蒸汽锅炉电气控制系统设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)

蒸汽锅炉电气控制系统设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

热过程 煤在炉膛内燃烧放出热量，炉膛中的温度逐步升高。 炉膛中的沸水管吸收高温烟气的热量，完成热交换。 引风机把传出热量的烟气排出炉膛，烟气不断地将热量传给汽包，残留的部分热量经过省煤器吸收后，被烟囱排入大气。 （ 3）蒸汽锅炉的汽化过程 锅炉汽包中的水被加热沸腾汽化生成蒸汽的过程就是锅炉的汽化过程，此过程又分为汽水分离 过程和水的循环过程。 在炉膛温度较低的区域，连接上下锅筒的对流管束中水温较低，汽水化合物中水的比重较大，向下锅筒移动；而在温度较高的区域，对流管束中的水吸收热量多，汽水化合物中汽的比重较大，向上锅筒移动，这就完成了汽包内水的循环过程。 汽包内还装有汽水分离装置，如若不加此装置，产生的蒸汽会带有一定的水，会影响生产需求。 蒸汽和水被汽水分离装置分开以后，蒸汽由管道输出，水会留在汽包内继续被加热。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 6 锅炉控制的任务和特点 锅炉控制的任务 蒸汽 锅炉的功能是生产具有一定压力、温度参数的蒸汽，满足外部对负荷的需求。 为满足此要 求，并保证锅炉本体的安全经济运行，要求锅炉的控制系统具有完善的自动检测、自动程序控制、自动保护等功能。 而锅炉是一多变量、多回路、多祸合的复杂系统，扰动源比较多，要保证提供合格的蒸汽以满足负荷的要求，其工作过程中的各主要工艺参数必须严格控制，为此，锅炉的主要控制任务为 : （ 1）保持锅筒水位在规定的范围内 （ 2） 保持炉膛负压在规定的范围 （ 3） 稳定蒸汽温度、压力和蒸发量 （ 4） 保持燃烧的经济性和锅炉的安全运行 完成上述的任务需要监控五个主要的被调节量和四个调节量，具体如 下图 所示 : 图 锅炉主要参量 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 7 给水 自动控制 给水控制的必要性 蒸汽 锅炉 给水的基本任务是在各种负荷条件下，控制给 水量，使进入锅炉的水量与送出的蒸汽在数量上保持平衡。 对于锅筒锅炉，这种平衡的标志是 锅筒水位维持在工艺要求的范围内。 对于 蒸汽 锅炉，水位的高低对锅炉的安全运行和生产工艺要求影响很大。 水位过高，蒸汽带水量过多，降低蒸汽品质，会在蒸汽管道内发生水冲击，甚至会发生满水事故 ； 水位过低，则会破坏水循环，以至烧坏某些受热面，严重时会造成爆炸事故，所以维持锅炉汽包水位的稳定是十分必要的。 给水控制的难点 锅炉运行时，要保持 锅筒水位在规定的范围内，须不断地往锅筒内补水。 汽包水位是锅炉运行的重要指标，保持水位在一定的范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。 在 该 汽包水位的控制系统中，被控变量是汽包水位，操纵变量是给水量。 它主要是保持汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包中水位在工艺允许的范围内。 水位过高、过低，都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不利的影响。 首先，水位过高，会影响汽包内的汽水分离，饱和 蒸汽 将会带水过多，导致过热器管结垢并损坏，使过热蒸汽的温度下降。 以此过热蒸汽带动汽轮机，则将因蒸汽带液损坏气轮机的叶片 ，造成运行的安全事故。 然而，水位过低，则因汽包内的水量减少，而负荷很大，加快水的汽化速度，若不及时加以控制，将有可能使汽包内水全部汽化；尤其是大型锅炉，水在汽包内的停留时间极短，从而导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。 所以，保持汽包水位在工艺允许的范围内 是锅炉正常运行的重要指标。 变频器给水自动调节 锅炉水位控制方案一般有单冲量给水自动调节系统、双冲量给水自动调节系统和三冲量给水自动调节系统三种， 本文主要利用变频器进行单冲量给水调节，在单 冲量给水内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 8 调节系统中， 变频器 接受锅筒水位 高低 信号， 根据汽包内水位 的高低改变变频器的输出频率，进而改变补水泵电机的功率 ， 达到保持水位在一定范围内。 保证锅炉正常运行。 锅炉燃烧过程控制 控制任务 锅炉的基本组成是“锅”和“炉”两大部分。 燃料在“炉”中燃烧放热，高温烟气携带的热量为“锅”的受热面吸收，以产生一定压力和温度的蒸汽。 