我的工业燃煤锅炉DCS控制系统设计毕业论文设计

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1、( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！)优秀论文审核通过未经允许切勿外传工业燃煤锅炉 DCS 控制系统设计（子课题：控制方案的组态及监控画面的制作）摘要： 本文叙述了工业燃煤锅炉的工作原理，具体阐述了锅炉控制中对汽水控制系统方案和自动检测的设计，利用了Control Builder 软件、 UMC800 控制器和FIX 软件进行 35 吨工业燃煤锅炉汽水系统的自动检测与控制回路的组态，并设计了友好的监控画面。关键词：锅炉FIXUMC800控制系统汽水系统蒸汽压力1Abstract:the paper introduce the principle of the boiler w

2、hichisusedinburningcoalindustrial,itdescribestheschemeofthesteamcontrolsysteminboilercontroland thedesignof auto- detection.ituse theControlBuildersoftware,UMC800 controller and FIX softwaretoauto-detect35tsteamsysteminburningcoalindustrialandconfigurationthecontrolloop,anddesigned the friendly supe

3、rvision appearance.Keyword:boiler, FIX, UMC800, control system, steam system,steam pressure引言锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉 30 多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的 13，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。工业锅炉采用微机控制和原有的仪表控制方式相比具有以下明显优势：1直观而集中的显示锅炉各运行参数

4、。能快速计算出机组在正常运行和启停过程中的有用数据，能在显示器上同时显示锅炉运行的水位、压力、炉膛负压、烟气含量、测点温度、燃煤量等数十个运行参量的瞬时值、累计值及给定值，并能按需要在锅炉的结构示意画面的相应位置上显示出参数值。给人直观形象，减少观察的疲劳和失误；2可以按需要随时打印或定时打印，能对运行状况进行准确地记录，便于事故追查和分析，防止事故的瞒报漏报现象；3在运行中可以随时方便的修改各种运行参数的控制值，并修改系统的控制参数；4减少了显示仪表， 还可利用软件来代替许多复杂的仪表单元， （例如加法器、微分器、滤波器、限幅报警器等），从而减少了投资也减少了故障率；25提高锅炉的热效率。从

5、已在运行的锅炉来看，采用计算机控制后热效率可比以前提高 5-10% ，据用户统计，一台 20T 的锅炉，全年平均负荷 70% ，以平均热效率提高 5% 计，全年节煤 800 吨，按每吨煤 380 元计算每年节约 304000 元；6锅炉系统中包含鼓风机，引风机，给水泵，等大功率电动机，由于锅炉本身特性和选型的因素，这些风机大部分时间里是不会满负荷输出的，原有方式采用阀门和挡板控制流量，浪费非常严重。通过对风机水泵进行变频控制可以平均节电达到 30%-40% ；7锅炉是一个多输入多输出、非线性动态对象，诸多调解量和被调量间存在着耦合通道。例如当锅炉的负荷变化时，所有的被调量都会发生变化。故而理想

6、控制应该采用多变量解偶控制方案。而建立解偶模型和算法通过计算机实现比较方便；8锅炉微机控制系统经扩展后可构成分级控制系统，可与工厂内其他节点构成工业以太网。这是企业现代化管理不可缺少的；9作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。在采用计算机控制的锅炉控制系统中，有十分周到的安全机制，可以设置多点声光报警，和自动连锁停炉。杜绝由于人为疏忽造成的重大事故。综合以上所述种种优点可以预见采用计算机控制锅炉系统是行业的大势所趋。本书主要介绍了 35 吨燃煤锅炉的工艺过程，利用件实现工业燃煤锅炉汽水控制系统的组态，并用 FIX 制系统的人机界面。 基于 FIX

7、 与 Honeywell UMC800 水系统的 DCS 控制系统的配置。Lead-Line Control Builder 软上位机监控软件设计了汽水控控制器对 35 吨工业燃煤锅炉汽在本书的编写过程中，得到了付丽霞老师的大力支持，在此表示由衷的感谢。由于时间仓促，加之作者的水平有限，书中错误和不妥之处在所难免，恳请读者批评指正，并提出宝贵的意见。编者2006年 6月3第1章锅炉概述1.1 锅炉的一般结构与特点锅炉是一种生产蒸汽的换热设备。它通过煤、油或天然气等燃料的燃烧释放出化学能，并通过传热过程把能量传递给水，使水转变成蒸汽，蒸汽直接供给工业生产中所需的热能，或通过蒸汽动力机械转换为机械

8、能，或通过汽轮发电机转换为电能。所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能最有效地转换为蒸汽的热能。因此，近代锅炉亦称作蒸汽发生器。锅炉除了和所有动力机械产品一样，必须不断降低成本并提高效率和质量以外，由于锅炉本身的特性，它还具有以下特点。1、可靠性要求高。锅炉一旦事故停炉，将使电厂临时对外供电，影响甚广，其直接、间接损失远远超过锅炉本身的价值。2、综合性强。锅炉与汽轮机、发电机同为电厂三大主机，但锅炉除了一般性的产品内在矛盾外，还要能适应燃料性质，使整个电厂得到安全经济的运行，因而多了一个外在矛盾。此外，锅炉还和其他工业部门的发展有着十分密切的关系，如石油化工企业中的废热锅炉，蒸汽燃气联合动力装置

