燃?xì)忮仩t燃燒控制系統(tǒng)摘要以標(biāo)準(zhǔn)燃燒器為基本設(shè)備，結(jié)合汽包壓力控制、爐膛壓力控制的特點(diǎn)和需要，設(shè)計(jì)燃?xì)忮仩t燃燒控制系統(tǒng)。根據(jù)燃燒器資料，燃燒器特征、性能和應(yīng)用方法，結(jié)合鍋爐參數(shù)進(jìn)行燃燒器做具體選型。設(shè)計(jì)汽包壓力控制系統(tǒng)，采用汽壓反饋控制器，結(jié)合蒸汽流量前饋，產(chǎn)生燃燒火力給定信號(hào)，通過適當(dāng)方式作用于燃燒器電路或火力調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)燃?xì)饬亢退惋L(fēng)量以使蒸汽壓力保持平穩(wěn)。設(shè)計(jì)爐膛壓力控制系統(tǒng)，采用爐膛壓力反饋控制器，產(chǎn)生引風(fēng)調(diào)節(jié)信號(hào)，通過適當(dāng)方式作用于引風(fēng)機(jī)變頻器，調(diào)節(jié)燃?xì)饬渴範(fàn)t膛壓力保持平穩(wěn)關(guān)鍵詞：燃?xì)忮仩t燃燒控制汽包壓力爐膛壓力0引言：隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的全面發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的日益提高，大量的燃煤工業(yè)鍋爐急需改造成為燃?xì)忮仩t。進(jìn)口燃燒器雖然性能優(yōu)異，能滿足鍋爐改造的需要，但其價(jià)格昂貴。為了適應(yīng)這部分用戶的需求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易型燃?xì)馊紵?，并配置了完整的自?dòng)點(diǎn)火、熄火保護(hù)及各種安全保護(hù)裝置，使其實(shí)用化，并且在7MG蒸汽鍋爐上應(yīng)用，效果很好，而且操作簡(jiǎn)單。1鍋爐情況1.1、工作原理燃?xì)庹羝仩t是用天然氣、液化氣、城市煤氣等氣體燃料作燃料，在爐內(nèi)燃燒放出來的熱量，加熱鍋內(nèi)的水，并使其汽化成蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備。水在鍋（鍋筒）中不斷被爐里氣體燃料燃燒釋放出來的能量加熱溫度升高并產(chǎn)生帶壓蒸汽。由于水的沸點(diǎn)隨壓力的升高而升高，鍋是密封的，水蒸氣在里面的膨脹受到限制而產(chǎn)生壓力形成熱動(dòng)力，嚴(yán)格的說鍋爐的水蒸氣是水在鍋筒中定壓加熱至飽和水再汽化形成的，作為一種能源廣泛使用。1.2、系統(tǒng)組成：鍋爐主要由鍋殼和爐膽兩大主體和保證其安全經(jīng)濟(jì)連續(xù)運(yùn)行的附件，儀表附屬設(shè)備，自控和保護(hù)系統(tǒng)等構(gòu)成。這種鍋爐是帶水冷璧的鍋筒式鍋爐，鍋筒內(nèi)左右分區(qū)安排兩個(gè)回程的煙火管，在鍋筒前部的前煙箱折返。鍋筒和下連箱之間，有下降管和水冷璧管，構(gòu)成燃燒室的框架。鍋筒上部有汽水分離器以減少水蒸氣帶出的水。鍋體受熱面是鍋筒的下部，水冷璧管和煙火管。蒸汽鍋爐基本組件及其工作原理蒸汽鍋爐是由一系列的設(shè)備構(gòu)成，大體可分為主要部件和輔助設(shè)備兩個(gè)方面。鍋爐的主要部件有：爐膛：保證鍋爐燃料燃盡并使出口煙氣溫度冷卻到對(duì)流受熱面能夠安全工作的數(shù)值。2、鍋筒：將鍋爐各受熱面聯(lián)結(jié)在一起并和水冷壁，下降管等組成水循環(huán)回路。鍋筒儲(chǔ)存水，可適應(yīng)負(fù)荷變化，內(nèi)部設(shè)有汽水分離裝置以保證汽水品質(zhì)，直流鍋爐無鍋筒。3、水冷壁：鍋爐的主要輻射受熱面，吸收爐膛輻射熱，加熱工質(zhì)，保護(hù)爐墻等。