工業(yè)燃煤鍋爐DCS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文[共79頁(yè)]

1、、工業(yè)燃煤鍋爐DCS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（子課題：控制方案的組態(tài)及監(jiān)控畫面的制作）摘要： 本文敘述了工業(yè)燃煤鍋爐的工作原理，具體闡述了鍋爐控制中對(duì)汽水控制系統(tǒng)方案和自動(dòng)檢測(cè)的設(shè)計(jì)，利用了Control Builder 軟件、UMC800控制器和FIX軟件進(jìn)行35噸工業(yè)燃煤鍋爐汽水系統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)與控制回路的組態(tài)，并設(shè)計(jì)了友好的監(jiān)控畫面。關(guān)鍵詞： 鍋爐 FIX UMC800 控制系統(tǒng) 汽水系統(tǒng) 蒸汽壓力 Abstract: the paper introduce the principle of the boiler which is used in burning coal industrial, it

2、 describes the scheme of the steam control system in boiler control and the design of auto- detection. it use the Control Builder software,UMC800 controller and FIX software to auto-detect 35t steam system in burning coal industrial and configuration the control loop, and designed the friendly super

3、vision appearance. Keyword: boiler, FIX, UMC800, control system, steam system, steam pressure引言 鍋爐微機(jī)控制，是近年來開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，我國(guó)現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬臺(tái)，每年耗煤量占我國(guó)原煤產(chǎn)量的1/3，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率，降低耗煤量，降低耗電量，用微機(jī)進(jìn)行控制是一件具有深遠(yuǎn)意義的工作。 工業(yè)鍋爐采用微機(jī)控制和原有的儀表控制方式相比具有以下明顯優(yōu)勢(shì)： 1直觀而集中的顯示鍋爐各運(yùn)

4、行參數(shù)。能快速計(jì)算出機(jī)組在正常運(yùn)行和啟停過程中的有用數(shù)據(jù)，能在顯示器上同時(shí)顯示鍋爐運(yùn)行的水位、壓力、爐膛負(fù)壓、煙氣含量、測(cè)點(diǎn)溫度、燃煤量等數(shù)十個(gè)運(yùn)行參量的瞬時(shí)值、累計(jì)值及給定值，并能按需要在鍋爐的結(jié)構(gòu)示意畫面的相應(yīng)位置上顯示出參數(shù)值。給人直觀形象，減少觀察的疲勞和失誤； 2可以按需要隨時(shí)打印或定時(shí)打印，能對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確地記錄，便于事故追查和分析，防止事故的瞞報(bào)漏報(bào)現(xiàn)象； 3在運(yùn)行中可以隨時(shí)方便的修改各種運(yùn)行參數(shù)的控制值，并修改系統(tǒng)的控制參數(shù)； 4減少了顯示儀表，還可利用軟件來代替許多復(fù)雜的儀表單元，（例如加法器、微分器、濾波器、限幅報(bào)警器等），從而減少了投資也減少了故障率； 5提高鍋爐的熱

5、效率。從已在運(yùn)行的鍋爐來看，采用計(jì)算機(jī)控制后熱效率可比以前提高5-10%，據(jù)用戶統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)20T的鍋爐，全年平均負(fù)荷70%，以平均熱效率提高5%計(jì)，全年節(jié)煤800噸，按每噸煤380元計(jì)算每年節(jié)約304000元； 6鍋爐系統(tǒng)中包含鼓風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)，給水泵，等大功率電動(dòng)機(jī)，由于鍋爐本身特性和選型的因素，這些風(fēng)機(jī)大部分時(shí)間里是不會(huì)滿負(fù)荷輸出的，原有方式采用閥門和擋板控制流量，浪費(fèi)非常嚴(yán)重。通過對(duì)風(fēng)機(jī)水泵進(jìn)行變頻控制可以平均節(jié)電達(dá)到30%-40%； 7鍋爐是一個(gè)多輸入多輸出、非線性動(dòng)態(tài)對(duì)象，諸多調(diào)解量和被調(diào)量間存在著耦合通道。例如當(dāng)鍋爐的負(fù)荷變化時(shí)，所有的被調(diào)量都會(huì)發(fā)生變化。故而理想控制應(yīng)該采用多變量解

6、偶控制方案。而建立解偶模型和算法通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)比較方便； 8鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)擴(kuò)展后可構(gòu)成分級(jí)控制系統(tǒng)，可與工廠內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)構(gòu)成工業(yè)以太網(wǎng)。這是企業(yè)現(xiàn)代化管理不可缺少的； 9作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。在采用計(jì)算機(jī)控制的鍋爐控制系統(tǒng)中，有十分周到的安全機(jī)制，可以設(shè)置多點(diǎn)聲光報(bào)警，和自動(dòng)連鎖停爐。杜絕由于人為疏忽造成的重大事故。 綜合以上所述種種優(yōu)點(diǎn)可以預(yù)見采用計(jì)算機(jī)控制鍋爐系統(tǒng)是行業(yè)的大勢(shì)所趨。本書主要介紹了35噸燃煤鍋爐的工藝過程，利用Lead-Line Control Builder軟件實(shí)現(xiàn)工業(yè)燃煤鍋爐汽水控制系統(tǒng)的組態(tài)，并用FIX上

7、位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)了汽水控制系統(tǒng)的人機(jī)界面?；贔IX與Honeywell UMC800控制器對(duì)35噸工業(yè)燃煤鍋爐汽水系統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)的配置。在本書的編寫過程中，得到了付麗霞老師的大力支持，在此表示由衷的感謝。由于時(shí)間倉(cāng)促，加之作者的水平有限，書中錯(cuò)誤和不妥之處在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正，并提出寶貴的意見。 編者 2006年6月第1章 鍋爐概述1.1 鍋爐的一般結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)鍋爐是一種生產(chǎn)蒸汽的換熱設(shè)備。它通過煤、油或天然氣等燃料的燃燒釋放出化學(xué)能，并通過傳熱過程把能量傳遞給水，使水轉(zhuǎn)變成蒸汽，蒸汽直接供給工業(yè)生產(chǎn)中所需的熱能，或通過蒸汽動(dòng)力機(jī)械轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或通過汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。所以鍋爐

8、的中心任務(wù)是把燃料中的化學(xué)能最有效地轉(zhuǎn)換為蒸汽的熱能。因此，近代鍋爐亦稱作蒸汽發(fā)生器。鍋爐除了和所有動(dòng)力機(jī)械產(chǎn)品一樣，必須不斷降低成本并提高效率和質(zhì)量以外，由于鍋爐本身的特性，它還具有以下特點(diǎn)。1、可靠性要求高。鍋爐一旦事故停爐，將使電廠臨時(shí)對(duì)外供電，影響甚廣，其直接、間接損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鍋爐本身的價(jià)值。2、綜合性強(qiáng)。鍋爐與汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)同為電廠三大主機(jī)，但鍋爐除了一般性的產(chǎn)品內(nèi)在矛盾外，還要能適應(yīng)燃料性質(zhì)，使整個(gè)電廠得到安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，因而多了一個(gè)外在矛盾。此外，鍋爐還和其他工業(yè)部門的發(fā)展有著十分密切的關(guān)系，如石油化工企業(yè)中的廢熱鍋爐，蒸汽燃?xì)饴?lián)合動(dòng)力裝置中的壓力燃燒鍋爐及核反應(yīng)堆工程中的蒸汽發(fā)

