锅炉的自动化控制

锅炉的自动化控制

1. 实现锅炉自动化控制的意义在于：

(1) 提高锅炉运行的安全性；

(2) 提高锅炉运行的经济性；

(3) 改善劳动条件；

(4) 减少运行人员，提高劳动生产率。

2. 锅炉的主要设备

包括汽锅、炉子、炉膛、锅筒、水冷壁、过热器、省煤器、燃烧热备、引风设备、送风设备、给水设备、空气预热器、水处理设备、燃烧供给设备以及除灰除尘设备等。

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锅炉的工作过程概括起来应该包括三个同时进行的过程：燃料的燃烧过程，烟气向水的传热过程，水的汽化过程。

3. 主要调节任务

(1) 汽包中水位保持在一定范围内

(2) 保持锅炉燃烧的经济性和安全性

(3) 锅炉供应的蒸汽量适应负荷变化的需要或保持给定的负荷

(4) 锅炉供给用汽设备的蒸汽压力保持在一定的范围内

(5) 炉膛负压保持在一定范围内

(6) 过热器蒸汽温度保持在一定范围内

为实现上述调节任务, 将锅炉设备控制划为若干控制系统, 主要控制系统如下: (1)液包水位控制系统

受控变量是液包水位, 操纵变量是给水流量。它主要考虑汽包内部的物料平衡, 使给水量适应锅炉的蒸发量, 维持汽包水位在工艺允许的范围内, 是保证锅炉汽轮机安全运行的必要条件之一, 是锅炉正常运行的重要指标。

( 2) 锅炉燃烧控制系统

有三个被控量, 蒸汽压力、烟气中含氧量、锅炉负压; 操纵变量也有三个, 即燃料量、送风量和引风量。蒸汽压力或负荷烟气成分反映燃烧经济性指标和炉膛负压, 其控制目的是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要。常以蒸汽压力为受控变量, 使燃料与空气量之间保持一定的比值, 以保证经济燃烧; 常烟气中含氧量以为受控变量, 提高锅炉的燃烧效率; 使引风量与送风量相适应, 以使锅炉负压保持在一定的范围内。

( 3) 过热器蒸汽温度控制系统

被控变量是过热器出口温度, 操纵变量是减温器的喷水量。过热蒸汽温度是锅炉生产工艺的重要参数, 过热器温度控制的任务是将汽包出来的饱和蒸汽加热到一定温度, 形成过热蒸汽, 然后送往汽轮机去做功。过热蒸汽温度过高会影响过热管道的寿命, 甚至烧坏汽温; 过低则会直接影响负荷设备的运行, 因此, 应该维持过热器出口温度在允许的范围内, 并保证管壁温度不超过允许的工作温度。

4. 控制原理及实现

4．1蒸汽温度控制系统因为锅炉的运行环境不可能使理想的状态，蒸汽的温度总是会受到某些干扰的影响，所以必须对蒸汽的温度加以控制，以在一定范围内得到温度相对恒定的蒸汽。影响蒸汽温度的主要因素是给煤量以及给风量。另外，影响蒸汽温度的因素还有给水量、蒸汽流量以及引风量等，又考虑到了控制系统相应的快速性，我们又将给水量和蒸汽流量作为蒸汽温度控制的前馈量构成前馈控制系统。即采用前馈比值串级控制系统对蒸汽温度进行控制，其控制系统的结构框图见图4.1 所示。

图4.1蒸汽温度控制系统结构框图

4.2蒸汽压力控制系统

如果锅炉内压力过低，将会降低蒸汽质量；反之，如果锅炉内压力过高，有可能导致爆炸等安全事故的发生。所以必须保证锅炉的压力处于一个适中的范围，即必须对锅炉压力加以控制。上述蒸汽温度控制系统在控制蒸汽温度的同时就直接影响了蒸汽压力。

压力控制系统分为安全压力控制系统和超压控制系统。安全压力控制系统是锅炉压力在安全压力范围之内的控制系统，其主要完成的功能是在安全的基础上对压力进行调节，使压力维持在一定的范围内，以得到需要的蒸汽压力，保证蒸汽质量；超压控制系统是锅炉压力超压时所采用的压力控制系统，其主要完成的功能是当压力超出某一压力上限的设定值时，迅速打开安全阀，使压力迅速降低，直到降到安全范围内后又迅速关闭安全阀。其中安全压力控制系统采用串级控制，而超压控制系统采用单回路控制，所以蒸汽压力控制系统采用串级控制，而超压控制系统采用单回路控制，所以蒸汽压力控制系统是综合的控制系统，从某种意义上讲，可以将其归入分成控制系统一类，其结构框图见图4.2所示

图4.2蒸汽压力控制系统

4.3汽包液位控制系统

如果汽包液位过高，可能会影响蒸汽质量，甚至会导致水满溢出等安全事故；反之，如果汽包液位过低，锅炉很可能会被烧坏，甚至导致爆炸等安全事故。

能够影响汽包液位的主要有两大变量，那就是给水量和蒸汽流量，在其他条件不变的情况下，蒸汽流量越大，液位越低，而给水量越大则液位越高，反之则越低。其中蒸汽流量是由工业的需要所决定的，给水的主要作用就是用以维持汽包液位的，所以我们选择给水量作为操纵量对汽包液位进行控制，又因为考虑到系统相应的平稳性和快速性，除采用串级控制外，还将蒸汽流量引入前馈通道，对系统进行前馈-反馈串级控制，其控制系统的结构框图如图4.3所示。

图4.3汽包液位控制系统

4.4炉膛负压控制系统

炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。在原锅炉控制系统中，如果烟囱挡板开度过大，则会使炉膛负压增加，造成空气大量进入炉内，热效率降低，同时也增加了引风机的功耗。而且负压过大容易使炉管氧化爆皮而减少炉管寿命。负压过小或者正压则是由于烟囱挡板开度过小或锅炉超负荷运转，使炉膛产生正压，锅炉闷烧，甚至向外喷火，容易发生不安全现象。影响炉膛压力的主要变量有给煤量、给风量以及抽风量等，而其中给煤量和给风量是由蒸汽温度、压力以及蒸汽量等因素决定的，所以要想保持炉膛压力在一定范围内保持不变就只有改变抽风量，亦即通过调节抽风量以达到控制炉膛压力的目的。另外，又因为考虑到系统相应的快速性，同时，又因为给风量和给风量成一定的比例关系，为了提高控制品质以及简化控制系统的结构，我们将且尽将给煤量引入前馈参与了炉膛压力的控制。炉膛负压控制系统采用了前馈一反馈串级控制，其结构框图见图4.4 所示。