9、中的压力燃烧锅炉及核反应堆工程中的蒸汽发生器等等。3、金属耗量和体积大。以一台配30 万千瓦机组的电站锅炉为例，金属耗量达四千多顿，体积达二万多立方米。4、生产周期长。一台大容量锅炉从设计、制造、安装到投入运行，目前一般需时二到三年，今后即使采用设计新技术及制造安装新工艺，提高自动化水平，要想把上述全过程在更短时间内完成，还是比较困难的。5、锅炉产品不能在制造厂内整装试运。除小容量工业锅炉外，不可能把锅炉在制造厂内全部组装好并投入试运行，这给鉴定和提高产品质量带来不少困难。1.2 锅炉的工作原理现在我们以一台35 顿工业燃煤锅炉为例，来说明锅炉的工作过程及原理。如图1.1 所示。锅炉通过燃煤燃

10、烧释放热量，使水变成蒸汽，以供生产需要。该锅炉通过链条炉排把煤送入炉膛中燃烧，锅炉的蒸发受热面都在炉子内壁上，组成水冷壁，充分利用炉膛中的高温烟气辐射出的热量，使燃烧产物在进入以后的对流受热面时，可4以达到必须的冷却，同时也起到了保护炉墙的作用。后墙水冷壁（在水平烟道前方）拉稀成数列凝渣管束。拉稀的作用是防止结渣，同时对其后方的过热器也起了保护的作用。过热器放在水平烟道中， 位于凝渣管束的后方， 过热器的作用是把从锅炉 （汽包）出来的饱和蒸汽加热成过热蒸汽，目的是减少供热管道内的冷凝损失。烟气经过过热器后温度降低，然后转弯至尾部受热面尾部受热面之一的省煤器（位于尾部竖井的上方） 。省煤器的作用

11、是使给水在进入锅筒之前，被预先加热到某一温度（低于饱和温度或达到饱和温度，甚至产生部分蒸汽） 。另一尾部受热面，即空气预热器，它的作用是使空气在进入炉膛以前被加热到一定温度，以改善炉内燃烧过程、降低排烟温度、提高锅炉效率。锅炉的工作情况如下：给水在除氧器被高温蒸汽除氧并加热，由给水管道将水送至省煤器，在其中被加热到某一温度后，进入锅筒，然后沿下降管下行至水冷壁进口集箱。水在水冷壁内吸收炉膛内的辐射热而形成汽水混合物上升到锅筒中，蒸汽经过汽水分离装置，由锅筒上部离开，流到过热器中。在过热器内，饱和蒸汽继续吸热成为过热蒸汽，然后经汽水分离器送往储气罐。煤经链条炉排，进而入炉膛，在炉膛燃烧放出大量的

12、热量。燃烧后的热烟气上升，经过凝流管束、过热器、省煤器和空气预热器后，5再经除尘装置清除其中的飞灰，最后才由风机送往烟囱排往大气。第 2 章 锅炉控制系统中各控制回路的介绍锅炉控制系统，一般有燃烧控制、汽水控制、气温控制三大任务，锅炉的燃烧控制实质上是能量平衡系统，它以蒸汽压力作为能量平衡指标，不断根据用汽量与压力的变化调整燃料量与送风量，同时保证燃料的充分燃烧及热量的充分利用；汽水控制主要就是对锅炉汽包的水位进行控制；气温控制则是对锅炉中蒸汽温度的调节及控制，下面就简单的介绍一下各控制系统的控制方法。2.1 燃烧控制锅炉汽压的调整锅炉运行时主蒸汽压力的控制是通过锅炉出力与汽轮机蒸汽进汽量的平

13、衡来实现的，当两者平衡时，对于定压运行的机组，便能稳定工况、变工况或各种扰动下均保持主蒸汽压力的稳定；对于变压运行的机组，便能始终保持主蒸汽压力按负荷对应的关系进行变化。锅炉在运行时，汽压总是被作为被监视和控制的主要参数之一，汽压降低会减少蒸汽在汽轮机中膨胀作功的焓降，使蒸汽作功能力降低，在外界负荷不变情况下，汽耗量也随之增大，从而降低发电厂的经济性；同时汽轮机的轴向推力增加容易发生推力轴瓦烧坏等事故。如果蒸汽压力降低过多会使汽轮机被迫不能保持额定负荷。汽压过高，使汽轮机转子以及汽缸、锅炉承压管道那机械应力过大，将危及机炉和蒸汽管道的安全。锅炉汽压高低对于汽包水位、汽温等主要运行参数也有很大影