9、生器等等。3、金屬耗量和體積大。以一臺(tái)配30萬千瓦機(jī)組的電站鍋爐為例，金屬耗量達(dá)四千多頓，體積達(dá)二萬多立方米。4、生產(chǎn)周期長(zhǎng)。一臺(tái)大容量鍋爐從設(shè)計(jì)、制造、安裝到投入運(yùn)行，目前一般需時(shí)二到三年，今后即使采用設(shè)計(jì)新技術(shù)及制造安裝新工藝，提高自動(dòng)化水平，要想把上述全過程在更短時(shí)間內(nèi)完成，還是比較困難的。5、鍋爐產(chǎn)品不能在制造廠內(nèi)整裝試運(yùn)。除小容量工業(yè)鍋爐外，不可能把鍋爐在制造廠內(nèi)全部組裝好并投入試運(yùn)行，這給鑒定和提高產(chǎn)品質(zhì)量帶來不少困難。1.2 鍋爐的工作原理現(xiàn)在我們以一臺(tái)35頓工業(yè)燃煤鍋爐為例，來說明鍋爐的工作過程及原理。如圖1.1所示。鍋爐通過燃煤燃燒釋放熱量，使水變成蒸汽，以供生產(chǎn)需要。該鍋爐

10、通過鏈條爐排把煤送入爐膛中燃燒，鍋爐的蒸發(fā)受熱面都在爐子內(nèi)壁上，組成水冷壁，充分利用爐膛中的高溫?zé)煔廨椛涑龅臒崃?，使燃燒產(chǎn)物在進(jìn)入以后的對(duì)流受熱面時(shí)，可以達(dá)到必須的冷卻，同時(shí)也起到了保護(hù)爐墻的作用。后墻水冷壁（在水平煙道前方）拉稀成數(shù)列凝渣管束。拉稀的作用是防止結(jié)渣，同時(shí)對(duì)其后方的過熱器也起了保護(hù)的作用。過熱器放在水平煙道中，位于凝渣管束的后方，過熱器的作用是把從鍋爐（汽包）出來的飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽，目的是減少供熱管道內(nèi)的冷凝損失。煙氣經(jīng)過過熱器后溫度降低，然后轉(zhuǎn)彎至尾部受熱面尾部受熱面之一的省煤器（位于尾部豎井的上方）。省煤器的作用是使給水在進(jìn)入鍋筒之前，被預(yù)先加熱到某一溫度（低于飽和溫

11、度或達(dá)到飽和溫度，甚至產(chǎn)生部分蒸汽）。另一尾部受熱面，即空氣預(yù)熱器，它的作用是使空氣在進(jìn)入爐膛以前被加熱到一定溫度，以改善爐內(nèi)燃燒過程、降低排煙溫度、提高鍋爐效率。鍋爐的工作情況如下：給水在除氧器被高溫蒸汽除氧并加熱，由給水管道將水送至省煤器，在其中被加熱到某一溫度后，進(jìn)入鍋筒，然后沿下降管下行至水冷壁進(jìn)口集箱。水在水冷壁內(nèi)吸收爐膛內(nèi)的輻射熱而形成汽水混合物上升到鍋筒中，蒸汽經(jīng)過汽水分離裝置，由鍋筒上部離開，流到過熱器中。在過熱器內(nèi)，飽和蒸汽繼續(xù)吸熱成為過熱蒸汽，然后經(jīng)汽水分離器送往儲(chǔ)氣罐。煤經(jīng)鏈條爐排，進(jìn)而入爐膛，在爐膛燃燒放出大量的熱量。燃燒后的熱煙氣上升，經(jīng)過凝流管束、過熱器、省煤器和空

12、氣預(yù)熱器后，再經(jīng)除塵裝置清除其中的飛灰，最后才由風(fēng)機(jī)送往煙囪排往大氣。第2章 鍋爐控制系統(tǒng)中各控制回路的介紹鍋爐控制系統(tǒng)，一般有燃燒控制、汽水控制、氣溫控制三大任務(wù)，鍋爐的燃燒控制實(shí)質(zhì)上是能量平衡系統(tǒng)，它以蒸汽壓力作為能量平衡指標(biāo)，不斷根據(jù)用汽量與壓力的變化調(diào)整燃料量與送風(fēng)量，同時(shí)保證燃料的充分燃燒及熱量的充分利用；汽水控制主要就是對(duì)鍋爐汽包的水位進(jìn)行控制；氣溫控制則是對(duì)鍋爐中蒸汽溫度的調(diào)節(jié)及控制，下面就簡(jiǎn)單的介紹一下各控制系統(tǒng)的控制方法。2.1 燃燒控制2.1.1 鍋爐汽壓的調(diào)整鍋爐運(yùn)行時(shí)主蒸汽壓力的控制是通過鍋爐出力與汽輪機(jī)蒸汽進(jìn)汽量的平衡來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)兩者平衡時(shí)，對(duì)于定壓運(yùn)行的機(jī)組，便能穩(wěn)

13、定工況、變工況或各種擾動(dòng)下均保持主蒸汽壓力的穩(wěn)定；對(duì)于變壓運(yùn)行的機(jī)組，便能始終保持主蒸汽壓力按負(fù)荷對(duì)應(yīng)的關(guān)系進(jìn)行變化。鍋爐在運(yùn)行時(shí)，汽壓總是被作為被監(jiān)視和控制的主要參數(shù)之一，汽壓降低會(huì)減少蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹作功的焓降，使蒸汽作功能力降低，在外界負(fù)荷不變情況下，汽耗量也隨之增大，從而降低發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)汽輪機(jī)的軸向推力增加容易發(fā)生推力軸瓦燒壞等事故。如果蒸汽壓力降低過多會(huì)使汽輪機(jī)被迫不能保持額定負(fù)荷。汽壓過高，使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子以及汽缸、鍋爐承壓管道那機(jī)械應(yīng)力過大，將危及機(jī)爐和蒸汽管道的安全。鍋爐汽壓高低對(duì)于汽包水位、汽溫等主要運(yùn)行參數(shù)也有很大影響，當(dāng)汽壓降低由于對(duì)應(yīng)的飽和溫度降低，使部分爐水蒸發(fā)

14、，會(huì)引起爐水體積膨脹，故汽包水位要上升，反之則爐水體積要收縮，汽包水位下降，引起虛假水位。汽壓變化對(duì)汽溫的影響，一般是汽壓升高時(shí)，過熱蒸汽的溫度也升高，這是因?yàn)?，?dāng)氣壓升高時(shí)對(duì)應(yīng)的飽和溫度的焓值增大，在燃料消耗量未改變時(shí)，鍋爐的蒸發(fā)量要瞬間減小，在傳熱系數(shù)傳熱面積和傳熱溫壓基本不變的情況下，平均每公斤蒸汽的吸熱量必然增大，導(dǎo)致過熱蒸汽溫度升高。汽壓變化的速度表明了鍋爐保持及恢復(fù)汽壓的能力，汽壓的變化速度影響因素是：負(fù)荷的變化速度、鍋爐的儲(chǔ)熱能力及燃燒設(shè)備的慣性等。負(fù)荷變化是主動(dòng)也是影響最大的因素，負(fù)荷變化速度越快，引起汽壓變化的速度也越快，對(duì)于單元制機(jī)組而言，汽輪機(jī)負(fù)荷的變化幅度將直接影響鍋爐

