鍋爐畢業(yè)論文

基于組態(tài)軟件的供暖鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要

工業(yè)鍋爐是采暖供熱系統(tǒng)的核心設(shè)備，它的主要任務(wù)是安全可靠、經(jīng)濟(jì)有效地把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)而將熱能傳遞給水，生產(chǎn)出滿足需要的蒸汽或熱水。

本文主要介紹的是通過組態(tài)軟件（MCGS）做成的一套鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)。大家都知道我們可以把鍋爐分為三個(gè)相對獨(dú)立的環(huán)節(jié)去控制：燃燒系統(tǒng)的控制，汽包液位的控制，過熱蒸汽溫度的控制。本文也采用了這樣的分環(huán)節(jié)控制的方法。首先，用爐膛內(nèi)的壓力與飽和蒸汽的壓力組成串級控制系統(tǒng)去控制燃料的供給量，繼而控制了燃燒系統(tǒng)。當(dāng)然為了安全起見我們還必須用一個(gè)壓力傳感器去測量爐膛內(nèi)的壓力。其次，用飽和蒸汽的溫度和汽包的水位組成串級控制去控制給水量，繼而控制汽包的水位。最后，用過了減溫器的蒸汽的溫度與過熱后的蒸汽的溫度組成串級控制去控制減溫水的供給量，繼而控制過熱蒸汽的溫度。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)控制，在線查詢等功能，同時(shí)能夠通過一些簡單的傳統(tǒng)控制（PID控制）對其進(jìn)行相對穩(wěn)定的控制。

本文針對過路系統(tǒng)三個(gè)環(huán)節(jié)中的每個(gè)環(huán)節(jié)的單獨(dú)控制（燃燒系統(tǒng)控制，汽包液位控制，過熱蒸汽溫度控制），得到了比較穩(wěn)定的鍋爐系統(tǒng)，同事又對其進(jìn)行了較為良好的監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件；鍋爐；串級控制；安全

目 錄

摘 要 ............................................................... I

第1章 引 言 ........................................................ 1

1.1鍋爐研究的背景和意義 ............................................ 1

1.2 鍋爐研究的現(xiàn)狀和存在的問題...................................... 1

第3章 鍋爐工藝流程 .................................................. 4

3.1鍋爐工藝流程簡介 ................................................ 4

3.2鍋爐控制中的控制參數(shù) ............................................ 5

3.2.1鍋爐中的主要控制參數(shù) ........................................ 5

3.2.2鍋爐參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系 ...................................... 5

3.3鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng) .............................................. 6

3.3.1鍋爐汽包水位控制 ............................................ 6

3.3.2鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制 .......................................... 6

3.3.3過熱蒸汽系統(tǒng)的控制 .......................................... 7

3.4相關(guān)對象的動(dòng)態(tài)特性 .............................................. 8

3.4.1汽包水位的動(dòng)態(tài)特性 .......................................... 8

3.4.2壓力的動(dòng)態(tài)特性 ............................................. 10

第4章 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................. 13

4.1設(shè)計(jì)方案 ....................................................... 13

4.1.1汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................... 13

4.1.2燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ......................................... 14

4.1.3過熱蒸汽溫度控制 ........................................... 15

第7章 結(jié)束語 ...................................................... 16

致 謝 ............................................................... 20

第1章 引 言

1.1鍋爐研究的背景和意義

工業(yè)鍋爐是采暖供熱系統(tǒng)的核心設(shè)備，它的主要任務(wù)是安全可靠、經(jīng)濟(jì)有效地把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)而將熱能傳遞給水，生產(chǎn)出滿足需要的蒸汽或熱水。 我國目前在役運(yùn)行的工業(yè)鍋爐共約有52萬臺，多為燃煤鏈條爐，它們的特點(diǎn)是應(yīng)用廣，容量小(絕大多數(shù)都是 10 t/h以下的分散鍋爐)，設(shè)備陳舊，耗煤(或油、氣)量大(年耗煤量占全國總耗煤量的三分之一)，效率低(平均約為60%)，自動(dòng)化程度不高。另外由燃料燃燒產(chǎn)生的煙塵、SOX,NOX等對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。