14、响，当汽压降低由于对应的饱和温度降低，使部分炉水蒸发，会引起炉水体积膨胀，故汽包水位要上升，反之则炉水体积要收缩，汽包水位下降，引起虚假水位。汽压变化对汽温的影响，一般是汽压升高时，过热蒸汽的温度也升高，这是因为，当气压升高时对应的饱和温度的焓值增大，在燃料消耗量未改变时，锅炉的蒸发量要瞬间减小，在传热系数传热面积和传热温压基本不变的情况下，平均每公斤蒸汽的吸热量必然增大，导致过热蒸汽温度升高。汽压变化的速度表明了锅炉保持及恢复汽压的能力，汽压的变化速度影响因素是：负荷的变化速度、锅炉的储热能力及燃烧设备的惯性等。负荷变化是主动也是影响最大的因素，负荷变化速度越快，引起汽压变化的速度也越快，对

15、于单元制机6组而言，汽轮机负荷的变化幅度将直接影响锅炉主蒸汽压力的变化。锅炉储热能力是指当外界负荷变化而燃烧工况不变时，锅炉能够放出或者吸收热量的能力，锅炉的储热能力对汽压的变化是一个缓冲作用。燃烧设备的惯性是指从燃料量开始变化到炉内建立新的热负荷所需要的时间，在锅炉运行时，燃烧设备惯性越大，负荷变化时，汽压变化的速度就越慢。汽压变化反应了锅炉蒸发量与外界负荷之间的平衡，由于外界负荷、炉内燃烧工况、换热情况以及锅炉内工作情况经常变化，引起锅炉蒸发量的不断变化，所以汽压的变化与波动是必然的，汽压稳定只是相对的。引起锅炉汽压的变化原因很多，主要有两方面：一是锅炉内部因素，一是锅炉外部因素。外部因素

16、是指非锅炉设备本身的原因造成的扰动，主要有外界负荷的变化；高压加热器因故障退出运行；给水压力变化。内部因素主要是指炉内燃烧工况的变动和锅炉内工作情况的异常。当外界负荷不变时，汽压的稳定主要取决于炉内燃烧工况，此外，锅炉换热状况的改变也会影响汽压的稳定。对于判断汽压变化的原因主要可以考虑：当蒸汽压力与蒸汽流量的变化方向相反时，是由外部因素造成的；若汽压与蒸汽流量的变化一致时，通常是由于内部扰动的影响。当汽压下降时蒸汽流量下降，说明燃料燃烧的供热量不足，当汽压上升的同时，蒸汽流量增加，说明燃烧供热量偏多。锅炉燃烧的调整炉内燃烧调节的具体任务归纳为四点：（ 1）保证产汽量适应外界负荷的需要，汽压汽温

17、和汽包水位稳定在正常范围内。（ 2） 着火稳定，燃烧中心适当， 火焰分布均匀， 不烧毁喷燃器过热器等设备，避免结渣 。（ 3） 燃烧完全，使机组处于最佳经济状况。（ 4） 炉膛负压的参数调整。负荷变化是锅炉运行中经常碰到的，此时必须及时调整送入炉膛的燃媒量和空气量，相应的改变燃烧工况。锅炉在高负荷下运行时，由于炉膛温度高，着火与混合条件较好，故燃烧一般是稳定的，此时可适当减少过量空气系数，这样既可以减少排烟，又可使炉内温度提高。锅炉在低负荷下运行时，燃烧弱，炉膛温度低，火7焰充满度差，燃烧不稳定，可以将炉膛负压适当减小，以减少漏风，提高炉膛温度。燃烧的调节主要包括送引风量的调节。燃料量的调节和

18、燃烧调节等。锅炉负荷发生改变而需要调节进入炉内的燃料量时，通过增加或者减少送煤量的多少来实现。锅炉负荷变化时，送入炉内的风量必须与送入炉内的燃料量相适应，同时也必须对引风量进行相应的调整，通常采用送引风机风量来进行炉内风量调节，目前大型锅炉多采用轴流式风机，通过调节送引风机动叶的角度来改变送引风量的大小。22汽水控制汽包水位的调整及控制当汽包水位过高时，由于汽包蒸汽容积和空间高度减小，蒸汽携带的水份会增加，从而蒸汽的品质恶化，容易造成过热器积盐垢，使管子过热损坏。同时，盐垢增加，传热热阻也增大，将引起传热恶化，过热汽温下降使经济性下降。汽包严重满水时，会造成蒸汽大量进水，除引起蒸汽温度急剧下降