15、主蒸汽壓力的變化。鍋爐儲(chǔ)熱能力是指當(dāng)外界負(fù)荷變化而燃燒工況不變時(shí)，鍋爐能夠放出或者吸收熱量的能力，鍋爐的儲(chǔ)熱能力對(duì)汽壓的變化是一個(gè)緩沖作用。燃燒設(shè)備的慣性是指從燃料量開始變化到爐內(nèi)建立新的熱負(fù)荷所需要的時(shí)間，在鍋爐運(yùn)行時(shí)，燃燒設(shè)備慣性越大，負(fù)荷變化時(shí)，汽壓變化的速度就越慢。汽壓變化反應(yīng)了鍋爐蒸發(fā)量與外界負(fù)荷之間的平衡，由于外界負(fù)荷、爐內(nèi)燃燒工況、換熱情況以及鍋爐內(nèi)工作情況經(jīng)常變化，引起鍋爐蒸發(fā)量的不斷變化，所以汽壓的變化與波動(dòng)是必然的，汽壓穩(wěn)定只是相對(duì)的。引起鍋爐汽壓的變化原因很多，主要有兩方面：一是鍋爐內(nèi)部因素，一是鍋爐外部因素。外部因素是指非鍋爐設(shè)備本身的原因造成的擾動(dòng)，主要有外界負(fù)荷的變

16、化；高壓加熱器因故障退出運(yùn)行；給水壓力變化。內(nèi)部因素主要是指爐內(nèi)燃燒工況的變動(dòng)和鍋爐內(nèi)工作情況的異常。當(dāng)外界負(fù)荷不變時(shí)，汽壓的穩(wěn)定主要取決于爐內(nèi)燃燒工況，此外，鍋爐換熱狀況的改變也會(huì)影響汽壓的穩(wěn)定。對(duì)于判斷汽壓變化的原因主要可以考慮：當(dāng)蒸汽壓力與蒸汽流量的變化方向相反時(shí)，是由外部因素造成的；若汽壓與蒸汽流量的變化一致時(shí)，通常是由于內(nèi)部擾動(dòng)的影響。當(dāng)汽壓下降時(shí)蒸汽流量下降，說明燃料燃燒的供熱量不足，當(dāng)汽壓上升的同時(shí)，蒸汽流量增加，說明燃燒供熱量偏多。2.1.2 鍋爐燃燒的調(diào)整爐內(nèi)燃燒調(diào)節(jié)的具體任務(wù)歸納為四點(diǎn)：（1）保證產(chǎn)汽量適應(yīng)外界負(fù)荷的需要，汽壓汽溫和汽包水位穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)。（2）著火穩(wěn)定，

17、燃燒中心適當(dāng)，火焰分布均勻，不燒毀噴燃器過熱器等設(shè)備，避免結(jié)渣。（3）燃燒完全，使機(jī)組處于最佳經(jīng)濟(jì)狀況。（4） 爐膛負(fù)壓的參數(shù)調(diào)整。負(fù)荷變化是鍋爐運(yùn)行中經(jīng)常碰到的，此時(shí)必須及時(shí)調(diào)整送入爐膛的燃媒量和空氣量，相應(yīng)的改變?nèi)紵r。鍋爐在高負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，由于爐膛溫度高，著火與混合條件較好，故燃燒一般是穩(wěn)定的，此時(shí)可適當(dāng)減少過量空氣系數(shù)，這樣既可以減少排煙，又可使?fàn)t內(nèi)溫度提高。鍋爐在低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，燃燒弱，爐膛溫度低，火焰充滿度差，燃燒不穩(wěn)定，可以將爐膛負(fù)壓適當(dāng)減小，以減少漏風(fēng)，提高爐膛溫度。燃燒的調(diào)節(jié)主要包括送引風(fēng)量的調(diào)節(jié)。燃料量的調(diào)節(jié)和燃燒調(diào)節(jié)等。鍋爐負(fù)荷發(fā)生改變而需要調(diào)節(jié)進(jìn)入爐內(nèi)的燃料量時(shí)，通過

18、增加或者減少送煤量的多少來實(shí)現(xiàn)。鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，送入爐內(nèi)的風(fēng)量必須與送入爐內(nèi)的燃料量相適應(yīng)，同時(shí)也必須對(duì)引風(fēng)量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，通常采用送引風(fēng)機(jī)風(fēng)量來進(jìn)行爐內(nèi)風(fēng)量調(diào)節(jié)，目前大型鍋爐多采用軸流式風(fēng)機(jī)，通過調(diào)節(jié)送引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉的角度來改變送引風(fēng)量的大小。22 汽水控制2.2.1 汽包水位的調(diào)整及控制當(dāng)汽包水位過高時(shí)，由于汽包蒸汽容積和空間高度減小，蒸汽攜帶的水份會(huì)增加，從而蒸汽的品質(zhì)惡化，容易造成過熱器積鹽垢，使管子過熱損壞。同時(shí)，鹽垢增加，傳熱熱阻也增大，將引起傳熱惡化，過熱汽溫下降使經(jīng)濟(jì)性下降。汽包嚴(yán)重滿水時(shí)，會(huì)造成蒸汽大量進(jìn)水，除引起蒸汽溫度急劇下降外，還會(huì)引起蒸汽管道和汽輪機(jī)內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重水沖擊，甚

19、至打壞汽機(jī)葉片。汽包水位過低則可能破壞水循環(huán)，使水冷壁管的安全受到威脅，如果出現(xiàn)嚴(yán)重缺水而又處理不當(dāng)時(shí)，則可能造成水冷壁爆管。汽包水位是否穩(wěn)定首先取決于鍋爐負(fù)荷的變動(dòng)量及其變動(dòng)速度，因?yàn)樗粌H影響蒸發(fā)設(shè)備中水的消耗量，而且還會(huì)造成壓力的變化，從而引起爐水狀態(tài)發(fā)生變化，促使它的體積也發(fā)生變化。鍋爐負(fù)荷突然增加時(shí)，在給水量和燃燒未做相應(yīng)的調(diào)整之前，汽包水位先升高，而后再逐漸降低；而汽壓則很快下降。汽壓下降的結(jié)果，一方面造成汽水混合物比容增大，水位上升；另一方面使飽和溫度降低，造成金屬和爐水放出部分熱量用來蒸發(fā)爐水，因此爐水內(nèi)的蒸汽數(shù)量大大增加，汽水混合物體積膨脹，促使水位很快上升，形成虛假水位。因

20、此，在負(fù)荷突然增加時(shí)，水位暫時(shí)很快上升，從物質(zhì)不平衡的情況看，蒸發(fā)量大于給水量，爐水不是多了而是少了，水位會(huì)很快下降。在鍋爐負(fù)荷和給水量未發(fā)生變化的情況下，爐內(nèi)燃燒工況發(fā)生變動(dòng)多數(shù)是由于燃燒不良，給煤量的不穩(wěn)定所引起。當(dāng)燃燒加強(qiáng)時(shí)，爐內(nèi)放熱量增加，受熱面吸熱量也增加，爐水汽水加強(qiáng)，爐水中產(chǎn)生的蒸汽汽泡數(shù)量增多，體積膨脹，水位暫時(shí)提高，由于產(chǎn)生的蒸汽量不斷增多，汽壓上升，相應(yīng)提高了飽和溫度，使?fàn)t水中的蒸汽汽泡數(shù)量有所減少，水位又會(huì)下降。對(duì)于單元機(jī)組，如果此時(shí)汽壓不能恢復(fù)則汽輪機(jī)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將要關(guān)小調(diào)速汽門，進(jìn)汽量減少，因此水位又會(huì)上升。燃燒減弱時(shí)，情況與之相反。給水壓力升高則給水量增多，從而破壞了給

