1、- -. 優選-摘要鍋爐燃燒過程自動控制主要包括三項控制內容: 控制燃料量、控制送風量、控制引風量。為實現對燃料量、送風量和引風量的控制, 相應的有三個控制系統, 即燃料量控制系統、送風量控制系統和引風量控制系統。以上三個控制系統之間存在著密切的相互關聯, 要控制好燃燒過程, 必須使燃料量、送風量及引風量三者協調變化。鍋爐燃燒自動控制系統的根本任務是使燃料燃燒所提供熱量適應外界對鍋爐輸出的蒸汽負荷的需求, 同時保證鍋爐的平安經濟運行。在鍋爐燃料控制子系統中, 有三種方案控制燃料量, 分別為: 燃料反響的燃料控制系統、給煤機轉速反響的燃料控制系統和前饋加反響的燃料控制子系統。其中, 給煤機轉速反

2、響的燃料控制子系統是目前應用最多的。送風控制一般采取串級比值控制系統, 輔之以含氧量校正信號。引風控制系統一般引入送風量前饋信號, 使送風量與引風量相匹配。鍋爐送風機、引風機是鍋爐系統的重要設備，對提高介質的燃燒利用率、保證鍋爐的正常使用起著關鍵作用。本次課程設計主要針對燃煤鍋爐燃燒的送、引風系統進展設計。關鍵詞：關鍵詞：鍋爐、燃燒、自動控制、送引風目錄摘要 I1.鍋爐燃燒過程分析 1- -. 優選-1.1 磨煤機的工作原理 11.2 給煤機的工作原理 11.3 空氣預熱器 21.4 一次風機工作原理 21.5 送引風機工作原理 21.6 燃燒器布置 32.燃燒過程控制任務和調節量 42.1.

3、燃燒過程控制任務 42.2 燃燒過程調節量 43.鍋爐送、引風機風壓及風量的理論計算 53.1 送風機風壓與風量確實定 53.2 引風機的風壓與風量確實定 64.鍋爐燃燒過程控制根本方案及分析 84.1 蒸汽出口壓力控制系統分析 94.2 燃料量控制系統 94.3 送風量控制系統 124.4 引風量控制系統 145. 控制系統單元元件的選擇 165.1 變送器的選擇 166.控制原理圖 187.致謝 20參考文獻 21- -. 優選-1.鍋爐燃燒過程分析燃燒設備主要有磨煤機、給煤機、燃燒器、風機等，下面分別做簡單的介紹。1.1 磨煤機的工作原理球磨機主體是一個大圓筒形式, 筒內裝有大量鋼球。筒

4、身兩端是架在大軸承上的空心軸頸, 一端是熱空氣和原煤的進口, 另一端是氣粉混合物的出口。圓筒由電動機通過減速器拖動旋轉, 筒體轉動時, 將筒內鋼球帶到一定高度, 這時波浪形護甲起著帶動鋼球、防止滑落的作用, 鋼球從一定高度落下將煤擊碎。所以球抹機主要是以撞擊作用磨制煤粉的, 同時也兼有擠壓、碾壓作用。球磨機內枯燥與磨煤是同時進展的, 一般均采用熱空氣作為枯燥劑, 磨好的煤粉由枯燥劑氣流從筒體內帶出。枯燥劑氣流在筒內的速度為1 3m/ s, 速度越大, 帶出的煤粉越粗, 磨煤出力越大。1.2 給煤機的工作原理給煤機工作原理比較簡單, 原煤倉落煤經給煤機進口, 由皮帶驅動滾輪動皮帶滾動,將皮帶上原

