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1、锅炉燃烧过程控制系统设计毕业设计 锅炉燃烧过程限制系统设计 摘 要 锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不行少的重要的动力设备之一。而锅炉燃烧所用的煤炭、重油等又是极其重要的战略资源,不行再生。因此锅炉的燃烧限制相当重要,限制不好将造成资源奢侈、环境污染和效益低下。要使锅炉燃烧达到最佳的燃烧状态,锅炉燃烧限制系统对锅炉的燃烧过程进行自动化限制是至关重要的。 燃烧限制系统是电厂锅炉的主控系统，主要包括燃料限制系统、风量限制系统、炉膛压力限制系统。目前大部分电厂的锅炉燃烧限制系统仍旧采纳PID限制。燃烧限制系统由主蒸汽压力限制和燃烧率限制组成串级限制系统，其中燃烧率限制由燃料量限制、送风量限制
2、、引风量限制构成，各个子限制系统分别通过不同 的测量、限制手段来保证经济燃烧和平安燃烧。本文通过对整个燃烧系统的分析和探讨，分别确定了锅炉燃烧限制系统中的主蒸汽压力限制系统和炉膛负压限制系统的限制方案，然后对其限制规律及参数进行选择和整定。在仪表选型时，采纳了先进的数字式仪表，井以PID限制来实现，最终可达到锅炉平安、经济、高效的运行。论文具体介绍了锅炉限制系统的设计，其中包括硬件结构、系统主要功能、系统硬件配置、软件设计原则、主程序流程等。系统投入运行后，锅炉的燃烧效率和稳定运行状况都有了明显改善，有利于锅炉高效稳定运行，实现增产降耗的目标。关键词：锅炉；燃烧限制；PID限制； Contro
3、l System Design of Boiler Combustion Process Abstract Boiler is chemical, oil refining, power generation and other industrial processes essential to one of the important power equipment. Used in the boiler burning coal, heavy oil is an extremely important strategic resource, non-renewable. Therefore
4、 very important to the boiler combustion control, the control will not result in waste of resources, environmental pollution and low efficiency. To burn combustion to achieve the best state，Boiler combustion control system for automatic control of the combustion process is essential. Power plant boi
5、ler combustion control system is the main control system, Including fuel control systems, air volume control system, furnace pressure control system. Currently, most power plant boiler combustion control system still uses PID control. Combustion control system consists of main steam pressure control
6、 and combustion rate control cascade control system components, Which control the amount of fuel burn rate control, air volume control, volume control of the wind structure, Respectively, each in different sub-control system Measurement, control means to ensure economic and safe burning fire. Based
