鍋爐手冊 鍋爐工操作控制手冊 鍋爐操作學(xué)習(xí)資料工業(yè)鍋爐控制手冊

1、homewell目錄第一章鍋爐自動調(diào)節(jié)的任務(wù).2第二章鍋爐給水系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié).3第一節(jié) 鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)對象的特性.5第二節(jié) 單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng).6第三節(jié) 雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng).7第四節(jié) 三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng).8第三章鍋爐蒸汽過熱系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié).10第一節(jié) 過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對象的特性10第二節(jié) 調(diào)節(jié)減溫水的流量控制過熱器出口蒸汽溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)11第四章鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié).14第一節(jié) 鍋爐燃燒系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的任務(wù)14第二節(jié) 鍋爐燃燒過程調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性15第三節(jié) 燃煤鍋爐燃燒過程的自動調(diào)節(jié)18第四節(jié) 燃油鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)22第五節(jié) 鍋爐燃燒凋節(jié)系統(tǒng)的整定. 25參考數(shù)目：1.化工自動化叢書鍋爐設(shè)備的自

2、動調(diào)節(jié)，孫優(yōu)賢、孫紅主編，化學(xué)工業(yè)出版社198252.工業(yè)鍋爐自動控制，張亮明、夏桂娟主編，中國建筑工業(yè)出版社，1987.113.燃油燃?xì)忮仩t房設(shè)計手冊，燃油燃?xì)忮仩t房設(shè)計手冊編寫組，機(jī)械工業(yè)出版社，1998.64.工業(yè)鍋爐節(jié)能技術(shù)，鹿世金編著，兵器工業(yè)出版社， 1993.125.工業(yè)鍋爐熱工檢測與過程控制，張亮明、夏桂娟主編，天津大學(xué)出版社，1992.9第一章 鍋爐自動調(diào)節(jié)的任務(wù)鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)的重要動力設(shè)備，工業(yè)鍋爐的生產(chǎn)任務(wù)是根據(jù)負(fù)荷設(shè)備的要求，生產(chǎn)具有一定參數(shù)（壓力和溫度）的蒸汽和熱水。為了滿足負(fù)荷設(shè)備的要求，保證鍋爐本身運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，工業(yè)鍋爐具有以下自動調(diào)節(jié)任務(wù)： 一、保持汽包

3、水位在規(guī)定的范圍內(nèi)鍋爐汽包水位高度，關(guān)系著汽水分離的速度和生產(chǎn)蒸汽的質(zhì)量，也是確保安全生產(chǎn)的重要參數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代的鍋爐要向蒸發(fā)量大，汽包容積相對減小方向發(fā)展。這樣，要使鍋爐的蒸發(fā)量隨時適應(yīng)負(fù)荷設(shè)備的需要量，汽包水位的變化速度必然很快，稍微、不注意就容易造成汽包滿水，或者燒成干鍋。在現(xiàn)代鍋爐操作中，即使是缺水事故，也是非常危險的，這是因為水位過低，就會影響自然循環(huán)的正常進(jìn)行，嚴(yán)重時會使個別上水管形成自由水面，產(chǎn)生流動停滯，致使金屬管壁局部過熱而爆管。無論滿水或缺水都會造成事故。因此，必須對汽包水位進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，將水位嚴(yán)格控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)二、穩(wěn)定蒸汽的溫度過熱蒸汽的溫度是生產(chǎn)

4、工藝確定的重要參數(shù)，蒸汽溫度過高會燒壞過熱器水管，對負(fù)荷設(shè)備的安全運行帶來不利因素。因為新型的蒸汽鍋爐，一般金屬強(qiáng)度的安全系數(shù)設(shè)計得比較下，超高溫嚴(yán)重還會使汽輪機(jī)或其他負(fù)荷設(shè)備膨脹過大，使汽輪機(jī)的軸向推力增大而發(fā)生事故。蒸汽溫度過低會直接影響負(fù)荷設(shè)備的使用，對汽輪機(jī)來說，會影響它的效率，一般情況，進(jìn)汽溫度每降低5，效率降低1。因此，從安全生產(chǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上看，必須對蒸汽的溫度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使蒸汽溫度保持在額定值范圍之內(nèi)。 三、控制蒸汽壓力的穩(wěn)定蒸汽壓力是衡量蒸汽供求關(guān)系是否平衡的重要指標(biāo)，是蒸汽的重要工藝參數(shù)。蒸汽壓力過高或過低，對于金屬導(dǎo)管和負(fù)荷設(shè)備都是不利的。壓力太高，會加速金屬的蠕變，

5、壓力太低，就不可能提供給負(fù)荷設(shè)備符合質(zhì)量的蒸汽。在鍋爐運行過程中，蒸汽壓力降低，表明負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量大于鍋爐的蒸發(fā)量；蒸汽壓力升高，說明負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量小于鍋爐的蒸發(fā)量。因此，控制蒸汽壓力，是安全生產(chǎn)的需要，是維持負(fù)荷設(shè)備正常工作的需要，也是保證燃燒經(jīng)濟(jì)性的需要。四、控制爐膛的負(fù)壓在規(guī)定的范圍內(nèi)鍋爐極常運行中，爐膛壓力應(yīng)保持在1020pa的負(fù)擔(dān)范圍之內(nèi)。負(fù)壓過大，漏風(fēng)嚴(yán)重，總的風(fēng)量增加，煙氣熱量損失增大，同時引風(fēng)機(jī)的電耗增加，不利于經(jīng)濟(jì)燃燒；負(fù)壓偏正，爐膛要向外噴火，不利于安全生產(chǎn)，有害于環(huán)境衛(wèi)生。所以爐膛負(fù)壓必須進(jìn)行自動凋節(jié)。五、維持經(jīng)濟(jì)燃燒要使鍋爐燃燒過程出現(xiàn)最佳工況，提高鍋爐的效

6、率和經(jīng)濟(jì)性，必須使空氣和燃料維持適當(dāng)?shù)谋壤τ谌加湾仩t，現(xiàn)代的運行水平可以將燃燒室里的自由氧控制在0.51之內(nèi)，即過?？諝鉃?.45左右。將過?？諝饨档偷浇诶硐胨蕉植怀霈F(xiàn)co和冒黑煙，這就需要快速而精確地對燃燒過程進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使空氣和油呈現(xiàn)最佳的配比。否則，勢必增加熱量損失，降低經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，并造成對周圍環(huán)境的污染。工業(yè)鍋爐生產(chǎn)是一個復(fù)雜的調(diào)節(jié)對象，有許多個調(diào)節(jié)參數(shù)和被調(diào)節(jié)參數(shù)，還存在著錯綜復(fù)雜的擾動參數(shù)。這些參數(shù)的相互作 用如圖12所示。 燃 管 運 料 路 行 品 阻 狀 質(zhì) 力 況鍋爐設(shè)備 給水量 汽包水位 減溫水 蒸汽溫度 燃料量 蒸汽壓力 送風(fēng)量 煙氣含氧量 引風(fēng)量 爐膛負(fù)

