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1、课程（设计说明书）论文题目：燃气锅炉燃烧控制系统课程：新能源自动化课程设计院（部）：热能工程学院专业：新能源科学与工程燃气锅炉燃烧控制系统摘要：随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，以及人们生活水平的不断提高，对城市生活供暖的用户数量和供暖质量提出了越来越高的要求。燃气锅炉燃烧控制系统，是基于PlD和PLC的技术的燃气锅炉燃烧控制系统。该控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分别通过不同的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。系统运行稳定、可靠。采用锅炉的此控制不仅可大大节约能源，促进环保，而且可
2、以提高生产自动化水平，具有显著的经济效益和社会效益。关健词：燃烧控制系统、汽压控制、炉膛压力控制0、引言燃烧控制系统是锅炉的主控系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。目前大部分的锅炉燃烧控制系统仍然采用PlD控制。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分别通过不同的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。燃烧过程自动控制系统的方案，与锅炉设备的类型、运行方式及控制要求有关，对不同的情况与要求,控制系统的设计方案不一样。将单元机组燃烧过程被控对象看作是一个多变量系统,设计控制系统时，充
3、分考虑工程实际问题，既保证符合运行人员的操作习惯，又要最大限度的实施燃烧优化控制。1、锅炉情况：燃气蒸汽锅炉是用天然气、液化气、城市煤气等气体燃料作燃料，在炉内燃烧放出来的热量，加热锅内的水，并使其汽化成蒸汽的热能转换设备。水在锅（锅筒）中不断被炉里气体燃料燃烧释放出来的能量加热，温度升高并产生带压蒸汽，由于水的沸点随压力的升高而升高，锅是密封的，水蒸气在里面的膨胀受到限制而产生压力形成热动力（严格的说锅炉的水蒸气是水在锅筒中定压加热至饱和水再汽化形成的）作为一种能源广泛使用。锅炉主要由锅壳和炉胆两大主体和保证其安全经济连续运行的附件，仪表附属设备，自控和保护系统等构成。这种锅炉是带水冷璧的锅
4、筒式锅炉，锅筒内左右分区安排两个回程的烟火管，在锅筒前部的前烟箱折返。锅筒和下连箱之间，有下降管和水冷璧管，构成燃烧室的框架。锅筒上部有汽水分离器，以减少水蒸气带出的水。锅体受热面是锅筒的下部，水冷璧管和烟火管.蒸汽锅炉基本组件及其工作原理蒸汽锅炉是由一系列的设备构成，大体可分为主要部件和辅助设备两个方面。锅炉的主要部件有：1、炉膛：保证锅炉燃料燃尽并使出口烟气温度冷却到对流受热面能够安全工作的数值；2、省煤器：利用锅炉尾部烟气的热量加热给水，以降低排烟温度，并起到节约燃料的作用。3、锅筒：将锅炉各受热面联结在一起并和水冷壁，下降管等组成水循环回路。锅筒储存汽水，可适应负荷变化，内部设有汽水分