19、外，还会引起蒸汽管道和汽轮机内产生严重水冲击，甚至打坏汽机叶片。汽包水位过低则可能破坏水循环，使水冷壁管的安全受到威胁，如果出现严重缺水而又处理不当时，则可能造成水冷壁爆管。汽包水位是否稳定首先取决于锅炉负荷的变动量及其变动速度，因为它不仅影响蒸发设备中水的消耗量，而且还会造成压力的变化，从而引起炉水状态发生变化，促使它的体积也发生变化。锅炉负荷突然增加时，在给水量和燃烧未做相应的调整之前，汽包水位先升高，而后再逐渐降低；而汽压则很快下降。汽压下降的结果，一方面造成汽水混合物比容增大，水位上升；另一方面使饱和温度降低，造成金属和炉水放出部分热量用来蒸发炉水，因此炉水内的蒸汽数量大大增加，汽水混

20、合物体积膨胀，促使水位很快上升，形成虚假水位。因此，在负荷突然增加时，水位暂时很快上升，从物质不平衡的情况看，蒸发量大于给水量，炉水不是多了而是少了，水位会很快下降。在锅炉负荷和给水量未发生变化的情况下，炉内燃烧工况发生变动多数是由于燃烧不良，给煤量的不稳定所引起。当燃烧加强时，炉内放热量增加，受热面吸热量也增加，炉水汽水加强，炉水中产生的蒸汽汽泡数量增多，体积膨胀，水位暂时提高，由于产生的蒸汽量不断增多，汽压上升，相应提高了饱和温度，使炉水中的8蒸汽汽泡数量有所减少，水位又会下降。对于单元机组，如果此时汽压不能恢复则汽轮机调节机构将要关小调速汽门，进汽量减少，因此水位又会上升。燃烧减弱时，情

21、况与之相反。给水压力升高则给水量增多，从而破坏了给水量与蒸发量的平衡，因此必然引起汽包水位的波动，在其他情况为改变的情况下，给水压力升高使给水量增大，水位升高，给水压力低使给水量减少时，水位下降。2 3 汽温控制过热器和再热器蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是把从汽包出来的饱和蒸汽加热到具有一定过热度的合格蒸汽，并要求在锅炉变工况运行时，保证过热蒸汽温度在允许范围内。汽轮机高压缸的排汽先送到锅炉的再热器中，经过再一次加热升温到一定的温度后，返回到汽轮机的中低压缸和低压缸中继续膨胀做功。通常，再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的 20%左右，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相近。我国 125MW 及以

22、上机组都采用了中间再热系统。随着蒸汽参数的提高，过热蒸汽和再热蒸汽的吸热量份额增加，在现代高参数大容量锅炉中，过热器和再热器的吸热量占工质总吸热量的 50%以上，因此，过热器和再热气受热面在锅炉总受热面中占有很大比例。再热器的进汽是汽轮机高压缸的排汽， 它的压力约为主蒸汽压力的 20%左右，温度稍高于相应的饱和温度， 流量约为主蒸汽流量的 80%，离开再热器后的蒸汽温度约等于主蒸汽温度。再热器与过热器相比，有以下几个特点。（ 1）再热蒸汽压力低，蒸汽与管壁之间的对流放热系数小，再热蒸汽对管壁的冷却效果差；（ 2）再热蒸汽压力低、 温度高、比容大， 再热蒸汽的容积流量比主蒸汽大的多，再热蒸汽连接

23、管道直径比过热蒸汽大；（ 3）再热蒸汽对汽温偏差较敏感；（ 4）再热蒸汽出口气温受进口气温的影响；（ 5）当汽轮机甩负荷或机组起停时，再热蒸汽无蒸汽冷却，可能烧坏，因此过热器和再热器之间装有高压旁路，将过热蒸汽通过高压旁路快速减温减压后引入再9热器，从而起到保护再热器的作用。通常采用的汽温调节方法有：使用喷水减温器，喷水减温是将水直接喷入过热蒸汽中，水被加热、汽化和过热，吸收蒸汽中的热量，达到调节汽温的目的。汽气热交换器；蒸汽旁通法；烟气再循环；分隔烟道挡板调温法，当再热器布置在锅炉尾部烟道内时，为了调节再热气温，有时把尾部烟道用隔墙分开，分别将再热器和低温过热器布置在两个并联的烟道中，在它们

24、后面布置省煤器，在出口处设有可调烟气挡板，调节烟气挡板，可以改变流经两个烟道的烟气流量，从而调节再热汽温。蒸汽温度的调整及控制过热器出口汽温是蒸汽质量的重要指标之一，过热蒸汽汽温过高，会加快金属材料的蠕变，还会使过热器蒸汽管道汽轮机高压部分产生额外的热应力，从而缩短设备的使用寿命。汽温过低，会使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，对叶片的侵蚀作用加剧。严重时还会发生水冲击。当压力不变时汽温加大，蒸汽的热焓必然减少，蒸汽的做功能力将减少，汽耗必然增加，工厂经济性降低。影响汽温变化的主要因素是多种多样的，这些因素还可以同时发生。烟气侧的主要影响有：燃料性质的变化，挥发分降低，含炭量增加时，火焰中心上移，