4、燃燒設(shè)備：將燃料和燃燒所需空氣送入爐膛并使燃料著火穩(wěn)定，燃燒良好；5、爐墻：是鍋爐的保護(hù)外殼，起密封和保溫作用。小型鍋爐的重型爐墻也可起支件的作用。6、構(gòu)架：支承和固定鍋爐部件，鍋爐的輔助設(shè)備主要有：1、引風(fēng)設(shè)備：通過引風(fēng)機(jī)和煙筒將鍋爐運(yùn)行中產(chǎn)生的煙氣送往大氣。2、除塵設(shè)備：除去鍋爐煙氣中的飛灰。3、燃料供應(yīng)設(shè)備：存儲(chǔ)和運(yùn)輸燃料功能。4、給水設(shè)備：由給水泵將經(jīng)過水處理設(shè)備處理后的給水送入鍋爐。5、除塵除渣設(shè)備：從鍋爐中除去灰渣并運(yùn)走。6、送風(fēng)設(shè)備：通過送風(fēng)機(jī)將空氣預(yù)熱器加熱后的空氣輸往爐膛及磨煤裝置應(yīng)用。7、自動(dòng)控制設(shè)備：自動(dòng)檢測(cè)、程序控制、自動(dòng)保護(hù)和自動(dòng)調(diào)節(jié)。2燃燒器選型2.1燃燒器結(jié)構(gòu)組成燃燒器作為一種自動(dòng)化程度較高的機(jī)電一體化設(shè)備，從其實(shí)現(xiàn)的功能可分為五大系統(tǒng)：送風(fēng)系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、電控系統(tǒng)。1送風(fēng)系統(tǒng)的功能在于向燃燒室里送入一定風(fēng)速和風(fēng)量的空氣，其主要部件有：殼體、風(fēng)機(jī)馬達(dá)、風(fēng)機(jī)葉輪、風(fēng)槍火管、風(fēng)門控制器、風(fēng)門檔板、凸輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、擴(kuò)散盤。2點(diǎn)火系統(tǒng)的功能在于點(diǎn)燃空氣與燃料的混合物，其主要部件有：點(diǎn)火變壓器、點(diǎn)火電極、電火高壓電纜。3監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能在于保證燃燒器安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，其主要部件有火焰監(jiān)測(cè)器、壓力監(jiān)測(cè)器、溫度監(jiān)測(cè)器等。4燃料系統(tǒng)的功能在于保證燃燒器燃燒所需的燃料。燃油燃燒器的燃料系統(tǒng)主要有：油管及接頭、油泵、電磁閥、噴嘴、重油預(yù)熱器。燃?xì)馊紵髦饕羞^濾器、調(diào)壓器、電磁閥組、點(diǎn)火電磁閥組然、燃料蝶閥。5電控系統(tǒng)是以上各系統(tǒng)的指揮中心和聯(lián)絡(luò)中心，主要控制元件為程控器，針對(duì)不同的燃燒器配有不同的程控器。2.2性能特點(diǎn)1熱效率高：能適應(yīng)壓力波動(dòng)，自行調(diào)節(jié)一次配風(fēng)（即燃?xì)鈮毫Υ?，吸入一次風(fēng)多；燃?xì)鈮毫π?，吸入一次風(fēng)少），燃燒充分，熱效率高；2安全性高：該燃燒器配備小火。鍋爐啟動(dòng)時(shí)，先點(diǎn)小火，當(dāng)小火正常穩(wěn)定燃燒時(shí)，自控系統(tǒng)才打開主燃?xì)忾y門，燃料才能進(jìn)入鍋爐正常燃燒，不會(huì)產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象；3燃料適應(yīng)性強(qiáng)：該種燃燒器只需更換少量部件就能適用于天然氣、液化石油氣、煤氣、液化石油混合氣以及其它類燃?xì)狻?.3工作過程當(dāng)可燃?xì)怏w（城市煤氣、天然氣、液化石油氣）由微電腦控制系統(tǒng)按程序控制進(jìn)入燃燒器的燃燒頭內(nèi)，由一次風(fēng)與可燃?xì)怏w混合，點(diǎn)火燃燒，二次風(fēng)助燃，實(shí)現(xiàn)充分燃燒。