21、水量與蒸發(fā)量的平衡，因此必然引起汽包水位的波動(dòng)，在其他情況為改變的情況下，給水壓力升高使給水量增大，水位升高，給水壓力低使給水量減少時(shí)，水位下降。23 汽溫控制2.3.1 過熱器和再熱器蒸汽過熱器是鍋爐的重要組成部分，它的作用是把從汽包出來的飽和蒸汽加熱到具有一定過熱度的合格蒸汽，并要求在鍋爐變工況運(yùn)行時(shí)，保證過熱蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)。汽輪機(jī)高壓缸的排汽先送到鍋爐的再熱器中，經(jīng)過再一次加熱升溫到一定的溫度后，返回到汽輪機(jī)的中低壓缸和低壓缸中繼續(xù)膨脹做功。通常，再熱蒸汽壓力為過熱蒸汽壓力的20%左右，再熱蒸汽溫度與過熱蒸汽溫度相近。我國(guó)125MW及以上機(jī)組都采用了中間再熱系統(tǒng)。隨著蒸汽參數(shù)的提高

22、，過熱蒸汽和再熱蒸汽的吸熱量份額增加，在現(xiàn)代高參數(shù)大容量鍋爐中，過熱器和再熱器的吸熱量占工質(zhì)總吸熱量的50%以上，因此，過熱器和再熱氣受熱面在鍋爐總受熱面中占有很大比例。再熱器的進(jìn)汽是汽輪機(jī)高壓缸的排汽，它的壓力約為主蒸汽壓力的20%左右，溫度稍高于相應(yīng)的飽和溫度，流量約為主蒸汽流量的80%，離開再熱器后的蒸汽溫度約等于主蒸汽溫度。再熱器與過熱器相比，有以下幾個(gè)特點(diǎn)。（1）再熱蒸汽壓力低，蒸汽與管壁之間的對(duì)流放熱系數(shù)小，再熱蒸汽對(duì)管壁的冷卻效果差；（2）再熱蒸汽壓力低、溫度高、比容大，再熱蒸汽的容積流量比主蒸汽大的多，再熱蒸汽連接管道直徑比過熱蒸汽大；（3）再熱蒸汽對(duì)汽溫偏差較敏感；（4）再熱

23、蒸汽出口氣溫受進(jìn)口氣溫的影響；（5）當(dāng)汽輪機(jī)甩負(fù)荷或機(jī)組起停時(shí)，再熱蒸汽無蒸汽冷卻，可能燒壞，因此過熱器和再熱器之間裝有高壓旁路，將過熱蒸汽通過高壓旁路快速減溫減壓后引入再熱器，從而起到保護(hù)再熱器的作用。通常采用的汽溫調(diào)節(jié)方法有：使用噴水減溫器，噴水減溫是將水直接噴入過熱蒸汽中，水被加熱、汽化和過熱，吸收蒸汽中的熱量，達(dá)到調(diào)節(jié)汽溫的目的。汽氣熱交換器；蒸汽旁通法；煙氣再循環(huán)；分隔煙道擋板調(diào)溫法，當(dāng)再熱器布置在鍋爐尾部煙道內(nèi)時(shí)，為了調(diào)節(jié)再熱氣溫，有時(shí)把尾部煙道用隔墻分開，分別將再熱器和低溫過熱器布置在兩個(gè)并聯(lián)的煙道中，在它們后面布置省煤器，在出口處設(shè)有可調(diào)煙氣擋板，調(diào)節(jié)煙氣擋板，可以改變流經(jīng)兩個(gè)

24、煙道的煙氣流量，從而調(diào)節(jié)再熱汽溫。2.3.2 蒸汽溫度的調(diào)整及控制過熱器出口汽溫是蒸汽質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，過熱蒸汽汽溫過高，會(huì)加快金屬材料的蠕變，還會(huì)使過熱器蒸汽管道汽輪機(jī)高壓部分產(chǎn)生額外的熱應(yīng)力，從而縮短設(shè)備的使用壽命。汽溫過低，會(huì)使汽輪機(jī)最后幾級(jí)的蒸汽濕度增加，對(duì)葉片的侵蝕作用加劇。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生水沖擊。當(dāng)壓力不變時(shí)汽溫加大，蒸汽的熱焓必然減少，蒸汽的做功能力將減少，汽耗必然增加，工廠經(jīng)濟(jì)性降低。影響汽溫變化的主要因素是多種多樣的，這些因素還可以同時(shí)發(fā)生。煙氣側(cè)的主要影響有：燃料性質(zhì)的變化，揮發(fā)分降低，含炭量增加時(shí)，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，將使得汽溫升高，燃煤水份增加，爐膛出口煙溫

25、增加，煙氣流速增加，這樣使得對(duì)流過熱器的傳熱系數(shù)增大，吸熱增多汽溫升高。風(fēng)量及其分配的變化，由于送風(fēng)量或者漏風(fēng)量增加而使?fàn)t內(nèi)過量空氣系數(shù)增加時(shí)，燃燒生成的煙氣量增多，煙氣流速提高，導(dǎo)致對(duì)流過熱器汽溫升高，但是，如果風(fēng)量不足，燃燒不好而在煙道再燃燒時(shí)，會(huì)使煙氣對(duì)流過熱器的升高，而且可能造成過熱器超溫?fù)p壞。蒸汽側(cè)的主要影響有：鍋爐負(fù)荷的變化，實(shí)際鍋爐中，聯(lián)合過熱器的負(fù)荷特性通常是呈對(duì)流式的，即過熱器出口汽溫隨鍋爐負(fù)荷增加而升高；但是，當(dāng)負(fù)荷突然增加燃燒工況來不及改變，在汽壓未恢復(fù)前，由于過熱器的加熱條件沒有改變而流經(jīng)過熱器的蒸汽流量變大了，因此這時(shí)的汽溫降低。給水溫度變化時(shí)，為適應(yīng)加熱給水量的變化

26、，導(dǎo)致汽溫改變。例如，當(dāng)給水溫度降低時(shí)，加熱給水所需要的熱量增加，燃料消耗量必然要增加，進(jìn)入到對(duì)流過熱器的煙溫和煙速都要提高，過熱器的吸熱量增加，但此時(shí)流經(jīng)過熱器的蒸汽量并未改變，因此汽溫必然升高。由于汽溫的變化是由蒸汽側(cè)和煙氣側(cè)兩方面共同影響的，因此對(duì)過熱蒸汽汽溫的調(diào)節(jié)也可以從這兩方面來進(jìn)行。蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)過熱蒸汽的溫度的原理在現(xiàn)代電廠中是利用給水作為冷卻工質(zhì)去直接冷卻蒸汽，改變蒸汽的焓增量。為此需要設(shè)置減溫器，它是將給水之惡疾呈霧狀噴射到過熱蒸汽中去與之混合，吸收蒸汽的熱量使本身加熱蒸發(fā)過熱，并成為過熱蒸汽的一部分。蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)汽溫的特點(diǎn)是，它只能使蒸汽減溫而不能升溫。由于一般聯(lián)合過熱器的運(yùn)行特

27、性都偏向于對(duì)流特性，所以當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，汽溫也將下降，這時(shí)減溫水就應(yīng)關(guān)小，直至減溫器解列為止，如果此后負(fù)荷再降低，由于過熱蒸汽失去汽溫調(diào)節(jié)手段，主汽溫度就不能保持額定值，故鍋爐一般不宜在這樣低的負(fù)荷下運(yùn)行。上面我們對(duì)鍋爐的三大任務(wù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹和認(rèn)識(shí)，現(xiàn)在來具體談?wù)勫仩t的汽水控制系統(tǒng)。第3章 鍋爐汽水控制系統(tǒng)各控制回路3.1 鍋爐水處理系統(tǒng)3.1.1 除氧的目的和原理鍋爐給水中含有大量的氧就會(huì)引起鍋爐氧腐蝕。因此為了防止鍋爐的氧腐蝕，必須控制給水中氧的含量。大型鍋爐的給水除氧，大都以熱力除氧為主。熱力除氧的原理是根據(jù)再恒溫和平衡狀態(tài)下，任何氣體在水中的溶解度與該氣體在水面上的分壓力成正比。