7、壓 一次風(fēng) 蒸汽流量圖12 鍋爐輸入?yún)?shù)與輸出參數(shù)之間的相互影響示意圖圖中可以看出，鍋爐是一個多輸入，多輸出，多回路，非線性的相互關(guān)聯(lián)的對象，調(diào)節(jié)參數(shù)與被調(diào)參數(shù)之間，存在著許多交叉的影響。例如當(dāng)鍋爐的負(fù)荷變化時，所有的被調(diào)量都會發(fā)生變化。而當(dāng)改變?nèi)我粋€調(diào)節(jié)量時，也會影響到其他幾個被調(diào)量。因此，理想的鍋爐自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)該是多回路的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這樣當(dāng)鍋爐受到某一擾動后，同時協(xié)調(diào)地動作，改變其調(diào)節(jié)量，使所有的被調(diào)量都具有一定的調(diào)節(jié)精度。但這種調(diào)節(jié)十分復(fù)雜，要實現(xiàn)這樣的調(diào)節(jié)比較困難。目前根據(jù)鍋爐的運行經(jīng)驗，實際解決鍋爐自動調(diào)節(jié)任務(wù)的方法是將鍋爐當(dāng)作幾個相對獨立的調(diào)節(jié)對象所組成，相應(yīng)地設(shè)置幾個相對獨立的調(diào)

8、節(jié)系統(tǒng)，這樣可以適當(dāng)簡化 自動調(diào)節(jié)的問題。下面主要分別討論鍋爐幾個相對獨立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性，組成方案，調(diào)節(jié)方法和調(diào)節(jié)過程。第二章 鍋爐給水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)工業(yè)鍋爐的汽包水位是正常運行的主要指標(biāo)之一，汽包水位是一個十分重要的被調(diào)參數(shù)。由于汽包水位在鍋爐運行中占據(jù)首要地位，所以工業(yè)鍋爐自動化都是從給水自動調(diào)節(jié)開始的。工業(yè)鍋爐給水自動凋節(jié)的任務(wù)，是使給水量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量并維持汽包中的水位在工藝允許的范圍內(nèi)。鍋爐汽水系統(tǒng)如圖21所示。以汽包水位h作為被調(diào)量，以給水調(diào)節(jié)間作為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來改變調(diào)節(jié)量，即給水量。達(dá)到保持汽包水位在允許范圍的目的。鍋爐汽包水位的自動調(diào)節(jié)，是根據(jù)汽包水位的動態(tài)特性來設(shè)計的。引起水

9、位變化的因素很多，但主要擾動是給水量和蒸汽量的階躍變化，調(diào)節(jié)器就是依據(jù)水位信號、蒸汽流量和給水流量的偏差信號進(jìn)行調(diào)節(jié)的。汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)鍋爐的容量，負(fù)荷變化的速度，調(diào)節(jié)的精度要求，可分為三種類型：1以汽包水位為唯一凋節(jié)信號的單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)；2以汽包水位為主調(diào)節(jié)信號，以蒸汽流量為補充信號的雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)；3以汽包水位為主調(diào)節(jié)信號，以給水流量和蒸汽流量為補充信號的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。鍋爐汽包水位的自動調(diào)節(jié)，根據(jù)使用廠家的條件和要求，可選用電動儀表系列，也可選用氣動儀表系列。 第一節(jié) 鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)對象的特性鍋爐汽包中的水位不僅受到給水量（鍋爐的輸入量）和蒸發(fā)量（流出量）之間平衡關(guān)系的影響，

10、同時還受到在汽水循環(huán)管道中汽水混合物內(nèi)汽水容積變化的影響。因為鍋爐汽包中的水位h值不僅反映了汽包（包括水循環(huán)的管路）中的儲水容積，也反映了水面下氣泡的容積。水面下氣泡的容積又與鍋爐的負(fù)荷和蒸汽壓力有關(guān)。因此，影響鍋爐汽包中水位變化的因素是很多的，概括起來有四個主要方面：一是給水方面的擾動，包括給水母管壓力的變化和給水閥門和開度的變化；二是蒸汽負(fù)荷的變化；三是燃料量的變化，還包括影響燃料發(fā)熱量變化的種種因素；四是汽包壓力變化，壓力變化對汽包水位的影響，是通過汽包內(nèi)部汽水系統(tǒng)的“自凝結(jié)”和“自蒸發(fā)”過程起作用的。 在蒸汽發(fā)生過程中，汽包內(nèi)部可以看成由蒸汽空間的蒸汽容積vd、蒸發(fā)面以下的汽水容積，即

11、蒸汽容積vs和水容積vw，三部分組成，如圖2-2所示。根據(jù)物料平衡和熱平衡的關(guān)系，考慮到由于燃料量對汽包水位的影響有較大的傳送滯后和容量滯后，影響十分緩慢，可以忽略不計。對于汽包壓力的變化往往是由于蒸汽負(fù)荷變化所引起的，因此壓力的變化可歸并到蒸汽負(fù)荷中去，所以壓力變化對汽包水位的影響也可以忽略不計。這樣汽包水位調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性方程式，經(jīng)推導(dǎo)和化簡可寫成： （21）式中，h汽包水位的高度；tw給水流量項的時間常數(shù)，s；td蒸汽流量項的時間常數(shù)，s；kw給水流量項的放大倍數(shù)；kd蒸汽流量項的放大倍數(shù)；d鍋爐蒸汽流量，kg/s；w鍋爐給水流量，kg/s；，通過鍋爐汽包水位的動態(tài)微分方程式可以看出，

12、引起汽包水位變化的主要擾動是蒸汽流量的變化和給水流量的變化。下面我們將著重分析在給水流量（稱為內(nèi)干擾）和蒸汽流量（稱為外干擾）擾動下，汽包水位調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性。一、包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性如果蒸汽負(fù)荷量不變，給水量產(chǎn)生變化時，汽包水位調(diào)節(jié)對象的運動方程式可表示為： （22）二、汽包水位在蒸汽流量擾動下的動態(tài)特性 在蒸汽負(fù)荷增加的時候，雖然鍋爐的給水量小于蒸發(fā)量，可水位不但不下降，反而迅速上升，這種特殊現(xiàn)象稱為“虛假水位”現(xiàn)象?！疤摷偎弧碑a(chǎn)生的原因主要是，蒸汽流量增加，汽包內(nèi)的氣壓下降，爐水的沸點降低，使?fàn)t管和汽包內(nèi)的汽水混合物中的汽容積增加，體積膨脹，引起汽包水位上升。因“虛假水位

13、”現(xiàn)象而出現(xiàn)的水位最大偏差，是不可能依靠凋節(jié)來克服的。另外，當(dāng)鍋爐的負(fù)荷突然減小時，則汽包水位變化的情況是相反的，汽包水位先下降后上升。第二節(jié) 單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)以汽包水位為唯一調(diào)節(jié)信號的鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)稱作單沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其凋節(jié)系統(tǒng)示意圖如圖25所示。它是汽包水位自動調(diào)節(jié)中最簡單，最基本的一種調(diào)節(jié)形式。調(diào)節(jié)系統(tǒng)由汽包、水位變送器，凋節(jié)器和給水調(diào)節(jié)間組成。當(dāng)汽包水位發(fā)生變化時，水位變送器發(fā)出信號并輸入調(diào)節(jié)器，水位調(diào)節(jié)器根據(jù)水位的測量與給定值的偏差，經(jīng)過運算放大后輸出調(diào)節(jié)信號，去控制給水閥門，改變給水量來保持汽包水位在允許范圍內(nèi)。上述信號傳遞可用圖26的方塊圖表示。工業(yè)鍋爐的容量一般都在20