7、on the entire combustion system analysis and research, respectively, the boiler combustion control system to determine the main steam pressure control system and the furnace pressure control system of the control scheme，And its control law and parameter selection and setting. In the selection of ins
8、truments, the use of advanced digital instrument, well the PID control to achieve, and finally reach the boiler safety, economy, efficient operation. Paper introduces the boiler control system design, including hardware structure, the main function of the system, hardware configuration, software des
9、ign principles the main program processes. System put into operation, the boiler combustion efficiency and stability of operation has a significant improvement is conducive to efficient and stable operation of the boiler to achieve the target yield and reducing consumption. Keywords: Boiler; combust
10、ion control; PID control; 目 录 摘 要 I Abstract III 第一章 引言 1 其次章 锅炉的组成及工作原理 1 2.1 锅炉的基本构造 1 2.2 锅炉的工作原理及过程 3 2.2.1 燃料的燃烧过程 4 2.2.2 水的气话过程 4 2.2.3 烟气向水传热过程 5 第三章 锅炉燃烧限制系统设计 1 3.1 锅炉燃烧限制系统的任务 1 3.2 锅炉燃烧限制系统的组成 2 3.2.1 主蒸汽压力限制系统 2 3.2.2 炉膛压力限制系统 5 3.3 锅炉燃烧限制系统中被控变量的选择 6 3.4 锅炉燃烧限制系统的限制方案 7 3.4.1主蒸汽压力限制系统方
11、案的确定 7 3.4.2 炉膛压力限制系统限制方案确定 14 3.5 锅炉燃烧限制系统的实施 17 3.5.1 锅炉燃烧限制系统限制器规律的选择 17 3.5.2 主蒸汽压力限制系统限制器规律的选择 18 3.5.3炉膛压力限制系统限制器规律的选择 19 3.6 锅炉燃烧限制系统中限制器的正、反作用的选择 20 3.6.1 主蒸汽压力限制系统限制器正、反作用的选择 20 3.6.2炉膛压力限制系统限制器正、反作用的选择 21 3.7锅炉燃烧限制系统的参数整定 21 3.8仪表的选择 25 3.8.1 变送器的选择 25 3.8.2 限制器的选择 26 3.8.3 调整阀的选择 27 第四章 利
12、用MATLAB对锅炉燃烧限制系统仿真 28 4.1建立数学模型 28 4.2 限制系统参数整定 29 4.3 限制系统Simulink仿真 33 第五章 总结 35 参考文献 36 致谢 38 第一章 引言 工业锅炉在工业生产中，尤其在冶金、电力和化工生产中占有重要地位，其限制效果的好坏，效率的凹凸，始终倍受工业界的关注。锅炉生产的蒸汽供工业生产干脆运用，还供取暖运用。还用于生活热水供应，洗浴和采暖的所谓生活锅炉。用于工业生产和生活的锅炉数量大、分布广。 随着人们生活水平的提高，对能源的需求量急剧增大，锅炉的数量也就越来越多。 锅炉的广泛运用也带来很多问题，诸如： (1)大量的非再生一次能源被
