带压蒸汽，由于水的沸点随压力的升高而升高，锅是密封的，水蒸气在里面的膨胀受到限制而产生压力形成热动力作为一种能源广泛使用。

燃气蒸汽锅炉的工作原理见下图。

图1 燃气蒸汽锅炉的工作原理

2 燃烧器选型

燃烧器是一种将燃料和空气，按所要求的浓度、速度、湍流度和混合方式送入炉膛，并使燃料能在

炉膛内稳定着火与燃烧的热能装置。燃料以燃油和燃气为主。一般应用在中小型燃油或燃气锅炉上。 2.1 燃烧器组成

结构组成：一般由燃烧器外壳、程序控制器、风机、伺服电机、燃气蝶阀、燃烧头、电离电极或紫外线电眼、稳焰盘、燃气阀门组（其中包括球阀、膨胀节、过滤器、调压阀、电磁阀、点火电磁阀等）组成。

系统组成：送风系统、点火系统、监测系统、燃料系统、电控系统。 2.2 燃烧器性能特点

1 热效率高：能适应压力波动，自行调节一次配风 （ 即燃气压力大，吸入一次风多；燃气压力小，吸入一次风少 ） ，燃烧充分，热效率高。

2 安全性高：该燃烧器配备小火。锅炉启动时，先点小火，当小火正常稳定燃烧时，自控系统才打开主燃气阀门，燃料才能进入锅炉正常燃烧，不会产生爆燃现象。

3 燃料适应性强：该种燃烧器只需更换少量部件就能适用于天然气、液化石油气、煤气、液化石油混合气以及其它类燃气。 2.3 燃烧器工作过程

当可燃气体（城市煤气、天然气、液化石油气）由微电脑控制系统按程序控制进入燃烧器的燃烧头内，由一次风与可燃气体混合，点火燃烧，二次风助燃，实现充分燃烧。燃烧状况由火焰自动跟踪系统检测控制燃烧，当燃烧出现故障（燃烧室缺氧、可燃气体欠压、可燃烧气体断流、气量不足等），控制系统发出指令，供气系统的电磁阀迅速关闭，切断气电源，燃烧器自动吹扫后停机，指示故障。 2.4 燃烧器调节方式

燃气燃烧器的运行方式有单段火、两段火和两段渐进式/比例调节式。 2.5 燃烧器的选择

根据已知锅炉条件求得以下各项 水蒸气额定流量为：

h kg q /139102000955.6q v m =⨯==ρ

锅炉产生的水蒸气产生的热量为：

h kg t cq Q m /8.2093176)194230(1391018.4=-⨯⨯=∆= 锅炉所需的总热量为：

kw Q Q 042.646)36009.0/(8.2093176/=⨯==η总 燃烧器所需的功率为：

kw Q P 55.8078.0042.6468.0/=÷==总

综上计算所选的燃烧器的型号为：WM-G10/3-A ZM 。

燃烧器需带鼓风机与伺服马达驱动的风门，具燃气调节阀，支持两段火力和比例调节，可选配火力调节器SIEMENS RWF40。

3 燃烧与汽压控制设计

3.1 燃烧过程特点

1 迅速炉膛燃烧率改变迅速，适应外部负荷变化。

2 控制系统能迅速发现并消除燃烧率扰动。

3 燃料、送风和引风等参数协调变化。

4 燃烧过程稳定。 3.2 工况要求

锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的要求，同时还要保证锅炉安全经济运行。一台锅炉的燃料量、送风量和引风量三者的控制任务是不可分开的，可以用三个控制器控制这三个控制变量，但彼此之间应互相协调，才能可靠工作。对给定出水温度的情况，则需要调节鼓风量与给燃气量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态。同时应使炉膛内存在一定的负压，以维持锅炉热效率、避免炉膛过热向外喷火，保证了人员的安全和环境卫生。 3.3 画出燃气锅炉汽包压力与炉膛火力的控制系统原理图

图2 燃气锅炉汽包压力与炉膛火力控制系统原理图

3.4 表述燃烧火力给定信号形态及其与燃烧器的关联作用方式

控制系统包括：滑压运行主汽压力设定值计算模块、负荷—送风量模糊计算模块、主蒸汽压力控制系统和送、引风控制系统等。主蒸汽压力控制系统采用常规串级PID 控制结构。当外界对锅炉蒸汽负荷