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1、2.1 锅炉工艺介绍(1)35吨链条炉第1页/共78页2.1 锅炉工艺介绍(2)35吨煤粉炉第2页/共78页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）第3页/共78页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炉第4页/共78页2.1.2 锅炉流程图第5页/共78页锅炉工艺流程储仓制锅
2、炉：设有中间储粉仓，粉煤从中间储粉仓由给粉机送入炉膛。第6页/共78页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。第7页/共78页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 第8页/共78页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程进行情况的各种物理量，化学量
3、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。第9页/共78页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程的要求，一般有下列方
4、面：第10页/共78页2.1.4.1锅炉生产的温度测量(2)1 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。第11页/共78页2.1.4.1锅炉生产的温度测量(3)2 2.蒸汽温度的检测显示 蒸汽温
5、度是生产工艺确定的重要参数，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。第12页/共78页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
6、用是利用锅炉尾部的低温烟气热量加热锅炉给水。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。第13页/共78页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。第14页/共78页2.1.4.1锅炉生产的温度测量(6)
7、5.空气预热器出口空气温度、空气预热器入口处烟气温度的检测指示 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。第15页/共78页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
8、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）。第16页/共78页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。第17页/共78页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
9、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。第18页/共78页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
10、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。第19页/共78页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
11、在最佳工况，要对炉膛负压进行检测指示。第20页/共78页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。第21页/共78页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
12、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。第22页/共78页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。第23页/共78页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
13、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。第24页/共78页2.1.4.3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
14、指示、记录和积算。第25页/共78页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，完善技术操作管理，达到合理地利用能源节约能源的目的。第26页/共78页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
15、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，并且装有上、下限报警装置。第27页/共78页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
16、。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。第28页/共78页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第29页/共78页2.2 锅炉动态特性分析2.2.1 锅炉的输入输出参数第30页/共78页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第31页/共78页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
17、运算近似为线性。第32页/共78页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第33页/共78页（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：第34页/共78页（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秒第35页/共78页（3）管壁导热过程输入参数：燃料燃烧产生的热量输出参数：传递给水汽的热量第36页/共78页（4
18、）蒸汽形成过程水在炉膛和省煤器2个地方吸收热量，蒸发出蒸汽。Dr蒸发量Q出DrttT41第37页/共78页（5）燃烧系统数学模型(1)对于燃煤锅炉：燃料制备过程燃料传输过程燃料燃烧过程管壁导热过程蒸汽形成过程BDr第38页/共78页（5）燃烧系统数学模型(2)对于燃油、燃气、油气混合锅炉：燃料燃烧过程管壁导热过程蒸汽形成过程BDr第39页/共78页2.2.2.4 蒸汽发生系统的动态特性（1）汽包内有3个空间：蒸汽空间的蒸汽容积VD蒸发面下面的蒸汽容积Vs水的容积Vw第40页/共78页2.2.2.4 蒸汽发生系统的动态特性（2）D1析出蒸发面的蒸汽量，公斤/秒D锅炉的蒸汽流量，公斤/秒W1转化成