13、消耗，能源枯竭问题令人忧虑； (2)CO2 等温室气体的排放，虽然会有利于植物生长，增加粮食产量，但会使地球变暖，冰山溶化，海平面升温，威逼人类的生存空间； (3)烟尘SOX,NOX,痕量重金属，二恶英等有害物质的排放，威逼人类以及动、植物的生长和生存。 随着人类折服自然和改造自然的实力增加，大自然也对人类进行了惩处，我国西部，特殊是西北地区存在的严峻水土流失、土地沙漠化、草场退化、沙尘暴频繁发生等就是特例。这些自然灾难已成为可持续发展的一个障碍，正在缩小我们的生存和发展空间。 目前，世界各国都在致力于高效、低污染过路的探讨和开发工作，力求使得优于锅炉燃烧而对环境造成的破坏追小化。各种工业的生
14、产性质与规模不同，工业和民用采暖的规模大小也不一样，因此所需的锅炉容量，蒸汽参数，结构，性能方面也不尽相同。锅炉是供热之源，锅炉机器设备的任务在于平安，牢靠，有效地把燃料的化学能转化成热能，进而将热能传递给水，以生产热水和蒸汽。为了提高热量及效率，锅炉向着高压，高温柔大容量等方面发展。供热锅炉除了生产工艺有特别需求外，所生产的热水不须要过高的压力和温度，容量也无需很大。为了提高工业锅炉的热效率，降低燃烧对环境造成的污染，燃烧过程限制成为一个重要的探讨课题。其限制效果的好坏，效率的凹凸，始终倍受工业界的关注。锅炉的自动限制经验了三、四十年头的参数仪表限制，四、五十年头的单元组合仪表，综合参数仪表
15、限制，直到六十年头兴起的计算机过程限制几个阶段。尤其是近一、二十年来，随着先进限制理论和计算机技术的发展，加之计算机各项性能的不断增加及价格的不断下降使锅炉应用计算机限制很快得到普及和应用。锅炉燃烧优化最早是以提高锅炉燃烧平安性和经济性为目标的。早在20 世纪70 年头,我国就起先了对锅炉燃烧优化技术的探讨。如我国开发的氧化锆氧量计，一次风速监测系统等都属于早期的锅炉燃烧优化产品。20 世纪80 年头末期和90 年头初期“随着我国电厂“节能降耗”措施的推行，电厂起先普遍关注锅炉燃烧优化技术，通过燃烧优化降低锅炉煤耗“提高火电厂发电效率。20 世纪90 年头中期和末期，随着测量技术的发展，很多企
16、业研制开发了一系列重要的影响锅炉燃烧参数的在线量仪表，如飞灰含碳量在线检测装置，煤粉浓度细度在线检测装置，煤质成分在线检测装置，锅炉火焰监测系统等。同期，随着人工智能技术的发展，在分散限制系统DCS层面上限制逻辑的优化，先进的人工智能技术在锅炉燃烧优化上应用的探讨也起先受到了广阔科研人员的关注。20 世纪90 年头末期，随着社会对环境的关注，电站锅炉燃烧优化已由最初的以平安性，经济性为目标的优化发展到经济性和平安性，环保并举的时期。电子信息技术人工智能技术给电站锅炉燃烧优化注入了新的活力，锅炉燃烧优化技术进入新的快速发展时期。电厂锅炉利用煤的燃烧发热，通过传热对水进行加热，产生高压蒸汽，推动汽
17、轮机发电机旋转，从而产生强大的电能。锅炉燃烧自动限制系统的基本任务是使燃料燃烧所供应的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的需求, 同时保证锅炉的平安经济运行。锅炉燃烧过程自动限制主要包括三项限制内容: 限制燃料量、限制送风量、限制引风量。为实现对燃料量、送风量和引风量的限制, 相应的有三个限制系统, 即燃料量限制系统、送风量限制系统和引风量限制系统。以上三个限制系统之间存在着亲密的相互关联, 要限制好燃烧过程, 必需使燃料量、送风量及引风量三者协调改变。以主蒸汽压力限制系统为主回路，燃烧率限制系统为内回路，通过传感器采集炉膛压力，含氧量和炉膛负压来调整锅炉的给煤量， 送风量和引风量从而达到最佳热
18、效率。燃烧限制系统是电厂热工限制的重要组成部分， 目前大部分电厂的锅炉燃烧限制系统仍旧采纳PID 限制。燃烧限制系统由主蒸汽压力限制和燃烧率限制组成限制系统， 其中燃烧率限制由燃烧量限制、送风量限制、引风量限制三个子系统构成。锅炉生产燃烧系统自动限制的基本任务是使燃料所产生的热量适应蒸汽负荷的须要， 同事还要保证经济燃烧和锅炉的平安运行。详细限制任务可分为三个方面：一要稳定蒸汽母管压力。二要维持锅炉燃烧的最佳状态和经济性。三要维持炉膛负压在肯定范围。这三者是相互关联的。随着生产的发展，锅炉日益广泛的应用于工业生产的各个领域，成为发展国民经济的重要热工设备之一。在现代的建设中，能源的需求是特别大
