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1、2 工业锅炉控制系统,信息学院杨为民,二一一年九月,现代过程控制基础,2.1 锅炉工艺介绍(1),35吨链条炉,2.1 锅炉工艺介绍(2),35吨煤粉炉,2.1.1 锅炉分类(1),一、按用途分 工业锅炉、船舶锅炉、电站锅炉、机车锅炉 二、按蒸汽参数（压力）分 低压锅炉: 1.3MP以下 中压锅炉: 2.53.9MP （20世纪2040年代） 高压锅炉: 1014MP （50年代） 超高压锅炉: 1417MP （60年代） 亚临界锅炉: 1722.5MP （70年代） 超临界锅炉: 22.5MP以上（70年代后）,2.1.1 锅炉分类(2),三、按使用燃料分 燃煤锅炉 燃油锅炉 燃气锅炉 电锅
2、炉,2.1.2 工业锅炉流程图,锅炉工艺流程,储仓制锅炉：设有中间储粉仓，粉煤从中间储粉仓由给粉机送入炉膛。,直吹制锅炉,不设中间储仓，原煤通过磨煤机，将块煤变成粉，然后由一次风将煤粉直接吹入炉膛。,2.1.3 锅炉的参数,一、锅炉容量（额定蒸发量） 锅炉在设计蒸汽参数和保证效率下最大连续蒸发量。Kg/s t/h 二、蒸汽参数 锅炉出口处蒸汽压力（MP)和温度（） 三、给水温度 进省煤器的给水温度。 动力中压锅炉给水温度：150 或170 动力高压锅炉给水温度：215 动力亚临界锅炉给水温度：260 ,2.1.4 工业锅炉生产热工检测的内容,工业锅炉生产热工检测，是自动检测和测量反映锅炉生产过
3、程进行情况的各种物理量，化学量以及锅炉设备工作状态的参数。以此监视工业锅炉生产过程进展的情况和发展的趋势，以指导安全操作生产，求得维护最佳运行工况。 工业锅炉生产过程热工检测的主要内容为对温度、压力、流量、液位等热工参数的测量。检测点的选取是依据工业锅炉生产工艺要求设计的。,2.1.4.1锅炉生产的温度测量(1),温度是表示物体冷热程度的参数。它是工业锅炉生产过程中最常见、最基本的热工参数之一。在锅炉生产中，燃料的燃烧，蒸汽（热水）的产生情况都和温度有关，它一般约占锅炉生产过程中全部热工检测参数的50%左右。因此，温度测量在工业锅炉生产中占有很重要的地位。 温度测量，依据工业锅炉生产过程工艺流
4、程的要求，一般有下列方面：,2.1.4.1锅炉生产的温度测量(2),1.炉膛温度的检测指示 炉膛温度是锅炉生产运行的重要指标。通过对炉膛的温度的检测，及时了解到炉膛中的燃烧情况，从而推断燃料量、鼓风量和引风量的需求关系。由于炉膛中的燃烧分布情况是不均匀的，所以炉膛中各处的温度高低也有差别，一般情况，炉膛前部温度最高，可达1150C左右，其他位置都要低一点。对于炉膛温度的检测，中、大型锅炉应在不同的位置多设监测点，以便全面了解炉膛中的燃烧情况，小型锅炉，由于对炉膛温度检测要求不高，所以，选一两个温度进测点即可。,2.1.4.1锅炉生产的温度测量(3),2.蒸汽温度的检测显示 蒸汽温度是生产工艺确
5、定的重要参数，蒸汽温度过高会烧坏过热器水管，对负荷设备的安全运行带来不利因素。因为新型的蒸汽锅炉，一般金属强度的安全系数设计得比较小，超温严重还会使汽轮机或其他负荷设备膨胀过大，使汽轮机的轴向推力增大而发生事故。蒸汽温度过低会直接影响负荷设备的使用，对汽轮机来说，会影响它的效率，一般情况，进汽温度每降低5C，效率降低1%。因此，从安全生产和技术经济指标上看，必须对蒸汽温度进行监测显示。蒸汽温度监测点一般设在过热器的出口处。,2.1.4.1锅炉生产的温度测量(4),3 .锅炉给水温度（省煤器出口水温）的检测指示 锅炉的给水，即经过省煤器加热后供给锅炉汽包的水。省煤器的作用是利用锅炉尾部的低温烟气
