第三节 锅炉自动控制

一、辅锅炉水位的自动控制
锅炉的工作水位在安全水位以上，是燃烧 系统自动点火起动的必要条件。锅炉的工作水位 降至最低水位时，水泵应能自动起动补水；升至 最高水位时水泵应自动停止补水；水位降到极限 低水位时应能发出声光报警信号，并使整个系统 停止工作。 油轮---定值控制 货轮---双位控制

锅炉的自动控制
锅炉控制系统概述
船舶辅锅炉是船舶动力装置的重要组 成部分。在柴油机提供推进动力的船舶上， 蒸汽主要用于加热燃油、滑油、水以及提 供各种生活用汽。 对于小型辅锅炉，对蒸汽参数的稳定 性要求不高，一般采用双位控制或比例调 节，允许蒸汽压力在设定范围内波动，实 现有差调节。 对于大容量的油轮辅锅炉，因为加热 货油、驱动货油泵、蒸汽辅机以及洗舱的 需要，多采用比例--积分环节，使蒸汽压力
YD-651型压力继电器
1–主弹簧；2–幅差弹簧；3–波纹管；4–杠杆；5–叉形臂；6–拉片；7–定位片； 8–电触头；9–控制压力指针；10–差动值指针；11–接线柱
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（2）比例控制系统



对于用汽量比较大的船舶，特别是大容量的油轮， 因为加热货油、驱动货油泵、锅炉给水泵等蒸汽辅机以 及洗舱都需要大量蒸汽，锅炉的蒸发量大，需要汽压稳 定，故其蒸汽压力的自动控制多采用比例---积分环节， 使喷油量与供汽量相适应，并使喷油量和供风量保持固 定比例关系，使汽压基本稳定在设定值，实现无差调节。 图12–6是比例控制系统方框图。图12–7是比例控 制 系统结构图。该调节系统的基本组成部分是一个压力比 例调节器YBT和一个由比例调节器控制的电动比例操作 器DBC，同时调节回油阀和风门挡板。 图12–8是压力比例调节器的原理图。

图12–13 光敏电阻火焰传感器
1–光敏电阻；2–磨沙玻璃；3–耐热玻璃
图12-14 光敏电阻火焰监视电路原理图

b、光电池 光电池实际上也是一种半导体器件。它是利用 有光照射后两电极之间产生电压的原理而工作的。 图11–17是光电池控制电路原理图。图12–15（A） 中采用RAR型硒光电池，当它接受光照射时，正负 极之间将会产生小1V的电压，经过放大器MV后足 以使继电器FR动作。图12–15（B）采用2CR11型 光电池，当它接受光照射时，光电池两极之间将会 产生0.5V的电压，经过晶体管放大后使继电器J动 作。光电池使用寿命长，而且它的光谱敏感范围仅 限于可见光，而不是红外线，这对火焰的监视是合 适的，因此现在在船上用得越来越多。

对于不同类型的祸炉，主要有以下几种安全保护环节： ① 极限低水位：由液位控制器检测； ② 蒸汽压力过高：由压力调节器检测； ③ 点火失败、异常熄火：由火焰传感器检测； ④ 燃油压力过低：由油路压力继电器检测； ⑤ 燃油温度过高或过低：由温度调节器检测； ⑥ 电动机过载：由热继电器检测；



1.水位的双位控制
1）浮子式水位控制系统
1-浮子；2-支点；3-磁铁；4-调节板；5、8-定位钉；6-触磁铁；7-电触点
图12-3 磁性浮子式水位调节器
2）电极式水位控制系统
图11-2 电极式水位控制系统
2.水位的定值控制
1）双回路水位自动控制
1-锅炉； 2-参考水位； 3-差压变送器； 4-水位比例积分调节器； 5-给水调节阀； 6-差压变送器； 7-比例积分调节器； 8-蒸汽调节阀； 9-汽轮机给水泵机组

图12–16 紫外线检测装置结构示意图 1–电极；2–引脚；3–石英玻璃泡；4–基座；5–管脚


4．警报及保护环节
在辅助锅炉运行过程中，为了达到安全、可靠、 无人值班的目的，除了对锅炉水位与燃烧采用自动控 制外，还必须对各种危险工况采取安全保护措施。当 设置安全保护装置后，一旦在锅炉点火、升汽或运行 中产生异常情况，相应的感受元件就能检测故障产生 的原因，并发出声光报警，迫使锅炉熄火，后扫风， 以免产生各种事故，导致锅炉及各种设备的损坏甚至 伤及人身安全。
（A）单管延时释放电路
（B）继电器延时通电电路
图12-11 晶体管延时开关电路


（3）点火变压器及点火电极
船用的自动点火装置，大部分通过点火 变压器，将380V的交流电压升至8000V或 10000V，然后在点火电极两端利用高压电 尖端放电。产生火花点火。点火电极是两根 为2mm的镍铬合金丝，它用耐高压电的瓷套 管绝缘，固定在喷油器上，如图11一12所示。


（2）时序控制元件
时序控制元件是辅助锅炉程序控制的核心部分。它 根据起动信号发送器送出来的电信号接通或切断电路， 或根据规定的时间来接通或切断电路。 目前时序控制器有有触点控制器、无触点控制器、 可编程序控制器和微型计算机控制器。 a、有触点时序控制器：船上用得较多的主要有多回 路时间继电器和凸轮式时间继电器两种，它们的工作原 理 类似。