19、的，然而我国能源的利用率极低，所以提高锅炉的热效率具有极为重要的实际意义。此外，锅炉是否因地制宜地有效地燃用地方燃料，并满意环境爱护的各项要求而努力解决烟尘污染问题，以提高操作管理水平，减轻劳动强度，保证锅炉额定运行及运行效率，平安牢靠的供热等课题。本课题主要方向是采纳过程限制对锅炉进行限制，采纳先进的限制算法，以达到优化技术指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、爱护环境卫生、提高市场竞争实力的作用。 其次章 锅炉的组成及工作原理 2.1 锅炉的基本构造 锅炉燃烧过程自动限制系统的任务是限制燃料燃烧过程， 使燃料燃烧所供应的热量适合外界对锅炉输出的蒸汽负荷的需求
20、， 同时保证锅炉的平安经济运行。锅炉是一种产生蒸汽或热水的热交换设备。它通过燃料的燃烧释放大量热能，并通过热传递把能量传递给水，把水变成蒸汽或热水，蒸汽或热水干脆供应工业和生活中所须要的热能。所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能有效的转化为蒸汽的热能。图1.1为简洁锅炉的大体组成部分。 锅炉的主要设备包括气锅、炉子、炉膛、锅筒、水冷壁、过热器、省煤器、燃烧设备、引风设备、送风设备、给水设备、空气预热器、水处理设备、燃料供应设备以及除灰除尘设备等。 气锅：由上下锅筒和三簇沸水管组成。水在管内受管外烟气加热，因而管簇内发生自燃的循环流淌，并渐渐气化，产生的饱和蒸汽积聚在上锅筒里面。炉子：是是燃烧从
21、充分燃烧并释放出热量的设备。炉膛：保证燃料的充分燃烧，并使水流受热面积达到规定的数值。锅筒：使自然循环锅炉个受热面能适应负荷改变的设备。（须指出，直流锅炉内无锅筒。） 水冷壁：主要是辐射受热面，爱护卢比的作用。过热器：是将气锅所产生的饱和蒸汽接着加热为过热蒸汽的换热器。过热器一般都装在炉膛出口。省煤器：是利用余热加热锅炉给水，以降低排出烟气温度的换热器。采纳省煤器后，降低了排烟温度，提高了锅炉效率，节约了燃料。同时，由于提高了进入汽包的给水温度，削减了因温差而引起汽包壁的热适应力，从而延长了汽包的运用寿命。燃烧设备：将燃料和燃烧所需的空气送入炉膛并使燃料着火稳定，充分燃烧。燃烧设备主要有磨煤机
22、、给煤机、燃烧器、风机等。引风设备：包括引风机、烟道和烟囱等几部分。用它将锅炉中的烟气连续排出。送风设备：包括有鼓风机和分道组成。用它来供应燃料所需的空气。给水设备：由水泵和给水管组成。空气预热器：是接着利用离开省煤器后的烟气余热，加热燃料燃烧所须要的空气，是一个换热器。省煤器出口烟温度高，装上空气预热器后，可以进一步降低排烟温度，也可改善燃料着火和燃烧条件，降低不完全燃烧所造成的损失，提高锅炉机组的效率。水处理设备：其作用是为清除水中的杂质和降低给水硬度，以防止在锅炉受热面上结水垢或腐蚀。燃料供应设备：由运煤设备、原煤仓和储煤斗等设备组成，保证锅炉所需燃料供应。除灰除尘设备：是收集锅炉灰渣并
23、运往储灰场的设备。此外，出了保证锅炉的正常工作和平安，蒸汽锅炉还必需装设平安阀、水位表、凹凸水位报警器、压力表、主汽阀、排污阀和止污阀等，还有用来消退受热面上积灰的吹灰器，以提高锅炉运行的经济型。 图2.1 过炉限制系统硬件组成图 2.2 锅炉的工作原理及过程 锅炉是一种生产蒸汽的换热设备。它通过煤、由或燃气等的燃烧释放出化学能，并通过传热过程将能量传递给水，使水转变为蒸汽，蒸汽干脆供应工业生产中所需的热能，或通过蒸汽动力机，嫩而过转变为机能，或通过汽轮发电机转变为电能。所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能最有效的转变为蒸汽的热能。因此，近代锅炉亦称为蒸汽发生器。 调整系统在蒸汽锅炉热工燃烧时
24、有着很大的协助作用，能够为燃烧环节供应必要的环境，协调好每个步骤的有序进行.锅炉的工作过程概括起来应当包括三个同时进行的过程：燃料的燃烧过程、水的气化过程、烟气向水的传热过程。2.2.1 燃料的燃烧过程 首先将燃料（这里用煤）加到煤斗中，借助于重力下落在炉膛排面上，炉排接电动机通过变速此轮箱减速后有链轮来带动，将燃料煤带入炉内。燃料一面燃烧，一面对后移动燃料所须要的空气是由风机送入炉排腹中风仓后，向上穿过炉排到达燃料层，进行燃料反应形成高温烟气。燃料燃烧剩下的灰渣，在炉排末端翻过除渣板后排入灰斗，（若是燃气式锅炉就没有这一部分了）这整个过程称为燃烧过程。2.2.2 水的汽化过程 水的汽化过程就
