汽包鍋爐的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行有哪些特點(diǎn)

【專家解說(shuō)】：鍋爐是利用燃料或其他能源的熱能，把水加熱成為熱水或蒸汽的機(jī)械設(shè)備。鍋爐包括鍋和爐兩大部分，鍋的原義是指在火上加熱的盛水容器，爐是指燃燒燃料的場(chǎng)所。 鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為生產(chǎn)和生活提供所需要的熱能，也可通過(guò)蒸汽動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或再通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)生產(chǎn)中也有少量應(yīng)用。產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，又叫蒸汽發(fā)生器，常簡(jiǎn)稱為鍋爐，是蒸汽動(dòng)力裝置的重要組成部分，多用于火電站、船舶、機(jī)車和工礦企業(yè)。 鍋爐承受高溫高壓，安全問(wèn)題十分重要。即使是小型鍋爐，一旦發(fā)生爆炸，后果也十分嚴(yán)重。因此，對(duì)鍋爐的材料選用、設(shè)計(jì)計(jì)算、制造和檢驗(yàn)等都制訂有嚴(yán)格的法規(guī)。 鍋爐的發(fā)展 鍋爐的發(fā)展分鍋和爐兩個(gè)方面。 18世紀(jì)上半葉，英國(guó)煤礦使用的蒸汽機(jī)，包括瓦特的初期蒸汽機(jī)在內(nèi)，所用的蒸汽壓力等于大氣壓力。18世紀(jì)后半葉改用高于大氣壓力的蒸汽。19世紀(jì)，常用的蒸汽壓力提高到0.8兆帕左右。與此相適應(yīng)，最早的蒸汽鍋爐是一個(gè)盛水的大直徑圓筒形立式鍋殼，后來(lái)改用臥式鍋殼，在鍋殼下方磚砌爐體中燒火。 隨著鍋爐越做越大，為了增加受熱面積，在鍋殼中加裝火筒，在火筒前端燒火，煙氣從火筒后面出來(lái)，通過(guò)磚砌的煙道排向煙囪并對(duì)鍋殼的外部加熱，稱為火筒鍋爐。開(kāi)始只裝一只火筒，稱為單火筒鍋爐或康尼許鍋爐，后來(lái)加到兩個(gè)火筒，稱為雙火筒鍋爐或蘭開(kāi)夏鍋爐。 1830年左右，在掌握了優(yōu)質(zhì)鋼管的生產(chǎn)和脹管技術(shù)之后出現(xiàn)了火管鍋爐。一些火管裝在鍋殼中，構(gòu)成鍋爐的主要受熱面，火(煙氣)在管內(nèi)流過(guò)。在鍋殼的存水線以下裝上盡量多的火管，稱為臥式外燃回火管鍋爐。它的金屬耗量較低，但需要很大的砌體。 19世紀(jì)中葉，出現(xiàn)了水管鍋爐。鍋爐受熱面是鍋殼外的水管，取代了鍋殼本身和鍋殼內(nèi)的火筒、火管。鍋爐的受熱面積和蒸汽壓力的增加不再受到鍋殼直徑的限制，有利于提高鍋爐蒸發(fā)量和蒸汽壓力。這種鍋爐中的圓筒形鍋殼遂改名為鍋筒，或稱為汽包。初期的水管鍋爐只用直水管，直水管鍋爐的壓力和容量都受到限制。 二十世紀(jì)初期，汽輪機(jī)開(kāi)始發(fā)展，它要求配以容量和蒸汽參數(shù)較高的鍋爐。直水管鍋爐已不能滿足要求。隨著制造工藝和水處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了彎水管式鍋爐。開(kāi)始是采用多鍋筒式。隨著水冷壁、過(guò)熱器和省煤器的應(yīng)用，以及鍋筒內(nèi)部汽、水分離元件的改進(jìn)，鍋筒數(shù)目逐漸減少，既節(jié)約了金屬，又有利于提高鍋爐的壓力、溫度、容量和效率。 以前的火筒鍋爐、火管鍋爐和水管鍋爐都屬于自然循環(huán)鍋爐，水汽在上升、下降管路中因受熱情況不同，造成密度差而產(chǎn)生自然流動(dòng)。在發(fā)展自然循環(huán)鍋爐的同時(shí)，從30年代開(kāi)始應(yīng)用直流鍋爐，40年代開(kāi)始應(yīng)用輔助循環(huán)鍋爐。 