隨著對生產(chǎn)自動(dòng)化要求漸高的趨勢，改變工業(yè)鍋爐運(yùn)行中傳統(tǒng)的手動(dòng)、半自動(dòng)操作方式已勢在必行尤其是近年來我國北方各大城市承受著持續(xù)低溫天氣和煤炭價(jià)格大幅度上漲的壓力，還要面對供熱標(biāo)準(zhǔn)。

工業(yè)供暖鍋爐的安全運(yùn)行顯的越來越是重要，那么這就要我們用一些方法來監(jiān)控鍋爐的運(yùn)行。并且在出現(xiàn)異常的情況下能夠馬上顯示出來，這樣以便于我們進(jìn)行整修。所以為了供暖鍋爐能夠安全有效的運(yùn)行，我們必須對它進(jìn)行監(jiān)控，這就是我們經(jīng)常說的供暖鍋爐監(jiān)控控制系統(tǒng)[1]。

1.2 鍋爐研究的現(xiàn)狀和存在的問題

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程教育中的重要組成部分——遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)獲得了越來越多的關(guān)注。作為控制類學(xué)科的典型實(shí)驗(yàn)對象——鍋爐控制系統(tǒng)也成了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)研究的焦點(diǎn)。現(xiàn)在，絕大多數(shù)高校都是購買現(xiàn)成的工控機(jī)和成套的實(shí)驗(yàn)控制對象以及相應(yīng)的控制軟件(多為組態(tài)軟件)，成本很高，而且產(chǎn)品功能也不十分完善，靈活性差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想。例如：學(xué)生們做 PID鍋爐水位定值調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)時(shí)，

只能設(shè)定 P、I、D的參數(shù)值，然后看下實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行結(jié)果就行了，這樣學(xué)生們就不容易深刻理解實(shí)驗(yàn)背后較深的控制理論知識，不利于專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)，也不能適應(yīng)現(xiàn)代高�？刂祁愊嚓P(guān)專業(yè)的教學(xué)需要和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展趨勢。因此，開發(fā)一種功能完善 、靈活性好，且能夠進(jìn)行自主設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)監(jiān)控軟件就很有必要。我們選用組態(tài)軟件（MCGS）作為鍋爐控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)監(jiān)控軟件的開發(fā)工具。鍋爐微計(jì)算機(jī)控制，是近年來開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計(jì)算機(jī)軟、硬件自動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，我國現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬臺，每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的 1/3，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染等嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率，降低耗煤量，用微機(jī)進(jìn)行控制是一件具有深遠(yuǎn)意義的工作[2] 。

作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。采用微計(jì)算機(jī)控制，能對鍋爐進(jìn)行過程的自動(dòng)檢測、自動(dòng)控制等多項(xiàng)功能。

鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、一次儀表、微機(jī)、手自動(dòng)切換操作、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥、滑差電機(jī)等部分組成，一次儀表將鍋爐的溫度、壓力、流量、氧量、轉(zhuǎn)速等量轉(zhuǎn)換成電壓、電流等送入微機(jī)，手自動(dòng)切換操作部分，手動(dòng)時(shí)由操作人員手動(dòng)控制，用操作器控制滑差電機(jī)以及閥等，自動(dòng)時(shí)對微機(jī)發(fā)出控制信號經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動(dòng)操作。微機(jī)對整個(gè)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測、報(bào)警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運(yùn)行，除此以外為保證鍋爐運(yùn)行的安全，在進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報(bào)警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報(bào)警裝置，這是必不可少的，

以免鍋爐發(fā)生重大事故[3]。

隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展和成熟，國外發(fā)達(dá)國家的工業(yè)鍋爐已經(jīng)應(yīng)用了成熟的DCS或FCS產(chǎn)品，如霍尼威爾9000、西門子Teleperm-D、SMAR Sytem302等系統(tǒng),并取得了良好的效果。我國工業(yè)鍋爐平均單機(jī)容量只有2.4t/h，遠(yuǎn)低于國外水平（日本為5t/h，美國為14t/h)，容量還不足以大到使用國外成套昂貴設(shè)備的程度。近十年來，國內(nèi)中小型工業(yè)鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)多采用兩級方式，即監(jiān)管級和控制級，監(jiān)管級進(jìn)行監(jiān)視和管理，控制級完成數(shù)據(jù)采集和控制功能[4]。