19、蒸汽的水W锅炉给水量，公斤/秒 s 饱和蒸汽的密度，公斤/米3 w锅炉水的密度，公斤/米3VD蒸发面以上的蒸汽容积，米3Vs蒸发面以下的蒸汽容积，米3Vw蒸发面以下的水容积，米3第41页/共78页2.2.2.4 蒸汽发生系统的动态特性（3）根据物料平衡关系：第42页/共78页2.2.2.4 蒸汽发生系统的动态特性（4）考虑到：V：总容积H：水位高度应用理想气体方程式，并归纳简化，可得汽包物料平衡方程式：其中：第43页/共78页2.2.2.4 蒸汽发生系统的动态特性（5）根据汽包内的热量平衡，经推导可得热量平衡方程式：再经过一系列推导，消去中间变量Vs，可得到汽包压力动态方程式：忽略给水对蒸汽压
20、力的影响，可简化为：第44页/共78页2.2.2.4 蒸汽发生系统的动态特性（6）汽包水位动态方程式：实际中，可以忽略燃料量变化和蒸汽压力变化对水位的影响，上式可简化为：第45页/共78页2.2.2.4 蒸汽发生系统的动态特性（7）第46页/共78页2.2.2.4 蒸汽发生系统的动态特性（8）第47页/共78页2.2.2.4 蒸汽发生系统的动态特性（9）第48页/共78页2.2.2.5 蒸汽处理系统的动态特性蒸汽处理系统的主要设备是过热器和减温器。根据热量平衡方程式和传热速率方程式可得：如果忽略金属管道的热阻，可简化为：第49页/共78页2.3 汽包水位控制系统使给水量跟踪锅炉的蒸发量并保持汽
21、包水位在允许的范围内。第50页/共78页2.3.1 汽包水位对象的特性（1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性uwhh1h2htt 阶阶跃跃响响应应H H曲曲线线，相相当当于于积积分分加加纯滞后环节纯滞后环节K K0 0飞飞升升速速度度，即即给给水水流流量量的的变变化化单单位位流流量时水位的变化速度量时水位的变化速度.纯滞后时间纯滞后时间给水温度越低，纯滞后时间越大。通常给水温度越低，纯滞后时间越大。通常在在15100s15100s之间，采用省煤器，由于省煤之间，采用省煤器，由于省煤器器本身的延迟，将使本身的延迟，将使增加到增加到100200s100200s之之间间第51页/共78页（2）汽包
22、水位在蒸汽流量扰动下的动态特性uDhh1h2htt曲线曲线H1DH1D突然增加，物料平衡，水位下降突然增加，物料平衡，水位下降曲线曲线H2DH2D突然增加，瞬间汽包压力下降，水沸腾加剧，突然增加，瞬间汽包压力下降，水沸腾加剧，气泡增加，水位上升气泡增加，水位上升曲线曲线HH汽包水位，开始上升，然后再汽包水位，开始上升，然后再下降，下降，“虚假水位虚假水位”现象现象第52页/共78页2.3.2 单冲量水位控制系统结构简单，多数情况下满足要求，当蒸汽流量和水流量扰动大时，调节困难。不能克服“虚假水位”。调节器汽包水位变送器h0euwwh阀调节器采用PI控制规律第53页/共78页2.3.3 双冲量水
23、位控制系统引进蒸汽流量做为前馈信号。GVGCG01fDhh0DGmGF2GC采用PI控制规律第54页/共78页2.3.4 三冲量水位控制系统引入水流量信号fDGVGCG01hh0DGmGF2wGC采用PI控制规律第55页/共78页2.3.5 前馈串级控制方案可以消除稳态误差fDGVGC2G01hh0DGmGF2wGC1GC1采用PI控制规律，GC2采用P控制规律第56页/共78页2.4 燃烧控制系统目的：1、保持蒸汽压力稳定,能按负荷要求自动增减燃料量。2、维持经济燃烧。既要防止由于空气不足使烟囱冒黑 烟，也不要因为空气过量而增加热量损失。3、保持炉膛压力稳定。保持炉膛一定的负压，以免负压太小
24、，甚至为正，造成炉膛内热烟气往外冒，影响设备和工作人员的安全；如果负压过大，会使大量冷空气漏进炉内，从而使热量损失增加。手段：调节燃料量调节送风量调节引风量第57页/共78页2.4.1 燃烧过程的动态特性(1)燃料量B扰动下的动态特性燃料量改变后，蒸汽压力P将变化，由于P的变化，蒸汽流量D将随之改变，此时，P与B的动态关系表现为有自平衡能力对象特性。具有较大的滞后第58页/共78页(2)蒸汽量D扰动下的动态特性蒸发量不变，D变化时，动态特性为无自平衡能力对象特性。第59页/共78页(3)蒸汽阀门开度uD扰动下的动态特性蒸汽阀门开度uD增加时，蒸汽流量D随之增加，蒸汽压力P减小，随着P的减小，D
25、也有所下降，最后达到新的平衡，表现为有自平衡能力对象。第60页/共78页2.4.2 蒸汽压力单回路控制系统第61页/共78页2.4.2 蒸汽压力单回路控制系统结构简单。被控对象由燃烧系统、蒸汽发生系统和蒸汽过热系统三部分组成，滞后大，因此控制效果较差。调节器锅炉压力变送器p0euBBp阀调节器采用PID控制规律第62页/共78页2.4.3 燃料量串级控制系统典型的串级控制系统第63页/共78页2.4.3 燃料量串级控制系统能较好克服燃料波动的影响，但对燃煤锅炉，因为燃料流量不易检测，因此不能实现燃料量串级控制。压力调节器流量调节器流量对象锅炉p0p流量变送器压力变送器f1f2阀B压力调节器采用
26、PI或PID控制规律，流量调节器采用P或PI控制规律。第64页/共78页2.4.4 空燃比控制系统(1)第65页/共78页2.4.4 空燃比控制系统(2)双闭环比值控制系统第66页/共78页2.4.4 空燃比控制系统(3)双闭环比值控制，系统复杂，成本高。两个流量回路都是随动系统，调试运行困难。GC1(s)GC2(s)G02(s)G01(s)p0pHB(s)Hp(s)Gv1(s)BKGC3(s)G03(s)HA(s)Gv2(s)A第67页/共78页2.4.4 空燃比控制系统(4)简化的方案，从动量开环控制第68页/共78页2.4.4 空燃比控制系统(5)从动量开环，系统简单，稳定性好GC1(s
27、)GC2(s)G02(s)G01(s)p0pHB(s)Hp(s)Gv1(s)BKG03(s)Gv2(s)A第69页/共78页2.4.5 炉膛压力控制系统(1)单回路控制系统第70页/共78页2.4.5 炉膛压力控制系统(2)引入送风量前馈第71页/共78页2.4.5 炉膛压力控制系统(3)前馈反馈控制系统调节器炉膛压力变送器p20p2引风挡板燃料流量变送器KB炉膛压力调节器采用PI控制规律第72页/共78页2.4.6 经济燃烧控制系统(1)变比值控制系统第73页/共78页2.4.6 经济燃烧控制系统(2)GC1(s)GC2(s)G02(s)G01(s)p0pHB(s)Hp(s)Gv1(s)BKG03(s)Gv2(s)AHO2(s)g(x)O2第74页/共78页2.5 过热蒸汽温度控制系统(1)典型的串级控制系统第75页/共78页2.5 过热蒸汽温度控制系统(2)系统方块图温度调节器1温度调节器2过热器1过热器2T10T1温度变送器2温度变送器1阀T2第76页/共78页2.6 完整的锅炉控制系统流程图第77页/共78页感谢您的观看！第78页/共78页