燃燒狀況由火焰自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)檢測(cè)控制燃燒，當(dāng)燃燒出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，供氣系統(tǒng)的電磁閥迅速關(guān)閉，切斷氣電源，燃燒器自動(dòng)吹掃后停機(jī)，指示故障。2.4燃燒器選型一臺(tái)臥式三回程火管式燃?xì)庹羝仩t，使用天然氣為燃料，額定蒸發(fā)量2T/h，額定汽壓1.25MPa，額定蒸汽溫度194℃；額定耗氣量160Nm3/h，排煙溫度230℃，熱效率90%。水蒸氣額定流量為:鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣產(chǎn)生的熱量為：鍋爐所需的總熱量為：燃燒器所需的功率為：綜上計(jì)算所選的燃燒器的型號(hào)為：WM-G10/3-AZM3燃燒與汽壓控制設(shè)計(jì)3.1燃燒過程特點(diǎn)、工況要求燃用發(fā)熱量高的燃?xì)?，空氣用量大，要使燃?xì)饽艹浞秩紵?，需要大量的空氣與之混合。燃?xì)獾娜紵^程沒有燃油的霧化過程與氣化過程。燃?xì)馀c空氣的混合方式，對(duì)燃燒的強(qiáng)度、火焰長(zhǎng)度和火焰溫度都有很大的影響。燃油燃?xì)庹羝仩t不同于燃煤鍋爐，它需要使用燃燒器將燃料噴入鍋爐爐膛，采用火室燃燒而無須使用爐排設(shè)施。由于燃油燃?xì)庹羝仩t燃燒后均不產(chǎn)生燃料灰渣，故燃油燃?xì)庹羝仩t無須排渣設(shè)施。噴入爐內(nèi)的油氣如果與空氣在一定范圍內(nèi)混合或熄滅，就容易爆炸。因此燃油燃?xì)庹羝仩t均需采用自動(dòng)化的燃燒與控制系統(tǒng)。燃油燃?xì)庹羝仩t結(jié)構(gòu)緊湊，小型的蒸汽鍋爐本體及其通風(fēng)、給水、控制與輔助設(shè)備均設(shè)置在一個(gè)底盤上。3.2燃?xì)忮仩t汽包壓力與爐膛火力的控制系統(tǒng)原理圖圖1燃?xì)忮仩t汽包壓力與爐膛火力的控制系統(tǒng)原理圖3.3燃燒火力給定信號(hào)形態(tài)及其與燃燒器的關(guān)聯(lián)作用方式：P為機(jī)組負(fù)荷熱量信號(hào)為D+dPbdt?？刂葡到y(tǒng)包括：滑壓運(yùn)行主汽壓力設(shè)定值計(jì)算模塊（由熱力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)，再擬合成可用DCS折線功能塊實(shí)現(xiàn)的曲線）、負(fù)荷—送風(fēng)量模糊計(jì)算模塊、主蒸汽壓力控制系統(tǒng)和送、引風(fēng)控制系統(tǒng)等。主蒸汽壓力控制系統(tǒng)采用常規(guī)串級(jí)PID控制結(jié)構(gòu)。當(dāng)外界對(duì)鍋爐蒸汽負(fù)荷的要求變化時(shí)，必須相應(yīng)的改變鍋爐燃燒的燃料量。燃料量控制是鍋爐控制中最基本也是最主要的一個(gè)系統(tǒng)。因?yàn)榻o煤量的多少既影響主汽壓力，也影響送、引風(fēng)量的控制，還影響到汽包中蒸汽蒸發(fā)量及汽溫等參數(shù)，所以燃料量控制對(duì)鍋爐運(yùn)行有重大影響。燃料控制可用圖3簡(jiǎn)單表示。燃燒過程的經(jīng)濟(jì)與否可以通過剩余空氣系數(shù)是否合適來衡量，過剩空氣系數(shù)通常用煙氣的含氧量來間接表示。實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒最基本的方法是使風(fēng)量與燃料量成一定的比例。