船舶辅锅炉燃烧时序控制

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1、船舶辅助锅炉的燃烧时序控制目录一 前言 3二锅炉的类型 3三电磁阀认识 5四时序控制功能 7五燃烧时序控制实例 9六参考文献 13摘要在现代内燃机动力装置的船舶上，辅助蒸汽锅炉（简称辅锅炉）是对水 进行加热 而产生蒸汽的设备。 船用锅炉的种类较多， 从结构、 工作特性方面基本 可分为火管式 和水管式两大类。锅炉是发电、炼油、化工、造纸、制糖等工业部 门必不可少的动力设 备。 由于设备分散、 管理不善或技术上的原因， 多数锅炉目 前处于人工控制状态。 人 工控制不仅加大了操作工人的劳动强度， 而且燃料的消 耗量与蒸汽生产量的比值主要取 决于操作工人的技术水平和工作责任心， 难以使 锅炉处于良好的

2、工况， 增加了燃料消 耗，降低了锅炉的热效率， 增加了环境污染。 由于计算机具有记忆、 高速运算和便于集 中控制等优点， 而且计算机程序具有灵 活性，可以方便地组成和修改控制算法， 所以在 锅炉控制中采用微机代替人工进 行控制。关键词 ：辅助蒸汽锅炉 计算机控制 电磁阀 PLC、八 、亠前言在柴油机动力装置的货船上，加热燃油、滑油、水及供生活所需要的蒸汽，都来自小型 辅锅炉。辅锅炉具有蒸发量小（一般小于5t/h）,气压低（一般低于1MPa）,对蒸汽品质要求 不高等特点，所以容易实现自动化。它包括水位和蒸汽压力自动控制， 燃烧的时序控制及 安全保护等。控制系统要求工作可靠,维修简单。造价低,便

3、于管理。船用锅炉的种类较多, 从结构、 工作特性方面基本可分为火管式和水管 式两大类。锅炉是发电、炼油、化工、造 纸、制糖等工业部门必不可少的动力设 备。由于设备分散、 管理不善或技术上的原因, 多 数锅炉目前处于人工控制状态。 人工控制不仅加大了操作工人的劳动强度, 而且燃料的消 耗量与蒸汽生产量的比 值主要取决于操作工人的技术水平和工作责任心,难以使锅炉处于良 好的工况, 增加了燃料消耗, 降低了锅炉的热效率, 增加了环境污染。 由于计算机具有记 忆、 高速运算和便于集中控制等优点, 而且计算机程序具有灵活性, 可以方便地组成 和修 改控制算法,所以在锅炉控制中采用微机代替人工进行控制。锅

4、炉的类型 在现代内燃机动力装置的船舶上,辅 助蒸汽锅炉（简称辅锅炉）是对水进行 加热而产生蒸汽的设备。 船用锅炉的种类较多, 从 结构、 工作特性方面基本可分 为火管式和水管式两大类。锅炉的组成主要包裹三部分：燃烧室供燃油燃烧产生热量的炉膛（或炉 胆）；火 管（或水管）将热量给炉水使其气化的管簇；容汽空间蒸汽从 水中分离出来所占 的空间。船用辅锅炉主要有以下类型。1. 烟管式（又称火管式）辅锅炉燃料在炉膛内燃烧所产生的高温烟气通过燃烧室进入烟管， 最后从烟囱 排放出去。烟气以一定的流速流过烟管时， 与管外包围着的炉水进行热交换， 以产生一定参 数的蒸汽。这种类型锅炉热负荷较低，结构尺寸较大，但

5、补给 水品质要求低，管理方 面。2. 水管式辅锅炉燃料在炉膛内燃烧所产生的高温烟气在水管外侧横向冲刷管壁， 与管内 流动的 炉水进行热交换，并产生一定参数的蒸汽。该型锅炉具有布置合理， 水循环良好，启 动迅速，热效率高等优点，它能提供较高参数的蒸汽，是较 经济的一种锅炉。3. 烟管水管联合式辅锅炉属组合型，兼有水 .火管锅炉部分特点，但因结构复杂、笨重，故目前选 用不 多。上述三类辅锅炉在船舶上大多是自成一单独系统， 常见的蒸汽参数是： 蒸汽 压力P=049069MPa表压；蒸汽产量D=0073Ot/h。通常也不配置过热器、经济器（即省 煤器，利用锅炉排烟来提高给水温度的装置）及空气预热器等。