25、炉膛出口烟温升高，将使得汽温升高，燃煤水份增加，炉膛出口烟温增加，烟气流速增加，这样使得对流过热器的传热系数增大，吸热增多汽温升高。风量及其分配的变化，由于送风量或者漏风量增加而使炉内过量空气系数增加时，燃烧生成的烟气量增多，烟气流速提高，导致对流过热器汽温升高，但是，如果风量不足，燃烧不好而在烟道再燃烧时，会使烟气对流过热器的升高，而且可能造成过热器超温损坏。蒸汽侧的主要影响有：锅炉负荷的变化，实际锅炉中，联合过热器的负荷特性通常是呈对流式的，即过热器出口汽温随锅炉负荷增加而升高；但是，当负荷突然增加燃烧工况来不及改变，在汽压未恢复前，由于过热器的加热条件没有改变而流经过热器的蒸汽流量变大了

26、，因此这时的汽温降低。给水温度变化时，为适应加热给水量的变化，导致汽温改变。例如，当给水温度降低时，加热给水所需要的热量增加，燃料消耗量必然要增加，进入到对流过热10器的烟温和烟速都要提高，过热器的吸热量增加，但此时流经过热器的蒸汽量并未改变，因此汽温必然升高。由于汽温的变化是由蒸汽侧和烟气侧两方面共同影响的，因此对过热蒸汽汽温的调节也可以从这两方面来进行。蒸汽侧调节过热蒸汽的温度的原理在现代电厂中是利用给水作为冷却工质去直接冷却蒸汽，改变蒸汽的焓增量。为此需要设置减温器，它是将给水之恶疾呈雾状喷射到过热蒸汽中去与之混合，吸收蒸汽的热量使本身加热蒸发过热，并成为过热蒸汽的一部分。蒸汽侧调节汽温

27、的特点是，它只能使蒸汽减温而不能升温。由于一般联合过热器的运行特性都偏向于对流特性，所以当锅炉负荷降低时，汽温也将下降，这时减温水就应关小，直至减温器解列为止，如果此后负荷再降低，由于过热蒸汽失去汽温调节手段，主汽温度就不能保持额定值，故锅炉一般不宜在这样低的负荷下运行。上面我们对锅炉的三大任务进行了简单的介绍和认识，现在来具体谈谈锅炉的汽水控制系统。第 3 章锅炉汽水控制系统各控制回路3.1锅炉水处理系统除氧的目的和原理锅炉给水中含有大量的氧就会引起锅炉氧腐蚀。因此为了防止锅炉的氧腐蚀，必须控制给水中氧的含量。大型锅炉的给水除氧，大都以热力除氧为主。热力除氧的原理是根据再恒温和平衡状态下，任

28、何气体在水中的溶解度与该气体在水面上的分压力成正比。即水中的温度越高，水中气体的溶解度就越小。当水的温度上升到沸点时，它就不再具有溶解气体的能力，因此各种气体如 O2和CO2便从水中解析出来，从而达到除去水中氧及其他气体的目的。通过对原水进行过滤、离子交换、除氧就可以得到符合水质指标的给水。但仅仅是锅外水处理还不够，在锅外水处理的同时还需进行锅内水的处理。通常情况下向锅内投加药剂（如 Na3PO4、NaOH），使进入锅内的杂质沉淀物形成水渣，或是使水垢转变为水渣，通过定期排污或连续排污排出。在锅炉运行中，人要随时对锅炉进行水质监控，保证锅炉的安全运行。水处理分为锅外水处理：沉淀软化（石灰沉淀软

29、化、石灰- 纯碱软化）、离子11交换软化（ Na+、 H+）和 锅内水处理：加药（ NaCO3、 NaOH、 Na3PO4、栲胶）、排污控制 两项。在锅炉运行中，水处理是个必不可少的环节。如果水质不良，会造成锅炉受热面上结垢和金属腐蚀。因此，工业锅炉水处理工作，就是采取有效措施，保证锅炉的汽、水品质，防止锅炉结垢，腐蚀及汽水共滕等不良现象发生，同时，为了环保以及节约水资源，还对运行过程中产生的污水进行一系列的处理，并使处理出来的水进行二次利用，这样，即可节约水资源，又达到环保的要求。3.2 除氧控制锅炉是企业的主要动力设备，锅炉设备运行状况的好坏直接影响到全厂的产品质量及经济效益。对于烟厂的节

30、能与设备管理达标与否，也产生很大的影响。而锅炉设备的使用要达到高效率，最为关键的便是工艺指标的严格控制。除氧器除氧器的主要作用是除去给水中的氧气 , 保证给水的品质。水中溶解了氧气 , 就会使与水接触的金属腐蚀 ; 在热交换器中若有气体聚集就会妨碍传热过程的进行 , 降低设备的传热效果。 因此水中溶解有任何气体都是不利的 , 尤其是氧气 , 它将直接威胁设备的安全运行。除氧器本身又是给水回热系统中的一个混合式加热器 , 同时高压加热器的疏水、化学补水及全厂各处水质合格的疏水、排气等均可通入除氧器汇总并加以利用 , 减少发电厂的汽水损失。当水和某种气体混合物接触时 , 就会有一部分气体融解到水中