第3章 鍋爐工藝流程

3.1鍋爐工藝流程簡介

鍋爐是化工，煉油，發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)工程中必不可少的動(dòng)力設(shè)備。常見的鍋爐設(shè)備的主要工藝流程如圖3.1所示。燃料和空氣按照一定的比例送入燃燒室燃燒，生產(chǎn)的熱量送給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽。然后經(jīng)過過熱器，形成一定氣溫的過熱蒸汽，匯集至蒸汽母管。具有一定壓力的過熱蒸汽，經(jīng)負(fù)荷設(shè)備控制供給負(fù)荷設(shè)備用，與此同時(shí)，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變?yōu)檫^熱蒸汽外，還經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙囪，排入大氣 [5]。

3.1 鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖

圖3.1 鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖

3.2鍋爐控制中的控制參數(shù)

3.2.1鍋爐中的主要控制參數(shù)

鍋爐是全廠的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，其要求是供給合格的蒸汽，使鍋爐發(fā)汽量適應(yīng)負(fù)荷的需要。為此，生產(chǎn)過程的各個(gè)主要工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制[5]。鍋爐設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的被控對象，主要輸入變量是負(fù)荷，鍋爐給水，減溫水，送風(fēng)和引風(fēng)等。主要的輸出變量是汽包水位，蒸汽壓力，過熱蒸汽溫度，爐膛負(fù)壓，過�？諝獾�。鍋爐對象簡圖如圖3.2所示：

3.2.2鍋爐參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系

鍋爐的這些輸入變量和輸出變量之間相互關(guān)聯(lián)。如果蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化，必

將會(huì)引起汽包水位，蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度等的變化。燃料量的變化不僅影響蒸汽壓力，同時(shí)還會(huì)影響汽包水位，過熱蒸汽溫度，過熱空氣和爐膛負(fù)壓；給水量的變化不僅影響汽包水位，而且對蒸汽壓力，過熱蒸汽溫度也有影響；減溫水的變化會(huì)導(dǎo)致過熱蒸汽溫度，蒸汽壓力，汽包水位等的變化。所以鍋爐設(shè)備是一個(gè)多輸入多輸出且相互關(guān)聯(lián)的被控對象[6]。

3.3鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng)

由于鍋爐設(shè)備是一個(gè)多輸入，多輸出的且相互關(guān)聯(lián)的被控對象，目前工程處理上做了一些假設(shè)后，將鍋爐設(shè)備控制劃為若干控制系統(tǒng)，主要的控制系統(tǒng)可分為鍋爐汽包水位控制，鍋爐燃燒系統(tǒng)控制，過熱蒸汽溫度的控制。

3.3.1鍋爐汽包水位控制

被控變量是汽包水位，操縱變量是給水量。它主要考慮的是汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，維持汽包中水位在工藝允許范圍內(nèi)。維持汽包水位在給定范圍內(nèi)室保證鍋爐安全運(yùn)行的重要條件之一，是鍋爐運(yùn)行的重要指標(biāo)。

如果水位過低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，而且負(fù)荷卻很大，水的汽化速度又快，如不及時(shí)控制，就會(huì)使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致鍋爐燒壞和爆炸；水位過高會(huì)影響汽包汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，會(huì)使過熱器管壁結(jié)垢導(dǎo)致破壞，同時(shí)過熱蒸汽溫度急劇下降，該蒸汽作為汽輪機(jī)動(dòng)力的話，還會(huì)損壞汽輪機(jī)葉片，影響運(yùn)行的安全與經(jīng)濟(jì)性。汽包水位過高過低的后果極為嚴(yán)重，所以必須嚴(yán)格加以控制。