輔助循環(huán)鍋爐又稱強(qiáng)制循環(huán)鍋爐，它是在自然循環(huán)鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在下降管系統(tǒng)內(nèi)加裝循環(huán)泵，以加強(qiáng)蒸發(fā)受熱面的水循環(huán)。直流鍋爐中沒(méi)有鍋筒，給水由給水泵送入省煤器，經(jīng)水冷壁和過(guò)熱器等蒸發(fā)受熱面，變成過(guò)熱蒸汽送往汽輪機(jī)，各部分流動(dòng)阻力全由給水泵來(lái)克服。 第二次世界大戰(zhàn)以后，這兩種型式的鍋爐得到較快發(fā)展，因?yàn)楫?dāng)時(shí)發(fā)電機(jī)組要求高溫高壓和大容量。發(fā)展這兩種鍋爐的目的是縮小或不用鍋筒，可以采用小直徑管子作受熱面，可以比較自由地布置受熱面。隨著自動(dòng)控制和水處理技術(shù)的進(jìn)步，它們漸趨成熟。在超臨界壓力時(shí)，直流鍋爐是唯一可以采用的一種鍋爐，70年代最大的單臺(tái)容量是27兆帕壓力配1300兆瓦發(fā)電機(jī)組。后來(lái)又發(fā)展了由輔助循環(huán)鍋爐和直流鍋爐復(fù)合而成的復(fù)合循環(huán)鍋爐。 在鍋爐的發(fā)展過(guò)程中，燃料種類對(duì)爐膛和燃燒設(shè)備有很大的影響。因此，不但要求發(fā)展各種爐型來(lái)適應(yīng)不同燃料的燃燒特點(diǎn)，而且還要提高燃燒效率以節(jié)約能源。此外，爐膛和燃燒設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)還要求盡量減少鍋爐排煙中的污染物(硫氧化物和氮氧化物) 早年的鍋殼鍋爐采用固定爐排，多燃用優(yōu)質(zhì)煤和木柴，加煤和除渣均用手工操作。直水管鍋爐出現(xiàn)后開(kāi)始采用機(jī)械化爐排，其中鏈條爐排得到了廣泛的應(yīng)用。爐排下送風(fēng)從不分段的“統(tǒng)倉(cāng)風(fēng)”發(fā)展成分段送風(fēng)。 早期爐膛低矮，燃燒效率低。后來(lái)人們認(rèn)識(shí)到爐膛容積和結(jié)構(gòu)在燃燒中的作用，將爐膛造高，并采用爐拱和二次風(fēng)，從而提高了燃燒效率。 發(fā)電機(jī)組功率超過(guò)6兆瓦時(shí)，以上這些層燃爐的爐排尺寸太大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易布置，所以20年代開(kāi)始使用室燃爐，室燃爐燃燒煤粉和油。煤由磨煤機(jī)磨成煤粉后用燃燒器噴入爐膛燃燒，發(fā)電機(jī)組的容量遂不再受燃燒設(shè)備的限制。自第二次世界大戰(zhàn)初起，電站鍋爐幾乎全部采用室燃爐。 早年制造的煤粉爐采用了U形火焰。燃燒器噴出的煤粉氣流在爐膛中先下降，再轉(zhuǎn)彎上升。后來(lái)又出現(xiàn)了前墻布置的旋流式燃燒器，火焰在爐膛中形成L形火炬。隨著鍋爐容量增大，旋流式燃燒器的數(shù)目也開(kāi)始增加，可以布置在兩側(cè)墻，也可以布置在前后墻。1930年左右出現(xiàn)了布置在爐膛四角且大多成切圓燃燒方式的直流燃燒器。 第二次世界大戰(zhàn)后，石油價(jià)廉，許多國(guó)家開(kāi)始廣泛采用燃油鍋爐。燃油鍋爐的自動(dòng)化程度容易提高。70年代石油提價(jià)后，許多國(guó)家又重新轉(zhuǎn)向利用煤炭資源。這時(shí)電站鍋爐的容量也越來(lái)越大，要求燃燒設(shè)備不僅能燃燒完全，著火穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，低負(fù)荷性能好，還必須減少排煙中的污染物質(zhì)。在燃煤(特別是燃褐煤)的電站鍋爐中采用分級(jí)燃燒或低溫燃燒技術(shù)，即延遲煤粉與空氣的混合或在空氣中摻煙氣以減慢燃燒，或把燃燒器分散開(kāi)來(lái)抑制爐溫，不但可抑制氮氧化物生成，還能減少結(jié)渣。沸騰燃燒方式屬于一種低溫燃燒，除可燃用灰分十分高的固體燃料外，還可在沸騰床中摻入石灰石用以脫硫。 鍋爐的工作 鍋爐參數(shù)是表示鍋爐性能的主要指標(biāo)，包括鍋爐容量、蒸汽壓力、蒸汽溫度、給水溫度等。 