5、煤輸送至給煤機出口進入磨煤機進展碾磨。給煤機給煤量調節是通過電磁調速電動機控制啟動滾輪轉速來實現的。電子稱重式給煤機給煤量的稱重原理是通過負荷傳感器測出的單位長度皮帶上煤的重量G,再乘以由編碼器測出的皮帶轉速v, 就得到了給煤量B, 即B= Gv。1.3 空氣預熱器空氣預熱器是利用鍋爐尾部煙氣熱量來加熱燃燒所需空氣的一種熱交換裝置。- -. 優選-1.4 一次風機工作原理一次風機為前彎式離心風機, 由葉輪組、機殼、進風口、調節門、傳動組組成。其工作原理為當風機運轉時, 充滿葉輪的氣體被葉片帶動一起旋轉, 旋轉的氣體因自身的質量產生了離心力。在離心力作用下, 使氣體沿葉片流道從葉輪四周出口處沖出

6、, 獲得能量, 同時, 葉輪中心形成負壓。進口側氣體在大氣壓力作用下不斷的吸入, 風機不停的旋轉, 氣體就不斷的被吸入、排出。1.5 送、引風機工作原理送、引風機為動葉可調軸流風機, 它的工作原理是基于機翼型理論。氣體以一個攻角進入葉輪, 在翼背上產生一個升力, 同時必定在翼腹上產生一個大小相等方向相反的作用力, 使氣體排出葉輪呈螺旋形沿軸向向前運動。與此同時, 風機進口處由于差壓的作用, 使氣體不斷地被吸入。而動葉可調軸流風機, 攻角越大, 翼背的周界越大, 那么升力越大, 風機的壓差越大,風量那么小。當葉片攻角到達臨界值時, 氣體將離開翼背的型線而發生渦流, 此時風機壓力大, 風量下降,

7、產生失速現象。1.6 燃燒器布置自然循環煤粉爐采用四角布置切圓燃燒方式的直流式擺動燃燒器。在爐膛下由八層二次風噴嘴、五層一次風噴嘴和兩層三次風噴嘴組成。2.燃燒過程控制任務和調節量2.1 燃燒過程控制任務 (1) 滿足機組負荷要求，維持主蒸汽壓力穩定；- -. 優選-燃燒過程控制任務與機組運行方式有關。(2) 保證燃燒過程經濟性 ；使燃料得以充分燃燒 (3) 保證燃燒過程穩定性 。維持鍋爐爐膛壓力穩定2.2 燃燒過程調節量根據控制任務，主要調節以下三個物理量：1燃料量調節調節燃料量使入爐燃料燃燒所產生的量能與鍋爐外部負荷需求的量能相適應。2送風量調節燃料量改變時，送風量也應改變，以保證燃料的完

8、全燃燒和排煙熱損失最小。調節送風量的目的是保證鍋爐燃燒過程的經濟性。3引風量調節調節引風量的目的是使引風量與送風量相適應，以保持爐膛壓力在要求范圍內，以保證燃燒過程穩定性。3.鍋爐送、引風機風壓及風量的理論計算鍋爐送風機、引風機是鍋爐系統的重要設備，對提高介質的燃燒利用率、保證鍋爐的正常使用起著關鍵作用。送風機以控制鍋爐進風量為目標；引風機是以控制爐內壓力為目標，通常為控制爐膛負壓。因此，對鍋爐風量、壓力受控制參數的調節極其重要。- -. 優選-3.1 送風機風壓與風量確實定按理論要求，在鍋爐房的煙風系統中，送風機的風壓用于抑制從風道入口到進入爐膛包括通過空氣預熱器、燃燒設備和燃料層的全部阻力

9、。送風機風壓值可按下式表示：H=1.1(h1+h2+h3-h4-h5)(1)式中h1燃燒設備和燃燒層的阻力；h2空氣預熱器空氣側的阻力；h3送風道的阻力包括摩擦阻力和局部阻力；h4風道自生風；h5爐膛入口處真空度；1.1風壓儲藏系數。在1式中，h1值變化范圍較大，它受燃煤特性、燃煤厚度、燃煤粒度的影響。其次與鍋爐操作人員管理水平有關。送風機風量可按下式確定：V=1.05abc(273+t)/273X101325/d (2)式中 a爐膛過量空氣系數；1.05風量儲務系數；b計算燃煤量；c理論空氣量；d當地大氣壓；101325標準大氣壓；t冷空氣溫度。由2式可知，影響風量大小的因素主要是燃煤特性、