6、热量加热锅炉给水。它是由许多蛇形钢管组成，管外流动的是烟气，管内流动的是水，这样使水加热升温。对锅炉给水温度（省煤器出口水温）进行检测指示，是为了更好地了解省煤器的工作情况，防止省煤器管道结垢，发生堵塞现象和其他事故。,2.1.4.1锅炉生产的温度测量(5),4 .省煤器进口和出口处烟气温度的检测指示 对省煤器进、出口处烟气温度进行检测指示，是为了监视省煤器是否正常，有无发生漏水和结垢堵塞现象。同时，也是为了监测烟道是否畅通，有无发生堵灰现象，以便充分利用低温烟气余热，降低排烟温度，提高锅炉的热效率。,2.1.4.1锅炉生产的温度测量(6),5.空气预热器出口空气温度、空气预热器入口处烟气温度
7、的检测指示 空气预热器是利用锅炉尾部的烟气热量加热炉膛燃料燃烧所用空气的一种对流热交换装置。检测空气预热器出口空气温度，就能够随时了解空气预热器的预热效果和工作情况，根据预热空气温度的数值，可以推测空气预热器是否有漏风、堵塞等故障。空气预热器入口处烟气温度的检测，能够了解排烟温度是否达到了规定标准，以便采取措施，充分利用排烟余热，提高工业锅炉的热效率，达到节约能源的目的。,2.1.4.1锅炉生产的温度测量(7),6.锅炉排烟温度的检测指示 锅炉排烟温度的高低是衡量一台锅炉热效率的一项主要指标。排烟温度过高，散失热量过多，锅炉的热效率就会降低。检测排烟温度，目的是根据排烟温度的高低，合理地布置和
8、转设省煤器及空气预热器的设备，调节送风和引风之间的关系，使排烟温度达到规定要求（一般排烟温度应在150C200C之间）。,2.1.4.2 锅炉生产的压力测量(1),压力，即垂直而作用在单位面积上的力，实际上是物理概念中的压强，在工程上称作压力。压力参数，在锅炉生产中应用广泛，影响很大。为了保证锅炉的安全生产和经济运行，在锅炉生产过程中，需要对锅炉的汽包压力、蒸汽母管压力、给水管道压力、送风压力和炉膛负压力进行检测指示。,2.1.4.2 锅炉生产的压力测量(2),1.汽包压力的检测指示 汽包压力是锅炉生产正常运行的主要参数之一。它既反映了负荷蒸汽量与燃料发热量的平衡关系，又是指导锅炉安全生产的重
9、要依据。汽包压力降低，说明负荷汽的消耗量大于锅炉的蒸发量，标志着燃料量供给不足，汽包压力升高，说明锅炉的蒸发量大于负荷设备的蒸汽消耗量，还要影响锅炉和蒸汽管道的安全，必须减少燃料量和采取降压措施，汽包压力的波动还会造成“假液位”现象，既要影响锅炉水循环系统的循环工况，又要影响锅炉生产蒸汽的质量。所以，必须对锅炉汽包压力进行检测和指示，并且要安装上、下限报警装置。,2.1.4.2 锅炉生产的压力测量(3),2.给水压力的检测指示 工业锅炉生产过程中要求给水压力要稳定。锅炉给水压力的变化，直接造成给水流量大小的变化，从而引起汽包水位的剧烈波动，这样，或者水位过高，影响汽水分离，使生产的蒸汽有带液的
10、现象，给负荷设备的正常工作带来损失；或者汽包水位偏低，在负荷蒸汽量突然增加时，使汽包水位有较大的变化，造成有烧干锅引起爆炸事故的危险。所以，锅炉给水压力要进行检测指示，以便进行调节。,2.1.4.2 锅炉生产的压力测量(4),3.炉膛负压的检测指示 锅炉在正常运行中，炉膛压力应保持在1020pa的负值范围之内。负压过大，漏风严重，总的风量增加，烟气热量损失增大，同时引风机的电耗增加，不利于经济燃烧；负压偏正，炉膛要向外喷火，不利于安全生产，有害于环境卫生。为了使锅炉生产运行在最佳工况，要对炉膛负压进行检测指示。,2.1.4.2 锅炉生产的压力测量(5),4.一次风压（鼓风压力）的检测指示 保持
11、燃料量和送风量的正确比值关系，是保证炉膛充分燃烧的基本条件。一次（鼓风压力）是反映送风量大小与是否稳定的重要依据，也是判断鼓风效果和空气预热器是否正常工作的重要参数，所以对鼓风压力要进行检测指示。,2.1.4.2 锅炉生产的压力测量(6),5.省煤器、空气预热器、除尘器进出口处烟气压力的检测指示 对烟道中省煤器、空气预热器、除尘器进出口处烟气压力的测量，一方面要了解烟道是否畅通，排烟运行是否正常；另一方面可以掌握省煤器，空气预热器，除尘器的工作情况，有无出现故障。所以，在上述位置都要安装压力表、对烟气压力进行检测指示。,2.1.4.3锅炉生产的流量测量(1),在工业锅炉生产过程中，流量的检测和