14、t/h以下，對于中小型鍋爐，由于汽包相對負(fù)荷而言，它的容量較大，水位受到擾動后的反應(yīng)速度比較慢，“虛假水位”現(xiàn)象不很嚴(yán)重，因此，一般采用單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)就可以滿足生產(chǎn)上的要求。由于工業(yè)鍋爐對汽包水位控制要求不高，采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律能得到較好的效果，所以目前工業(yè)鍋爐水位對象采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律很普遍。如果單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用比例積分調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)汽包水位，則可以實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。單沖量鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可用氣動儀表進(jìn)行調(diào)節(jié)工作，也可選用電動單元儀表組成凋節(jié)系統(tǒng)。不少自動化儀表廠還生產(chǎn)有成套的鍋爐自動控制裝置。如選用 ddz一ii型儀表組成調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其裝置方塊圖如圖2-7所示。 單沖量汽包水位調(diào)節(jié)的優(yōu)點是；系

15、統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對汽包容量比較大，水位在受到擾動后的反應(yīng)速度比較慢，“虛假水位”現(xiàn)象不很嚴(yán)重的鍋爐，采用單沖量水位調(diào)節(jié)是能夠滿足牛產(chǎn)要求的。 單沖量汽包水位調(diào)節(jié)存在著一些缺點，主要有：（1）這種調(diào)節(jié)方案只根據(jù)水位信號調(diào)節(jié)給水量，在鍋爐負(fù)荷變化大，即階躍擾動很大時，由于鍋爐的“虛假水位”現(xiàn)象，例如負(fù)荷蒸汽增加時，水位一開始先上升，調(diào)節(jié)器只根據(jù)水位作為調(diào)節(jié)信號，就去關(guān)小閥門減少給水量，這個動作對鍋爐流量平衡是錯誤的，它在調(diào)節(jié)過程一開始就擴(kuò)大了蒸汽流量和給水流量的波動幅度，擴(kuò)大了進(jìn)出流量的不平衡。（2） 從給水?dāng)_動下水位變化的動態(tài)特性可以看到，由于給水壓力改變等原因造成給水量變化時，調(diào)節(jié)器要等到水位變化

16、后才開始動作，而在調(diào)節(jié)器動作后又要經(jīng)過一段滯后時間才能對汽包水位發(fā)生影響，因此必將導(dǎo)致汽包水位波動幅度大，調(diào)節(jié)時間長。由于單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在這些缺點，對于虛假水位現(xiàn)象嚴(yán)重及水位反應(yīng)速度快的鍋爐，為例改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，滿足運行的需要，常采用雙沖量或三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。第三節(jié) 雙沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)雙沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是以鍋爐汽包水位信號作為主凋節(jié)信號，以蒸汽流量信號作為前饋信號，構(gòu)成的鍋爐汽包水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。雙沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖28所示，其方塊圖如圖29所示。雙沖量汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點是：（1）引入蒸汽流量前饋信號可以消除“虛假水位”現(xiàn)象對調(diào)節(jié)的不良影響。當(dāng)蒸汽量變化時，就有一個給水量與蒸汽量同方

17、向變化的信號，可以減少或抵消由于“虛假水位”現(xiàn)象而使給水量與蒸汽量相反方向變化的錯誤動作。使調(diào)節(jié)閥一開始就向正確的方向動作。因而能大大減小給水量和水位的波動，縮短過渡過程的時間。（2）引入了蒸汽流量前饋信號，能夠改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性，提高調(diào)節(jié)質(zhì)量。雙沖量汽包水位控制可用氣動單元組合儀表組成水位自控系統(tǒng)，也可選用電動單元組合儀表組成水位自控系統(tǒng)。目前，電動單元組合儀表使用較為廣泛。雙沖量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在的問題是：調(diào)節(jié)作用不能及時地反映給水方面的擾動。當(dāng)給水量發(fā)生擾動時，要等到汽包水位信號變化時才通過調(diào)節(jié)器操作執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)節(jié)，滯后時間長，水位波動大。因此，如果給水母管壓力經(jīng)常有波動，給水調(diào)節(jié)閥前

18、后壓差不能保持正常時，不宜采用雙沖量調(diào)節(jié)第四節(jié) 三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng) 三沖量鍋爐汽包給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是以汽包水位h為主調(diào)節(jié)信號，蒸汽流量d為調(diào)節(jié)器的前饋信號，給水流量w為調(diào)節(jié)器的反饋信號組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。三沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成原理如圖211所示。近代鍋爐都向大容量高參數(shù)的方向發(fā)展，一般講鍋爐容量越大，汽包的容水量相對就越小，允許波動的蓄水量就更少。如果給水中斷，可能在很短時間內(nèi)就會發(fā)生危險水位；如果僅僅是給水量與蒸汽量不相適應(yīng)，也可能在幾分鐘也可能在幾分鐘內(nèi)就會出現(xiàn)缺水和滿水的事故。因此，對汽包水位的控制要求將越來越高。三沖量汽包給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用蒸汽流量信號對給水流量進(jìn)行前饋調(diào)節(jié)，克服外擾影

19、響，用給水量信號作為反饋信號，克服內(nèi)擾影響，可以使給水調(diào)節(jié)能量大大提高。三沖量給水單級調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用電動組合儀表，如圖2-12所示。裝有三沖量調(diào)節(jié)裝置的鍋爐在運行時，由于引進(jìn)了蒸汽流量和給水流量的調(diào)節(jié)信號，調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作及時，抗干擾能力較強(qiáng)，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然發(fā)生變化，蒸汽流量信號使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向動作，即如蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大。抵消了由于虛假水位引起的反向動作，減小了給水流量的波動幅度，如果給水流量減少，則調(diào)節(jié)器立即根據(jù)給水流量減少的信號開大給水閥門，使給水流量維持不變。這樣，汽包水位很少受到影響。再者，給水流量信·號也是調(diào)節(jié)器動作后的反饋信號，使調(diào)節(jié)器及早知道調(diào)節(jié)效果

20、，能較好地控制水位的變化，改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。第三章 鍋爐蒸汽過熱系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)蒸汽過熱系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)任務(wù)是維持過熱器出口蒸汽溫度在允許范圍之內(nèi)，并保護(hù)過熱器，使過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度。蒸汽過熱系統(tǒng)包括一級過熱器、減溫器、二級過熱器等。在鍋爐生產(chǎn)中，整個汽水通道中溫度最高的是過熱蒸汽溫度。過熱器正常運行時的溫度一般要接近于材料所允許的最高溫度，如果過熱蒸汽溫度過高，則過熱器容易損壞，也會使汽輪機(jī)內(nèi)部引起過度的熱膨脹，嚴(yán)重影響生產(chǎn)運行的安全；過熱蒸汽溫度過低，則設(shè)備的效率將會降低一一般蒸汽溫度每降低510，效率約要降低1，同時使通過汽輪機(jī)最后幾級的蒸汽濕度增加引起葉片的磨損。因此

21、必須調(diào)節(jié)過熱器出口蒸汽溫度，使它不超出規(guī)定的范圍。對于中高壓鍋爐，過熱蒸汽溫度的偏差不應(yīng)超出額定值的±10。過熱蒸汽溫度的自動調(diào)節(jié)是鍋爐自動化的重要任務(wù)之一，它的調(diào)節(jié)干擾因素多調(diào)節(jié)的困難較大，主要影響因素有下列方面：1過熱器作為調(diào)節(jié)對象來看，它的特點是滯后時間比較大。在發(fā)生擾動后，溫度往往不會立即變化。另外，測量溫度的感受元件也有較大的慣性，在動態(tài)過程中不能即使地發(fā)出測量和調(diào)節(jié)信號。 2設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計與自動調(diào)節(jié)的要求存在矛盾。從調(diào)節(jié)的角度說，減溫設(shè)備應(yīng)裝在過熱蒸汽出口的地方，這樣可以使調(diào)節(jié)左右的滯后時間小一些，使輸出的蒸汽溫度波動下。但從設(shè)備安全方面來講，則減溫設(shè)備應(yīng)安裝在過熱器的人