3.3.2鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制

鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的控制的目的是使燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要(常以蒸汽壓力為被控變量）；使燃料與空氣量之間保持一定的比值，以保證經(jīng)濟(jì)燃燒（常以煙氣成分為被控變量），提高鍋爐的燃燒效率；要讓引風(fēng)量和送風(fēng)量相適應(yīng)，以保持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。為了達(dá)到上述三個(gè)控制目的，控制手段也有三個(gè)，即燃料量，送風(fēng)量和引風(fēng)量。

鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是使燃料所產(chǎn)生的熱量能夠適應(yīng)鍋爐的需要，同時(shí)還要保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。燃燒控制的具體內(nèi)容及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)因燃料種類，制粉系統(tǒng)，燃燒設(shè)備以及鍋爐的運(yùn)行方式不同而有所區(qū)別，但是大體上看來都要完成以下幾個(gè)方面的任務(wù):

（1） 主蒸汽壓力的變化反映了鍋爐生產(chǎn)的蒸汽量和汽機(jī)消耗的蒸汽量相適應(yīng)的

程度。為此必須設(shè)置蒸汽壓力控制系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，通過控制燃料量使蒸汽壓力穩(wěn)定。

（2） 當(dāng)燃料量改變時(shí)，必須相應(yīng)地控制送風(fēng)量，以保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。

（3） 爐膛壓力的高低關(guān)系著鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。燃燒控制系統(tǒng)必須要讓引風(fēng)

量（煙氣量）與送風(fēng)量相配合以保證爐膛壓力為一定值。

3.3.3過熱蒸汽系統(tǒng)的控制

維持過熱器出口溫度在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過允許的工作溫度。被控變量一般是過熱器出口溫度，操縱變量是減溫水的噴水量。

現(xiàn)代鍋爐的過熱器在高溫高壓條件下工作。過熱器出口溫度是全廠工質(zhì)溫度的最高點(diǎn)，也是金屬壁溫的最高點(diǎn)，在過熱器正常運(yùn)行時(shí)已接近材料允許的最高溫度。如果過熱蒸汽溫度過高，容易燒壞過熱器，也會(huì)引起汽輪機(jī)內(nèi)部零件過熱，

影響安全運(yùn)行；溫度過低則會(huì)降低全廠的熱效率，所以電廠鍋爐一般要求過熱蒸汽溫度偏差保持在?50C以內(nèi)。

過熱蒸汽溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)是鍋爐控制中的難點(diǎn)。目前，很多實(shí)際系統(tǒng)并沒有達(dá)到控制指標(biāo)的要求。其主要原因有下述的兩個(gè)方面：

（1） 擾動(dòng)因素多變化大。各種擾動(dòng)因素對過熱蒸汽溫度的靜態(tài)影響的關(guān)系我們

要弄清楚。

（2） 控制通道滯后大。控制過熱蒸汽溫度的手段是調(diào)節(jié)減溫水量�？刂仆ǖ赖�

動(dòng)態(tài)特性與減溫器的安裝位置有關(guān)。假若能將減溫器安裝在過熱器的出口，顯然控制通道的滯后小的多。但是這樣的工藝流程安排對過熱器的安全是不利的。為了保證過熱器不超溫，工藝上總是將減溫器安裝在過熱器的入口，這將帶來控制對象較大的滯后[7]。

3.4相關(guān)對象的動(dòng)態(tài)特性

3.4.1汽包水位的動(dòng)態(tài)特性

（1）蒸汽負(fù)荷對水位的影響即干擾通道的動(dòng)態(tài)特性

在燃料不變的情況下，蒸汽用量突然增加，瞬時(shí)必然導(dǎo)致汽包壓力下降，汽包內(nèi)的沸騰突然加劇，水中氣泡迅速增加，將整個(gè)水位抬高，形成虛假的水位上升現(xiàn)象即所謂的假水位現(xiàn)象。