10、鍋爐負荷、爐膛過量空氣等因素。- -. 優選-3.2 引風機的風壓與風量確實定引風機用于抑制從爐膛出口到煙囪出口包括爐膛出口負壓、鍋爐防渣管以后的各局部受熱面和除塵設備的全部煙道阻力。引風機的風壓值可按下式確定：H=1.2h1+h2+h3+h4+h5-h6(3)式中h1爐膛負壓值；h2鍋爐阻力，DC；h3除塵器阻力；h4煙道阻力；h5煙囪阻力；h6煙道自生風。在上式中，各項阻力值的變化范圍與鍋爐的容量、構造形式有關，其中h2、h3是主要因素。當鍋爐構造不同時h2值不同；當除塵器構造不同時h3不同。引風機風量可按下式確定：V=1.1B(V1-aV2) (4)式中B計算燃煤量；V2鍋爐尾部受熱面后

11、的排煙容積；a鍋爐尾部受熱面后煙道的漏風系數；1.1風量儲藏系數。綜上所述，應該按照鍋爐系統的有關阻力和保證鍋爐正常運行所需空氣量，來確定鍋爐送、引風機的風量、風壓，同時考慮一定的儲藏系數。特別指出的是，對風機采用常規的風閥調節風量法，雖然風量減小了，但系統阻力卻增加了。風機所需功率沒有減小或減小的很少，電機的能耗沒有節省，不能到達節能的目- -. 優選-的。而且可能因為滿足了爐膛負壓值要求而不能滿足風量要求，進而造成鍋爐出力缺乏的結果。采用變頻調速控制風量，不僅可以調節風機的風量和風壓，減小系統的噪聲，而且可以到達節能的目的。變頻調速控制風量法是一種有效的節能控制方法。4.鍋爐燃燒過程控制根

12、本方案及分析鍋爐燃燒自動控制系統的根本任務是使燃料燃燒所提供的熱量適應外界對鍋爐輸出的蒸汽負荷的要求，同時還要保證鍋爐平安經濟運行。一臺鍋爐的燃料量、送風量和引風量三者的控制任務是不可分開的，但彼此之間應互相協調，才能可靠工作。對給定出水溫度的情況，那么需要調節鼓風量與給煤量的比例，使鍋爐運行在最正確燃燒狀態。同時應使爐膛內存在一定的負壓，以維持鍋爐熱效率、防止爐膛過熱向外噴火，保證了人員的平安和環境衛生。燃料與空氣按照一定比例送入鍋爐燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發生系統，產生飽和蒸汽，形成過熱蒸汽，再聚集到蒸汽母管。過熱蒸汽經負荷設備控制，供給負荷設備用，與此同時，燃燒過程中產生的煙氣，

13、除將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，還經省煤器預熱鍋爐給水和空氣預熱器預熱空氣，最后經引風送往煙囪，排入大氣。蒸汽壓力對象的主要干擾是燃料量的波動與蒸汽負荷的變化。當燃料流量和蒸汽負荷變動較小時，可采用利用蒸汽壓力來調節燃料量的單回路控制系統；當燃料流量波動較大時，可采用蒸汽- -. 優選-壓力對燃料流量的串級控制系統。主蒸汽壓力控制系統的主要目的是維持主蒸汽壓力恒定，因此主蒸汽壓力能否準確測量直接關系到控制質量的優劣。合理的選擇壓力變送器在設計中有關鍵作用。4.1 蒸汽出口壓力控制系統分析鍋爐的燃燒控制對于鍋爐的平安、高效運行和節能降耗都具有重要意義，其控制和管理隨之要求也越來越高。燃料控制的任務在