22、口，以最有效地保護(hù)過熱器的本體。 3造成過熱器出口蒸汽溫度變化的擾動因素很多，而且各種擾動之間又互相影響，使對象的動態(tài)過程十分復(fù)雜。能使過熱器出口蒸汽溫度改變的因素有；蒸汽流量的變化、燃燒工況的變化、鍋爐給水溫度的變化、進(jìn)人過熱器蒸汽熱爛的變化、流經(jīng)過熱器的煙氣溫度及流速的變化、鍋爐受熱面結(jié)垢等。歸納起來主要有以下三種： （1）蒸汽流量（即負(fù)荷）的變化。蒸汽流量變化對不同的過熱器型式其影響是很不相同的。一般輻射過熱器的蒸汽溫度，隨著蒸汽流量的增大而降低。這是因為爐膛溫度隨鍋爐負(fù)荷的增加而升高不多，輻射傳熱量正比于t4（t即爐膛溫度的增量），它的增加不足以滿足流過輻射過熱器蒸汽量增加所需的熱量；

23、對流式過熱器的蒸汽溫度，隨著蒸汽流量的增加而升高，這是由于燃燒生成物與鍋爐負(fù)荷成正比地增加，即煙氣流速隨鍋爐負(fù)荷成正比地增大，因此對流傳熱系數(shù)隨著煙氣流速的增大而增大，對流傳熱量隨著傳熱系數(shù)的增大而增加，由于對流傳熱量增加的熱量超過蒸汽流量增加所需要吸收的熱量，使蒸汽溫度升高。 （2）減溫水量的變化。改變減溫水量，實際上是改變過熱器進(jìn)口蒸汽的熱焓，亦即改變進(jìn)口蒸汽溫度。減溫水量增加時，進(jìn)口蒸汽溫度降低，在其他條件不變的情況下，二級過熱器出口蒸汽溫度也隨之降低。 （3）煙氣方面的熱量變化，如過量空氣系數(shù)變化，使燃燒產(chǎn)物的數(shù)量改變，從而改變了煙氣的溫度和流動速度，也改變了對流傳熱和輻射傳熱的比例。

24、過剩空氣量對過熱蒸汽溫度的影響也與過熱器的型式有關(guān)。對于大多數(shù)現(xiàn)代鍋爐，對流部分吸收的熱量大于輻射部分吸收的熱量，因此，過熱蒸汽溫度將隨過?？諝饬康脑黾佣龃?。對于不同的擾動，過熱蒸汽溫度的動態(tài)特性是各不相同的，下面分別討論蒸汽流量、減溫水量、煙氣量三種擾動下蒸汽溫度對象的動態(tài)特性。第一節(jié) 過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對象的特性一、減溫水量擾動下蒸汽溫度對象的動態(tài)特性 減溫水量擾動時，其擾動地點（過熱器入口，即減溫器的安裝位置）與測量蒸汽溫度的地點（過熱器出口）之間有著較大的距離，此時過熱器是一個有純滯后的多容對象。當(dāng)擾動發(fā)生后，要隔較長時間才能使蒸汽溫度發(fā)生顯著變化，滯后時間比較大。滯后時間產(chǎn)生的原因有

25、：（1）由于擾動地點至測量被調(diào)量地點之間的距離造成傳遞滯后（或稱純滯后）；（2）由于過熱器管壁儲熱量和表面?zhèn)鳠嶙枇υ斐傻娜萘繙?。過熱器管壁的熱容量愈大，則傳遞滯后與時間常數(shù)t的數(shù)值都愈大。二、煙氣側(cè)熱量擾動下蒸汽溫度對象的動態(tài)特性 煙氣側(cè)熱量擾動，包括煙氣流速和煙氣溫度的擾動。在這種擾動下，煙氣與蒸汽之間的換熱條件發(fā)生了變化，由于這個變化是在全部過熱器中同時發(fā)生的，因此過熱器吸收熱量的改變應(yīng)該沒有傳遞滯后，當(dāng)燃料或空氣量發(fā)生擾動時的蒸汽溫度飛升曲線如圖3-2所示。三、蒸汽流量擾動下蒸汽溫度對象的動態(tài)特性蒸汽流量變化時，過熱器的動態(tài)特性與煙氣側(cè)熱量擾動下的動態(tài)特性是相似的，具有較小的滯后，較小

26、的時間常數(shù)。綜合上述可以歸納得出下列幾點：1. 蒸汽溫度調(diào)節(jié)對象不管在哪一種擾動下都有自平衡能力。而且改變?nèi)魏我粋€輸入?yún)?shù)（擾動），其他的輸入?yún)?shù)都可能直接或間接地影響過熱蒸汽，這使得調(diào)節(jié)對象的動態(tài)過程十分復(fù)雜。2. 在減溫水流量擾動下，蒸汽溫度對象具有較大的傳遞滯后和容量滯后，縮短減溫器與蒸汽溫度控制點之間的距離，可以改善其動態(tài)特性。3. 在煙氣側(cè)熱量和蒸汽流量輯放下，蒸汽溫度調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性比較好。第二節(jié) 調(diào)節(jié)煙氣側(cè)熱量控制過熱器出口汽溫的調(diào)節(jié)系統(tǒng)從過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性上看，采用煙氣側(cè)熱量作為調(diào)節(jié)參數(shù)，是蒸汽溫度調(diào)節(jié)較好的一種調(diào)節(jié)方法，它可以用改變穿過過熱器的煙氣量或煙氣溫度來

27、實現(xiàn)。 一、改變煙氣量的調(diào)節(jié)方法改變煙氣量的調(diào)節(jié)方法如3-3所示。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為特殊的擋板，裝在與過熱器煙道并聯(lián)的旁通煙道中。根據(jù)過熱器出口蒸汽溫度調(diào)節(jié)旁通煙道中擋板的開度來控制經(jīng)過過熱器的煙氣量，使過熱器出口蒸汽溫度保持在允許的范圍。這種調(diào)節(jié)方法的主要缺點是調(diào)節(jié)擋板處在高達(dá) 9 0 010 0 0的高溫下，擋板的材料和冷卻都比較困難。二、改變煙氣溫度的調(diào)節(jié)方法改變煙氣溫度通常是須明膛中的燃燒中心，以改變輻射受熱面和對流受熱面的吸熱量分配比例，從而改變進(jìn)入過熱器煙道的煙氣溫度。具體實現(xiàn)的方法是利用可旋轉(zhuǎn)的噴燃器，當(dāng)噴燃器上下移動時，可使過熱器蒸汽溫度改變2030，這種調(diào)節(jié)會影響到蒸汽壓力發(fā)生變化，

28、而且結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。第二節(jié) 調(diào)節(jié)減溫水的流量控制過熱器出口蒸汽溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)用改變減溫水量來調(diào)節(jié)過熱器出口蒸汽溫度如圖34所示。從動態(tài)特性上看，這種調(diào)節(jié)方法是最不理想的，但由于設(shè)備簡單，因此應(yīng)用得最多。減溫器有表面式和噴水式兩種，減溫器應(yīng)該盡可能地安裝在靠近蒸汽出口處，但一定要考慮過熱器材料的安全問題，這樣能夠獲得較好的動態(tài)特性。過熱蒸汽溫度是火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備的重要參數(shù)，要求比較嚴(yán)格，但作為調(diào)節(jié)對象的過熱器由于管壁金屬的熱容量很大，使之有較大的熱慣性，加上管道較長有一定的傳遞滯后。入采用圖3-4所示調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器接受過熱器出口蒸汽溫度1信號，去調(diào)節(jié)減溫水閥，當(dāng)發(fā)生入口蒸汽或減溫水的擾動時，