12、控制是一个重要热工参数。流体（水、蒸汽、燃料、油、空气等）的流量直接反映设备效率、负荷高低等运行情况。因此，连续地检测和监视流体的流量，对于热力设备的安全、经济运行都具有重要的意义。,2.1.4.3锅炉生产的流量测量(2),1.给水流量的检测指示、记录和积算 给水流量是锅炉正常生产运行的极其重要的参数。给水量跟踪蒸汽量而变化，当给水量和蒸汽量达到物料平衡时，锅炉就稳定运行。如果给水量发生较大波动，就有可能给汽包造成满水或烧干事故。给水流量也是锅炉生产经济核算中不可缺少的数据。基于上述需要，为了进一步了解分析操作人员的技术水平和设备的性能，所以，要对给水流量进行检测指示、记录、积算。,2.1.4
13、.3锅炉生产的流量测量(3),2.蒸汽流量的检测指示、记录和积算 蒸汽作为工业动力能源提供负荷设备使用。负荷设备消耗蒸汽总量的被动，直接影响着锅炉的正常运行和安全生产。如果负荷蒸汽流量突然增加，会使汽包压力发生变化，造成“虚假水位”，导致调节阀的错误动作，使汽包水位偏离给定值幅度较大，给生产造成严重影响。另外，蒸汽流量是锅炉生产经济核算荷计量的主要内容。所以在锅炉生产过程中，要对蒸汽母管的蒸汽流量进行检测指示、记录和积算。,2.1.4.3锅炉生产的流量测量(4),3.燃料量的测量 燃料量对燃煤锅炉来讲，就是煤耗量。对煤耗量进行检测计量，是为了对锅炉生产进行热平衡分析，计算其效率高低，完善技术操
14、作管理，达到合理地利用能源节约能源的目的。,2.1.4.4 锅炉生产的汽包水位测量,锅炉汽包水位的高度，关系着汽水分离的速度和生产蒸汽的质量，也是确保安全生产的重要参数。随着科学技术的飞速发展，现代的锅炉要向蒸发量大，汽包容积相对减小方向发展。这样，要使锅炉的蒸发量随时随时适应负荷设备的需要量，汽包水位的变化速度必然很快，稍不注意就容易造成汽包满水，或者烧干锅。在现代锅炉操作中，即是缺水事故，也是非常危险的。这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。无论满水或缺水都会造成事故。因此，必须对锅炉汽包水位进行检测指示，
15、并且装有上、下限报警装置。,2.1.4.5 锅炉生产的烟气成分测量,锅炉生产过程中，为了进行热平衡测试，达到经济燃烧控制，常需对烟气成分进行测量分析，确定排烟处的过剩空气系数和气体不完全燃烧的热损失。由于烟气中的含氧量和过剩空气系数之间有比较稳定的关系，所以，烟气成分测量分析，主要是分析烟气中O2和CO的含量，通过测量判断炉膛燃烧情况，进行燃料量和送风量的调节。有时为了防止尾部受热面的低温腐蚀和对环境污染问题，也分析烟气中SO2的含量数值。,2.1.5 锅炉自动调节的任务,控制汽包水位 控制蒸汽压力 控制蒸汽温度 控制炉膛压力 维持经济燃烧 控制一次风量,2.2 锅炉动态特性分析,2.2.1
16、锅炉的输入输出参数,2.2.2 动态特性分析的假定条件,2.2.2.1 单向性假定 把燃烧系统、蒸汽发生系统和蒸汽过热系统独立开,2.2.2.2 理想化假定,提出一些理想化的假定，在这些假定条件下，导出有关的动态方程式，再考虑实际情况进行必要的修正，得到符合实际的结论。 例如：把所有系数假定成常数，把非线性关系通过增量运算近似为线性。,2.2.2.3 锅炉燃烧系统的动态特性,主要由燃烧换热过程决定 与燃料的种类有关,（1）燃料传输过程,输入参数：给粉机的转数 输出参数：通过喷燃器的给粉量,对于储仓制锅炉，T1主要是电机带来的，较小，1是传输管道造成的，较大。 对于直吹制锅炉，由于磨煤机的原因， T1很大，相对来说1较小。 对于燃油、燃气、油气混和锅炉：,（2） 燃料燃烧过程,Q燃料燃烧产生的热量，大卡/小时 B燃料量，公斤/小时,K2放大倍数，大卡、公斤 T2时间常数，约2秒,（3）管壁导热过程,输入参数：燃料燃烧产生的热量 输出参数：传递给水汽的热量,（4）蒸汽形成过程,水在炉膛和省煤器2个地方吸收热量
