鍋爐控制系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)方案

鍋爐通常有水位控制、蒸汽溫度控制和燃燒控制三個(gè)緊張控制系統(tǒng)。三個(gè)系統(tǒng)互相聯(lián)系、互相配合，共同完成供應(yīng)生產(chǎn)所需的蒸汽，保持蒸汽壓力、溫度穩(wěn)定，同時(shí)使鍋爐在安全和經(jīng)濟(jì)的工況下運(yùn)行。是一個(gè)鍋爐控制系統(tǒng)的總圖，可以了解各控制系統(tǒng)的組成與其間的聯(lián)系。

1.給水控制系統(tǒng)

汽包水位的測(cè)量采用差壓變送器，其輸出經(jīng)低通濾波器f ( t)以平滑阻尼水位的高頻脈動(dòng)。另外，汽包壓力P經(jīng)過變送器測(cè)出并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)，經(jīng)過非線性函數(shù)單元f ()和乘法器的作用對(duì)水位信號(hào)進(jìn)行壓力校正，使水位信號(hào)更為精確，減少虛假水位的影響。校正后的水位信號(hào)分為兩路，一路送低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)給水調(diào)節(jié)器G，另一路送至正常負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)的加法器，作為三沖量給水調(diào)節(jié)的主信號(hào)。鍋爐給水是通過并行的兩個(gè)大小調(diào)節(jié)閥門即正常負(fù)荷調(diào)節(jié)閥1和低負(fù)荷調(diào)節(jié)閥2分別進(jìn)行控制的。當(dāng)鍋爐在低負(fù)荷（<30%額定負(fù)荷)運(yùn)行時(shí)，正常負(fù)荷調(diào)節(jié)閥l關(guān)閉，鍋爐水位信號(hào)通過低負(fù)荷調(diào)節(jié)器G控制低負(fù)荷調(diào)節(jié)閥門2的開度以調(diào)節(jié)給水量。這時(shí)，只是以鍋爐水位為被調(diào)量的單回路控制系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐負(fù)荷大于30%額定負(fù)荷時(shí)，低負(fù)荷調(diào)節(jié)閥已經(jīng)開至zui大，則自動(dòng)切換到以水位H為主被調(diào)量，給水流量W為副被調(diào)量，蒸汽流量D為前饋量的前饋─反饋串級(jí)控制系統(tǒng)，即通常稱為三沖量給水控制系統(tǒng)。這時(shí)，緊張用調(diào)節(jié)正常負(fù)荷的調(diào)節(jié)閥門1。當(dāng)給水流量由小到大時(shí)，先開小閥門后開大閥門;反之，減少給水流量，先關(guān)大閥門后關(guān)小閥門的控制方式稱為分程控制。使用兩個(gè)閥門是為了克服用大閥門控制小流量難以精確的困難。

⒉蒸汽溫度控制系統(tǒng)

圖中主蒸汽出口蒸汽溫度G,為主被調(diào)量，經(jīng)測(cè)量和變送后送至主調(diào)節(jié)器T，副被調(diào)量是減溫器后的蒸汽溫度0，經(jīng)測(cè)量、變送后送至副調(diào)節(jié)器，其輸出控制減溫水的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，以改變減溫水流量。這個(gè)系統(tǒng)是典型的串級(jí)控制系統(tǒng)。

本系統(tǒng)中測(cè)量溫度選用的是紹興中儀PT100熱電阻及SBWZ8000系列溫度變送器。

3.燃燒控制系統(tǒng)

燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)是使燃燒產(chǎn)生的熱量適應(yīng)負(fù)荷的需要并維持鍋爐出口蒸汽壓力Rs穩(wěn)定;保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性;維持爐膛負(fù)壓P穩(wěn)定。為此設(shè)置了如下三個(gè)互干系聯(lián)的控制系統(tǒng)，如下圖所示。

圖：鍋爐的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖

(1）主蒸汽壓力與流量的串級(jí)交叉限幅控制系統(tǒng)，以主被調(diào)量為出口蒸汽壓力PM，副被調(diào)量為燃料流量及空氣流量所組成的交叉限幅串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這系統(tǒng)帶有燃料閥后壓力選擇性調(diào)節(jié)。為了保證燃燒器的正常運(yùn)行，當(dāng)燃燒器前(調(diào)節(jié)閥后）的壓力PM低于某數(shù)值時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器發(fā)出大信號(hào)，通過高值選擇器3的切換動(dòng)作，取代正常工況的蒸汽壓力調(diào)節(jié)器去控制調(diào)節(jié)閥，從而使Pw保持在一定數(shù)值，不致過低而產(chǎn)生熄火。當(dāng)鍋爐帶固定負(fù)荷時(shí)，鍋爐負(fù)荷由定值器給定。此時(shí)，燃料流量決定于定值器的輸出信號(hào)，而與蒸汽壓力調(diào)節(jié)器的輸出無關(guān)。