29、要經(jīng)變化后，調(diào)節(jié)器才開始動作，去控制減溫水流量qw，qw的改變又要經(jīng)過一段時間，才能影響蒸汽溫度1。這樣，既不能及早發(fā)現(xiàn)擾動，又不能及時反映調(diào)節(jié)效果，將使蒸汽溫度發(fā)生不能允許的動態(tài)偏差，影響鍋爐的安全和經(jīng)濟(jì)運行。 解決上述存在問題的辦法是選擇一些輔助信號，組成比較復(fù)雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。比較好的方法是采用串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于副回路的存在，它可以看作一個閉合的副回路代替了原來的一部分對象，起了改善對象特性的作用。與單回路系統(tǒng)相比，除了克服落在副環(huán)內(nèi)的擾動外，還提高了系統(tǒng)的工作效率，加快了過渡過程。第四章 鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)第一節(jié) 鍋爐燃燒系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的任務(wù) 鍋爐燃燒系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的基本任務(wù)，

30、是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要，同時還要保證經(jīng)濟(jì)燃燒和鍋爐的安全運行。具體調(diào)節(jié)任務(wù)可概括為三個方面： 一、維持蒸汽母管壓力不變維持蒸汽母管壓力不變，這是燃燒過程自動調(diào)節(jié)的第一項任務(wù)。如果蒸汽壓力變了，就表示鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量不相一致，因此，必須改變?nèi)剂系墓?yīng)量，以改變鍋爐的燃燒發(fā)熱量，從而改變鍋爐的蒸發(fā)量，恢復(fù)蒸汽母管壓力為額定值。這項調(diào)節(jié)任務(wù)就稱為汽壓調(diào)節(jié)或熱負(fù)荷調(diào)節(jié)。此外，保持汽壓在一定范圍內(nèi)，也是保證鍋爐和各個負(fù)荷設(shè)備正常工作的必要條件。維持蒸汽母管壓力不變，對于單獨運行的鍋爐相對來說要簡單些，對于并列運行鍋爐，在一個母管上同時有幾臺鍋爐，因而保持母管蒸

31、汽壓力不變，還必須解決好幾臺并列運行鍋爐之間的負(fù)荷分配問題。 二、保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性是鍋爐燃燒過程自動調(diào)節(jié)的第二個任務(wù)。燃燒的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)難于直接測量，常用煙氣中的含氧量或者燃料量與送鳳量的比值來表示。圖4-l是過?？諝鈸p失和不完全燃燒損失示意圖。如果能夠恰當(dāng)?shù)乇３秩剂狭颗c空氣量的正確比值，就能達(dá)到最小的熱量損失和最大的燃燒效率。反之，如果比值不當(dāng)，空氣不足，結(jié)果導(dǎo)致燃料的不完全燃燒，當(dāng)大部分燃料不能完全燃燒時，熱量損失直線上升；如果空氣過多，就會使大量的熱量損失在煙氣之中，使燃燒效率降低。一般說來，對于燃?xì)忮仩t，在燃?xì)庵斜３?的氧或10的過?？諝馐亲钸m宜；對于燃油鍋爐，在

32、燃油中保持3.5的氧和20的過剩空氣量是最合適的，這樣熱量損失最小。三、維持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)爐膛負(fù)壓的變化，共映了引風(fēng)雖與送風(fēng)量的不相適應(yīng)。通常聯(lián)爐膛負(fù)壓保持在2040pa的范圍內(nèi)。這時燃燒工況，鍋爐房工作條件，爐子的維護(hù)及安全運行都最有利。如果爐膛負(fù)壓太小，爐膛容易向外噴火，既影響環(huán)境衛(wèi)生，又可能危及設(shè)備與操作人員的安全。負(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增大，增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失。因此，需要維持爐膛壓力在一定范圍之內(nèi)。這三項調(diào)節(jié)任務(wù)是相互關(guān)聯(lián)的，它們可以通過調(diào)節(jié)燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量來完成。對于燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求是：在負(fù)荷穩(wěn)定時，應(yīng)使燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量各自保持不變，及時地

33、補償系統(tǒng)的內(nèi)部擾動，這些內(nèi)部擾動包括燃料的質(zhì)量變化，以及由于電網(wǎng)頻率變化引起燃料量、送風(fēng)量和引鳳量的變化等。在負(fù)荷變化的外擾作用時，則應(yīng)使燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量成比例地改變，既要適應(yīng)負(fù)荷要求，又要使三個被調(diào)量：蒸汽壓力 （熱水溫度）、爐膛負(fù)壓和燃燒經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)保持在允許范圍內(nèi)。綜上分析、使燃料量與空氣量之間保持一定的比值關(guān)系，是確保經(jīng)濟(jì)燃燒的根本問題。這就需要正確地測量燃料量和空氣量。對于空氣和氣體、液體燃料流量的正確測量下雖然也存在著一些具體問題，但是，選用合適的方法是可以實現(xiàn)的。在不少場合，用容積消耗量測量氣體和液體燃料的流量，是完全可行并正確可靠的。對于燃煤鍋爐，直到目前為止，還無法正確測

34、量固體燃料的給煤量，因而也無法連續(xù)地正確地測量固體燃料所產(chǎn)生的熱量。雖然產(chǎn)生的熱量與給煤量成正比，但是由于固體燃料顆粒的機(jī)械結(jié)構(gòu)和化學(xué)成份都不一致，所以用一般的容積消耗量測量流量的方法就失去了意義。再加上煤粉流動性的變化、煤倉中粉煤的搭橋、給粉機(jī)間隙的增大、粉煤濕度的改變等，都可能導(dǎo)致容積消耗量測量給煤量的很大誤差，在現(xiàn)代過程控制中失去實用價值。由于固體燃料不易測量，所以，在不測量燃料量的條件下，實現(xiàn)燃燒系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，通常有兩種方法：1. 把鍋爐設(shè)備看成是一只熱量計，用測量鍋爐內(nèi)蒸發(fā)量的變化，來間接地監(jiān)視和控制燃燒系統(tǒng)。這樣進(jìn)行控制，雖然有一定困難，調(diào)節(jié)誤差比較大，但它是有效和可行的。2. 測

35、量煙氣中的含氧量 o2，比較直接地監(jiān)視和控制燃燒系統(tǒng)。以往人們曾經(jīng)用煙氣中的co2和coh2來監(jiān)視燃燒過程。大家知道，當(dāng)燃煤的化學(xué)組分一定時，co2分與過?？諝庀禂?shù)成單值對應(yīng)關(guān)系，而在一般情況下，co2與空氣過剩系數(shù)沒有一定的單值對應(yīng)關(guān)系，所以靜態(tài)誤差較大，加之測量儀表可靠性很差和容量滯后很大，所以這種方法目前已基本上趨向淘汰。煙氣中含氧量o2與過?？諝庀禂?shù)存在著較好的單值對應(yīng)關(guān)系，靜態(tài)誤差比測co2的方法小好幾倍。實際上，爐膛中的過?？諝?，在評價整個燃燒過程質(zhì)量時，并不起決定性作用，起決定性作用的是燃料在剩余氧氣中的燃燒條件即取決于自由氧的相對數(shù)量，所以選擇煙氣中的含氧量來調(diào)節(jié)空氣和燃料之比