鍋爐容量可用額定蒸發(fā)量或最大連續(xù)蒸發(fā)量來(lái)表示。額定蒸發(fā)量是在規(guī)定的出口壓力、溫度和效率下，單位時(shí)間內(nèi)連續(xù)生產(chǎn)的蒸汽量。最大連續(xù)蒸發(fā)量是在規(guī)定的出口壓力、溫度下，單位時(shí)間內(nèi)能最大連續(xù)生產(chǎn)的蒸汽量。 蒸汽參數(shù)包括鍋爐的蒸汽壓力和溫度，通常是指過(guò)熱器、再熱器出口處的過(guò)熱蒸汽壓力和溫度如沒(méi)有過(guò)熱器和再熱器，即指鍋爐出口處的飽和蒸汽壓力和溫度。給水溫度是指省煤器的進(jìn)水溫度，無(wú)省煤器時(shí)即指鍋筒進(jìn)水溫度。 鍋爐可按照不同的方法進(jìn)行分類。鍋爐按用途可分為工業(yè)鍋爐、電站鍋爐、船用鍋爐和機(jī)車鍋爐等；按鍋爐出口壓力可分為低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界壓力、超臨界壓力等鍋爐；鍋爐按水和煙氣的流動(dòng)路徑可分為火筒鍋爐、火管鍋爐和水管鍋爐，其中火筒鍋爐和火管鍋爐又合稱為鍋殼鍋爐；按循環(huán)方式可分為自然循環(huán)鍋爐、輔助循環(huán)鍋爐(即強(qiáng)制循環(huán)鍋爐)、直流鍋爐和復(fù)合循環(huán)鍋爐；按燃燒方式，鍋爐分為室燃爐、層燃爐和沸騰爐等。 在水汽系統(tǒng)方面，給水在加熱器中加熱到一定溫度后，經(jīng)給水管道進(jìn)入省煤器，進(jìn)一步加熱以后送入鍋筒，與鍋水混合后沿下降管下行至水冷壁進(jìn)口集箱。水在水冷壁管內(nèi)吸收爐膛輻射熱形成汽水混合物經(jīng)上升管到達(dá)鍋筒中，由汽水分離裝置使水、汽分離。分離出來(lái)的飽和蒸汽由鍋筒上部流往過(guò)熱器，繼續(xù)吸熱成為450℃的過(guò)熱蒸汽，然后送往汽輪機(jī)。 在燃燒和煙風(fēng)系統(tǒng)方面，送風(fēng)機(jī)將空氣送入空氣預(yù)熱器加熱到一定溫度。在磨煤機(jī)中被磨成一定細(xì)度的煤粉，由來(lái)自空氣預(yù)熱器的一部分熱空氣攜帶經(jīng)燃燒器噴入爐膛。燃燒器噴出的煤粉與空氣混合物在爐膛中與其余的熱空氣混合燃燒，放出大量熱量。燃燒后的熱煙氣順序流經(jīng)爐膛、凝渣管束、過(guò)熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器后，再經(jīng)過(guò)除塵裝置，除去其中的飛灰，最后由引風(fēng)機(jī)送往煙囪排向大氣。 鍋爐的結(jié)構(gòu) 鍋爐整體的結(jié)構(gòu)包括鍋爐本體和輔助設(shè)備兩大部分。鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、構(gòu)架和爐墻等主要部件構(gòu)成生產(chǎn)蒸汽的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個(gè)最主要的部件是爐膛和鍋筒。 爐膛又稱燃燒室，是供燃料燃燒的空間。將固體燃料放在爐排上，進(jìn)行火床燃燒的爐膛稱為層燃爐，又稱火床爐；將液體、氣體或磨成粉狀的固體燃料，噴入火室燃燒的爐膛稱為室燃爐，又稱火室爐；空氣將煤粒托起使其呈沸騰狀態(tài)燃燒，并適于燃燒劣質(zhì)燃料的爐膛稱為沸騰爐，又稱流化床爐；利用空氣流使煤粒高速旋轉(zhuǎn)，并強(qiáng)烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風(fēng)爐。 爐膛的橫截面一般為正方形或矩形。燃料在爐膛內(nèi)燃燒形成火焰和高溫?zé)煔?，所以爐膛四周的爐墻由耐高溫材料和保溫材料構(gòu)成。在爐墻的內(nèi)表面上常敷設(shè)水冷壁管，它既保護(hù)爐墻不致燒壞，又吸收火焰和高溫?zé)煔獾拇罅枯椛錈帷?爐膛設(shè)計(jì)需要充分考慮使用燃料的特性。每臺(tái)鍋爐應(yīng)盡量燃用原設(shè)計(jì)的燃料。燃用特性差別較大的燃料時(shí)鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性都可能降低。 