作为锅炉的燃烧设备一“炉”，其任务是针对不同燃料的燃烧特性，为其完全燃烧创造良好的条件，以求燃料将其热量最大限度地释放出来。 锅炉的燃烧控制直接关系着是否对环境造成污染、是否节能及能否给企业带来 效益。 所以，锅炉的燃烧控制自动化多年来倍受重视。 锅炉燃烧过程电气 控制的主要任务是 : （ 1） 保持蒸汽压力稳定 锅炉运行中蒸汽负荷随时发生变化，并反映到蒸汽压力波动，这样就必须随时改变燃料量以适应负荷的需要，并保持汽压稳定。 （ 2） 保证经济燃烧 为了得到最经济的燃烧工况，就要保持燃料量和送风量之间有合适的比例，当燃料量改变时，必须相应地调节送风量，使它与燃煤量相配合。 （ 3） 保持炉膛压力一定 中小型工业锅炉目前一般采用炉膛负压运行方式，且负压维持在 10OPa 以内。 炉膛负压过小，炉灰和火苗从火孔和炉门等处外溢，会引起炉膛喷火等事故。 负压过大，会引起漏风量增大 ，影响锅炉热效率，不利于经济燃烧，同时使引风机电耗量增大。 因此，必须严格保证炉膛负压稳定在某一水平，这对燃烧工况、锅炉房工作条件、炉子的维护和安全运行都是有利的，这也是保证锅炉经济燃烧和安全性的重要指标。 虽然燃烧控制系统是一个多参数变量的调节系统，但通常都把它简化成互相联系、密切配合但又相对内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 9 独立的 3 个单变量系统来实现，即 :以燃料量维持锅炉压力恒定的蒸汽压力控制系统，以送风量维持锅炉经济燃烧的送风调节系统，以引风量维持炉膛负压稳定的炉膛负压调节系统。 蒸汽压力控制 蒸汽压力是反映蒸汽供需关系平衡 与否的重要指标，也是表征蒸汽的重要参数。 汽压偏高，会加速金属材料的蠕变。 汽压偏低，说明供需关系不平衡，设备消耗的蒸汽量大于现有的产汽量，难以维持长期稳定的运行。 因此，维持压力稳定是安全生产和维持运行的需要。 调 节炉排的转速。 给煤量大，供给的热量多，锅水吸热多，产生的蒸汽压力增大，相反则蒸汽压力减小。 当然，给煤量必须与鼓风量配合，一定给煤量对应最佳鼓风量，鼓风量小，燃烧不完全，鼓风量大带走过多热量。 而且，根据工艺要求，当负荷增加时，应先增加鼓风量，再增加给煤量 :负荷减小时，先减少给 煤量，后减少鼓风量。 经济燃烧 锅炉的燃烧涉及到很多变量，如空气过剩系数、烟气含氧量、风煤比， 要使锅炉实现经济燃烧，必须综合考虑各种相关因素，并进行合理控制。 国内外己有不少机构对锅炉控制进行了研究，并有相关的先进控制与优化软件问世，但由于种种原因，在中小型控制系统中的应用还极少。 国内的相关控制大多仍基于传统的控制策略，如 PD 控制、比值控制、串级控制、前馈控制等，在此基础上加进一些优化技术，如 PD 控制器参数自整定、自适应控制、模糊控制等，最终的目的都是为了实现锅炉燃烧的在线优化，以实现经济燃烧。 还有一点需要说明，在现在的锅炉 中为使燃料完全燃烧，大都增设了二次风，以加强烟气和空气的扰动、混合和延长烟气流程，减少化学未完全燃烧损失，同时使烟气中的煤粒在炉膛内停留较长时间，使其得到充分燃烧。 根据运行经验，合理使用二次风能使锅炉的热效率提高 3 一 %5 左右。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 10 炉膛负压控制 影响炉膛负压的因素主是鼓风量和引风量，一般炉膛负压主要通过控制引风量的大小来控制。 在这里，炉膛负压作为被控对象，引风量作为控制对象，当然这是在鼓风量一定的前提下说的。 当鼓风量发生变化的时候，引风量也要跟着变化，通常是把鼓风量作为引风控制的前馈量，在鼓风量增 加时立即增加引风量，当鼓风量减少时，经过一段时间再减少引风量。 连锁控制 在锅炉控制中，为保证锅炉安全运行，在某一机构发生故障时，要有即时报警和相关保护，并触发与之关联的设备实现自动连锁。 锅炉运行要求的连锁动作大体有以下几项 : （ 1）鼓风机 要求当引风电机停止、炉排电机停止、锅筒压力或蒸汽总管压力超出上限时，鼓风电机自动停止。 启动时，只有引风机运行起来后才开鼓风机。 （ 2）引风机 要求当锅筒压力或蒸汽总管压力超出上限时，引风电机自动停止。 （ 3）炉排电机 要求当鼓风电机 或引风电机发生故障时，炉排电机立即停止运行。 在正常启停时，当鼓风和引风开起来后再开炉排电机，停机时先停炉排电机。 （ 4）补 水泵 要求锅筒水位超出上 限时， 补水泵自动停止；锅炉水位低于下限时，补水泵变频器增大频率使水泵电机转速增加，补水量加大，使汽包内的水位尽快达到工艺要求的水位。 当水位稳定在工艺要求范围内时，变频器以恒定频率运行。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 11 第三章 锅炉燃烧控制系统设计 锅炉燃烧控制系统的组成 锅炉燃烧控制系统由 汽包水位控制系统和炉膛负压、温度控制系统。 