6、对于 需要向辅助动力机械 提供蒸汽热源的锅炉，它的蒸汽参数就要高一些，一般是： 蒸汽压力P=12751765MPa表压；蒸汽产量D=3020t/h。该类锅炉一般要求设置辅助受热 面、经济器。空气预热器等。4. 废气锅炉 它不是独立的整体，而是配置在主机的排烟管上，用以回收主机排出烟 气 中的余热，故称废气锅炉。废气锅炉力求结构简单，维护方面及安全可靠等。因 此，一 般都采用烟管式结构。废气锅炉蒸汽压力低，蒸汽产量随主机类型、功率 大小、蒸汽压力 高低而变化。在现代船舶上，主机为重、大型内燃机的排气管道 上，大多配置了废气锅炉 或新型的热管式辅助锅炉。电磁阀的认识电磁阀是用电磁控制的工业设备，用

7、在工业控制系统中调整介质的方向、流量、 速度和其 他的参数。电磁阀是用电磁的效应进行控制，主要的控制方式由继电器 控制。这样，电磁 阀可以配合不同的电路来实现预期的控制， 而控制的精度和灵 活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作 用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。工作原理：电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间 是阀，两 面是两块电磁阀，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边， 通过控 制阀体的移动来挡 住或漏出不同的排油的孔， 而进油孔是常开的，液压油就会进 入不同的排油管，然后通过 油的压力来推动油缸的活

8、塞， 活塞又带动活塞杆，活 塞杆带动机械装置动。这样通过控制 电磁铁的电流通断就控制了机械运动。电磁阀的主要特点（1 ）外漏堵绝，内漏易控，使用安全。内外泄漏是危及安全的要素。其它 自控阀通常将阀杆伸出，由电动、气动、液动执行机构控制阀芯的转动或移动。 这都要解 决长期动作阀杆动密封的外泄漏难题； 唯有电磁阀是用电磁力作用于密 封在电动调节阀隔 磁套管内的铁芯完成， 不存在动密封，所以外漏易堵绝。电动 阀力矩控制不易，容易产生 内漏，甚至拉断阀杆头部；电磁阀的结构型式容易控 制内泄漏，直至降为零。所以，电磁 阀使用特别安全，尤其适用于腐蚀性、有毒 或高低温的介质。（2）系统简单，便接电脑，价格

9、低谦。电磁阀本身结构简单，价格也低， 比起调节 阀等其它种类执行器易于安装维护。 更显著的是所组成的自控系统简单 得多，价格要低得多。 由于电磁阀是开关信号控制， 与工控计算机连接十分方便。 在当今电脑普及，价格 大幅下降的时代，电磁阀的优势就更加明显。（3）动作快递，功率微小，外形轻巧。电磁阀响应时间可以短至几个毫秒， 即使是 先导式电磁阀也可以控制在几十毫秒内。 由于自成回路， 比之其它自控阀 反应更灵敏。 设计得当的电磁阀线圈功率消耗很低， 属节能产品； 还可做到只需 触发动作，自动保持 阀位，平时一点也不耗电。 电磁阀外形尺寸小， 既节省空间， 又轻巧美观。（4）调节精度受限，适用介质

10、受限。电磁阀通常只有开关两种状态，阀芯 只能处于 两个极限位置，不能连续调节， （力图突破的新构思不少，但还都处于 试验试用阶段）所 以调节精度还受到一定限制。电磁阀对介质洁净度有较高要求， 含颗粒状的介质不能适用， 如属杂质须先 滤去。 另外，粘稠状介质不能适用，而且，特定的产品适用的介质粘度范围相对 较窄。（5）型号多样，用途广泛。电磁阀虽有先天不足，优点仍十分突出，所以 就设计成 多种多样的产品， 满足各种不同的需求， 用途极为广泛。 电磁阀技术的 进步也都是围绕 着如何克服先天不足，如何更好地发挥固有优势而展开。主要类型：水用电磁阀 大通径燃气电磁阀 蒸汽电磁阀 制冷电磁阀 三通电磁阀