5、离装置以保证汽水品质，直流锅炉无锅筒。4、水冷壁：锅炉的主要辐射受热面，吸收炉膛辐射热，加热工质，保护炉墙等。5、燃烧设备：将燃料和燃烧所需空气送入炉膛并使燃料着火稳定，燃烧良好；6、空气预热器：加热燃料用的空气，以加强着火和燃烧；吸收烟气余热，降低排烟温度，提高锅炉效率。7、炉墙：是锅炉的保护外壳，起密封和保温作用。小型锅炉的重型炉墙也可起支承锅炉部件的作用。8、构架：支承和固定锅炉部件锅炉的辅助设备主要有：1、引风设备：通过引风机和烟筒将锅炉运行中产生的烟气送往大气。2、除尘设备：除去锅炉烟气中的飞灰。3、燃料供应设备：存储和运输燃料功能。4、给水设备：由给水泵将经过水处理设备处理后的给水
6、送入锅炉。5、除尘除渣设备：从锅炉中除去灰渣并运走。6、送风设备：通过送风机将空气预热器加热后的空气输往炉膛及磨煤装置应用。7、自动控制设备：自动检测、程序控制、自动保护和自动调节。2、燃烧器选型结构组成：燃烧器是一种将燃料和空气，按所要求的浓度、速度、湍流度和混合方式送入炉膛，并使燃料能在炉膛内稳定着火与燃烧的热能装置。燃料以燃油和燃气为主。一般应用在中小型燃油或燃气锅炉上。燃气燃烧器构造由以下5个系统组成：1、送风系统：送风系统的功能在于向燃烧室里送入一定风速和风量的空气，其主要部件有:壳体、风机马达、风机叶轮、风枪火管、风门控制器、风门档板、凸轮调节机构、扩散盘。2、点火系统：点火系统的
7、功能在于点燃空气与燃料的混合物，其主要部件有：点火变压器、点火电极、电火高压电缆。3、监测系统：监测系统的功能在于保证燃烧器安全、稳定的运行，其主要部件有火焰监测器、压力监测器、温度监测器等。4、燃料系统：燃料系统的功能在于保证燃烧器燃烧所需的燃料。燃油燃烧器的燃料系统主要有：油管及接头、油泵、电磁阀、喷嘴、重油预热器。燃气燃烧器主要有过滤器、调压器、电磁阀组、点火电磁阀组然、燃料蝶阀。5、电控系统：电控系统是以上各系统的指挥中心和联络中心，主要控制元件为程控器，针对不同的燃烧器配有不同的程控器，常见的程控器有：LFL系列、LAL系列、LoA系列、LGB系列，其主要区别为各个程序步骤的时间不同
8、。性能特点：1、热效率高：能适应压力波动，自行调节一次配风（即燃气压力大，吸入一次风多；燃气压力小，吸入一次风少），燃烧充分，热效率高；2、安全性高：该燃烧器配备小火。锅炉启动时，先点小火，当小火正常稳定燃烧时，自控系统才打开主燃气阀门，燃料才能进入锅炉正常燃烧，不会产生爆燃现象；3、燃料适应性强：该种燃烧器只需更换少量部件就能适用于天然气、液化石油气、煤气、液化石油混合气以及其它类燃气。工作过程：当可燃气体（城市煤气、天然气、液化石油气）由微电脑控制系统按程序控制进入燃烧器的燃烧头内，由一次风与可燃气体混合，点火燃烧，二次风助燃，实现充分燃烧。燃烧状况由火焰自动跟踪系统检测控制燃烧，当燃烧出
9、现故障（燃烧室缺氧、可燃气体欠压、可燃烧气体断流、气量不足等），控制系统发出指令，供气系统的电磁阀迅速关闭，切断气电源，燃烧器自动吹扫后停机，指示故障。调节方式：两段火调节方式：两级火力，通常是通过外部两组触点1XJ、2XJ实现选择运行，有三个状态：大火、小火、停止。比例调节式（R）运行：指火力按模拟量信号（4-2OmA）变化。启动时，打开电磁阀进入点火负荷通过数字步进电机控制回油调节阀达到满负荷通过对回油调节阀的控制部分负荷和满负荷之间调节功3、燃烧与汽压控制设计：燃烧过程特点、工况要求：锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的要求，同时还要保证锅