在程序控制系统中，其主要元件包括信号发送 器、时序控制器，点火变压器及点火电极和火焰传 感器。
辅助锅炉的时序控制框图
2.燃烧控制部件

（1）信号发讯器 信号发送器包括手动信号发送器和自动信号发送器。 前者一般采用按钮和选择开关。后者采用各种自动继 电器（俗称开关），如压力继电器、温度继电器、液位 继电器等。用它们来接通或断开控制电路，以完成程序 控制的起动和停止。


图12–10
多回路时间继电器的结构简图
1-微型同步电机；2-电磁线圈离合器；3-减速器；4-标度盘； 5-复位弹簧；6-爪形块；7-电触点

b、无触点时序控制器：无触点时序控 制器是利用晶体管的开关特性，使晶体管工 作在饱和或截止状态，从而控制继电器通电 或断开。延时作用是根据电容充放电原理组 成的RC延时环节来实现的，其工作原理如图 12–11所示。
图12-6 比例控制系统方框图
图12-7 比例控制系统结构图
图12-8 压力比例调节器原理图
1–平衡杠杆；2–滑动触点；3–波纹管；4–电位器；5–主弹簧；6–调整螺钉；
比例控制系统工作原理
2.油轮辅锅炉蒸汽压力的自动控制
在大型油船辅锅炉要求在不同负荷下， 蒸汽压力都能稳定在给定值上，油船辅锅炉燃 烧自动控制系统通常是由两个控制回路组成的。 一个回路是根据蒸汽压力的偏差值经PI 控制作用的蒸汽压力调节器 （称主调节器）来 控制燃油调节阀的开度，即改变向炉膛内的喷 油量； 另一个是根据喷油量对向锅炉送风量的 控制回路。显然，在改变喷油量的同时，必须 改变向炉膛的送风量 （空气量可用风道与炉内 的压差来表示）。 为保证燃油完全燃烧并得到较高的经济 性，对应某一喷油量要有一最佳的空气压力
2）双冲量水位自动控制
双冲量水位调节器5接 受两个输入信号： 锅炉水位变化信号3； 蒸汽流量变化信号4。
信号4是利用 节流孔板前后压差正 比于蒸汽流量的原 理获得。


二、蒸汽压力的自动控制
锅炉气压稳定的前提是必须保持蒸发量和送 汽量能量的平衡。燃烧过程自动调节的主要任务是 使锅炉汽压维持在规定值或是在规定的允许范围之 内；同时为了保证燃烧良好，必须使供风量与供油 量相适应。
1.货轮辅锅炉蒸汽压力的自动控制
蒸汽压力的自动控制主要有双位控制和比例控制两 种。

（1）双位控制系统
燃烧系统的双位控制，就是汽压上升至设定值上 限时，停止燃烧；而汽压下降至设定值的下限时， 点火燃烧。采用双位控制系统，锅炉的点火和熄 火比较频繁。 只有蒸发量小、负荷较稳定的锅炉比较适宜采用 双位自动控制系统。对于货轮辅助锅炉，由于产 生的蒸汽仅用于加热燃油、滑油以及日用生活用， 它的蒸发量小（一般小于5t／h）、蒸汽压力低 （一般低1MPa），对蒸汽压力的波动要求不高， 一般都采用双位控制。
空气压力变化曲线
其空气压力PB与喷 油量F0之间近似成平方 关系。 油量变送器输出的 气压信号代表喷油量， 函数发生器输出与喷油 量平方成比例的气压信 号。
图4- 3-3 喷油量与风压之间的关系


三、燃烧的时序控制
锅炉的时序控制是指对锅炉的起动和停止按预 先设定好的时间顺序进行的自动控制，它属于时序 程序控制系统


图12-12 点火装置的结构示意图
1–点火电极；2–点火喷油嘴；3–主喷油嘴


（4）火焰传感器
火焰传感器用于监测炉膛内有无火焰，以便在锅炉起 动点不着火或正常燃烧突然熄火时的报警和执行停炉保 护程序，它是保证锅炉可靠运行的关键。辅助锅炉中常 用的 火焰传感器主要有光敏电阻、光电池和紫外线检测管。 a、光敏电阻 光敏电阻元件是由涂在透明底板上的光敏层和金属电 极引出线构成。光敏电阻的主要特性是接受光照射时其 电阻值很小，无光照时其电阻值很大。 图12–13是用光敏电阻组成的火焰传感器。 光敏电阻监视火焰的电路原理如图12–14所示。



为了弥补双位自动控制系统只有最大 和零两种输出的特点，可采用多位调节系统。 其特点主要是除了设置一个具有相当于锅炉 高负荷喷油量的主喷油器外，还配置了一个 相当于锅炉低负荷喷油量的辅助喷油器（甚 至还有主喷油器带两个可切换使用的喷油 器），辅助喷油器一般兼作点火喷油器，各 喷油器配合不同的风量运行时，可有不同的 产汽量。采用多位调节系统可以使锅炉不须 经常点火和熄火，提高了运行安全性。
图12-15 光电池控制电路原理图

c、紫外线检测装置 图12–16是它的结构示意图。管泡是用能透过紫 外线的石英玻璃制成，泡内充 以惰性气体，两个电 对称放置。当阴极接受到足够数量的紫外线时，就有 光电子发射出来。在外电场的作用下，光电子加速运 动使惰性气体电离，管子导通；若无光照射，紫外线 管截止。 紫外线管的优点是不受高温炉壁辐射的影响， 它的特性较光敏电阻好，且在交、直流控制线路中均 可使用。