11、 带信号反馈电磁阀 超 低温电磁阀 先导式电磁阀 低温电磁阀 燃气电磁阀 脉冲铝合金电磁阀 膜片式电磁阀 消防 电磁阀 氨用电磁阀 气体电磁阀零压启动电磁阀超高温电磁阀 液体电磁阀 喷泉电磁阀 微型电磁阀高压活塞电磁阀内螺纹电磁阀 常闭电磁阀 热水电磁阀 脉冲电磁阀二位五通电磁阀 液压电磁阀 常开电磁阀油用电磁阀 直流电磁阀二位三通电磁阀 耐腐蚀电磁阀 信号电磁阀 进水电磁阀 高压电磁阀 直角脉冲电磁阀 不锈钢电磁阀 法兰电磁阀 塑料电磁阀 防爆电磁阀 可调流量电磁阀 直动式电磁阀 黄铜电磁阀 真空电磁阀时序控制功能燃烧程序自动控制辅助锅炉燃烧时序程序控制是指给锅炉一个起动信号 后，能按时序的

12、先后自动进行预扫风、预点火、喷油点火，点火成功后对锅炉进 行预热，接着转入正常燃烧的负荷控制阶段。 同时对锅炉的 运行进行一系列的安 全保护。辅助锅炉燃烧时序控制框图如图 3-1 所示。按下锅炉起动按 钮后，自动 起动姗烧油泵和鼓风机，关闭燃油电磁阀使 ilk 油在锅炉外面打循环，此时风 门 开得最大， 以大风量进行预扫风， 防止锅炉内残存的油气在点火时发生冷爆。 预 扫 风的时间根据锅炉的结构形式不同而异，炉燃烧时序控制框图一般20S-60S。达到预扫风的时间自动关小风门，同时点火电 极给出电火花进行预点火， 时间为 3秒左右。 然后打开燃油电磁阀， 或 开大回油阀， 或让一个油头喷油工作，

13、 即以小风量和少喷油进行点火。 点火成功 后维持一段时间低火 燃烧即进入正常的负荷控制阶段。 在预定的时间内若点火不 成功，或风机失压，或中间熄 火等现象发生，会自动停炉，待故障排除后按复位 按钮方能重新起动锅炉。控制过程：1) 预扫风。预扫风就是在启动锅炉时先用空气吹除残留在炉膛内的油气， 防 止炉膛内 集油过多而在点火时发生冷爆。 预扫风的时间根据锅炉的结构形 式不同而异， 一般是 2060 秒。给锅炉一个启动信号后， 控制系统能自动 启动油泵和风机。 这时燃油电磁阀 是关闭的， 不能供油， 风门开的最大以 大风量进行预扫风。2) 点火。当整定的预扫风时间达到后， 控制系统会自动关小风门以

14、利于点火。 点火变 压器通电，点火电极产生电火花进行预点火(时间为 3 秒左右)。 然后打开燃油电磁 阀进行供油点火。 有些锅炉没有预点火， 在点火变压器 通电的同时打开燃油电磁阀 进行供油点火。在点火时间内要求小风量少喷油。对只有一个油头工作的辅锅炉，要 开大回油阀 减少供油。 对有两个油头的辅锅炉， 点火期间只打开一个油头 的电磁阀进行点火， 不同的时序控制系统其点火时间也不同， 一般在几秒 到几十秒范围内。 点火是否成 功由火焰感受器来监视。 在调定的点火时间 内。如果炉膛内有火焰说明点火成功， 时序动作继续进行。 如果炉膛内无 火焰说明点火失败，自动停炉，待故障修复后再 重新启动。3)

15、 负荷控制。 点火成功后维持一段时间低火燃烧对锅炉进行预热， 然后开大 风门，关 小回油阀或打开第二个油头电磁阀， 以大风量多喷油来增强炉膛 内的燃烧强度， 使 锅炉进行正常燃烧的负荷控制阶段。 负荷控制就是对锅 炉蒸汽压力进行自动控制。4) 安全保护。如果发生点火失败、风机失压、中间熄火、水位太低等现象， 会自动停炉 对锅炉进行安全保护。 待故障排除后按复位按钮才能重新启动 锅炉。时序控制功能1) 启动前的准备(1) 合上总电源开关，控制电路接通电源；(2) 若炉内水位低于危险低水位，112断开，锅炉无法自动启动。此时应将给水泵旋 钮放在手动位置， I0.2 闭合，启动水泵向炉内供水，当水