31、去。 气体的溶解度就是表示气体溶解于水中的数量 , 以毫克升计值 , 它和气体的种类以及它在水面的分压力、和水的温度有关。 在一定的压力下 , 水的温度越高 , 气体的溶解度就越小；反之 , 气体的溶解度就越大。同时气体在水面的分压力越高 , 其溶解度就越大 , 反之 , 其溶解度也越低。天然水中常含有大量溶解的氧气 , 可达 10 毫克升。 汽轮机的凝结水可能融有大量氧气 , 因为空气能通过处于真空状态下的设备不严密部分渗入进去 . 此外 , 补充水中也含有氧气及二氧化碳等其他气体。液面上气体混合物的全压力中, 包括有液体蒸汽的分压力.将水加热时 , 液面附近水蒸气的分压力就会增加 , 相应

32、的液面附近其他气体的分压力就会降低 . 当水加热到沸点时 , 蒸汽的分压力就会接近液面上的全压力 , 此时液面上其他气体的分压力几乎接近于零 , 于是这些气体将完全自水中清除出去。 要达到这一点 , 不仅要将水加12热到沸点 , 还要使液面上没有这些气体存在, 即将逸出的气体随时排走。除氧器的工作原理即利用蒸汽对水进行加热, 使水达到一定压力下的饱和温度,即沸点。这时除氧器的空间充满着水蒸汽, 而氧气的分压力逐渐降低为零, 溶解于水的氧气将全部逸出 , 以保证给水含氧量合格。锅炉用水的除氧是工艺指标的重要环节之一。未除氧的软水其氧离子将使锅炉内管束氧化，特别在高温、高压环境下，将更加加速设备的

33、氧化过程，严重降低设备的使用寿命，减少锅炉的蒸发量。同时含氧蒸汽又加速大量输汽管道的氧化，使冷凝水资源的回收亦困难重重。按GB1576 2001 低压锅炉水质标准的规定，锅炉用水的溶解氧量要小于0.1mgL，而要达到此标准，则除氧器压力必须控制在0.02MPa，除氧器温度必须控制在104。除氧器液位控制除氧器水位控制对除氧效果而言是非常重要的，如水位过高，将导致进入除氧器的水雾化空间不够，直接影响除氧效果，如水位过低，又会直接威胁除氧器的正常工作，甚至影响到锅炉的正常给水。除氧器在运行过程中经常会发生负荷变化， 也就是说除氧器的水位会发生变化，当这种变化发生后，进水调节阀的开度必须有相应的改变

34、，才能保持水位稳定，在水位控制系统中， 调节器和进水调节阀构成一个负反馈的闭合回路。（见图 3.1 所示）图 3.1除氧器液位控制图除氧器水位由差压变送器进行测量，输出标准4 20 mADC信号至调节器， PID调节器输出控制调节阀。控制原理为：根据工艺指标，给出设定值，当变送器测量的水位高于设定值时，将偏差信号送入调节器进行PID 参数进行运算，减小输出调节阀随之减小开度，因此，进水流量减小，水位降低，接近设定值，反之亦然。PID 调节器应选用“反作用”方式。操作器作为现场调节阀与调节器间联络的纽带和桥梁，也作为事故状态下操作人员进行手操，同时手操跟踪调节器输出，为无扰动切换作准备，当自动系

35、统故障时，将手操器自动切换为手动状态。除氧器压力控制13图 3.2 除氧器压力控制图根据工艺要求，除氧器的工作压力应保持在0.02MP，温度即为 104，此时的除氧效果最佳，因此，稳定除氧器的压力，其重要性是不言而喻的。除氧器在运行过程中经常会发生负荷变化，也就是说除氧器的压力也会发生变化，当这种变化发生后，进气调节阀的开度必须有相应的改变，才能保持压力稳定。如图3.2 所示，控制原理为：根据工艺指标，调节器给出设定值，当变送器测量的压力高于设定值时，调节器根据PID 参数进行运算，减小输出调节阀随之减小开度，因此，进气流量减小，压力降低，接近设定值。反之亦然。当给水流量增加，除氧箱内吸热加强

36、，此时要增大进汽量，否则压力会拉跨，特别在锅炉给水负荷变动大时。PID 调节器应选用“反作用”方式。（如图 3.2 ）3.3 锅炉给水控制图 3.3锅炉的汽水系统工业锅炉汽水系统结构如图3.3 所示。汽包及蒸发管系中储藏着蒸汽和水，储藏量的多少，是以被制量水位表征的，汽包的流入量是给水量，流出量是蒸汽量，当给水量等于蒸汽量时，汽包水位就恒定不变。引起水位变化的主要扰动是蒸汽流量的变化和给水量的变化。如果只考虑主要扰动，那么汽包水位对象的动态特性可表示为：(3-1)式中 T1 ,T2时间常量T w 给水流量项时间常数；T D 蒸汽流量项时间常数；K w 给水流量项的放大系数；K D 蒸汽流量项的