28、即水中的溫度越高，水中氣體的溶解度就越小。當(dāng)水的溫度上升到沸點(diǎn)時(shí)，它就不再具有溶解氣體的能力，因此各種氣體如O2和CO2便從水中解析出來，從而達(dá)到除去水中氧及其他氣體的目的。通過對(duì)原水進(jìn)行過濾、離子交換、除氧就可以得到符合水質(zhì)指標(biāo)的給水。但僅僅是鍋外水處理還不夠，在鍋外水處理的同時(shí)還需進(jìn)行鍋內(nèi)水的處理。通常情況下向鍋內(nèi)投加藥劑（如Na3PO4、NaOH），使進(jìn)入鍋內(nèi)的雜質(zhì)沉淀物形成水渣，或是使水垢轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，通過定期排污或連續(xù)排污排出。在鍋爐運(yùn)行中，人要隨時(shí)對(duì)鍋爐進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)控，保證鍋爐的安全運(yùn)行。水處理分為 鍋外水處理：沉淀軟化（石灰沉淀軟化、石灰-純堿軟化）、 離子交換軟化（Na+、H+）和

29、 鍋內(nèi)水處理：加藥（NaCO3、NaOH、Na3PO4、栲膠）、排污控制 兩項(xiàng)。在鍋爐運(yùn)行中，水處理是個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。如果水質(zhì)不良，會(huì)造成鍋爐受熱面上結(jié)垢和金屬腐蝕。因此，工業(yè)鍋爐水處理工作，就是采取有效措施，保證鍋爐的汽、水品質(zhì)，防止鍋爐結(jié)垢，腐蝕及汽水共滕等不良現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)，為了環(huán)保以及節(jié)約水資源，還對(duì)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的污水進(jìn)行一系列的處理，并使處理出來的水進(jìn)行二次利用，這樣，即可節(jié)約水資源，又達(dá)到環(huán)保的要求。3.2除氧控制鍋爐是企業(yè)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，鍋爐設(shè)備運(yùn)行狀況的好壞直接影響到全廠的產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于煙廠的節(jié)能與設(shè)備管理達(dá)標(biāo)與否，也產(chǎn)生很大的影響。而鍋爐設(shè)備的使用要達(dá)到高效率，

30、最為關(guān)鍵的便是工藝指標(biāo)的嚴(yán)格控制。3.2.1 除氧器除氧器的主要作用是除去給水中的氧氣,保證給水的品質(zhì)。水中溶解了氧氣,就會(huì)使與水接觸的金屬腐蝕;在熱交換器中若有氣體聚集就會(huì)妨礙傳熱過程的進(jìn)行,降低設(shè)備的傳熱效果。 因此水中溶解有任何氣體都是不利的,尤其是氧氣,它將直接威脅設(shè)備的安全運(yùn)行。除氧器本身又是給水回?zé)嵯到y(tǒng)中的一個(gè)混合式加熱器,同時(shí)高壓加熱器的疏水、化學(xué)補(bǔ)水及全廠各處水質(zhì)合格的疏水、排氣等均可通入除氧器匯總并加以利用,減少發(fā)電廠的汽水損失。當(dāng)水和某種氣體混合物接觸時(shí),就會(huì)有一部分氣體融解到水中去。 氣體的溶解度就是表示氣體溶解于水中的數(shù)量,以毫克/升計(jì)值,它和氣體的種類以及它在水面的分

31、壓力、和水的溫度有關(guān)。 在一定的壓力下,水的溫度越高,氣體的溶解度就越?。环粗?氣體的溶解度就越大。同時(shí)氣體在水面的分壓力越高,其溶解度就越大,反之,其溶解度也越低。天然水中常含有大量溶解的氧氣,可達(dá)10毫克/升。 汽輪機(jī)的凝結(jié)水可能融有大量氧氣,因?yàn)榭諝饽芡ㄟ^處于真空狀態(tài)下的設(shè)備不嚴(yán)密部分滲入進(jìn)去. 此外,補(bǔ)充水中也含有氧氣及二氧化碳等其他氣體。液面上氣體混合物的全壓力中,包括有液體蒸汽的分壓力. 將水加熱時(shí),液面附近水蒸氣的分壓力就會(huì)增加,相應(yīng)的液面附近其他氣體的分壓力就會(huì)降低. 當(dāng)水加熱到沸點(diǎn)時(shí),蒸汽的分壓力就會(huì)接近液面上的全壓力,此時(shí)液面上其他氣體的分壓力幾乎接近于零,于是這些氣體將完

32、全自水中清除出去。 要達(dá)到這一點(diǎn),不僅要將水加熱到沸點(diǎn),還要使液面上沒有這些氣體存在,即將逸出的氣體隨時(shí)排走。除氧器的工作原理即利用蒸汽對(duì)水進(jìn)行加熱,使水達(dá)到一定壓力下的飽和溫度,即沸點(diǎn)。 這時(shí)除氧器的空間充滿著水蒸汽,而氧氣的分壓力逐漸降低為零,溶解于水的氧氣將全部逸出,以保證給水含氧量合格。鍋爐用水的除氧是工藝指標(biāo)的重要環(huán)節(jié)之一。未除氧的軟水其氧離子將使鍋爐內(nèi)管束氧化，特別在高溫、高壓環(huán)境下，將更加加速設(shè)備的氧化過程，嚴(yán)重降低設(shè)備的使用壽命，減少鍋爐的蒸發(fā)量。同時(shí)含氧蒸汽又加速大量輸汽管道的氧化，使冷凝水資源的回收亦困難重重。按GB15762001低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，鍋爐用水的溶解氧量

33、要小于0.1mg/L，而要達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)，則除氧器壓力必須控制在0.02MPa，除氧器溫度必須控制在104。 3.2.2 除氧器液位控制除氧器水位控制對(duì)除氧效果而言是非常重要的，如水位過高，將導(dǎo)致進(jìn)入除氧器的水霧化空間不夠，直接影響除氧效果，如水位過低，又會(huì)直接威脅除氧器的正常工作，甚至影響到鍋爐的正常給水。除氧器在運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生負(fù)荷變化，也就是說除氧器的水位會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)這種變化發(fā)生后，進(jìn)水調(diào)節(jié)閥的開度必須有相應(yīng)的改變，才能保持水位穩(wěn)定，在水位控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器和進(jìn)水調(diào)節(jié)閥構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋的閉合回路。（見圖3.1所示）圖3.1 除氧器液位控制圖除氧器水位由差壓變送器進(jìn)行測(cè)量，輸出標(biāo)準(zhǔn)420

34、mADC信號(hào)至調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器輸出控制調(diào)節(jié)閥?？刂圃頌椋焊鶕?jù)工藝指標(biāo)，給出設(shè)定值，當(dāng)變送器測(cè)量的水位高于設(shè)定值時(shí)，將偏差信號(hào)送入調(diào)節(jié)器進(jìn)行 PID參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，減小輸出調(diào)節(jié)閥隨之減小開度，因此，進(jìn)水流量減小，水位降低，接近設(shè)定值，反之亦然。PID調(diào)節(jié)器應(yīng)選用“反作用”方式。操作器作為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)閥與調(diào)節(jié)器間聯(lián)絡(luò)的紐帶和橋梁，也作為事故狀態(tài)下操作人員進(jìn)行手操，同時(shí)手操跟蹤調(diào)節(jié)器輸出，為無擾動(dòng)切換作準(zhǔn)備，當(dāng)自動(dòng)系統(tǒng)故障時(shí)，將手操器自動(dòng)切換為手動(dòng)狀態(tài)。3.2.3除氧器壓力控制圖3.2 除氧器壓力控制圖根據(jù)工藝要求，除氧器的工作壓力應(yīng)保持在0.02MP，溫度即為104，此時(shí)的除氧效果最佳，因此，穩(wěn)定