鍋筒是自然循環(huán)和多次強(qiáng)制循環(huán)鍋爐中，接受省煤器來(lái)的給水、聯(lián)接循環(huán)回路，并向過(guò)熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒簡(jiǎn)體由優(yōu)質(zhì)厚鋼板制成，是鍋爐中最重的部件之一。 鍋筒的主要功能是儲(chǔ)水，進(jìn)行汽水分離，在運(yùn)行中排除鍋水中的鹽水和泥渣，避免含有高濃度鹽分和雜質(zhì)的鍋水隨蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器和汽輪機(jī)中。 鍋筒內(nèi)部裝置包括汽水分離和蒸汽清洗裝置、給水分配管、排污和加藥設(shè)備等。其中汽水分離裝置的作用是將從水冷壁來(lái)的飽和蒸汽與水分離開(kāi)來(lái)，并盡量減少蒸汽中攜帶的細(xì)小水滴。中、低壓鍋爐常用擋板和縫隙擋板作為粗分離元件；中壓以上的鍋爐除廣泛采用多種型式的旋風(fēng)分離器進(jìn)行粗分離外，還用百頁(yè)窗、鋼絲網(wǎng)或均汽板等進(jìn)行進(jìn)一步分離。鍋筒上還裝有水位表、安全閥等監(jiān)測(cè)和保護(hù)設(shè)施。 為了考核性能和改進(jìn)設(shè)計(jì)，鍋爐常要經(jīng)過(guò)熱平衡試驗(yàn)。直接從有效利用能量來(lái)計(jì)算鍋爐熱效率的方法叫正平衡，從各種熱損失來(lái)反算效率的方法叫反平衡?？紤]鍋爐房的實(shí)際效益時(shí)，不僅要看鍋爐熱效率，還要計(jì)及鍋爐輔機(jī)所消耗的能量。 單位質(zhì)量或單位容積的燃料完全燃燒時(shí)，按化學(xué)反應(yīng)計(jì)算出的空氣需求量稱為理論空氣量。為了使燃料在爐膛內(nèi)有更多的機(jī)會(huì)與氧氣接觸而燃燒，實(shí)際送入爐內(nèi)的空氣量總要大于理論空氣量。雖然多送入空氣可以減少不完全燃燒熱損失，但排煙熱損失會(huì)增大，還會(huì)加劇硫氧化物腐蝕和氮氧化物生成。因此應(yīng)設(shè)法改進(jìn)燃燒技術(shù)，爭(zhēng)取以盡量小的過(guò)量空氣系數(shù)使?fàn)t膛內(nèi)燃燒完全。 鍋爐煙氣中所含粉塵(包括飛灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大氣的物質(zhì)，未經(jīng)凈化時(shí)其排放指標(biāo)可達(dá)到環(huán)境保護(hù)規(guī)定指標(biāo)的幾倍到數(shù)十倍。控制這些物質(zhì)排放的措施有燃燒前處理、改進(jìn)燃燒技術(shù)、除塵、脫硫和脫硝等。借助高煙囪只能降低煙囪附近地區(qū)大氣中污染物的濃度。 煙氣除塵所使用的作用力有重力、離心力、慣性力附著力以及聲波、靜電等。對(duì)粗顆粒一般采用重力沉降和慣性力的分離，在較高容量下常采用離心力分離除塵靜電除塵器和布袋過(guò)濾器具有較高的除塵效率。濕式和文氏—水膜除塵器中水滴水膜能粘附飛灰，除塵效率很高還能吸收氣態(tài)污染物。 二十世紀(jì)50年代以來(lái)，人們努力發(fā)展灰渣綜合利用，化害為利。如用灰渣制造水泥、磚和混凝土骨料等建筑材料。70年代起又從粉煤灰中提取空心微珠，作為耐火保溫等材料。 鍋爐未來(lái)的發(fā)展將進(jìn)一步提高鍋爐和電站熱效率；降低鍋爐和電站的單位功率的設(shè)備造價(jià)；提高鍋爐機(jī)組的運(yùn)行靈活性和自動(dòng)化水平；發(fā)展更多鍋爐品種以適應(yīng)不同的燃料；提高鍋爐機(jī)組及其輔助設(shè)備的運(yùn)行可靠性；減少對(duì)環(huán)境的污染。