14、于進入鍋爐的燃料量隨時與蒸汽壓力要求相適應。因為蒸汽壓力是衡量鍋爐熱量平衡的標志，燃料又是影響蒸汽壓力的主要因素，因此蒸汽壓力可以作為燃料控制系統的被調量。1低壓鍋爐出口蒸汽壓力小于或等于2.45MPa的鍋爐，其蒸汽溫度多為飽和溫度或不高于400。2中壓鍋爐出口蒸汽壓力為2.944.90MPa的鍋爐。3高壓鍋爐出口蒸汽壓力為7.8410.8MPa的鍋爐。鍋爐蒸汽壓力是燃燒過程調節對象的主要被控量，引起蒸汽壓力變化的因素有很多，如燃料量、送風量、給水量、蒸汽流量以及各種使燃燒工況發生變化的原因。它受到的主要擾動分為內擾(燃料的變化)和外擾(蒸汽流量的改變)。4.2 燃料量控制系統燃料控制子系統的

15、作用是燃料量適應負荷變化的需要, 保證壓力在允許范圍內變化。該系統用給煤機轉速表示燃料量( 鍋爐燃燒率) 的大小,被調量是機前壓力P T , 調節量是各給煤機的給煤量B0 , 反響量是給煤機轉速總和n, 構成串級控制系統。燃料控制子系統是由給煤機轉速測量回路、燃料發熱量修正回路、燃料調節回路構成。給煤機轉速測量回路的作用是提供給煤量的- -. 優選-反響信號; 燃料發熱量修正回路的作用是保證燃料變化時發熱量不變化; 燃料調節回路的作用是通過調節給煤量來適應外界負荷的需求。燃料過程控制構成可用圖4-1簡單表示。 圖 4-1 燃料過程控制過程其中：鍋爐主控制器控制燃料、送風和引風三個系統，同時通過

16、協調級進展調節。設置燃料量控制子系統的目的之一就是利用它來消除燃料側內部的自發擾動，改善系統的調節品質。另外，由于大型機組容量大，各局部之間聯系密切，相互影響不可忽略。特別是燃料品種的變化、投入的燃料供給裝置的臺數不同等因素都會給控制系統帶來影響。燃料量控制子系統的設置也為解決這些問題提供了手段。煤粉由一次風送入爐膛，送粉能力與一次風量有關；同時，一次風量對制粉系統的正常工作影響很大，所以必須對進入磨煤機的一次風量進展控制。 磨煤機出口溫度與煤粉枯燥度有關，出口溫度太低，會使煤得不到足夠得枯燥，影響煤粉的輸送，甚至會造成堵塞；出口溫度太高，那么容易發生煤的自燃。因此，需對磨煤機出口溫度進展-

17、-. 優選-控制。 由于一般都是通過調節磨煤機入口熱風擋板開度控制磨煤機入口一次風量；通過調節磨煤機入口冷風擋板控制磨煤機出口溫度。為保證控制開度與風量的一一對應關系，為此需設置一次風壓力控制系統。用于輸送煤粉的一次風是屬于助燃的風量，但幫助燃料在爐膛內完全燃燒的主要還是由送風機提供的二次風。因此，燃燒過程的經濟性主要是通過調節二次風量來保證。由于直吹式鍋爐特性， 燃燒過程控制的三個控制系統在直吹式鍋爐燃燒過程控制中已演變成六個控制系統：燃料控制系統、 磨煤機一次風量控制系統、磨煤機出口溫度控制系統、一次風壓力控制系統、送風控制系統又稱風量控制系統和爐膛壓力控制系統4.3 送風量控制系統送風控

18、制子系統的作用是通過調節總送風量, 保證燃燒過程中總的風- 煤比值。該系統中被調量是煙氣含氧量, 調節量是各臺送風機的送風量, 反響量是各臺送風機的風量信號與一次風總風量信號相加, 構成串級控制系統。送風量控制子系統由總風量測量回路、煙氣含氧量校正回路、送風量調節回路構成。總風量回路提供風量的反響信號。煙氣含氧量校正回路的作用是根據煙氣含氧量與給定值之間的偏差對送風量進展校正, 以保證最正確的過剩空氣。送風量調節回路的作用是根據校正后的總風量與給定值之間的偏差, 調節送風量, 使副回路構成隨動控制系統。燃料量與送風量的關系見圖4-2。 - -. 優選-圖 4-2 燃料量與送風量關系其中對空氣和