25、是蒸汽的产生过程，主要包括水循环和水分别过程。经处理的水由水泵加压，先流经省煤器而得到预热，然后进入气锅。锅炉工作时气锅的工作介质是处于饱和状态的汽水混合物。位于烟温较低区段的对流管束，因受热较弱，汽水工质的容量较大，而位于烟温较高区段的对流管束，因受热剧烈，相应的汽水工质的容量较小，从而量大的工质则向上流入下锅筒，而容量小的工质则向上流入上锅筒，形成了锅水的自然循环。蒸汽所产生的过程是借助于上锅筒内设的汽水分别装置。以及在锅筒本身空间的重力分别力作用，使汽水混合物得到分别。蒸汽在上锅筒顶部引出后，进入蒸汽过热器，而分别出来的水仍回到上锅筒下半部的水中。锅炉中的水循环，也保证与高温烟气相接处的
26、金属受热面的冷却而不被烧坏，是锅炉能长期平安运行的必要条件。而汽水混合物的分别设备则是保证蒸汽品质和蒸汽过热牢靠工作的必要设备。2.2.3 烟气向水传热过程 由于燃料的燃烧放热，炉内温度很高在炉膛的四周墙面上，都布置一排水管，俗称水冷壁。高温烟气与水冷壁进行剧烈的辐射换热，将热量传给管内工质水。继而烟气受引风机和烟囱的引力而向炉膛上方流淌。烟气从炉膛出口拂过放渣管后，就冲刷蒸汽过热器，一组垂直放置的蛇形管受热面，使气锅中产生的饱和蒸汽在其中受烟气加热而得到的过程。烟气流经过过热器后拂过胀接在上、下锅筒间的对流管束，在管束间设置了折烟墙使烟气呈“S”型曲折地横向冲刷，再次以对流换热的方式将热量传
27、递给管束的工质。沿途渐渐降低温度的烟气最终进入胃部烟道，与省煤器和空气预热器内的工质进行热交换后，以经济的较低的烟温排出锅炉。省煤器事实上同给水预热器和空气预热器一样，都设置在锅炉尾部（低温）烟道，以降低排烟温度提高锅炉效率，从而节约了燃料。 以上就是一般锅炉工水的过程，一个锅炉进行工作，其主要任务是： (1) 要使锅炉出口压力稳定。 (2) 保证燃烧过程的经济型。(3) 保持锅炉负压恒定。通常我们是路膛负压保持在微负压（-1080Pa）。 为了完成上述三项任务，我们对三个量进行限制：燃料量，送风量，引风量。从而使锅炉能正常运行。 第三章 锅炉燃烧限制系统设计 3.1 锅炉燃烧限制系统的任务
28、锅炉燃烧系统的限制与燃料种类、燃烧设备以及锅炉形式等有亲密关系。锅炉燃烧限制系统的设计过程中,限制方案选择的好坏对实限制目的起到了特别重要的作用。由锅炉燃烧理论可知, 对燃煤锅炉热效率影响较大且可变的热损失主要有排烟热损失、机械不完全燃烧热损失、化学不完全燃烧热损失。现侧重以燃煤锅炉来探讨燃烧过程的限制。燃烧过程的限制基本要求有三个： 第一、 保证出口蒸汽压力稳定，能按负荷要求自动增减燃料量； 其次、 燃烧良好，供气相宜，既要防止由于空气不足使烟囱冒黑烟，也不 因空气过量而增加热量； 第三、 保证锅炉平安运行。在该限制系统中，可选用的操纵变量也由3个: 料量、送风量和引风量。组成的燃烧系统的限
29、制方案要满意燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的须要;使燃料与空气量之间保持肯定的比值，保证燃烧的经济性和锅炉的平安运行;使引风量与送风量相适应，保持炉膛肯定的负压，以免负压太小，甚至为正，造成炉膛内热烟气往外冒出，影响设备和工作人员的平安;假如负压过大，会使大量冷空气漏进炉内，从而使热量损失增加。此外，还需防止燃烧嘴背压太高时脱火，燃烧嘴背压太低时回火的危急。 3.2 锅炉燃烧限制系统的组成 燃烧系统自动调整的第一个任务是维持锅炉出口热水温度保持稳定, 克服自身燃料方面的扰动, 保证负荷与出力的协调; 其次个任务是使燃料量与空气量相协调(风煤比) ,保证燃烧的经济性; 第三个任务是使引风量与送风
30、量相适应, 维持炉膛压在肯定范围内。锅炉燃烧限制系统由主蒸汽压力限制系统和炉膛负压限制系统。主蒸汽压力限制系统又包含燃料限制系统和送风限制系统，由于这两个限制系统是紧密联系的，所以一般不将它们分开探讨;在炉膛负压限制系统中，送风量对炉膛压力的影很小，炉膛压力主要是靠引风机来调整的，所以有时它也被称为引风限制系统。在整个锅炉燃烧限制系统中，蒸汽压力的改变表示锅炉蒸汽的产生量与负荷的耗汽量不相适应，因此必需相应的而变更燃料的供应量，以变更锅炉蒸汽的产量。当燃料变更时，必需相应的变更送风量，使燃料量与空气量相适应，保证燃烧过程有较高的经济性。同时，当送风量变更时，也应当相应的变更引风量，从而使得炉膛