36、，從而控制燃燒過程，是比較合理而可行的，也是大有前途的。第二節(jié) 鍋爐燃燒過程調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性鍋爐汽包蒸汽壓力是燃燒過程調(diào)節(jié)對象的主要被調(diào)量，分析燃燒過程調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性，是確定燃燒系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)方案的主要依據(jù)。為此，下面分析一下在主要擾動作用下，汽包蒸汽壓力變化的動態(tài)特性。以蒸汽壓力作為被調(diào)量的燃燒調(diào)節(jié)對象的生產(chǎn)過程如圖4-2所示。引起蒸汽壓力變化的因素是很多的，如燃料量、送風(fēng)量、給水量、蒸汽流量以及各種使燃燒工況變化的原因。它的主要擾動是燃料量的改變（稱為內(nèi)擾動）和蒸汽流量的改變（稱為外擾動）。一、燃料量改變時蒸汽壓力變化的動態(tài)特性（內(nèi)擾動性）鍋爐在正常運行時，若進(jìn)入爐膛的燃料量發(fā)生變化，

37、則爐膛發(fā)熱量立即改變，幾乎沒有遲延和慣性，即為比例環(huán)節(jié)。而蒸發(fā)福分可以看做是一個儲熱量的容積，反映儲熱量多少的主要參數(shù)是汽包壓力p。蒸汽壓力變化的動態(tài)特性與鍋爐的供汽條件有關(guān)。二、蒸汽流量改變時蒸汽壓力變化的動態(tài)特性（外擾動性）蒸汽流量改變時對蒸汽壓力擾動稱為外擾。外擾有兩種情況，一種是負(fù)荷設(shè)備的蒸汽閥門開度改變，另一種是負(fù)荷設(shè)備用汽量的突然增加（或減少）所產(chǎn)生的。下面就分析兩種情況的擾動下，蒸汽壓力變化的動態(tài)特性。如果負(fù)荷設(shè)備的蒸汽調(diào)節(jié)鬧開度m。突然改變，鍋爐的汽壓也隨即改變，其反應(yīng)曲線如圖4-5所示。當(dāng)md突然開大，則從汽包中流向負(fù)荷設(shè)備的蒸汽流量d立即增加 d。但是，由于燃料量沒有增加，

38、因此汽包蒸汽壓力逐漸下降，從汽包中流出的蒸汽量也逐漸減少，最后蒸汽流量只能恢復(fù)原值。也就是說燃料量不改變，在平衡狀態(tài)時，鍋爐供應(yīng)的蒸汽流量也不會改變。至于閥門開度md增大后，短時間增加的蒸汽量是依靠鍋爐蒸發(fā)部分儲熱量減少（壓力降低）放出來的。外擾的另一種情況，當(dāng)負(fù)荷設(shè)備蒸汽用量突然增加時，汽包蒸汽壓力的反應(yīng)曲線如圖 4-6所示。從圖中可以看出，汽包蒸汽壓力隨蒸汽流量的增加而下降。如果蒸汽流量繼續(xù)保持增大后的數(shù)值，由于燃料量沒有增加，熱量不能平衡，所以蒸汽壓力一下降，直到改變?nèi)剂狭渴蛊洚a(chǎn)生的熱量與蒸汽流量相平衡時，才能恢復(fù)保持鍋爐的蒸汽壓力。爐膛負(fù)壓和燃燒經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是通過改變引鳳量和送風(fēng)量進(jìn)行調(diào)

39、節(jié)。當(dāng)送風(fēng)調(diào)節(jié)閥門和引風(fēng)調(diào)節(jié)閥門開度改變后，這兩個被伯立即改變，它的動態(tài)特性可以認(rèn)為是比例特性。燃燒經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的測量較困難，如果采用煙氣成分分析的方法來測量，滯后時間比較長，近年來采用氧化鋁來測量煙氣中的含氧量，則滯后時間較短。）以上分析了單臺鍋爐蒸汽壓力在燃料量和負(fù)荷蒸汽量擾動下的動態(tài)特性，當(dāng)幾臺鍋爐并列運行時，每臺鍋爐的蒸汽流量與本臺鍋爐汽包壓力（pb）及公共母管壓力（pm）有關(guān)。因為每臺鍋爐的工況都有相互聯(lián)系，它的汽包壓力和蒸汽流量不僅與負(fù)荷設(shè)備的用汽量有關(guān)，而且與任一臺鍋爐的燃燒率有關(guān)。在負(fù)荷擾動時，并列運行鍋爐汽壓變化的動態(tài)特性，與一臺鍋爐單獨運行時的動態(tài)特性相似。當(dāng)負(fù)荷發(fā)生突然改變

40、時，母管蒸汽壓力也有階躍變化。負(fù)荷階躍變化，并列運行的鍋爐數(shù)目越多，則母管壓力pm的階躍量越小，氣壓變化的反應(yīng)速度越慢。在燃料變化時，如果每臺鍋爐同時變化，而且變化量相同，那么蒸汽壓力pm的變化的動態(tài)特性與一臺鍋爐單獨運行時相同。如果所有的并列鍋爐中，只有一臺或少數(shù)幾臺鍋爐的燃料量發(fā)生變化，則各臺鍋爐汽壓的變化過程就各不相同。假如有三臺鍋爐并列運行時，其中一臺鍋爐的燃料量發(fā)生了變化，那么首先這臺鍋爐汽包壓力升高，蒸汽流量dl增大，就引起了母管蒸汽壓力pm增加，通往負(fù)荷設(shè)備的總蒸汽流量ddld2d3亦相應(yīng)增加。對于其余兩臺燃料量不變的鍋爐，由于母管蒸汽壓力pm升高后，它的汽包壓力與母管壓力的壓差

41、ppbpm減小，所以蒸汽流量d2、d3反而先少。但是這兩臺鍋爐燃燒供給的熱量并沒有改變，d2、d3減少后，汽包壓力由于儲熱量增加而逐步升高，這時蒸汽流量d2、d3又要回升，最后d2、d3回復(fù)到原理的數(shù)值，這一過程使另兩臺鍋爐的汽包壓力都有升高，這樣母管壓力也平衡在更高的數(shù)值。所以并列運行的鍋爐，一臺鍋爐燃料量改變，使 所有并列運行鍋爐的汽包壓力都升高，母管蒸汽壓力也升高，而 燃料量增加的那臺鍋爐承擔(dān)了較多的負(fù)荷。母管壓力pm的變化，與并列運行的鍋爐臺數(shù)及發(fā)生燃料量變化的鍋爐臺數(shù)有關(guān)。如果 發(fā)生燃料量變化的鍋爐臺數(shù)與并列運行的鍋爐臺數(shù)之比越小，則母管蒸汽壓力pm變化的幅度越小，反應(yīng)速度越慢。以上

42、分析的只是主要被調(diào)參數(shù)蒸汽壓力的動態(tài)特性，至于燃燒系統(tǒng)另外兩個被調(diào)參數(shù)，燃燒經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和爐膛負(fù)壓st，是保證良好燃燒和安全操作的內(nèi)部參數(shù)，只要送風(fēng)量、引風(fēng)量隨時與燃料量在變化時保持適當(dāng)比例，就能使燃燒經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和爐膛負(fù)壓st不會有較大變化。當(dāng)送風(fēng)量v和引風(fēng)量g名單獨改變時，爐膛負(fù)壓 st的容量滯后很小，可近似限成為一個比例環(huán)節(jié)。當(dāng)燃料量b或送風(fēng)量v單獨改變時，燃燒經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)也立即成比例地發(fā)生變化，所以亦可看成是一個比例環(huán)節(jié)。這樣的動態(tài)特性可控性是比較好的，主要的問題是在于如何測量燃燒經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。綜上所述，可得到如下結(jié)論：1.在燃料量改變時，對于一臺鍋爐的汽壓對象，它的動態(tài)特性為單容積分環(huán)節(jié)與具