35、除氧器的壓力，其重要性是不言而喻的。除氧器在運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生負(fù)荷變化，也就是說除氧器的壓力也會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)這種變化發(fā)生后，進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥的開度必須有相應(yīng)的改變，才能保持壓力穩(wěn)定。如圖3.2所示，控制原理為：根據(jù)工藝指標(biāo)，調(diào)節(jié)器給出設(shè)定值，當(dāng)變送器測(cè)量的壓力高于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器根據(jù)PID參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，減小輸出調(diào)節(jié)閥隨之減小開度，因此，進(jìn)氣流量減小，壓力降低，接近設(shè)定值。反之亦然。當(dāng)給水流量增加，除氧箱內(nèi)吸熱加強(qiáng)，此時(shí)要增大進(jìn)汽量，否則壓力會(huì)拉跨，特別在鍋爐給水負(fù)荷變動(dòng)大時(shí)。PID調(diào)節(jié)器應(yīng)選用“反作用”方式。（如圖3.2） 3.3 鍋爐給水控制圖3.3 鍋爐的汽水系統(tǒng)工業(yè)鍋爐汽水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.3

36、所示。汽包及蒸發(fā)管系中儲(chǔ)藏著蒸汽和水，儲(chǔ)藏量的多少，是以被制量水位表征的，汽包的流入量是給水量，流出量是蒸汽量，當(dāng)給水量等于蒸汽量時(shí)，汽包水位就恒定不變。引起水位變化的主要擾動(dòng)是蒸汽流量的變化和給水量的變化。如果只考慮主要擾動(dòng)，那么汽包水位對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性可表示為： (3-1)式中T1 , T2 時(shí)間常量Tw 給水流量項(xiàng)時(shí)間常數(shù)；TD 蒸汽流量項(xiàng)時(shí)間常數(shù)；Kw 給水流量項(xiàng)的放大系數(shù)；KD 蒸汽流量項(xiàng)的放大系數(shù)；h = H/Ho (Ho為穩(wěn)定情況下的水位，H為水位高度變化)；vwW/Dmax (W為給水流量的變化，Dmax為最大蒸汽負(fù)荷量)；vD =D/Dmax (D為蒸汽負(fù)荷的變化)。3.3.1

37、汽包水位控制對(duì)象特性給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)是使給水流量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的另一個(gè)任務(wù)是保持給水穩(wěn)定。在整個(gè)控制回路中要全面考慮這兩方面的任務(wù)。在控制回路中被調(diào)參數(shù)是汽包水位（H），調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是給水調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)量是給水流量（W）。 對(duì)汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動(dòng)的因素有蒸發(fā)量D、爐膛熱負(fù)荷（燃料量M），給水量（W）。（如圖3.4）一、蒸發(fā)量D擾動(dòng)作用下水位對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性汽包水位在蒸汽流量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性（假定給水流量不變化的情況），可以直接從式（31）導(dǎo)出： (3-2)拉氏變換后可得： (3-3)其傳遞函數(shù)為 (3-4)上式可以用兩個(gè)動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)的并聯(lián)來等效，即 (3

38、-5)式中 ； 當(dāng)蒸發(fā)量忽然增加D，給水量和燃料量不變時(shí)，水位變化如圖3.4（a）中所示。圖中H1(t)直線下降，因?yàn)榻o水量小于蒸發(fā)量，使鍋爐中的蓄水量不斷減少，故水位不斷下降。但是由于蒸發(fā)量的增加，汽水混合物中的氣泡容積增加，另外鍋筒中壓力也要降低，使氣泡膨脹，都導(dǎo)致水位上升，如H2（t）所示。實(shí)際水位的變化曲線為H1(t)和H2(t)的合成H(t)?？梢?，當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量增加時(shí)，雖然蒸發(fā)量大于給水量，但在一開始時(shí)，水位不僅沒有下降，反而迅速上升，這是由于氣泡體積迅速增加之故，這種現(xiàn)象稱為“虛假水位”。當(dāng)汽水混合物中氣泡容積已與負(fù)荷相適應(yīng)時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，水位就主要決定于物質(zhì)平衡，因給水量小于蒸發(fā)量，

39、此時(shí)水位開始下降。圖中的D是由“虛假水位”所造成的遲延，其大小決定于鍋爐的特性。二、爐膛負(fù)荷擾動(dòng)（燃料量M擾動(dòng)）時(shí)水位對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 當(dāng)燃料量增加M時(shí)，鍋爐將吸收更多的燃量，蒸汽量增加，如果主汽閥門開度不變，鍋爐出口汽壓將提高，蒸汽輸出量也將增加。此時(shí)給水量沒變，所以水位應(yīng)該是下降的。但是由于汽水混合物中氣泡體積增大，因此也出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象，水位開始上升，然后下降，如圖3.4（b）所示。它與圖3.4（a）很相似，但水位上升的較少，而遲延M較大，這是由于燃料量增加使蒸汽量增加的同時(shí)鍋筒壓力也提高，從而使氣泡體積的增加量減少，因而導(dǎo)致水位上升較少；另一方面隨燃料量的增加而增加的蒸汽量有較大慣性

40、和遲延，如圖3.4（b）中的虛線所示。M可達(dá)34分鐘。三、給水量（W）擾動(dòng)時(shí)的水位對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 鍋爐給水量是它的輸入量，如果蒸汽負(fù)荷不變化，那么在給水流量發(fā)生變化時(shí),汽包水位對(duì)象的微分方程可以表示為： (3-6)經(jīng)拉氏變換后可得： (3-7)從式（37）可方便地得到汽包水位在給水流量作用下的傳遞函數(shù)為： (3-8)對(duì)于中壓鍋爐，上式中TW 的數(shù)值很小，常?？梢院雎圆挥?jì)，因此式（38）可進(jìn)一步改寫為 (3-9)式中反應(yīng)速度，即給水流量改變單位流量時(shí)水位的變化速度，mm/s(t/h);Vw 蒸發(fā)面以下的水容積（m3）；從式（39）可知，汽包水位在給水流量作用下的動(dòng)態(tài)特性由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)一階慣

41、性環(huán)節(jié)所組成，、T2的數(shù)值可通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試求得，數(shù)值的大小同鍋爐的結(jié)構(gòu)有關(guān)。有些鍋爐當(dāng)給水量增加時(shí)，在較長(zhǎng)一段時(shí)間里，汽包水位并不增加，有一較長(zhǎng)的起始慣性段，對(duì)于這種鍋爐用式（39）描寫它的動(dòng)態(tài)特性，誤差較大，這時(shí)可選用下面近似計(jì)算公式： （310）式中給水流量擾動(dòng)下的純滯后時(shí)間，它的數(shù)值對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的鍋爐都有差別。給水量增加W水位的反應(yīng)曲線如圖3.4（c）所示。圖中曲線1是鍋爐采用沸騰式省煤器情況下的水位特性，曲線2是鍋爐采用非沸騰式省煤器情況下的水位特性。采用沸騰式省煤器，使水位特性的遲延和慣性大為增加，因?yàn)榻o水量的焓值較低，當(dāng)給水量突然增加時(shí)，如果熱負(fù)荷不變，則省煤器的沸騰率減小，處于省煤