系統(tǒng)下達(dá)指令由變頻器自動(dòng)啟動(dòng)第一臺(tái)泵運(yùn)行，系統(tǒng)檢測(cè)給水管的水壓，當(dāng)變頻器頻率上升到工頻時(shí)，如水壓未達(dá)到設(shè)定的壓力值，系統(tǒng)自動(dòng)將第一臺(tái)電機(jī)切換至工頻直供電，并由變頻器拖動(dòng)第二臺(tái)水泵運(yùn)行，如變頻器運(yùn)行到工頻狀態(tài)時(shí)供水母管壓力仍未達(dá)到設(shè)定壓力值系統(tǒng)自動(dòng)將第二臺(tái)水泵切換至工頻直供電，再由變頻器拖動(dòng)第三臺(tái)運(yùn)行，依次類推，直至壓力達(dá)到設(shè)定值。若鍋爐需要的給水量減少，變頻控制系統(tǒng)可自動(dòng)降低變頻器的運(yùn)行頻率，如變頻器的頻率到零仍不能滿足要求，則變頻器自動(dòng)切換至前一臺(tái)水泵進(jìn)行變頻運(yùn)行，依次類推。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是：始終利用一臺(tái)變頻器自動(dòng)調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，切換時(shí)間以管網(wǎng)的實(shí)際壓力和設(shè)定壓力的差值決定，同時(shí)保證管網(wǎng)的壓力動(dòng)態(tài)恒定。值得注意的是為了防止變頻器報(bào)警停機(jī)或其他故障造成水泵不轉(zhuǎn)會(huì)引起鍋爐缺水，所以應(yīng)該加反饋裝置確保變頻器正常工作。 除此之外鍋爐的供水系統(tǒng)中還包括除氧器壓力控制和除氧器水位控制，除氧器壓力控制主要是為了保證除氧器口有足夠的蒸汽壓力用于將軟化水除氧，這是一個(gè)單閉環(huán)控制回路，輸入?yún)?shù)是除氧器壓力輸出參數(shù)控制除氧器進(jìn)汽閥。除氧器水位控制主要是為了保證除氧器內(nèi)有足夠的水提供給鍋爐，這是一個(gè)單閉環(huán)控制回路輸入?yún)?shù)，是除氧器水位輸出參數(shù)控制除氧器進(jìn)水閥。 3.2 鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng) 燃燒過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的選擇雖然與燃燒的種類和供給系統(tǒng)、燃燒方式以及鍋爐與負(fù)荷的聯(lián)結(jié)方式都有關(guān)系，但是燃燒過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)都是一樣的。歸納起來(lái)，燃燒過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)有三大任務(wù)： ① 維持汽壓恒定。汽壓的變化表示鍋爐蒸汽量和負(fù)荷的耗汽量不相適應(yīng)，必須相應(yīng)地改變?nèi)剂狭浚愿淖冨仩t的蒸汽量。 ② 保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)燃料量改變時(shí)，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使它與燃料量相配合，保證燃燒過(guò)程有較高的經(jīng)濟(jì)性。 ③ 調(diào)節(jié)引風(fēng)量與送風(fēng)量相配合，以保證爐膛壓力不變。 燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般有三個(gè)被調(diào)參數(shù)，汽壓p、煙氣含氧量a和爐膛負(fù)壓pt。一般有3個(gè)調(diào)節(jié)量，他們是燃料量M，送風(fēng)量F和引風(fēng)量Y。燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對(duì)象對(duì)于燃料量，根據(jù)燃料種類的不同可能是爐排電機(jī)，也可能是燃料閥。對(duì)于送風(fēng)量和引風(fēng)量一般是擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)或變頻器。 燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)多參數(shù)變量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常把它簡(jiǎn)化成互相聯(lián)系，密切配合但又相對(duì)獨(dú)立的3個(gè)單變量系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為便于分析，下面我們按3個(gè)系統(tǒng)來(lái)分別分析。這三個(gè)系統(tǒng)分別是以燃料量維持鍋爐壓力恒定的蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以送風(fēng)量維持鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒的送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以引風(fēng)量維持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定的爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 3.2.1 蒸汽壓力調(diào)節(jié)對(duì)象的特性 引起蒸汽壓力變化的主要原因是燃料量和用汽負(fù)荷發(fā)生變化。其動(dòng)態(tài)特性如下。 ① 燃料量擾動(dòng)下的汽壓變化特性 在用汽負(fù)荷不變的情況下，如鍋爐燃料量(B)發(fā)生△B的階躍擾動(dòng)，此時(shí)汽壓的飛升曲線如圖4(a)所示。此時(shí)對(duì)象沒(méi)有自平衡能力，具有較大的遲滯和慣性。但如果鍋爐出口的用汽閥門(mén)開(kāi)度不變，那么由于汽壓因燃料量擾動(dòng)而發(fā)生變化時(shí)，蒸汽流量也將發(fā)生變化。由于汽壓變化時(shí)，蒸汽流量增大自發(fā)地限制了汽壓的變化，因此對(duì)象有平衡能力。此時(shí)汽壓的飛升曲線如圖4(b)所示。 ② 用汽負(fù)荷擾動(dòng)下的汽壓變化特性 負(fù)荷階躍擾動(dòng)下，汽壓變化的動(dòng)態(tài)特性也有下列兩種情況：當(dāng)用汽閥門(mén)階躍擾動(dòng)時(shí)，對(duì)象表現(xiàn)出具有自平衡能力，沒(méi)有延遲，但有較大的慣性，并有一個(gè)與閥門(mén)變化成比例的啟始飛躍，飛升曲線如圖4(c)所示；當(dāng)用汽量階躍擾動(dòng)時(shí)，其飛升曲線如圖4(d)所示，此時(shí)對(duì)象沒(méi)有自平衡能力，如果不及時(shí)增加進(jìn)入鍋爐的燃料量，那么，汽壓將一直下降。 3.2.2 送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)象的特性 送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作好壞，直接影響爐膛的空氣過(guò)剩系數(shù)的變化也就是排出煙氣的含氧量。引起空氣過(guò)剩系數(shù)變化的主要擾動(dòng)是燃料量和送風(fēng)量配比。風(fēng)量擾動(dòng)下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性具有較大的自平衡能力，幾乎沒(méi)有延遲和慣性，近似為一比例環(huán)節(jié)。而燃料量擾動(dòng)時(shí)，需經(jīng)過(guò)輸送和燃燒過(guò)程而略有延遲。由于送風(fēng)系統(tǒng)幾乎沒(méi)有延遲和慣性。所以在燃料充足的情況下送風(fēng)量的大小將比較直接的反應(yīng)在鍋爐的蒸汽壓力上。那么怎樣才能保證股風(fēng)量和燃料量的搭配適宜，這里我們引入了風(fēng)煤比這個(gè)概念。風(fēng)煤比就是在當(dāng)前風(fēng)量下所能燃燒的煤的最大值。在控制作用中風(fēng)煤比主要是根據(jù)當(dāng)前風(fēng)量來(lái)限制爐排的轉(zhuǎn)速，防止由于風(fēng)量不夠?qū)е旅翰荒艹浞秩紵?。