在蒸汽量的擾動(dòng)下，水位變化的階躍響應(yīng)曲線如圖3.3所示。當(dāng)蒸汽流量突然增加時(shí)，由于假水位現(xiàn)象，在開始階段水位不僅不會(huì)下降反而會(huì)上升，而后下降（反之，當(dāng)蒸汽流量突然減小時(shí)，則水位先下降后上升）。蒸汽突然增加時(shí)，實(shí)際的水位變化H，是不考慮水面下氣泡容積變化時(shí)的水位變化H1，與只考慮水面

圖3.3 水位變化的階躍響應(yīng)曲線

下氣泡容積變化所引起水位變化H2的疊加，即

H = H1 + H2 (3.1)

假水位變化的大小與鍋爐的工作壓力和蒸發(fā)量等有關(guān)，例如一般100-300t/h的中高壓鍋爐，當(dāng)負(fù)荷突然變化10%時(shí)，假水位可達(dá)30-40mm。對于這種假水位現(xiàn)象，在設(shè)-*計(jì)方案時(shí)必須注意[8]。

（2） 給水量對水位的影響，即控制通道的動(dòng)態(tài)特性

在給水流量作用下，水位的階躍響應(yīng)如圖3.4所示。把汽包和給水看作單容自衡對象，水位響應(yīng)曲線如圖3.4中的H1線。但是由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水

的溫度低，所以給水量變化后，使汽包中的氣泡減少，導(dǎo)致水位下降。因此使勁的響應(yīng)曲線是圖3.4中的H線，即當(dāng)突然加大給水量后，汽包水位不是立即增加，而是要呈現(xiàn)出一段起始慣性段。

圖3.4 給水流量作用下水位的階躍響應(yīng)曲線

3.4.2壓力的動(dòng)態(tài)特性

（1）氣壓的動(dòng)態(tài)特性

氣壓對象由一系列裝置組成，它包括給煤機(jī)，爐膛，汽水系統(tǒng)，過熱器，汽輪機(jī)進(jìn)氣閥和汽輪機(jī)。在燃料量和風(fēng)量同時(shí)變化時(shí)對發(fā)氣量基本上是一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)。汽包的壓力對象，反映過熱器的過熱蒸汽壓力對象都是一個(gè)積分環(huán)節(jié)。其它的都可以看做是一個(gè)比例環(huán)節(jié)。但是需要指出的是氣壓的動(dòng)態(tài)特性是與汽輪機(jī)調(diào)速運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)行情況有關(guān)的。當(dāng)然主蒸汽壓力的變化反映了鍋爐生產(chǎn)的蒸汽量和汽輪機(jī)消耗的蒸汽量相適應(yīng)的程度，為此我們要設(shè)置蒸汽壓力控制系統(tǒng)，這也是有氣壓的動(dòng)態(tài)特性決定的。這里所指的氣壓是燃料量擾動(dòng)下的氣壓和負(fù)荷擾動(dòng)下的氣壓[9]。

（2）爐膛壓力對象特性

為了保證爐膛安全，一般要求爐膛壓力略小于大氣壓力，所以爐膛壓力一般

稱之為爐膛負(fù)壓。爐膛負(fù)壓放映了引風(fēng)量與送風(fēng)量之間的平衡關(guān)系。當(dāng)送風(fēng)量或

引風(fēng)量單獨(dú)改變時(shí)，爐膛負(fù)壓慣性變化很小，故可以將爐膛負(fù)壓對象近似看成是一個(gè)時(shí)間常數(shù)很小的一階慣性環(huán)節(jié)。

（3）關(guān)于經(jīng)濟(jì)燃燒

眾所周知，對于燃燒過程應(yīng)保持燃料量與空氣量成比例。但是假若配置的是燃料量與空氣量固定的比值控制系統(tǒng)，卻因?yàn)橐韵略�因，并不能保證在整個(gè)生產(chǎn)過程中始終保持經(jīng)濟(jì)燃燒。因?yàn)槠湟�，在不同�?負(fù)荷下，兩流量的最優(yōu)比值是不相同的；其二，燃料成分（如含水分，灰分的量）有可能變化；其三，流量測量的不準(zhǔn)確。這些因素都不同程度的影響到燃料的不完全燃燒或空氣的過量，造成爐子熱效率下降。為了改進(jìn)這一情況，最好有一個(gè)指標(biāo)來閉環(huán)修正兩流量的比值。目前常用的是煙氣中的含氧量。