10、炉安全经济运行。一台锅炉的燃料量、送风量和引风量三者的控制任务是不可分开的，可以用三个控制器控制这三个控制变量，但彼此之间应互相协调，才能可靠工作。对给定出水温度的情况，则需要调节鼓风量与给燃料量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态。同时应使炉膛内存在一定的负压，以维持锅炉热效率、避免炉膛过热向外喷火，保证了人员的安全和环境卫生。燃气锅炉汽包压力与炉膛火力的控制系统原理图:燃烧火力给定信号形态及其与燃烧器的关联作用方式:P为机组负荷热量信号为DdPbdt,控制系统包括：滑压运行主汽压力设定值计算模块（由热力系统实验获得数据，再拟合成可用DCS折线功能块实现的曲线）、负荷一送风量模糊计算模块、主蒸汽
11、压力控制系统和送、引风控制系统等。主蒸汽压力控制系统采用常规串级PID控制结构。当外界对锅炉蒸汽负荷的要求变化时，必须相应的改变锅炉燃烧的燃料量。燃料量控制是锅炉控制中最基本也是最主要的一个系统。因为给燃料量的多少既影响主汽压力，也影响送、引风量的控制，还影响到汽包中蒸汽蒸发量及汽温等参数，所以燃料量控制对锅炉运行有重大影响。燃烧过程的经济与否可以通过剩余空气系数是否合适来衡量,过剩空气系数通常用烟气的含氧量来间接表示。实现经济燃烧最基本的方法是使风量与燃料量成一定的比例。送风量控制子系统的任务就是使锅炉的送风量与燃料量相协调，可以达到锅炉的最高热效率，保证机组的经济性,但由于锅炉的热效率不能
12、直接测量,故通常通过一些间接的方法来达到目的。说明调节过程和控制原理：在锅炉燃烧过程中，用常规仪表进行控制，存在滞后、间歇调节、烟气中氧含量超过给定值、低负荷和烟气温度过低等问题。采用PLC对锅炉进行控制时，由于它的运算速度快、精度高、准确可靠，可适应复杂的、难于处理的控制系统。因而，可以解决以上由常规仪表控制难以解决的问题。所选择的PLC系统要求具有较强的兼容性，可用最小的投资使系统建成及运转；其次，当设计的自动化系统要有所改变时，不需要重新编程，对输入、输出系统不需要再重新接线，不须重新培训人员，就可使PLC系统升级；最后，系统性能较高。4、炉膛压力控制设计：炉膛压力变化因素、过程特点、工
13、况要求：炉膛压力控制系统也叫引风控制系统，它的任务是通过调节引风机入口挡板的位置，使引风量与送风量相适应，从而维持炉膛压力在允许的范围内，确保锅炉安全运行。炉膛压力控制是火力发电厂燃烧控制系统的一个重要组成部分,炉膛压力的稳定与否直接关系到机组运行的安全性与经济性。锅炉除配有相应的仪表系统外,主要有以下控制系统:汽包液位控制系统；燃料控制系统；过热器和再热器出口蒸汽温度的控制系统；燃烧器程序控制系统等等。不同类型的锅炉，尽管其控制系统不尽相同，但是它们的工作原理大体是相同的。最重要的系统是燃烧控制系统。其主要功能是控制炉膛的燃料的空气的输入量，或控制燃烧率，以适应锅炉负荷的变化。对锅炉运行和控
14、制系统来说，锅炉出口蒸汽压力的变化经常作为燃料量的输入和蒸汽量的输出之间不平衡的一个标志。引起蒸汽压力变化的因素很多，其中主要的扰动量是燃料量（内扰）和蒸汽量的变化（外扰燃烧控制系统的基本要求是：迅速适应外界负荷需求的变化；及时消除锅炉燃料侧的自发扰动；维持调节过程中各被调量在允许的范围内；保证锅炉运行的安全性和经济性。燃料控制系统一般包括燃料控制、引风控制和鼓风控制三个子系统。燃料控制子系统：燃料控制子系统中，蒸汽压力的实际值相对于其设定值的偏差输入到蒸汽压力控制器，经控制运算后输出调整锅炉燃烧率的指令信号；燃烧控制器根据锅炉燃烧率的指令信号的变化调整入炉燃料量。引风控制子系统：引风控制子系