19、燃料的控制: 鍋爐用水經省煤器預熱后,注入鍋爐內,在進水管道內,用一流量傳感器檢測到流量信號后,經流量變松器把流量信號這一物理量變換成相應的統一的標準信號,送入儀表、運算器、調節器中,其中為了使儀表的輸出信號同流量信號呈線形關系,我們在中間參加一個開方器,同時,在進水端檢測出它的進水溫度(預熱后),送給調節器,然后,再從出水端檢測出出水溫度,也送給調節器.在這一調節器中,用一減法器計算出溫度,將前面所測得的流量乘以(乘法器)溫差,即可求得進水管道中所注入的水所需的熱量.而出口測的熱水溫度信號送給溫度調節電路,溫度調節電路將它在與人工設定值水平 SP 之間進展控制計算,將輸出信號作為結果輸出,將

20、前面原料加熱所需要的熱量加到該輸出信號中,作為燃料流量的設定值,與燃料流量這一小閉環所檢測出此時燃料的流量值,做一差值計算,從而調節燃料控制閥的大小,進而進展熱量控制.燃燒過程的經濟與否可以通過剩余空氣系數是否適宜來衡量，過剩空氣系數通常用煙氣的含氧量來間接表示。實現經濟燃燒最根本的方法是使風量與燃料量成一定的比例。- -. 優選-送風量控制子系統的任務就是使鍋爐的送風量與燃料量相協調，可以到達鍋爐的最高熱效率，保證機組的經濟性，但由于鍋爐的熱效率不能直接測量，故通常通過一些間接的方法來到達目的。如圖 4-3 所示，以實測的燃料量 B 作為送風量調節器的給定值，使送風量 V 和燃料量 B 成一

21、定的比例。 圖 4-3 燃料量空氣調節系統在穩態時，系統可保證燃料量和送風量間滿足 B=vV 5選擇v使送風量略大于B完全燃燒所需要的理論空氣量。這個系統的優點是實現簡單，可以消除來自負荷側和燃料側的各種擾動。4.4 引風量控制系統引風控制子系統的作用是保持爐膛壓力穩定在給定值。該系統的被調量是爐膛壓力, 調節量是引風量, 前饋信號是送風量, 構成前饋- 反響控制系統。引入送風量前饋信號是協調送風和引風之間的關系, 抑制送風量對爐膛壓力的擾動。PI 調節器構成的調節系統可以消除其他擾動對爐膛壓力的影響, 靜態時爐膛壓力等于給定值。爐膛壓力直接影響爐膛內燃料的燃燒質量和鍋爐的平安性。爐膛壓力控制

22、系統的根本任務是通過控制兩臺引風機動葉或入口擋板的開度, 使引風量與送風量相適應, 從而保證爐膛壓力在允許范圍內, 以穩定燃燒, 減少污染, 保障平安。一般- -. 優選-采用單回路調節系統并加以前饋的方法進展控制，如圖4-4所示。圖4-4 引風量控制子系統圖中 rs 為爐膛負壓給定值，S 為實測的爐膛負壓，Q 為引風量，V 為送風量。由于爐膛負壓實際上決定于送風量和引風量的平衡，故利用送風量作為前饋信號，以改善系統的調節性能。另外，由于調節對象相當于一個比例環節，被調量反響過于靈敏，為了防止小幅度偏差引起引風機擋板的頻繁動作，可設置調節器的比例帶自動修正環節，使得在小偏差時增大調節器的比例帶