43、有傳遞滯后的一階滯后環(huán)節(jié)的串聯(lián)，等效純滯后（傳遞滯后）時間不長，一般為1020s左右，因此，根據(jù)蒸汽壓力的變化，去調(diào)節(jié)燃料量能夠及時而有效地控制蒸汽壓力，并適應(yīng)負(fù)荷的需要。在改變?nèi)剂狭康耐瑫r，應(yīng)協(xié)調(diào)地改變送風(fēng)量和引風(fēng)量。2.并列運行的鍋爐中，一臺鍋爐在燃料量產(chǎn)生變化時，若不及時消除，會產(chǎn)生并列運行鍋爐自發(fā)地產(chǎn)生負(fù)荷和蒸汽壓力的不規(guī)則變動，因此必須及時消除燃料量的自發(fā)性擾動，以穩(wěn)定各臺鍋爐的負(fù)荷分配和蒸汽壓力的平穩(wěn)。3.在并列運行的鍋爐中，如果并列運行的鍋爐臺數(shù)或帶變動負(fù)荷的鍋爐臺數(shù)發(fā)生變化（在并列運行鍋爐中，往往有幾臺鍋爐帶固定負(fù)荷，有幾臺鍋爐帶變動負(fù)荷），都會使蒸汽壓力對象的動態(tài)特性發(fā)生變化

44、，因此在調(diào)整時，必須考慮鍋爐當(dāng)時的運行條件。4.蒸汽壓力調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性，隨著負(fù)荷大小而變，因而平穩(wěn)操作是使燃燒系統(tǒng)運行良好的重要條件，否則需要考慮負(fù)荷變化的動態(tài)校正。5.為例使鍋爐承擔(dān)規(guī)定負(fù)荷，必須正確而又快速地測量燃燒率（燃料量和風(fēng)量）為了保證經(jīng)濟(jì)燃燒，必須準(zhǔn)確而又快速地測量反映燃燒的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。這些測量問題的妥善解決，是實現(xiàn)燃燒系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵。第三節(jié) 燃煤鍋爐燃燒過程的自動調(diào)節(jié)工業(yè)鍋爐根據(jù)采用的燃料不同，通常分為燃煤、燃油和燃?xì)馊N。這三種鍋爐的燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本相同十只是燃料兩的調(diào)節(jié)手段有所區(qū)別。燃油、燃?xì)忮仩t的油量和氣量的調(diào)節(jié)都采用調(diào)節(jié)閥，而燃煤鍋爐的煤量調(diào)節(jié)是通過改變爐

45、排的移動速度或給煤機(jī)的轉(zhuǎn)動速度進(jìn)行的。我國工業(yè)鍋爐中燃煤鍋爐較為普遍、數(shù)量較大，這里先介紹燃煤鍋爐燃燒過程的自動調(diào)節(jié)。燃煤鍋爐自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵問題是燃料量的測量，在目前條件下；要實現(xiàn)準(zhǔn)確測量進(jìn)入爐膛的燃料量還很困難，為此，目前常采用按“燃料一空氣”比值信號、氧量信號、熱量信號控制燃燒過程。下面分別介紹其調(diào)節(jié)方案和過程。一、“混料一空氣”燃燒過程的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)“燃料一空氣，燃燒過程的自動調(diào)節(jié)，就是用給煤調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位置（或速度）來代表給煤量（燃料量 b）調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方塊圖如圖4-7所示。其中燃料調(diào)節(jié)裝置執(zhí)行調(diào)節(jié)汽壓的任務(wù)；送風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置執(zhí)行燃燒經(jīng)濟(jì)性調(diào)節(jié)的任務(wù)；負(fù)壓調(diào)節(jié)裝置（即引風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置）執(zhí)行負(fù)壓

46、（st）調(diào)節(jié)任務(wù)。在“燃料一空氣”調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，壓力信號輸人燃料調(diào)節(jié)器，直接帶動給煤調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)給煤量，同時送出與調(diào)節(jié)燃料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置（代表給煤量的多少）成比例的信號，與送風(fēng)量信號一起輸入風(fēng)量調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)送風(fēng)量。在這一系統(tǒng)中，負(fù)壓調(diào)節(jié)是作為獨立的調(diào)節(jié)任務(wù)來完成的，但實際上，負(fù)壓的擾動主要是由于風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動作而引起的。 這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)最簡單，它可以用標(biāo)準(zhǔn)的液壓式或電氣機(jī)械式調(diào)節(jié)裝置來實現(xiàn)凋節(jié)任務(wù)，但有較大的缺點，即燃料調(diào)節(jié)器以給煤調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位置作為反饋信號，雖然能夠?qū)θ剂险{(diào)節(jié)過程起著有效的穩(wěn)定作用，但不能消除燃料內(nèi)部的擾動，如當(dāng)給煤機(jī)發(fā)生故障（內(nèi)部擾動）時，只有等到這個擾動影響到汽包蒸汽出口

47、壓力時，才能使燃料調(diào)節(jié)器動作。另外，燃料與空氣的比例關(guān)系也不好保證。當(dāng)燃料方面經(jīng)常發(fā)生擾動時（數(shù)量、質(zhì)量）這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能自動保證正常工作。二、采用熱量信號的燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)在燃燒過程自動調(diào)節(jié)中，如何準(zhǔn)確迅速地測定爐膛的燃燒燃料量是一個重要的問題，這是因為在燃燒經(jīng)濟(jì)性調(diào)節(jié)中，燃料量信號與空氣量信號的比例可以間接地表示燃燒的經(jīng)濟(jì)性。但煤粉或煤塊的測量既有困難，又不易測量準(zhǔn)確，而且因其質(zhì)量（水分、灰分、發(fā)熱量等）很不一致，對燃燒過程都有很大影響，所以上述的“燃料一空氣”燃燒過程調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在燃料量干擾影響下，系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到一定程度的影響。為了消除這一影響，就采用一種間接測量爐膛燃燒發(fā)熱量的方法

48、來表示固體燃料（煤）的消耗量、這就是“熱量信號”的概念。熱量信號常用符號q表示，它是同時測量蒸汽流量d和汽包壓力p的變化速度，然后將兩個信號加起來實現(xiàn)的。其表達(dá)式為： （42）因為在鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定過程中，汽壓、汽溫恒定，這時蒸汽流量是燃料發(fā)熱量的正確度量。在燃料量擾動后的動態(tài)過程中，有一部分熱量儲存在鍋爐內(nèi)部的汽水中，表現(xiàn)為汽包壓力的變化。所以熱量信號要用蒸汽流量d加上汽包壓力的變化率來代表燃料量的測量信號。必須注意，熱量信號只應(yīng)反映燃料量的變化，而不應(yīng)反映用汽量的變化。就是說，當(dāng)鍋爐燃料量改變時，熱量信號應(yīng)該基本上成比例變化；而當(dāng)蒸汽負(fù)荷變化時，只要進(jìn)人爐膛的燃料量不變，熱量信號就應(yīng)該