送風(fēng)量控制子系統(tǒng)的任務(wù)就是使鍋爐的送風(fēng)量與燃料量相協(xié)調(diào)，可以達(dá)到鍋爐的最高熱效率，保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，但由于鍋爐的熱效率不能直接測(cè)量，故通常通過一些間接的方法來達(dá)到目的。3.4說明調(diào)節(jié)過程和控制原理在鍋爐燃燒過程中，用常規(guī)儀表進(jìn)行控制，存在滯后、間歇調(diào)節(jié)、煙氣中氧含量超過給定值、低負(fù)荷和煙氣溫度過低等問題。采用PLC對(duì)鍋爐進(jìn)行控制時(shí)，由于它的運(yùn)算速度快、精度高、準(zhǔn)確可靠，可適應(yīng)復(fù)雜的、難于處理的控制系統(tǒng)。因而，可以解決以上由常規(guī)儀表控制難以解決的問題。所選擇的PLC系統(tǒng)要求具有較強(qiáng)的兼容性，可用最小的投資使系統(tǒng)建成及運(yùn)轉(zhuǎn)；其次，當(dāng)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化系統(tǒng)要有所改變時(shí)，不需要重新編程，對(duì)輸入、輸出系統(tǒng)不需要再重新接線，不須重新培訓(xùn)人員，就可使PLC系統(tǒng)升級(jí)；最后，系統(tǒng)性能較高。4爐膛壓力控制設(shè)計(jì)4.1說明爐膛壓力變化因素、過程特點(diǎn)、工況要求鍋爐爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)采用調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速方式，將鼓風(fēng)機(jī)開度作為前饋量，爐膛負(fù)壓作為被調(diào)量送入控制系統(tǒng)，經(jīng)過爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)器的運(yùn)算，控制系統(tǒng)輸出控制引風(fēng)機(jī)變頻器，調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到節(jié)約能源、穩(wěn)定爐膛壓的目的。爐膛負(fù)壓控制是保證鍋爐安全燃燒的首要控制對(duì)象。在鍋爐燃燒控制系統(tǒng)。其主要功能是控制爐膛的燃料的空氣的輸入量，或控制燃燒率，以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷的變化。對(duì)鍋爐運(yùn)行和控制系統(tǒng)來說，鍋爐出口蒸汽壓力的變化經(jīng)常作為燃料量的輸入和蒸汽量的輸出之間不平衡的一個(gè)標(biāo)志。引起蒸汽壓力變化的因素很多，其中主要的擾動(dòng)量是燃料量和蒸汽量的變化。燃燒控制系統(tǒng)的基本要求是：迅速適應(yīng)外界負(fù)荷需求的變化；及時(shí)消除鍋爐燃料側(cè)的自發(fā)擾動(dòng)；維持調(diào)節(jié)過程中各被調(diào)量在允許的范圍內(nèi)；保證鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。燃料控制系統(tǒng)一般包括燃料控制、引風(fēng)控制和鼓風(fēng)控制三個(gè)子系統(tǒng)。4.2爐膛壓力的控制系統(tǒng)原理圖圖2爐膛壓力的控制系統(tǒng)原理圖4.3說明調(diào)節(jié)過程和控制原理爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)中被控變量是爐膛壓力（控制在負(fù)壓），操縱變量是引風(fēng)量。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化不大時(shí)，可采用單回路控制系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大時(shí)，應(yīng)進(jìn)入擾動(dòng)量前饋信號(hào)，組成前饋-反饋控制系統(tǒng)。