該參?shù)對(duì)節(jié)煤和環(huán)保都有很大意義。因?yàn)槿绻荒艹浞秩紵龑?huì)導(dǎo)致煤渣的含炭量增高，這樣比較浪費(fèi)煤，同時(shí)還會(huì)造成煙氣含炭量增高影響排放。 3.2.3 爐膛負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)象的特性 爐膛負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性較好，但擾動(dòng)通道的飛升時(shí)間很短，飛升速度很快。 根據(jù)以上對(duì)燃燒系統(tǒng)調(diào)節(jié)對(duì)象的分析，下面我們針對(duì)燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)三個(gè)任務(wù)對(duì)控制采用的方案進(jìn)行分析。 燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)一般采用的控制流程圖如圖5（a）所示，先通過(guò)蒸汽壓力變送器經(jīng)濾波后取得信號(hào)，與設(shè)定蒸汽壓力進(jìn)行比較，判斷出鼓風(fēng)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的方向和大小，通過(guò)鼓風(fēng)PI調(diào)節(jié)單元計(jì)算出鼓風(fēng)變頻器的輸出大小。同時(shí)把該信號(hào)輸出給風(fēng)煤比計(jì)算單元，相應(yīng)的算出在當(dāng)時(shí)的風(fēng)量下?tīng)t排的最大輸出值。再把蒸汽壓力的差值信號(hào)送給爐排PI調(diào)節(jié)器，通過(guò)爐排PI調(diào)節(jié)單元計(jì)算出爐排變頻器的輸出大小。經(jīng)過(guò)風(fēng)煤比限位，輸出給爐排變頻器。在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中我們往往把鼓風(fēng)PI調(diào)節(jié)中的比例系數(shù)設(shè)的比爐排PI單元的大，這樣可以很好的保證鼓風(fēng)系統(tǒng)對(duì)蒸汽壓力的敏感度要高于爐排。實(shí)踐證明通過(guò)該方法控制下鍋爐的蒸汽壓力穩(wěn)定性好，在蒸汽負(fù)荷變化時(shí)相應(yīng)程度高?；以剂康汀?爐膛負(fù)壓的大小對(duì)于節(jié)能影響很大。負(fù)壓大，被煙氣帶走的熱量大，熱損失增加，煤耗量增大，理想運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)在微負(fù)壓狀態(tài)。它能明顯增加懸浮煤顆粒在爐膛內(nèi)的滯留時(shí)間，增加沉降，減少飛灰，使煤充分燃燒提高熱效率。但由于負(fù)荷變化，需要改變給煤量和送風(fēng)量，隨之也要改變引風(fēng)量，以保證爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定，但由于系統(tǒng)有一定的滯后時(shí)間，為避免鼓風(fēng)變化而引起爐膛負(fù)壓的波動(dòng)，系統(tǒng)中引入鼓風(fēng)信號(hào)作為前饋信號(hào)對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行超前調(diào)節(jié)。爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)一般采用的控制流程圖如圖5（b）所示，調(diào)節(jié)原理比較簡(jiǎn)單屬于單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它的輸入量是爐膛負(fù)壓輸出量是引風(fēng)變頻器，同時(shí)引入鼓風(fēng)量作為前饋信號(hào)。 