31、压力保持在-20Pa左右。锅炉是一个多输入、多输出、多回路、非线性的相互关联的困难的限制系统, 调整参数与被调整参数之间, 存在着很多交叉的影响, 调整难度特别大。我们将系统限制分散成给煤限制,送风限制, 汽包液位限制, 炉膛负压限制等一系列闭环控。3.2.1 主蒸汽压力限制系统 本炉采纳中间储仓式制粉系统，其特点是制粉系统出力的改变并不直影响锅炉的负荷。当锅炉负荷发生变动时，是通过变更给粉机转速进行的。当锅炉负荷改变，调整给粉机转速时，给粉量的增减应缓慢进行，调整范围不易太大。若转速过高，不但会因煤粉浓度过大堵塞一次风管，而且简单使给粉机超负荷。若转速过低，则在炉膛温度不太高的状况下，由一于
32、浓度不足，着火不稳，简单发生熄火。给粉机的转速限制在300一800r/ min的范围内。调整给粉机转速的同时，应留意调整送、弓风量，保持汽压和汽温的稳定。增加负荷时，先增加风量，随之增加给粉量;减负荷时，先削减给粉量，随之削减风量，并使同层给粉机的下粉量一样，以便于配风。 当外界负荷改变而须要调整锅炉出力时，随着燃料量的变更，锅炉的风量也须要作出相应的调整。 在锅炉运行中，实际进入炉内的空气不行能全部与燃料接触并发生完全反应。为了削减化学不完全燃烧热损失和烟气热损失，获得良好的燃烧效率，实际送入炉内的空气量通常比理论计算空气量多一些，两者之比称为过量空气系数。过量空气系数的限制是通过烟气分析仪
33、测量烟气中的02成分来实现的。由一于目前普遍采纳氧量计，过量空气系数与烟气中O2含量关系如式3一1所示: (3-1) 式中02一烟气中的含氧量，%; 一过量空气系数。 因此运行人员可干脆依据氧量表的数值来限制送入炉膛内空气量，而不必换算过量空气系数。 从运行经济来看，在肯定范围内，随着炉膛内过量空气系数的增大，可以改善燃料与空气的接触和混合，有利于完全燃烧，使化学不完全燃烧损失降低。但是，当过量空气系数过大时，则因炉膛温度降低和烟气流速加快使燃烧时间缩短，可能使不完全燃烧损失反而增加，而烟气热损失则总是随着过量空气系数的增大而增加的。所以，过量空气系数过大时，锅炉总的热损失就要增加，与此同时，
34、还将使送、引风机的电耗增大。合理的过量空气系数应使各项热损失之和为最小。 从锅炉工作的平安性来看，炉内过量空气系数过小，会使燃料燃烧不完全，造成烟气中含有较多的未燃尽炭黑和一氧化碳可燃气体等，在尾部烟道可能发生可燃物在燃烧。由一于灰分在还原性气体中熔点降低，易引起炉内结渣以及高温硫腐蚀等不良后果。过大的过量空气系数使煤粉炉受热面管子和引风机叶片的磨损加剧，影响设备的运用寿命。此外，过量空气系数增大时，由一于过剩氧的相应增加，将使燃料中的硫形成三氧化硫，烟气露点也相应提高，从而使空气预热器发生腐蚀。同时，烟气中的氧化氮也将增多，影响排放指标。总之送风量过大或过小都会给锅炉的平安运行带来不良的影响
35、。 锅炉总风量的调整是通过变更送风机的出力来实现的。本炉所运用的送风机为轴流风机，通过变更风机动叶角度来调整风量。在锅炉的风量限制中除了变更总风量外，一、二次风的协作调整也是非常重要的。一、二次风的风量安排应依据它们所起的作用进行调整。一次风量应已能满意进入炉膛的分粉混合物挥发燃烧及固体焦炭的氧化须要为原则，二次风量不仅应满意燃烧须要，而且还应起到补充一次风末段空气量不足的作用。此外，二次风应能与进入炉膛的可燃物充分混合，这就须要较大的二次风速，对高温火焰起到搅拌混合的作用，以强化燃烧。当两台风机均运行时，在调整风量的过程中，通常应同时变更两台风机的风量，并留意视察电动机的电流以及风机出口压和
36、风量是否同步改变，并防止轴流风机进入不稳定区域运行。风量调整时，还应通过炉膛出口氧量的改变，来判定是否己满意须要。高负荷状况下，还应留意防止电动机的电流。3.2.2 炉膛压力限制系统 炉膛压力是反应燃烧上况稳定与否的重要参数。炉内燃烧工况一旦发生改变，炉膛压力将快速发生相应的改变。当锅炉的燃烧系统发生故障时，最先将在炉膛压力的改变上反应出来，而后才是蒸汽参数的一系列改变。因此，监视和限制炉膛压力，对于保证炉内燃烧工况的稳定具有及其重要的意义。炉膛负压过大，将会增加炉膛和烟道的漏风，锅炉在低负荷或燃烧.工况不稳的状况下运行时，便有可能由于漏入冷风而造成燃烧恶化，甚至发生锅炉熄灭。反之，若炉膛压力