例如當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大時(shí)，蒸汽壓力的變動(dòng)也較大，這時(shí)，可引入蒸汽壓力的前饋信號(hào)，在前饋-反饋控制系統(tǒng)。當(dāng)擾動(dòng)來自送風(fēng)機(jī)系統(tǒng)時(shí)，送風(fēng)量的變化不及時(shí)引入到爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)，則需要等到爐膛負(fù)壓變化后才能調(diào)節(jié)引風(fēng)量，即不能及時(shí)控制爐膛的負(fù)壓，為此，將送風(fēng)量作為前饋信號(hào)，前饋信號(hào)與反饋信號(hào)相加。當(dāng)引風(fēng)系統(tǒng)有擾動(dòng)時(shí)，也可將引風(fēng)量引入，組成以爐膛負(fù)壓為主控變量，引風(fēng)量為副被控變量的串級(jí)控制系統(tǒng)，與上述的前饋信號(hào)一起組成前饋-串級(jí)反饋控制系統(tǒng)鍋爐含氧量調(diào)節(jié)回路將爐膛含氧量作為主調(diào)量，將爐排控制信號(hào)作為前饋量，并結(jié)合鍋爐出口熱水溫度、鍋爐出口熱水流量、爐膛溫度等工況參數(shù)，經(jīng)過控制系統(tǒng)的智能專家調(diào)節(jié)運(yùn)算，計(jì)算風(fēng)和燃?xì)獗认禂?shù)，確定含氧量控制點(diǎn)，優(yōu)化含氧量，優(yōu)化燃燒，節(jié)約能源。5儀表裝置選型5.1儀表、控制裝置的選型任何一套控制系統(tǒng)要想充分發(fā)揮它的功能作用，正確、合適的儀表選型是至關(guān)重要的。然而儀表的選型也時(shí)復(fù)雜的工作。對(duì)于不同的控制對(duì)象，儀表選型會(huì)有很大不同，甚至相同控制對(duì)象的不同工況條件，儀表選型也會(huì)千差萬別。儀表選型的根本原則是根據(jù)控制的實(shí)際對(duì)象、實(shí)際工況、實(shí)際功能來選擇合適的儀表類型。燃?xì)馊紵鬟x配威索(-weishaupt-)燃?xì)馊紵鱓M–G10/4-A/ZM型號(hào)；火力調(diào)節(jié)器選配SIEMENSRWF40型號(hào)；壓力變送器選擇JKS318智能型壓力變送器，該變送器采用高性能的感壓芯片，配合先進(jìn)的電路處理和溫度補(bǔ)償技術(shù)，將壓力變化轉(zhuǎn)化為4～20mA的線性電流，壓力測(cè)量范圍最大為0~40MPa，最小為0~1KPa；5.2控制設(shè)備材料表序號(hào)名稱規(guī)格型號(hào)制造商數(shù)量1燃?xì)馊紵?0WM-G10/3-AZM威索1臺(tái)2壓力變送器2000（kPa）JKS318威爾泰1臺(tái)3變頻器AC3PH0～380V0～600Hz25AHID300-T4-11G合康1臺(tái)4活力調(diào)節(jié)器8VASIEMENSRWF40西門子1臺(tái)5.3重要安裝事項(xiàng)1在安裝工作開始前要斷開主開關(guān)和保護(hù)開關(guān)。忽視此點(diǎn)可能導(dǎo)致受到電擊，造成傷亡事故。2由于燃?xì)庑孤┛赡苄纬煽杀ǖ娜細(xì)?空氣混合。在遇到明火時(shí)可能造成爆炸。3燃燒器功率必須符合加熱裝置的功率范圍。銘牌上的功率數(shù)據(jù)是燃燒器可能達(dá)到的最低和最高功率。4一些燃燒器部件（如火焰筒、燃燒器法蘭等）在設(shè)備運(yùn)行時(shí)發(fā)熱。觸摸前要注意先讓其冷卻。參考文獻(xiàn)1

潘永湘

過程控制與自動(dòng)化儀表

北京：