煙氣中的各種成分，如O2,CO2,CO和未燃燒烴的含量，基本可以反映燃料燃燒

的情況，最簡便的方法是用煙氣中的氧量A0來表示。根據(jù)燃燒反應(yīng)方程式，可以

計(jì)算出使燃料完全燃燒時(shí)所需要的氧量，從而可以得到所需的空氣量，稱為理想空氣QT。但是實(shí)際上完全燃燒所需的空氣量QP，要超過理論計(jì)算的量，即要有一定的過�？諝饬�。由于煙氣的熱損失占鍋爐熱損失的絕大部分，當(dāng)過�？諝庠龆鄷r(shí)，一方面使?fàn)t膛溫度降低；另一方面使煙氣熱損失增多。因此過�？諝饬繉Σ煌�的燃料都有一個(gè)最優(yōu)值，以滿足經(jīng)濟(jì)燃燒的要求[10]。

過�？諝饬砍Ｓ眠^�？諝庀禂�(shù)?來表示，即實(shí)際空氣量QP與理論空氣量QT之比為：

? = QP/QT (3.2) 因此，?是衡量經(jīng)濟(jì)燃燒的一種指標(biāo)。保證鍋爐熱效率最高的?值稱為最佳?值，

最佳?值與鍋爐負(fù)荷有關(guān)，一般?在1.2-1.4之間。

?很難直接測量，但是可用煙氣氧含量百分?jǐn)?shù)A0來衡量。在完全燃燒情況下，

存在以下近似式

? = 21/(21-A0) (3.3)

當(dāng)?=1.2-1.4時(shí)，相應(yīng)A0為3.5-6（O2%）.最佳的氧量值與負(fù)荷關(guān)系為

A0 = 6-D/50 (3.4)

式中，D為負(fù)荷百分?jǐn)?shù)。

第4章 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1設(shè)計(jì)方案

由于鍋爐是一個(gè)復(fù)雜的控制對象，所以我們要想對其進(jìn)行全面的監(jiān)控是很難做到的，在前面我們也都講過鍋爐可以分成為若干個(gè)控制環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，所以我們設(shè)計(jì)的時(shí)候也要這么考慮。在本文中我們是將鍋爐控制分為三個(gè)環(huán)節(jié)，但是這三個(gè)環(huán)節(jié)并不是孤立的，它們之間也是相互關(guān)聯(lián)的。下面我們就將三個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方案一一介紹。

4.1.1汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前面我們已經(jīng)說過液位對于整個(gè)系統(tǒng)的重要性，這里我們就不做敘述了。汽包水位的控制手段主要是控制給水量，基于這一原理我們可以用汽包的液位去控制給水量，這樣構(gòu)成的是單回路控制系統(tǒng)。但是由于這樣控制下，控制效果并不理想，所以我們可以再引入飽和蒸汽溫度這個(gè)量，蒸汽的溫度越高說明爐膛內(nèi)的壓力越大，這樣產(chǎn)生的熱量就越多，所以自然而然需要的水量就要增加，所以我們可以用汽包液位與飽和蒸汽溫度組成串級控制系統(tǒng)這樣可以滿足汽包液位在一定的穩(wěn)定狀態(tài)下。如圖4.1所示：

圖4.1 汽包水位控制簡圖

4.1.2燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

現(xiàn)代鍋爐中可以分為燃油鍋爐和燃煤鍋爐。本文所采用的是燃油鍋爐。對于現(xiàn)代大型的燃油鍋爐，多采用微正壓燃燒。這樣可以減少漏風(fēng)，實(shí)現(xiàn)低氧燃燒，從而防止鍋爐受熱面積的腐蝕和污染等。由于低氧燃燒時(shí)過�？諝庀禂�(shù)很小，在符合變動(dòng)時(shí)更應(yīng)該注意燃料量與空氣量的配合恰當(dāng)，否則會(huì)產(chǎn)生不完全燃燒，引起爐膛爆炸，受熱面污染，尾部再燃等事故。因此燃燒系統(tǒng)對于壓力的穩(wěn)定要求很高，所以我們可以考慮用壓力去控制燃燒，在本文中我們采用的是爐膛負(fù)壓與飽和蒸汽壓力組成串級控制去控制燃燒系統(tǒng)。前面我們也介紹過主蒸汽（飽和蒸汽）和爐膛壓力對整個(gè)燃燒系統(tǒng)的重要性這里就不做敘述。但是用這兩個(gè)量去控