16、位升到正常水位后，水 泵旋钮放在停位置，水泵停止工作。(3) 将燃烧控制旋钮和风机旋钮转到手动位置，油泵转换开关转到停位 置，然后按下启动按钮 I0.4， M2 通电，于是 M2 触点闭合自锁， M12 通电，启动风机进行预扫 风，手动进行预扫风一分钟后，再按停止按 钮 I0.3 ，使风机停止工作。(4) 将给水泵开关，燃烧开关，风机开关和油泵开关都转到自动位置，准 备自动启动。2) 燃烧的时序控制(1) 预扫风。当按下启动按钮104是，由于水位正常,M8有电，其常开触点闭合； T11 没有电，其常闭触点闭合， M2 有电， Q0.1 得电，风机 开始运转； Q0.2 得电，油泵开始运转。但此

17、时燃油电磁阀无电关闭， 燃油从油泵排出后在管路中 循环，不能进入炉内，风机对炉膛进行预 扫风。由于 Q0.4 得电，压力比例调节器 YBD 发讯电位器的滑动触点动作， 逐渐把风 门关小，回油阀开大，为点火做准备。由于在 40 秒之间尚未点火，所以光电池感受不到火焰的光照。 I2.7 断开， M31 无电， M4 有点，相应的 M4 触点闭合，为点火变压器通 电和熄火保护 T2 通电 做准备。(2) 点火。在预扫风40秒后，T14闭合，燃油电磁阀Q06有电，打开油泵到喷油器的供油管路。但因回油阀已开大，故向炉内喷油量很少。与此同时， T15 也闭合，是点火变压器 Q0.3 通电，是点火电极之间产

18、 生电火花进 行点火；T2通电。但是，他要在通电7秒后才能将其Q07闭合。所以，这时只 对点火进行监视，未熄火保护做准备。如果在 7 秒内点火成功，炉内油火焰，光敏电池受到光照， 12.7 闭合， M31 的 电， M32 失电，使 M4 失电， M4 断电，使 T2 断电，其触点 未到达闭合时间 继续断开，维持 M1 为断电状态。到 46 秒时， T11 断开，风压保护 I1.0 已闭合，使 M2 仍有电。 正常点火 时序控制结束。(3) 点火失败。如果点火时序控制从 40 秒开始点火，延时时间超过 7 秒， 光电池仍未刚收到炉膛火焰的照射，27 断开， M31 失电得电，使 M4触点一直闭

19、合，当 T2 达到设定时间7 秒后，是触头 T2 闭合， Q0.7 得 电，M1 得电，其常开触点闭合， M1 得电，使 M2 失电。将控制回路 电源切断。 使风机，油泵停止转动，电磁阀关闭，发出报警信号。(4) 再次启动。 在第一次点火失败时， 必须在排除故障后进行再次启动。 首 先将 熄火保护器触点 Q0.7 手动复位，使其断开，只有 M1 断电，其常 闭触点闭合 后，才能重复启动。(5) 中途熄火。在燃烧过程中，如果中途熄火，光电池失去火焰光照， I2.7 断开， 27断开。M31失电，M32得电，M4得电,M4触点闭合，所以点火变压器 Q0.3 通电，重新进行点火；同时，开始 7 秒计

20、时，对点火 时间进行监视。若 在 7 秒内点火成功，即转入正常燃烧；若仍未点燃， 则同点火失败情况一样， 使锅炉停止燃烧，并发出熄火声光报警信号。也就是说，在中途熄火后， 自动点火一次， 如不成功，停炉并让出报警。3）气压的自动控制在点燃时序控制过程中，到44秒后，Q04失电，使压力比例调节器YBD的滑 动触点和电动比例操作器 DBC 的滑动触点动作， 由于此时是低压启 动，所以 YBD 滑动触点移动低压端，电动比例操作器 DBC 滑动点也向 低压端跟踪，使 风门开大，回油阀关小（喷油量加大） ，锅炉进入正常燃 烧自动控制。 当气压上升到控制器压下限值时，如果气压再升高，则相应的关小风门 和减

21、小喷 油量，维持正常的气压比例控制。当锅炉的负荷低于30%，风油量到最小限度，气压达到控制气压的上限值时，比例控制失去作用， 气压转入 双位控制。 即达到超压保护继电器的鉴定上限制， I1.1 断开，接 触器 M2 失 电，风机和油泵停止工作，此时正常息炉，不发出报警信号。 当锅炉的气压又降低到控制气压的下限值时， I1.1 又重新闭合， M2 通电， 风 机和油泵重新启动，开始自动点火控制，使锅炉重新燃烧。因此，锅 炉在低负荷 运行时，气压的比例操作作用不大，燃烧接近双位控制。4）安全保护 该系统的安全保护油危险低水位和风压过低自动熄火保护。 锅炉在运 行中，当水位下降到危险低水位时，最低一