另外系統(tǒng)各回路中都設(shè)置了手自動(dòng)兩種操作方式，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換，系統(tǒng)引入了各控制對(duì)象的反饋值，在手動(dòng)操作時(shí)PLC輸出會(huì)自動(dòng)跟蹤控制對(duì)象的反饋，當(dāng)切換到自動(dòng)狀態(tài)時(shí)可以進(jìn)行無(wú)擾動(dòng)切換，使系統(tǒng)平穩(wěn)的過(guò)渡到自動(dòng)狀態(tài)。 四、鍋爐控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 上面我們針對(duì)鍋爐控制系統(tǒng)的各控制回路原理的做了簡(jiǎn)要分析，依據(jù)以上分析，我們知道構(gòu)建一個(gè)可靠的、智能隨動(dòng)的智能控制系統(tǒng)是保證鍋爐安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。鍋爐控制系統(tǒng)是典型的多變量、純滯后、強(qiáng)耦合的控制系統(tǒng)，如果不能在控制策略和軟件實(shí)現(xiàn)上很好地解決多變量解偶關(guān)系和滯后響應(yīng)問(wèn)題，那么，實(shí)施智能鍋爐控制系統(tǒng)改造后同樣也將無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。 在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上我們采用集中控制分散驅(qū)動(dòng)（P—T方案）的集散控制思想，把控制系統(tǒng)分為三層： a） 信息管理層：完成系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)的設(shè)定、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視與控制、歷史數(shù)據(jù)的查看、數(shù)據(jù)報(bào)表的記錄與打印、報(bào)警與故障的提示處理等功能；主要由上位工控機(jī)（IPC）、組態(tài)開(kāi)發(fā)軟件、應(yīng)用程序、通訊模塊等組成； b） 控制層：主要完成各種控制動(dòng)作命令、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采樣與處理、連鎖動(dòng)作的關(guān)聯(lián)表達(dá)、控制算法的實(shí)現(xiàn)、異常現(xiàn)象的自動(dòng)處理等功能；主要由可編程邏輯控制器（PLC）的開(kāi)關(guān)量模塊、模擬量模塊、智能PID調(diào)節(jié)儀、變頻器、PLC應(yīng)用程序等組成； c） 設(shè)備層：主要接受來(lái)自PLC的控制命令，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作或提供相應(yīng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)。主要由斷路器、交流接觸器、壓力變送器、溫度變送器、流量變送器、電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥、模擬信號(hào)隔離分配器等組成。 五、結(jié)束語(yǔ) 綜上所述，鍋爐控制系統(tǒng)改造具有很好的市場(chǎng)發(fā)展空間和投資收益前景，值得廣泛地推廣。它不僅能夠通過(guò)自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的目的，還能夠節(jié)煤節(jié)電并能使排放更環(huán)保，總之鍋爐的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制是鍋爐行業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨，也是一項(xiàng)利國(guó)利民的發(fā)展方向。 參考資料：http://www.klheat.com