制燃燒系統(tǒng)安全是沒有問題，但是要做到經(jīng)濟(jì)燃燒卻是很難�；�于這一點(diǎn)我們還

要控制送風(fēng)量，在這里我們選用主蒸汽（飽和蒸汽）的壓力去控制送風(fēng)量。如圖

4.2所示是鍋爐燃燒控制的簡圖。

圖4.2 鍋爐燃燒系統(tǒng)簡圖

4.1.3過熱蒸汽溫度控制

過熱蒸汽的溫度是鍋爐生產(chǎn)過程的重要參數(shù)，一般由鍋爐和汽輪機(jī)生產(chǎn)的工藝確定。從安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)上看，必須控制過熱蒸汽溫度在允許范圍之內(nèi)。需要指出的是，由于不同的工藝情況，過熱蒸汽溫度被控過程的控制難度具有極大的差異，假若減溫器采用混合器，而且在減溫器出口有允許安裝測溫元件，對于這種情況我們就采用如圖4.3的控制方案，這樣能得到滿意的控制效果。這個(gè)方案是兩個(gè)溫度的串級控制，但是該方案設(shè)計(jì)的前提是減溫器到過熱器之間有

預(yù)留孔，允許安裝測溫元件去測量溫度[11]。

圖4.3 過熱蒸汽溫度控制簡圖

第7章 結(jié)束語

基于組態(tài)軟件（MCGS）的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1 控制功能完善，系統(tǒng)不僅能完成更加復(fù)雜的計(jì)算，邏輯控制，還加入了鍋爐控制信息控制系統(tǒng)，保留了鍋爐運(yùn)行的歷史曲線，實(shí)時(shí)曲線，報(bào)警顯示，數(shù)據(jù)存貯，為鍋爐的安全運(yùn)行以及維修技術(shù)改造提供了依據(jù)。

2 集中顯示操作，微機(jī)顯示屏取代了龐大的現(xiàn)實(shí)操作盤，過程信號以多種畫面或數(shù)據(jù)形式顯示，運(yùn)行員利用鍵盤操作，實(shí)現(xiàn)集中管理大大提高了鍋爐系統(tǒng)的效率，減少了錯(cuò)誤操作。

3 系統(tǒng)拓展靈活，應(yīng)用微機(jī)技術(shù)，各種功能主要依靠軟件通過公用軟件完成，修改控制方案時(shí)只需要改軟接線即可，系統(tǒng)升級更加靈活。綜上所述，基于組態(tài)軟件的鍋爐監(jiān)控控制系統(tǒng)是現(xiàn)在很實(shí)用經(jīng)濟(jì)的控制實(shí)施方式。

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致 謝

在論文工作即將結(jié)束之際，在此向我的導(dǎo)師蘇成利老師表示深深地感謝。在學(xué)習(xí)期間，能遇到這樣學(xué)識淵博的好導(dǎo)師，我感到非常的幸運(yùn)。在我做論文期間，蘇成利老師給予了悉心指導(dǎo)，從論文的整體方向確定到具體步驟的實(shí)施，他都給予我細(xì)心的幫助，經(jīng)常在百忙之中抽出時(shí)間為我指導(dǎo)，在理論上給我指明方向，在實(shí)踐中為我解答疑問。尤其在平時(shí)的學(xué)習(xí)和工作中，蘇成利老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，實(shí)事求是的工作作風(fēng)，甘于奉獻(xiàn)的高尚品德給我留下了深刻的印象，成為我終生學(xué)習(xí)的楷模。

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