37、放大系数；s(t，而且任意两个水位测量信号越限280mm时，发出汽包水位 MFT 信号。当给水温度不变，而压力在某个范围变化时，给水流量的测量误差很小，若给水压力不变，给水温度在某个范围内变化时，给水流量的测量误差较大，所以对给水流量信号只采取温度校正。蒸汽流量采用汽机调节级压力的测量来表示，调节级14压力经过温度修正后，可近似代表蒸汽流量测量值。如果采用标准喷嘴测量蒸汽流量，一方面在高温高压下节流喷嘴容易磨损，检修维护也困难，测量误差较大，另一方面节流损失也大，一般不采用此种方法。当用蒸汽流量转换出负荷小于40%时，送至给水控制系统，切换为三冲量调节汽包水位。三冲量控制方案前馈 (蒸汽流量

38、)加反馈 (液位，给水流量 )控制系统该系统可看作三冲量的综合信号作为被控变量的单回路控制系统，投运和整定与单回路控制系统一样，但是如果系统参数设置不能确保物料平衡，则负荷变化时，水位将有余差。图 4.5 三冲量水位单回路控制系统原理图三冲量汽包给水控制系统，采用蒸汽流量信号对给水流量进行前馈控制，当蒸汽负荷突然发生变化，蒸汽流量信号使给水调节阀一开始就向正确方向移动，即蒸汽流量增加，给水调节阀开大，抵消了由于“虚假水位”引起的反向动作，因而减小了水位和给水流量的波动幅度。当由于水压干扰使给水流量改变时，调节器能迅速消除干扰。如给水流量减少，调节立即根据给水流量减少的信号，开大给水阀门，使给水

39、量保持不变。另外，给水流量信号也是调节器动作后的反馈信号，能使调节器及早知道控制的效果，所以三冲量给水控制系统，调节器动作快，还可以避免调节过头，减少波动和失控。这样，汽包水位就很少受到影响。图 4.6三冲量水位单回路控制系统方框图Ho给定值；H水位输出信号；fD蒸汽扰动信号； fW给水扰动信号从系统组成方框图可以看出，三冲量水位控制系统有两个闭合回路：（ 1）是由给水流量 W、给水分流器、调节器、调节阀组成的内回路；（ 2）由汽包水位对象和内回路构成的主回路。蒸汽流量 D及其蒸汽分流器均在闭合回路之外，它的引入可以改善控制质量，但不影响闭合回路工作的稳定性。所以三冲量控制的实质是前馈加反馈的

40、控制系统。三冲量给水单级控制系统的特点是：控制系统所用的设备少，结构简单，给水流量调节动作平稳，整定方法易于掌握，一般情况下能满足锅炉生产控制的要求。15但是，三冲量给水单级控制系统的静态特性不仅和调节器的动作规律有关，还取决于信号之间的静态配合关系， 当aD不等于 aW时，控制系统会有静差存在， 为了克服这一缺点，常采用三冲量串级控制系统。关于蒸汽流量分流系数 aD的选择问题：蒸汽流量信号不在控制系统闭合回路之内，因此它的大小不影响控制系统的稳定性。蒸汽流量信号的大小原则上可以这样来确定，当蒸汽流量发生扰动时，就利用这个扰动信号作为控制信号，通过调整aD使水位变化很小或者基本不变。这样就要求

41、：式中 W w(S) 给水流量扰动下汽包水位的传递函数； WD(S) 蒸汽流量扰动下汽包水位的传递函数；aD、 aw 蒸汽流量和给水流量的分流系数。三冲量控制方案蒸汽流量前馈 -给水流量串级控制系统三冲量给水串级控制系统如图 4.7 所示，它相当于前馈加串级的控制系统。 主信号汽包水位 H 接入主调节器 PI* ，副调节器输入主调节器的输出信号以及前馈信号蒸汽流量 D与反馈信号给水流量 W 。由于副调节器接三个信号，因此也存在信号间的配合问题。但是，系统的静态特性主要决定于主调节器，就不一定要求 aD 和aw非相等不可， aD可以根据“虚假水位”的具体情况来选定。16图 4.7三冲量给水串级控

42、制系统示意图DBC差压变送器；DJK开方器；aD、aW 分流器；PI* 主调节器；PI 副调节器； CF伺服放大器； SD执行器给水串级控制系统的特点是：汽包水位偏差 H 可以由主调节器来校正。 理论上讲，由于主调节器是PI* 调节器，所以汽包水位H 可实现无差调节。主调节器的整定参数是控制系统的主要整定参数，副调节器的整定参数则跟给水单级控制系统相同。图 4.8三冲量给水串级控制系统方框图Ho给定值；H水位输出信号；fD蒸汽扰动信号； fw给水扰动信号；17根据工艺安全性要求，为确保汽包在故障出现时不至于干锅，给水调节阀应采用反作用执机器，当输入信号增加时，阀门开度减小。控制原理为：当给水流