37、偏正，则炉膛内的高温火焰就有可能外喷，不但影响环境卫生还将造成设备损坏或引起人身事故。运行中引起炉膛负压波动的主要缘由是燃烧工况的改变。为了使炉内燃烧连续进行，必需不间断的向炉膛供应燃料燃烧所需的空气，并将燃烧后产生的烟气刚好排走。在燃烧产生烟气及其排放的过程中，假如排出炉膛的烟气量等于燃烧产生的烟气量，则进、出炉膛的物质保持平衡，此时炉膛负压就相对保持不变。若上述平衡遭到破坏，则炉膛负压就要发生改变。例如在引风量未变时，增加送风量，就会使炉膛出现正压。运行中即使送、引风量保持不变，由于燃烧工况总有小量的改变，故炉膛压力总是波动的。当燃烧不稳时，炉膛压力将产生猛烈的波动，炉膛风压表相应作大幅度
38、的猛烈晃动。运行阅历表明;当炉膛压力发生猛烈波动时，往往是熄火的顶兆，这时必需加强监视炉内燃烧上况，分析缘由，并刚好进行调整和处理。当燃料量发生改变时, 炉膛燃烧发热量也马上发生改变, 此时向调整器发出的热量信号也会随之改变, 调整器调整燃料量使之复原正常。这样, 就不会由于燃料量扰动而引起汽包压力发生过大改变。 炉膛压力通常是通过变更引风机的出力来调整的。引风机的风量调整方法要求和送风机基本相同。 3.3 锅炉燃烧限制系统中被控变量的选择 被控变量的选择是限制系统设计的核心问题，选择得正确与否，会干脆关系到生产的稳定操作、产品产量和质量的提高以及生产平安与劳动条件的改善等。假如被控变量选择不
39、当，不论采纳何种仪表，组成什么样的限制系统，都不能达到顶期的限制效果，满意不了生产的技术要求。为此，自控设计人员必需深化生产实际，进行调查探讨，只有在熟识生产上艺的基础上才能正确的选择相互被控变量。在锅炉燃烧限制系统中包含两个限制系统:主蒸汽压力限制系统和炉膛压力限制系统，而主蒸汽压力又由主蒸汽压力与燃料流量构成的燃料限制系统和燃料流量与空气流量构成的送风限制系统组成;炉膛压力的改变主要是由引风量的调整来实现的，所以有时，也可以把炉膛压力限制系统称为引风限制系统。假如想要对该系统进行高效、精确的限制，首先得依次对这三个子限制系统进行被控变量的选择。在燃料限制系统中，要完成的任务是使燃料流量的改
40、变要随着蒸汽负荷的改变而改变，所以很明显的可以看出在该系统中，被控变量是蒸汽压力(负荷)，操纵变量是燃料量;在送风限制系统中，要求保持合理的风、煤协作，才一能使锅炉经济的燃烧，所以该限制系统的被控变量是烟气成分，操纵变量是送风量;在引风限制系统中，主要的目的是使炉膛负压能够保持在肯定的范围内，从而保证锅炉的平安运行，所以它的限制变量是炉膛负压，操纵变量是引风量。3.4 锅炉燃烧限制系统的限制方案 3.4.1主蒸汽压力限制系统方案的确定 蒸汽压力的主要扰动是蒸汽负荷的改变与燃料量的波动。当蒸汽负荷及燃料量波动较小时，可以采纳蒸汽压力来限制燃料量的单回路限制系统，系统方框图如下: 图3.2 蒸汽压
41、力限制燃料量的单回路限制系统方框图 但是，从上图我们明显的可以看出:当燃料流量波动较大时，等到主蒸汽压力限制器感受到这样的偏差去限制调整阀时，燃料量已不是原来的流量了，所以对它的限制总是存在着肯定的偏差和滞后的。所以，要对燃料流量设置一个调整器，让它对干扰进行快速的限制，这便构成了一个串级限制系统。 图3.2 蒸汽压力限制燃料量的串级限制系统方框图 当燃料量变更时，必需相应的变更送风量，使燃料量与空气量的比值达到一个最优比以保证锅炉燃烧的经济性。在这里，不管燃料量还是送风量都应当是可限制的，所以采纳的是双闭环比值限制系统，它在提降量上也是很便利的，只要缓慢的变更主流量的给定值，就可以提降主流量
42、，同时副变量也就跟踪提降，并保持两者比值不变。在该系统中空气量是随着燃料量改变的，所以燃料量是主流 量，空气流量是副流量。通过上述分析，得到了燃烧过程的基本限制限制方案如下 图3.3 燃烧过程的基本限制方案 图3.4 双闭环比值限制系统方框图 为了使锅炉能够充分且完全的燃烧:在蒸汽量要求增加时，应先加大空气量，后加大燃料量;在蒸汽量要求减小时，应先减燃料量，后减空气量。完成该逻辑提降量是依靠系统中设置的两个选择器:高选择器HS，低选择器LS。如图3.5所示。 在正常工况下，即系统处于稳定状态时，蒸汽压力限制器的输出IP等于燃料流量变送器输出I1，也等于空气流量变送器的输出呈上空气过剩系数K后的