為了保證燃料在動(dòng)態(tài)過程中完全燃燒，在系統(tǒng)中應(yīng)用了高值選擇器1和低值選擇器2以實(shí)現(xiàn)加負(fù)荷時(shí)先加風(fēng)，后加燃料，減負(fù)荷時(shí)先減燃料后減風(fēng)，目的是不使煙囪冒黑煙。燃燒控制系統(tǒng)的構(gòu)成是這樣的:主蒸汽出口壓力R的信號(hào)送至壓力調(diào)節(jié)器，與給定值尸R比較運(yùn)算后，其輸出分別送給高值選擇器l及低值選擇器2的比較信號(hào)一端。燃料流量信號(hào)測(cè)出并經(jīng)阻尼器f ( f)平滑后送至高值選擇器l，另一端與壓力調(diào)節(jié)器的輸出進(jìn)行比較，選擇信號(hào)高者作為輸出。空氣流量F經(jīng)測(cè)量、阻尼平滑后送至乘法器，乘法器另一個(gè)信號(hào)來自空氣溫度函數(shù)變送器f(對(duì))，用以校正空氣因溫度變化而引起的膨脹效應(yīng)。校正后的空氣流量信號(hào)送至第二個(gè)乘法器，這個(gè)乘法器是由煙氣氧含量調(diào)節(jié)器的輸出來改變空氣流量比例系數(shù)的。第二乘法器輸出分兩路，一路送至低值選擇器2的一端，另一路送至綜合比較器的左端。綜合比較器右端是接收高值比較器3的輸出信號(hào)，將這兩個(gè)信號(hào)綜合比較后其差值信號(hào)送空氣流量調(diào)節(jié)器G，去調(diào)節(jié)空氣流量的翻板閥門。

當(dāng)要增大負(fù)荷時(shí)，首先壓力主調(diào)節(jié)器R的輸出增大，這將使高值選擇器1動(dòng)作，選擇主調(diào)節(jié)器的信號(hào)輸出到綜合比較器，然后再通過空氣調(diào)節(jié)器去開大空氣閥門，增加空氣量。當(dāng)空氣流量增大后，其信號(hào)送至低值選擇2，由其輸出控制燃料調(diào)節(jié)器逐步加大燃料流量。若空氣流量信號(hào)增至大于主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)時(shí)，則低值選擇器切換由主調(diào)節(jié)器輸出控制燃料流量。反之，當(dāng)減少負(fù)荷時(shí)，低值選擇器首先動(dòng)作，由主調(diào)節(jié)器的輸出控制降低燃料流量，然后再通過高值選擇器1去降低空氣的流量。這樣就實(shí)現(xiàn)了加負(fù)荷時(shí)先加風(fēng)，后加燃料;減負(fù)荷時(shí)先減燃料后減風(fēng)的交叉限幅控制。

(2)以煙氣含氧量作為燃燒經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，燃燒的經(jīng)濟(jì)性是以燃料流量與空氣流量有zui佳的配比來實(shí)現(xiàn)的?？諝獾牟蛔?，使燃燒不充分;空氣過量，使排煙帶走熱量過多。二者都不經(jīng)濟(jì)。以檢測(cè)煙氣含氧量作為燃燒經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是一種普遍采用的方法。圖中是以檢測(cè)煙道的氧氣含量通過調(diào)節(jié)O;來改變第二乘法器的系數(shù)，從而改變空氣流量的比例系數(shù)，實(shí)現(xiàn)燃料與空氣的配比zui佳。由于鍋爐在負(fù)荷不同時(shí)，煙氣含氧量的zui佳值是有變化的.所以，氧氣調(diào)節(jié)器的給定值應(yīng)由蒸汽流量信號(hào)通過函數(shù)變換單元來校正，煙氣合氧的定值隨鍋爐負(fù)荷而改變。

(3）爐膛負(fù)壓P控制系統(tǒng)以爐膛負(fù)壓P為被調(diào)節(jié)量，并帶有送風(fēng)調(diào)節(jié)器輸出為前饋量，通過加法器綜合后去控制引風(fēng)量調(diào)節(jié)器，組成前饋—反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。

鍋爐控制系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)中為了消除蒸汽流量、燃料流量、空氣流量、鍋爐汽包水位和爐膛負(fù)壓等被測(cè)信號(hào)的脈動(dòng)，采用阻尼器f ( t)以平滑高頻脈動(dòng)干擾，使整個(gè)控制系統(tǒng)工作平穩(wěn)。