22、根电极脱离水面，11.2断开，M8断电，使M2断电，切断整个控制程序，是锅炉自动熄火停 炉。当风压过低时，风压保护继电器触点 I1.0 断开、主继电器 M2 断电，锅 炉自动 熄火停炉5）停炉停炉时，可手按停止按钮 I0.3， M2 断电，燃烧系统停止工作。当水位降 到低 于危险水位时，应把水泵开关放在手动位置，向锅炉供水，直到水 位达到正常水 位，再把水泵开关放在停止位置上。切断总电源开关，并 把燃烧开关置于手动位 置，风机、油泵开关放在停止位置。6）手动操作 当锅炉某些自动控制设备出现故障（如多回路时间继电器故障、压力 比 例调节或电动比例操作器失灵等） ，难以立即修复时，可改为手动操作。

23、 在 手动操作之前，应做好以下准备工作：检查锅炉水、油、电的供给情 况是否正 常；自动控制箱上的各个转换开关是否处于点火前准备位置； 锅炉水位应高于最 低水位；将燃油电磁阀置于常开状态，而手动速关阀 置于关闭状态；将燃烧转换 开关置于手动位置，风机和油泵转换开关置 于停止位置；将风油配比机构与电动 比例操作器 DBC 脱开，把风门和油 门调到小火燃烧位置；合上总电源开关 QS。手动操作具体步骤：1) 按下启动按钮 I0.4 接通控制电路。2) 将风机转换开关转到手动位置，风机投入运行，进行预扫风。3) 预扫风后，把油泵转换开关转到手动位置，油泵启动，建立起油压。(4) 按下点火按钮 12.6,

24、点火变压器通电，点火电极产生电火花，打开燃 油管 路上的速关阀，向炉膛内喷油进行点火。(5) 从观火孔看到火焰时，放开按钮126,终止点火变压器工作。(6) 点火成功后，调整风油配比机构，使炉内燃烧和锅炉负荷相适应。(7) 如果手动点火失败，应立即关闭速关阀，停止向炉膛内喷油，并进行后扫风，待查明原因并排除故障后，再重新点火I/O 分配表水泵转换按钮一停止10.0油泵转换按钮一停止23水泵转换按钮一自动I0.1油泵转换按钮一自动24水泵转换按钮一手动I0.2油泵转换按钮一手动25停炉按钮I0.3手动点火按钮26启动按钮I0.4光电池控制触点27燃烧旋钮一停止I0.5水泵QO.O燃烧旋钮一自动I

25、0.6风机Q0.1燃烧旋钮一手动I0.7油泵Q0.2风压保护I1.0点火变压器Q0.3超压保护I1.1回油及风量调节Q0.4危险低水位I1.2压力比例调节器Q0.5高水位I1.3燃油电磁阀Q0.6低水位I1.4熄火保护手动复位Q0.7水泵热保护I1.5水泵运行指示灯Q1.0风机热保护I1.6风机运行指示灯Q1.1油泵热保护I1.7油泵运行指示灯Q1.2风机转换旋钮一停止I2.0熄火指示灯Q1.3风机转换旋钮一自动21危险低水位指示灯Q1.4风机转换旋钮一手动22土巨叭报警器Q1.5时序控制功能图：参考文献11郑凤阁，李凯轮机自动化b】大连：大连海事大学出版社，1989.2】 中国船级社 .钢质海船入级与建造规范 .北京：人民交通出版 社， 2006.3】 张作化 .船舶电气设备 .北京：人民交通出版社 ， 2002.4】 施春红.船舶电气设备及自动控制 .哈尔滨：哈尔滨工程大学出版 社， 2002.5】 杨石林 .高级船舶电工操作技能 .哈尔滨：哈尔滨工程大学出版 社， 2002.6】 李之义.船舶辅助机械 .北京：人民交通出版社 ， 2001.7】 王俊荣.船舶机电基础 .重庆：重庆大学出版社 ， 1991.8】 韩发.船舶电工工艺学 .哈尔滨.哈尔滨工程大学出版社 ， 2003.9】 赵晓玲 ， 孙旭清 .轮机员船电业务【 M】 .大连.大连海事大学出版 社， 2006.