43、量由于扰动而增加时，副调节器根据PID参数进行运算，应增大输出，使调节阀开度减少，克服干扰，所以副控制器应选择正作用方式。根据工艺指标，主调节器给出设定值，当变送器测量的汽包水位高于设定值时，主调节器根据 PID参数进行运算，应减少输出使输入副调节器的给定信号减小，由于给水流量暂时未变，副调节器输出增大，调节阀随之减小开度，因此，给水流量减小，水位降低，接近设定值。反之亦然。故主调节器应选用“反作用”方式。主调节器的输出信号作为副调节器的给定值，蒸汽流量作为前馈信号输入，给水流量作为反馈信号。几种控制系统的比较单冲量液位控制是汽包液位自动控制中最简单最基本的一种形式，是典型的单回路定值控制系统

44、，但它不能克服“虚假液位”的影响，而且没有给水流量信号的反馈，所以液位波动较大。双冲量液位控制系统是在单冲量控制的基础上，引进蒸汽流量作为前馈信号。该控制系统的特点是：引入的蒸汽流量前馈信号可以消除“虚假液位”对调节品质的不良影响，当蒸汽流量变化时，就有一个给水量与蒸汽量向同方向变化的信号，可以减小或抵消由于“虚假液位”引起的给水量与蒸汽量反方向变化的误动作，使调节阀从一开始就向正确的方向移动。因而大大减小了给水量与液位的波动，缩短调节的时间。而且引入的蒸汽流量的前馈信号，能改善调节系统的静特性，提高调节质量。双冲量液位控制系统适用于小型低压而且给水压力较稳定的锅炉。当给水压力经常有波动，给水

45、调节阀前后压差不易保持正常时，不宜采用双冲量控制；另外在大型锅炉的控制中，锅炉容量越大，压力越来越高，汽包的相对容水量就越小，允许波动的储水量就更少。为了把液位控制平稳，在双冲量液位调节的基础上引入了给水流量信号，由液位蒸汽流量和给水流量就构成了三冲量液位控制系统，在这个系统里，汽包液位是被控变量，是主冲量信号，蒸汽流量给水流量是两个辅助冲量信号。三冲量液位控制系统抗干扰能力强，适用于大中型中压锅炉。三冲量控制方案：方案宜作为一般锅炉液位的控制方案，其特点是使18用的设备少，调节机构动作比较平稳, 但不易实现给水流量系数和蒸汽流量系数的配合。三冲量控制方案：其主调节器的输出值作为副调节器的给定

46、值，即使出现物料不平衡的现象，只要液位有偏差，调节器的积分作用就能消除偏差 , 系统整定更易实现。所以，综上所述，选择三冲量给水串级控制系统虽然有些复杂，但是它能够适用以对汽包水位要求严格或负荷变化频繁，虚假水位较为严重的锅炉使用。第 5 章 锅炉热工检测方案的选定工业锅炉生产热工检测， 是自动检查和测量反映锅炉生产过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。因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。5.1

47、锅炉生产的测量温度的测量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，一般有下列方面：1、炉膛温度的检测指示炉膛温度的检测指示炉膛温度是工业锅炉生产运行的重要指标。通过对炉膛温度的检测， 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，其他位置

48、都要低一点。对于炉膛温度的检测，中、大型锅炉应在不19同的位置多设检测点，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，选一两个温度检测点即可。2、蒸汽温度的检测显示蒸汽温度是生产工业确定的重要参数， 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，进气温度每降低 5 摄氏度，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

49、进行检测显示。蒸汽温度检测点一般设在过热器的出口处。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。 省煤器的作用使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（省煤器出口温度）进行检测指示，是为了更好的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。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工作，有无发生漏水和结垢堵塞现象。同时，也是为了检测烟道是否畅通，有无发生堵尘现象，以便充分利于

50、低温烟气余热，降低排烟温度，提高锅炉的热效率。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于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，可以推断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。6、锅炉排烟温度的检测指示20锅炉排烟温度的高低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

51、低。检测排烟温度，目的是根据排烟温度的高低，合理地布置和装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。压力的测量压力，即垂直而作用在单位面积上的力，实际上是物量概念中的压强，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。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。它即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，说明负荷蒸汽的消耗量大于锅炉的蒸发量，标志

52、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，这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过程，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、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激烈波动，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

53、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。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10 20Pa 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。214、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。一次风压（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

54、测指示。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。流量的测量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。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

55、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、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波动，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，蒸汽流量是锅炉输出经济核算和计量的主要内容。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。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22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。汽包水位的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