42、器中氣泡的容積減少。因此進(jìn)入省煤器的給水首先必須填補(bǔ)省煤器中的氣泡減少所讓出的空間，所以水位下降，直到過了w1 以后，才能使省煤器流入鍋筒的水量增加，水位才開始上升。w1 約為100200秒。非沸騰式省煤器w2，約為30100秒。3.3.2 給水壓力控制鍋爐給水系統(tǒng)中還有一個(gè)比較重要的控制回路是給水壓力回路，因?yàn)槠鼉?nèi)壓力較高，要給鍋爐補(bǔ)水必須提供更高的壓力，給水壓力回路的作用是提高水壓，使水能夠正常注入汽包。但在蒸汽流量未達(dá)到滿負(fù)荷時(shí)，對(duì)給水流量的要求也不高。在老式的鍋爐系統(tǒng)中一般采用給水泵一直以工頻方式運(yùn)轉(zhuǎn)，用回流閥降低水壓防止爆管，現(xiàn)在一般采用通過變頻器恒壓供水的方式控制水壓，具體實(shí)現(xiàn)方

43、式是：系統(tǒng)下達(dá)指令由變頻器自動(dòng)啟動(dòng)第一臺(tái)泵運(yùn)行，系統(tǒng)檢測(cè)給水管的水壓，當(dāng)變頻器頻率上升到工頻時(shí)，如水壓未達(dá)到設(shè)定的壓力值，系統(tǒng)自動(dòng)將第一臺(tái)電機(jī)切換至工頻直供電，并由變頻器拖動(dòng)第二臺(tái)水泵運(yùn)行，如變頻器運(yùn)行到工頻狀態(tài)時(shí)供水母管壓力仍未達(dá)到設(shè)定壓力值系統(tǒng)自動(dòng)將第二臺(tái)水泵切換至工頻直供電，再由變頻器拖動(dòng)第三臺(tái)運(yùn)行，依次類推，直至壓力達(dá)到設(shè)定值。若鍋爐需要的給水量減少，變頻控制系統(tǒng)可自動(dòng)降低變頻器的運(yùn)行頻率，如變頻器的頻率到零仍不能滿足要求，則變頻器自動(dòng)切換至前一臺(tái)水泵進(jìn)行變頻運(yùn)行，依次類推。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是：始終利用一臺(tái)變頻器自動(dòng)調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，切換時(shí)間以管網(wǎng)的實(shí)際壓力和設(shè)定壓力的差值決定

44、，同時(shí)保證管網(wǎng)的壓力動(dòng)態(tài)恒定。值得注意的是為了防止變頻器報(bào)警停機(jī)或其他故障造成水泵不轉(zhuǎn)會(huì)引起鍋爐缺水，所以應(yīng)該加反饋裝置確保變頻器正常工作。除此之外鍋爐的供水系統(tǒng)中還包括除氧器壓力控制和除氧器水位控制，除氧器壓力控制主要是為了保證除氧器口有足夠的蒸汽壓力用于將軟化水除氧，這是一個(gè)單閉環(huán)控制回路，輸入?yún)?shù)是除氧器壓力輸出參數(shù)控制除氧器進(jìn)汽閥。除氧器水位控制主要是為了保證除氧器內(nèi)有足夠的水提供給鍋爐，這是一個(gè)單閉環(huán)控制回路輸入?yún)?shù)，是除氧器水位輸出參數(shù)控制除氧器進(jìn)水閥。第4章 汽包水位控制方案設(shè)計(jì)4.1 單沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)單沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖所示。它是連續(xù)給水自動(dòng)調(diào)節(jié)中最簡(jiǎn)單的一種型式。

45、水位測(cè)量信號(hào)經(jīng)變送器送到水位調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)水位測(cè)量值與給定值的偏差去控制給水調(diào)節(jié)閥，改變給水量來保持鍋筒水位在允許值范圍內(nèi)，因?yàn)橹徊捎盟蛔稣{(diào)節(jié)器的信號(hào)，故叫單沖量，對(duì)于低參數(shù)小容量的工業(yè)鍋爐，因?yàn)橄鄬?duì)于負(fù)荷來說水容較大，所以虛假水位現(xiàn)象不嚴(yán)重，對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的要求又不太高，可以采用單沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠滿足生產(chǎn)上的要求。調(diào)節(jié)器應(yīng)采用比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律，因單純比例調(diào)節(jié)規(guī)律易從產(chǎn)生水位余差。 單沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖4.1所示。單沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在一定的缺點(diǎn)，因此該系統(tǒng)只根據(jù)水位來調(diào)節(jié)給水量。其特點(diǎn)如下：（1） 在負(fù)荷變化時(shí)，由于虛假水位現(xiàn)象，在調(diào)節(jié)過程一開始，給水量的變化將與負(fù)荷變

46、化的方向相反，擴(kuò)大了進(jìn)出流量的不平衡。（2） 給水量變化時(shí)，因給水量改變后，要經(jīng)過一定遲延時(shí)間w 才能影響到水位，因此必將導(dǎo)致水位波動(dòng)幅度大，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)。圖4.1 單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 圖4.2 單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖4.2、雙沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單沖量水位調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)蒸汽流量作為前饋信號(hào)，構(gòu)成雙沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所謂前饋調(diào)節(jié)就是按擾動(dòng)變化的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，調(diào)節(jié)作用在擾動(dòng)發(fā)生的同時(shí)就發(fā)生，而不是等到擾動(dòng)引起被調(diào)量發(fā)生變化后才產(chǎn)生，這就是前饋調(diào)節(jié)的主要特點(diǎn)。所以引入蒸汽流量前饋信號(hào)可以消除虛假水位對(duì)調(diào)節(jié)的不良影響。 當(dāng)蒸汽量變化時(shí)，就有一個(gè)使給水量與蒸汽量同方向變化的信號(hào)，

47、可以減小或抵消由于虛假水位現(xiàn)象而使給水量與蒸汽量相反方向變化的誤動(dòng)作，使調(diào)節(jié)閥一開始就向正確的方向移動(dòng)。因而大大減小了給水量和水位的波動(dòng)，縮短了過渡過程的時(shí)間。因適當(dāng)?shù)倪x擇前饋的作用，采用比例規(guī)律的調(diào)節(jié)器也可以消除靜態(tài)余差，故雙沖量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器可用比例規(guī)律也可用比例積分規(guī)律。（如圖4.3）以上的分析可見，雙水量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)能在負(fù)荷變化頻繁的情況下較好的完成水位調(diào)節(jié)任務(wù)。在給水壓力比較平穩(wěn)時(shí)，采用雙沖量調(diào)節(jié)是能夠達(dá)到調(diào)節(jié)要求的。但是調(diào)節(jié)作用不能及時(shí)反映給水側(cè)的擾動(dòng)。當(dāng)給水量擾動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)等于單沖量調(diào)節(jié)。因此，給水母管壓力經(jīng)常有波動(dòng)，給水調(diào)節(jié)閥前后壓差不易保持正常時(shí)，不宜采用雙沖量調(diào)節(jié)

48、。圖4.3 雙沖量給水控制系統(tǒng)原理圖圖4.4 雙沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖4.3 三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)雙沖量控制系統(tǒng)有兩個(gè)缺點(diǎn)：(1)調(diào)節(jié)閥的工作特性不一定完全是線性，這樣要做到靜態(tài)補(bǔ)償就比較困難；(2)對(duì)于給水系統(tǒng)的擾動(dòng)不能直接補(bǔ)償。為此將引入給水流量信號(hào)，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)。4.3.1 三沖量的定義所謂三沖量，就是指汽包水位、蒸汽流量和給水流量。蒸汽流量和給水流量是引起水位變化的原因，蒸汽流量作為水位調(diào)節(jié)的前饋信號(hào)，當(dāng)蒸汽流量改變時(shí)，調(diào)節(jié)器立即動(dòng)作，相應(yīng)地改變給水流量，而當(dāng)給水流量自發(fā)地變化時(shí)，調(diào)節(jié)器也立即動(dòng)作，使給水流量恢復(fù)到原來數(shù)值，這樣就有效控制了虛假水位的影響。給水控制是串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