23、。對于負壓 S 的測量信號，也需進展低通濾波，以抑制測量值的劇烈波動。 5.控制系統單元元件的選擇變送器是將被測工藝參數，通過其傳感元件的檢測，轉換部件的放大和變換，輸出一個統一的相應的氣壓或電流信號，再傳送到指示記錄儀、運算器和調節器，供指示、記錄和調節。輸入轉換局部包括敏感元件，它的作用是感測被測參數 x - -. 優選-，并把被測參數 轉換成某一中間模擬量 z 。中間模擬量 z 可以是電壓、電流、位移和作用力等物理量。反響局部把變送器的輸出信號 y 轉換成反響信號 Z1，Z1 與 Z 是同一類型的物理量。放大器把 Z 和 Z1 的差值放大，并轉換成標準輸出信號 。按照被測參數分類，變送器

24、主要有：差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器等。5.1 變送器的選擇對變送器的選擇應考慮如下幾方面：技術性能、量程、防腐材料。 技術性能的選擇變送器的使用量程應選在最大量程的多少為宜，需做具體分析。習慣上，變送器的實際使用量程應在儀表最大量程的 3/4 左右。即如果實際使用范圍為 075KPa，那么儀表的最大測量范圍應選在 0100KPa 為好。這樣，如果設計計算錯誤或工藝參數發生改變而需要改變儀表的測量范圍時，可以不必更換新表便可調整過來。但如前所述，變送器的實際使用范圍越小，它的性能越差，所以如果能預先確定儀表的量程，或如容器液位那樣，量程不大可能改變的情況下，儀表使用范圍應盡可能選在接近它

25、的最大量程，這樣才能充分發揮儀表的各項技術性能。量程比是指變送器最大測量范圍和最小測量范圍之比，它是變送器的一個重要指標。一般經歷知，量程比應同一個合理的精度相對應，當變送器的精度降為根本精度的 2.5 倍時的量程比稱為可用量程比，否那么便是不推薦的量程比。防腐材料的選擇選擇變送器接觸介質局部的材料是一個很重要的問題，材質- -. 優選-選得適宜，儀表可以經久耐用，否那么儀表用不了多長時間就要損壞，但防腐材料的選擇十分復雜，同一種介質，不同的濃度，不同的溫度，對材料的腐蝕程度是不一樣的。同樣，同一種材料，其中的成分稍有不同，抗介質的腐蝕程度也不一樣。待批材料還需注意重點，檢測部件的隔離膜片一般

26、只有 0.1mm 厚，所以是耐腐蝕的薄弱環節，應予重點考慮。6.控制原理圖常見的鍋爐系統如圖 6-1 所示。首先除氧水通過給水泵進入給水調節閥，通過給水調節閥進入省煤器，冷水在經過省煤器的過程中被由爐膛排出的煙氣預熱，變成溫水進入汽包，在汽包內加熱至沸騰產生蒸汽，為了保證有最大的蒸發面因此水位要保持在鍋爐上汽包的中線位置，蒸汽通過主蒸汽閥輸出。空氣經過鼓風機進入空氣預熱器，在經過空氣預熱器的過程中被由爐膛排出的煙氣預熱，變成熱空氣進入爐膛。煤經過煤斗落在爐排上，在爐排的緩慢轉動下煤進入爐膛被前面的火點燃，在燃燒過程中發出熱量加熱汽包中的水，同時產生熱煙氣。在引風機的抽吸作用下經過省煤氣和空氣預熱器，把預熱傳導給進入鍋爐的水和空氣。通過這種方式使鍋爐的熱能得到節約。降溫后的煙氣經過除塵器除塵，去硫等一系列凈化工藝通過煙囪排出。 控制原理圖見圖 6-1圖 6-2 控制原理圖TT溫度變送器；PT壓力變送器；FT流量變送器；LT液- -. 優選-位變送器；M電動調節閥；AI模擬量輸入；DI數字量輸入；AO模擬量輸出；DO數字量輸出7 致謝課程設計已接近尾聲，回想整個過程，我覺得學到了很多東西，