43、值I2。高、低选择器的两个输入端信号是相等的，整个系统如同不加选择器时的串级和比值限制组合的系统进行上作。当系统进行提量时，随着蒸汽量的增加，蒸汽压力削减，压力限制器的输出Ip增加(依据串级限制系统的要求，压力限制器应选用反作用式限制器)，这个增加了的信号不被低选器选中，而被高选器选中，它干脆变更空气流量限制器的 图3.4 燃烧过程的改进限制方案 给定值，吩咐空气量增加，也就使I2起先增加。因此时I2 <Ip,I2被低选器选中，从而变更燃料流量限制器给定值，吩咐提量。这一过程保证在增加燃料量前。先加大空气量，使燃烧完全。整个提量过程直至Ip=I1=I2时，系统又复原到正常工况时的稳定状态
44、。在系统降量时，蒸汽压力增加，蒸汽压力限制器的输出削减，因而它被低选器选中，作为燃料流量限制器的给定值而吩咐燃料降量。燃料降低，经变送器的测量信号为高选器选中，作为空气流量限制器的给定值，吩咐空气降量，降量过程直至Ip= I1=I2，系统又复原到稳定状态。这样就实现了提量时先提空气量，后提燃料量，降量时先降燃料量，后降空气量的逻辑要求。前面介绍的锅炉燃烧过程的燃料与空气比值限制存在两个不足之处。首先不能保证两者的最优比，这是由于流量测量的误差以及燃料的质量(水分、灰分等)的改变所造成的。另外，锅炉负荷不同时，两者的最优比也应有所不同。为此，要有一个检验燃料与空气相宜配比的指标，作为送风量的校正
45、信号。通常用烟气中的氧含量作为送风量的校正信号。 锅炉的热效率(经济燃烧)最简便的检测方法，是用烟气中的氧含量来表示。依据燃烧方程式，可以计算出燃料完全燃烧时所需的氧量，从而可以得出所需的空气量，成为理论空气量场QT。但是，事实上完全燃烧所需的空气量QP要超过理论空气量QT。即须要肯定的过剩空气量。当过剩空气量增多时，不仅使炉膛温度下降，而且也使最重要的烟气热损失增加。因此，对不同的燃料，过剩空气量都有一个最优值，即所谓最经济燃烧，如图3.5所示。 对于煤粉燃料，最优过剩空气量约为8%-15%。过剩空气量常用过剩空气系数来表示，即实际空气量QP与理论空气量QT之比: (3-2) 因此,为衡量经
46、济燃烧的一种指标。很难干脆测量，但与烟气中氧含量有干脆关系，可用近似式表示: (3-3) 式中AO 为烟气中的含氧量。 图3.5过剩空气量与能量损失的关系 图3.6 过剩空气量与O2 及锅炉效率间的关系 图3.7 烟气中含氧量的闭环限制方案 案中，只要把氧含量成分限制器的给定值，按正常负荷下烟气氧含量的最优值设定，就能使过剩空气系数稳定在最优值，保证锅炉燃烧最经济、热效率最高。 3.4.2 炉膛压力限制系统限制方案确定 1. 炉膛压力限制系统 炉膛负压限制系统也叫引风限制系统，它的限制一般可通过限制引风量来实现。当锅炉负荷改变较小时，单回路的限制系统就能满意;但是，当炉膛负荷改变较大时，单回路
47、就很难限制，因负荷改变后，燃料及送风量均将改变，但引风量只有在炉膛负压产生偏差时，才能由引风限制器去限制，这样引风量的改变落后于送风量。为此用反映负荷改变的蒸汽压力作为前馈信号，K为静态前馈放大系数。通常把炉膛负压限制在-20Pa左右。2.有关平安爱护系统 当炉膛负压太小，甚至为正时，会造成炉膛内热烟气玩外冒出，影响设备和工作人员的平安;假如炉膛负压过大，会使冷空气漏进炉内，从而使热量损失增加，以要实行相应的平安爱护系统。 (1)防脱火系统这是一个选择性限制系统，在燃烧背压正常状况下，由蒸汽压 力限制器限制燃料阀，维持锅炉出口蒸汽压力稳定。当燃烧嘴背压过高时，为避开造成脱火危急，此时背压限制器
48、几P2C通过低选器LS限制燃料阀，把阀关小，使背压下降，防止脱火。在上图中，低选择器输出PY与输入信号的关系如下: 当PA<Pa时，PY=PA 当PA>Pa时，PY=PB 且以上两个限制器均为反作用(这是依据系统的要求确定，有关限制器正反作用的选择问题待后而探讨)，其中P1C为正常状况下工作的限制器，P2C为非正常状况下工作的限制器，而且是窄比例的(即比例放大倍数很大)。 在正常状况下，燃料压力低于产生脱火的压力(即低于给定值)，P2C感受到的是负偏差，因此，它的输出PB呈现为高信号(因为P2C为反作用。窄比例)。而与此同时P1C的输出信号相对来说则呈现为低信号。这样，低选器LS将选中P1C的输出PA送往限制阀，构成蒸汽压力限制系统。当燃料压力上升到超过P2C的给定值(脱火压力)时，P2C感受到的是正偏差，因此它是反作用、窄比例，因此P2C的输出PB 一下跌为低信号。于是低悬着器LS就改选P2C的输出PB送往限制阀，构成燃料压力限制系统，从而限制燃料压力的上升，达到防