49、，主調(diào)節(jié)器接受水位信號(hào)，對(duì)水位起校正作用，是細(xì)調(diào)；其輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的被調(diào)量是給水流量，目的是快速消除來自給水側(cè)的擾動(dòng)。為了提高給水控制系統(tǒng)的可靠性，汽包水位測(cè)量使用了三個(gè)變送器。三個(gè)經(jīng)壓力校正后的汽包水位信號(hào)取中間值，作為控制系統(tǒng)的被調(diào)量，當(dāng)水位測(cè)量信號(hào)平均值超過300mm，而且任意兩個(gè)水位測(cè)量信號(hào)越限280mm 時(shí)，發(fā)出汽包水位MFT 信號(hào)。當(dāng)給水溫度不變，而壓力在某個(gè)范圍變化時(shí)，給水流量的測(cè)量誤差很小，若給水壓力不變，給水溫度在某個(gè)范圍內(nèi)變化時(shí)，給水流量的測(cè)量誤差較大，所以對(duì)給水流量信號(hào)只采取溫度校正。蒸汽流量采用汽機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力的測(cè)量來表示，調(diào)節(jié)級(jí)壓力經(jīng)過溫度修正后，可

50、近似代表蒸汽流量測(cè)量值。如果采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴測(cè)量蒸汽流量，一方面在高溫高壓下節(jié)流噴嘴容易磨損，檢修維護(hù)也困難，測(cè)量誤差較大，另一方面節(jié)流損失也大，一般不采用此種方法。當(dāng)用蒸汽流量轉(zhuǎn)換出負(fù)荷小于40%時(shí)，送至給水控制系統(tǒng)，切換為三沖量調(diào)節(jié)汽包水位。4.3.2 三沖量控制方案前饋(蒸汽流量)加反饋(液位，給水流量)控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)可看作三沖量的綜合信號(hào)作為被控變量的單回路控制系統(tǒng)，投運(yùn)和整定與單回路控制系統(tǒng)一樣，但是如果系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不能確保物料平衡，則負(fù)荷變化時(shí)，水位將有余差。 圖4.5 三沖量水位單回路控制系統(tǒng)原理圖三沖量汽包給水控制系統(tǒng)，采用蒸汽流量信號(hào)對(duì)給水流量進(jìn)行前饋控制，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然發(fā)生變

51、化，蒸汽流量信號(hào)使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向移動(dòng)，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大，抵消了由于“虛假水位”引起的反向動(dòng)作，因而減小了水位和給水流量的波動(dòng)幅度。當(dāng)由于水壓干擾使給水流量改變時(shí)，調(diào)節(jié)器能迅速消除干擾。如給水流量減少，調(diào)節(jié)立即根據(jù)給水流量減少的信號(hào)，開大給水閥門，使給水量保持不變。另外，給水流量信號(hào)也是調(diào)節(jié)器動(dòng)作后的反饋信號(hào)，能使調(diào)節(jié)器及早知道控制的效果，所以三沖量給水控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器動(dòng)作快，還可以避免調(diào)節(jié)過頭，減少波動(dòng)和失控。這樣，汽包水位就很少受到影響。圖4.6 三沖量水位單回路控制系統(tǒng)方框圖Ho給定值 ； H水位輸出信號(hào)；fD蒸汽擾動(dòng)信號(hào)；fW給水?dāng)_動(dòng)信號(hào)從系統(tǒng)組成方框圖可以看

52、出，三沖量水位控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路：（1）是由給水流量W、給水分流器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥組成的內(nèi)回路；（2）由汽包水位對(duì)象和內(nèi)回路構(gòu)成的主回路。蒸汽流量D及其蒸汽分流器均在閉合回路之外，它的引入可以改善控制質(zhì)量，但不影響閉合回路工作的穩(wěn)定性。所以三沖量控制的實(shí)質(zhì)是前饋加反饋的控制系統(tǒng)。三沖量給水單級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：控制系統(tǒng)所用的設(shè)備少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，給水流量調(diào)節(jié)動(dòng)作平穩(wěn)，整定方法易于掌握，一般情況下能滿足鍋爐生產(chǎn)控制的要求。但是，三沖量給水單級(jí)控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性不僅和調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律有關(guān)，還取決于信號(hào)之間的靜態(tài)配合關(guān)系，當(dāng)aD不等于aW時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)有靜差存在，為了克服這一缺點(diǎn)，常采用三沖量串級(jí)控

53、制系統(tǒng)。關(guān)于蒸汽流量分流系數(shù)aD的選擇問題：蒸汽流量信號(hào)不在控制系統(tǒng)閉合回路之內(nèi)，因此它的大小不影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。蒸汽流量信號(hào)的大小原則上可以這樣來確定，當(dāng)蒸汽流量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，就利用這個(gè)擾動(dòng)信號(hào)作為控制信號(hào)，通過調(diào)整aD使水位變化很小或者基本不變。這樣就要求： 式中 Ww(S) 給水流量擾動(dòng)下汽包水位的傳遞函數(shù)；WD(S) 蒸汽流量擾動(dòng)下汽包水位的傳遞函數(shù)；aD、aw 蒸汽流量和給水流量的分流系數(shù)。4.3.3 三沖量控制方案蒸汽流量前饋-給水流量串級(jí)控制系統(tǒng)三沖量給水串級(jí)控制系統(tǒng)如圖4.7 所示，它相當(dāng)于前饋加串級(jí)的控制系統(tǒng)。主信號(hào)汽包水位H接入主調(diào)節(jié)器PI*，副調(diào)節(jié)器輸入主調(diào)節(jié)器的輸出信

54、號(hào)以及前饋信號(hào)蒸汽流量D與反饋信號(hào)給水流量W。由于副調(diào)節(jié)器接三個(gè)信號(hào)，因此也存在信號(hào)間的配合問題。但是，系統(tǒng)的靜態(tài)特性主要決定于主調(diào)節(jié)器，就不一定要求aD和aw非相等不可，aD可以根據(jù)“虛假水位”的具體情況來選定。圖4.7 三沖量給水串級(jí)控制系統(tǒng)示意圖DBC差壓變送器； DJK開方器； aD、aW 分流器；PI*主調(diào)節(jié)器； PI副調(diào)節(jié)器；CF伺服放大器；SD執(zhí)行器給水串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：汽包水位偏差H可以由主調(diào)節(jié)器來校正。理論上講，由于主調(diào)節(jié)器是PI*調(diào)節(jié)器，所以汽包水位H可實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)是控制系統(tǒng)的主要整定參數(shù)，副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)則跟給水單級(jí)控制系統(tǒng)相同。圖4.8 三沖量給水串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖Ho給定值 ； H水位輸出信號(hào)；fD蒸汽擾動(dòng)信號(hào)；fw給水?dāng)_動(dòng)信號(hào)；根據(jù)工藝安全性要求，為確保汽包在故障出現(xiàn)時(shí)不至于干鍋，給水調(diào)節(jié)閥應(yīng)采用反作用執(zhí)機(jī)器，當(dāng)輸入信號(hào)增加時(shí)，閥門開度減小。控制原理為：當(dāng)給水流量由于擾動(dòng)而增加時(shí)，副調(diào)節(jié)器根據(jù)PID參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，應(yīng)增大輸出，使調(diào)節(jié)閥開度減少，克服干擾，所以副