49、沒有變化，即蒸汽流量d的變化應(yīng)該被汽包壓力的變化所抵消。因而在時間應(yīng)用熱量信號時，應(yīng)使蒸汽流量信號d和汽包壓力變化速度這兩個信號恰當(dāng)配合，使兩者之和只反映燃料量的變化。采用熱量信號進(jìn)行燃燒過程自動調(diào)節(jié)的優(yōu)點是能及時消除由于煤質(zhì)變化、爐排轉(zhuǎn)速以及煤層厚度不均勻等原因引起的燃料方面的內(nèi)部擾動。當(dāng)燃料發(fā)生自發(fā)變化即有內(nèi)擾時，爐膛燃燒發(fā)熱量也有變化，此時向調(diào)節(jié)器發(fā)出的熱量信號也立即改變，調(diào)節(jié)器立即調(diào)節(jié)燃料量使它恢復(fù)正常值。這個過程在較短時間（30s）內(nèi)就能完成，這樣，就不會由于燃料擾動引起過大的汽包壓力變化。采用熱量信號的燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)方塊圖如圖4-8所示。為了取得汽包壓力變化速度，采用了微分器

50、dfd，微分器輸出的信號就是汽包壓力變化速度。蒸汽流量d與汽包蒸汽壓力變化速度通過加法器二組合起來成為熱量信號，送入燃料調(diào)節(jié)器。當(dāng)某臺鍋爐發(fā)生燃料內(nèi)擾時，汽包蒸汽壓力立即隨之變化，其變化速度是一個導(dǎo)前的和加強(qiáng)作用的信號，使燃料調(diào)節(jié)器及時調(diào)整爐排轉(zhuǎn)速，改變給煤量，迅速克服燃料內(nèi)擾，使汽包蒸汽壓力穩(wěn)定，同時送鳳量調(diào)節(jié)器亦隨之動作，使燃料量與送風(fēng)量相匹配。當(dāng)負(fù)荷蒸汽量變化時，主調(diào)節(jié)器接受蒸汽壓力信號p，輸入燃料調(diào)節(jié)器，及時調(diào)節(jié)燃煤量以適應(yīng)負(fù)荷的變化。同時，燃料調(diào)節(jié)器將負(fù)荷變化的信號輸入鳳量調(diào)節(jié)器，以保持適當(dāng)?shù)娘L(fēng)煤比例。由于風(fēng)量調(diào)節(jié)器與負(fù)壓調(diào)節(jié)器之間有動態(tài)補償信號，此時負(fù)壓調(diào)節(jié)器也同時動作，這樣就保證

51、了燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)動作，以保證正確的風(fēng)煤比例和適合的爐膛負(fù)壓。風(fēng)量調(diào)節(jié)器又接收煙氣中含氧量信號o2作為維持風(fēng)煤比的校正信號。同時，風(fēng)量 調(diào)節(jié)器還接受起反饋作用的送風(fēng)信號va，及時反映送風(fēng)量的變化，以提高調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。負(fù)壓調(diào)節(jié)器也接受爐膛負(fù)壓信號st作為靜態(tài)時對爐膛負(fù)壓的校正作用。由此可見。采用熱量信號的燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)能及時地消除燃料 量內(nèi)擾。同時也能適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的外擾。故得到了廣泛的應(yīng)用。三、采用氧量計的燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用熱量信號的燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，燃燒的經(jīng)濟(jì)性要用兩個流量（燃料量與送風(fēng)量、熱量與送風(fēng)量，蒸汽量與送風(fēng)量）的比值作間接指標(biāo)。但在運行中，如直接采用過?？諝庀禂?shù)較能正確地

52、反映燃燒經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。因此，測量煙氣中的成分可以更正確地表示燃燒的經(jīng)濟(jì)性。怎樣分析煙氣中的成分進(jìn)行燃燒過程自動控制呢？以前人民常在鍋爐運行中應(yīng)用co2分析器，分析煙氣成分，判斷爐膛燃燒工況。但是co2分析儀表的測量滯后太大，根本不能作為自動調(diào)節(jié)的信號使用，而且煙氣中co2的含量和過?？諝庀禂?shù)之間的關(guān)系也不是固定不變的，通過實踐認(rèn)識到，比較好的方法是利用氧化鋯直接測量煙氣中的含氧量，一則氧化鋯氧量計滯后實踐和慣性較小，二則氧氣中的含氧量和之間的關(guān)系比較穩(wěn)定，應(yīng)用氧量計的調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖4-9所示。當(dāng)負(fù)荷變化時，汽包壓力（p）改變，發(fā)出增減負(fù)荷的信號，送風(fēng)調(diào)節(jié)器使送風(fēng)量（v）首先適應(yīng)負(fù)荷變化。送風(fēng)量改

53、變后，煙氣中的含氧量（o2）發(fā)生變化，使燃料調(diào)節(jié)器去改變?nèi)剂狭恳跃S持煙氣中的含氧量。在送風(fēng)量變化的同時，爐膛負(fù)壓st發(fā)生變化，引風(fēng)調(diào)節(jié)器去改變引風(fēng)量l，以位置爐膛負(fù)壓st。在這個調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，送風(fēng)調(diào)節(jié)器首先應(yīng)負(fù)荷要求，燃料調(diào)節(jié)器保證經(jīng)濟(jì)燃燒。當(dāng)然，如果含氧量的測量滯后較大時，燃料的改變將顯著落后于送風(fēng)量，不僅在調(diào)節(jié)過程中燃燒的經(jīng)濟(jì)性不好，也不能很好的適應(yīng)負(fù)荷的變化。再分析一下內(nèi)擾的情況，如當(dāng)燃料增加時，則煙氣中含氧量減少，燃料調(diào)節(jié)器就去減少燃料量，消除擾動，使煙氣中的含氧量恢復(fù)正常，這就要求氧量計的滯后和慣性很小，否則，內(nèi)擾就不能及時消除。所以采用上述調(diào)節(jié)系統(tǒng)的條件是要求氧量計能夠迅速地反映出煙

54、氣中含氧量的變化。 圖4-9所示調(diào)節(jié)系統(tǒng)有一個很大的缺點，即當(dāng)爐膛漏風(fēng)增加時，爐膛負(fù)壓降低，引風(fēng)調(diào)節(jié)器就增加引鳳量，煙氣中的含氧量增加，于是燃料調(diào)節(jié)器動作，增加燃料量。這樣，在負(fù)荷沒有發(fā)生變化的情況下，因為漏風(fēng)量增加而增加了爐膛的熱負(fù)荷，這是很不經(jīng)濟(jì)的。為了克服這個缺點，可采用圖4-10所示的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由送風(fēng)調(diào)節(jié)器維持爐膛負(fù)壓，而由引風(fēng)調(diào)節(jié)器接受汽包壓力與引風(fēng)量信號，這兩個調(diào)節(jié)器與圖4-9調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，恰恰對換了位置。習(xí)慣上稱圖4-9系統(tǒng)為“正系統(tǒng)”，而稱4-10系統(tǒng)為“反系統(tǒng)”。如何保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性往往成為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要特點。在分析調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作情況時，主要采用定性分析的方法。在外擾時，能否使燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量協(xié)調(diào)動作，較快地適應(yīng)負(fù)荷變化又能保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性；在內(nèi)擾時，能否及時自動補償內(nèi)擾，使擾動不要擴(kuò)大到影響汽包壓力。以上分析了燃煤鍋爐單獨運行時燃燒系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)情況，對于并列運行的鍋爐，有負(fù)荷分配問題，這就需要再加一個主調(diào)節(jié)器，具體方案將放到下一節(jié)燃油鍋爐燃燒系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)中加以介紹。第四節(jié) 燃油鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)燃油鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)，有單獨運行鍋爐燃燒系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和并列運行鍋爐燃燒系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，下面分別進(jìn)行介紹。一、單獨運行鍋爐的調(diào)節(jié)單獨運行鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)，不存在負(fù)荷分配問題