汽包水位控制系统主要根据汽包内液位的高低来进行控制； 在炉膛负压控制系统中， 送风量对炉膛压力的影响很小，炉膛压力主要是靠引风机来调节的，所以有时它也被称为引风控制系统。 在整个锅炉燃烧控制系统中，蒸汽压力的变化表示锅炉蒸汽的产生量与负荷的耗汽量不相适应，因此必须相应的而改变燃料的供应量，以改变锅炉蒸汽的产量。 当燃料改变时，必须相应的改变送风量，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，当送风量改变时，也应该相应的改变引风量，从而使得炉膛压力保持在 左右。 炉膛温度控制系统主要根据给煤量、送风量和炉排转速来进行控制。 汽包水位控制系统 汽包水位是锅炉运行的主要 指标，是一个非常重要的被控变量，维持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件，这是因为： （ 1）水位过高会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸汽带水过多，同时过热蒸汽温度急剧下降。 该过热蒸汽作为汽轮机的动力，将会损坏汽轮机叶片，影响运行的安全性与经济性。 （ 2） 水位过低，说明汽包内的水量较少，而当负荷很大时，水的汽化速度加快，则汽包内的水位变化速度亦随之加快，如不及时调节，就会使汽包内的水全部汽化，导致炉管烧坏，甚至引起爆炸。 因此，锅炉汽包水位必须严加控制。 随着锅炉容量增大和参数提高，汽包容积相对缩小，而锅炉蒸发 受热面的热负荷显著提高，加快了负荷变化时的速度，因而对给水控制提出了更高的要求。 炉膛压力、温度控制系统 炉膛压力是反应燃烧工况稳定与否的重要参数。 炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛压力将迅速发生相应的变化。 当锅炉的燃烧系统发生故障时，最先将在炉膛压力的变化上反应出来，而后才是蒸汽参数的一系列变化。 因此，监视和控制炉膛压力，对于保证炉内燃烧工况的稳定具有及其重要的意义。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 12 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情况下运行时，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原因是燃烧工况的变化。 为了使炉内燃烧连续进行，必须不间断的向炉膛供给燃料燃烧所需的空气，并将燃烧后产生的烟气及时排走。 在燃烧产生烟气及其排放的过程中，如果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变化。 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 况总有小量的变化，故炉膛压力总是波动的。 当燃烧不稳时，炉膛压力将产生剧烈的波动，炉膛风压表相应作大幅度的剧烈晃动。 运行经验表明：当炉膛压力发生剧烈波动时，往往是熄火的预兆，这时必须加强监视炉内燃烧工况，分析原因，并及时进行调整和处理。 炉膛压力通常是通过改变 引风机的出力来调节的。 锅炉控制系统方案的确定 汽包水位控制系统方案的确定 汽包水位 控制系统是由一台变频器控制两台补水泵（一用一备）组成的，在锅炉汽包内放入 投入式液位变送器 ，液位变送器输出的 420mA 电信号被智能光柱式显示仪表接收后，实时显示锅炉汽包内 的液位高低，同时该仪表又将液位高度转换成 420mA 电信号输出给变频器，变频器接到输入信号后，与给定值进行比较，如果高于给定值，则表明此时的液位高于锅炉给定液位，变频器将减小输出频率，降低补水泵电机的转速，减小给水量，使汽包内的水位保持规定的范围内；当变频器接收到的电信号值低于给定值时，表明汽包内的液位低于给定液位，变频器将增加输出频率，提高补水泵电机的转速，增加给水量，使汽包内的水位迅速上升至规定的高度并保持在此范围内基本不变。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 13 1 号工频运行1 号变频运行2 号工频运行2 号变频运行1 号故障指示1 号工变频运行2 号工变频运行2 号故障指示内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 14 图 补水泵 控制回路图 补水泵电气控制 回路如上图所示，补水泵变频柜得电后，此时转换开关 SA1 应该拨到自动位置，补水泵采用变频控制。 变频器输出频率缓慢增加，补水泵电机缓慢起动 ，当汽包内的液位基本保持在安全高度范围内时，补水泵变频器输出频率就会以事先设定好的频率运行。 当汽包内的水位低于给定值时，变频器的输出频率增加，来提高水泵转速，增加给水量，使液位迅速达到安。