15、统的任务是通过调整锅炉引风量，保证炉膛负压（除卧式内燃炉）在规定的范围内。由于蒸汽量的波动和送风量是引起负压变化的主要原因，可将蒸汽量或送风量作为前馈信号引入调节器，提高引风系统的稳定性，减小炉膛负压的动态偏差。鼓风控制子系统：锅炉燃烧率的指令信号也加入到鼓风控制子系统中，对鼓风量进行调整。为保证燃烧的过程的经济性，即保证燃烧过程合适的燃料和风量的比值，常采用具有烟气氧量校正调节的鼓风控制系统，形成有燃料量前馈调节的串级控制系统，在保证送风量与燃料量基本成比例的粗调的基础上，进一步通过氧量校正对送风量进行调节，保证烟气含氧量等于设定值，实现经济燃烧的细调。炉膛压力的控制系统原理图：说明调节过程
16、和控制原理锅炉控制首要任务是保证设备稳定运行,对于大多数锅炉保证其安全运行的最基本条件是维持合适的炉膛负压，相对安全而言，引风控制比燃料控制更重要。而且炉膛负压对经济燃烧影响较大，他影响着燃烧状况和排热量损失。所以实际锅炉控制系统中，把负压控制（引风控制）回路定义为第一控制回路，给燃料控制回路反而是第四控制回路，以表示负压控制安全级别最高。例如燥粉锅炉若引风机故障导致无引风时，继续往炉内输入燃料，可能导致炉膛爆炸这样的恶性事故，所以在锅炉连锁报系统设计中，引风控制回路的级别最高，即引风故障导致低级别的给煤控制产生联锁保护，而给煤故障并不会触发引风控制联锁保护。同时炉膛负压的测量易受到锅炉正常维
17、护操作的干扰,也容易受到负压取样管堵塞而给出错误信号。5、仪表装置选型:仪表、控制装置的选型：任何一套控制系统要想充分发挥它的功能作用，正确、合适的仪表选型是至关重要的。然而仪表的选型也时复杂的工作。对于不同的控制对象，仪表选型会有很大不同，甚至相同控制对象的不同工况条件，仪表选型也会千差万别0仪表选型的根本原则是根据控制的实际对象、实际工况、实际功能来选择合适的仪表类型。1、燃气燃烧器选配威索燃气燃烧器WM-GIO/3-AZM；2、火力调节器选配SIEMENSRWF40型号；3、压力变送器选择JKS318智能型压力变送器，该变送器采用高性能的感压芯片，配合先进的电路处理和温度补偿技术，将压力
18、变化转化为420mA的线性电流，压力测量范围最大为040MPa,最小为OlKPa;控制设备表：序号货物名称规格型号数量1燃气热水锅炉本体WNSl.4-1.0/95/70-Q12燃烧罂原装进口低氮型200mg,配套1.4MW锅炉13原装进口网组配套14自动控制柜琴台式彩色液晶显示屏15烟囱配套排烟温度120T16配套阀门、仪表配食1.4MI锅炉15.3、重要安装事项：1、在安装工作开始前要断开主开关和保护开关。忽视此点可能导致受到电击，造成伤亡事故。2、由于燃气泄漏可能形成可爆炸的燃气-空气混合。在遇到明火时可能造成爆炸。3、燃烧器功率必须符合加热装置的功率范围。铭牌上的功率数据是燃烧器可能达到的最低和最高功率。4、一些燃烧器部件（如火焰筒、燃烧器法兰等）在设备运行时发热。触摸前要注意先让其冷却。5、多个控制器并排安装间隙最小纵向30.5mm,水平10.5mmo参考文献：1周国庆，孙涛.锅炉工安全技术.北京：化学工业出版社.20052潘永湘过程控制与自动化仪表北京：机械工业出版社20073丁崇功工业锅炉设备北京：机械工业出版社20054俞金寿，孙自强过程自动化及仪表北京：化学工业出版社20075刘德昌锅炉改造技术北京：中国电力出版社20006丁崇功工业锅炉设备北京：机械工业出版社20057潘立登，李大宇过程控制技术原理及运用北京：中国电力出版社2007
