鍋爐自動控制系統(tǒng)組成

發(fā)電廠的高溫高壓汽包鍋爐自動控制系統(tǒng)是典型的工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)，它由給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和過熱蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)等組成。

鍋爐給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 　為了確保鍋爐安全運行，必須對鍋爐的水位進行控制，使汽包的水位保持在一定范圍。圖1是應(yīng)用較多的三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。三沖量是指汽包水位、給水流量和過熱蒸汽流量。其中水位是主信號,給水量是反饋信號,過熱蒸汽量是前饋信號。當(dāng)過熱蒸汽流量改變時調(diào)節(jié)器立即調(diào)節(jié)給水量，當(dāng)給水流量受到擾動時則能使給水流量恢復(fù)到原來值。因此，三沖量給水調(diào)節(jié)是一個前饋、反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 　由燃燒、送風(fēng)和爐膛負壓三個調(diào)節(jié)回路組成(圖2)。圖中 PI1為過熱蒸汽壓力調(diào)節(jié)器(PI表示比例積分調(diào)節(jié)器)，其主信號是汽機前的過熱蒸汽壓力，當(dāng)汽機負荷變化時，汽機前的蒸汽壓力也隨之變化。調(diào)節(jié)器通過改變送入鍋爐的燃料量，使其與變化后的負荷相適應(yīng)，并將過熱蒸汽壓力恢復(fù)到額定數(shù)值。PI2是送風(fēng)調(diào)節(jié)器,它的作用是保持進入鍋爐的空氣量與燃燒量成比例關(guān)系，以保證鍋爐的經(jīng)濟燃燒，提高鍋爐熱效率。對于燃燒煤粉的鍋爐，直接測量進入鍋爐的煤粉量是困難的，因此引入熱量信號，即用過熱蒸汽流量加汽包壓力的微分信號來間接地測量當(dāng)時進入鍋爐的燃料量。根據(jù)反映燃料量的熱量信號調(diào)節(jié)送風(fēng)量。為了使排煙的熱損失降到最低以提高熱量的利用，在送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中引入煙氣含氧量校正信號，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出接至送風(fēng)機的導(dǎo)向裝置，以校正鍋爐的送風(fēng)量。PI4是爐膛負壓調(diào)節(jié)器。鍋爐在正常運行時,一般應(yīng)使爐膛內(nèi)保持微負壓。由鼓風(fēng)機根據(jù)燃燒情況向爐膛內(nèi)提供一定量的助燃風(fēng),使鍋爐燃燒效率達到最高,同時另有引風(fēng)機抽走煙氣并在爐膛內(nèi)形成微負壓，目的是不讓煙氣、煙灰、火苗逸出而影響鍋爐房的安全。PI4的作用就是根據(jù)輸入的爐膛負壓信號控制引風(fēng)量，維持爐膛負壓為定值。 　過熱蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 　鍋爐裝上過熱器，可使蒸汽再一次加熱變成高于飽和蒸汽溫度的過熱蒸汽，提高蒸汽溫度而不增大蒸汽流量。在過熱器的出口，由減溫器通過噴嘴把水噴到蒸汽管道中與過熱蒸汽混合，使過熱蒸汽冷卻,保持過熱蒸汽的溫度恒定,保護過熱器管道和汽機不超過允許工作溫度。圖3是串級蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它由主調(diào)節(jié)器PI和副調(diào)節(jié)器P組成。副調(diào)節(jié)器P直接控制減溫水量。在減溫水發(fā)生內(nèi)擾的條件下,溫差電偶T2端要比T1端反應(yīng)快，這時T2通過副調(diào)節(jié)器可以迅速消除內(nèi)擾。主調(diào)節(jié)器的作用是通過對過熱蒸汽溫度的偏差進行比例積分(PI)調(diào)節(jié)后改變副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，從而使過熱蒸汽溫度保持不變。

在鍋爐自動控制系統(tǒng)中，除了應(yīng)用基于反饋控制原理而設(shè)計的各種自調(diào)節(jié)器系統(tǒng)以外，程序控制系統(tǒng)應(yīng)用也比較多，例如鍋爐自動點火，吹灰和定期排污等的程序控制。

70年代以來出現(xiàn)了應(yīng)用微型計算機和現(xiàn)代控制技術(shù)進行鍋爐的全程調(diào)節(jié)(在鍋爐開始起動時就可投入運行)、燃燒管理的控制和鍋爐的自動起動等，以實現(xiàn)對鍋爐的最優(yōu)控制和管理。

實現(xiàn)鍋爐的自動控制，對安全運行、節(jié)能具有重要的經(jīng)濟意義。依鍋爐的結(jié)構(gòu)、運行方式和所用的燃料不同，控制系統(tǒng)也有差異。一般小型鍋爐只有水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，中型鍋爐要有燃燒和爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，大型鍋爐還要有氧量校正系統(tǒng)，而供應(yīng)過熱蒸汽的鍋爐還需要增加過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

鍋爐自動控制技術(shù)，對工業(yè)鍋爐的燃燒狀況及關(guān)鍵運行參數(shù)，采用電子技術(shù)進行自動控制，以保證鍋爐經(jīng)濟可靠運行的技術(shù)措施。

鍋爐的安全性是電廠安全生產(chǎn)管理的重要方面，全面總結(jié)和深入研究鍋爐自動控制系統(tǒng)的安全運行技術(shù)，對保障電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)具有重要意義。

《電廠鍋爐自動控制系統(tǒng)技術(shù)及安全性研究》將對電廠鍋爐自動控制系統(tǒng)運行及安全性進行探討研究。具體內(nèi)容包括直流鍋爐自動控制系統(tǒng)、循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)、汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)、汽包鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)、汽輪機自動控制系統(tǒng)、單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)的功能和組成原則等方面。

總體上，《電廠鍋爐自動控制系統(tǒng)技術(shù)及安全性研究》強調(diào)理論聯(lián)系實際，注重原理分析與工程實際相結(jié)合，可供高校能源與動力工程類專業(yè)的師生使用，也可供相關(guān)科技人員參考。

鍋爐是船上最早實現(xiàn)自動控制的裝置之一，其控制項目包括：水位自動控制、燃燒自動控制、鍋爐點火及燃燒時序自動控制和自動安全保護 。

（1）水位自動控制的目的是保持鍋爐的正常水位，即控制給水泵的起?；蚪o水閥的開度，從而控制給水量與鍋爐的蒸發(fā)量相當(dāng)，以適應(yīng)鍋爐負荷的變化。

在蒸發(fā)量較小、蒸汽壓力較低的輔鍋爐中，大多數(shù)采用雙位水位自動控制，即當(dāng)鍋爐水位達到水位下限時，自動起動給水泵向鍋爐供水；當(dāng)水位達到上限水位時，自動停止給水泵的工作。因此，這種鍋爐工作時水位在一定范圍內(nèi)波動而不會穩(wěn)定在某一給定值上。

在大型的油輪上，輔鍋爐的蒸發(fā)量一般很大，汽壓較高，它要求水位穩(wěn)定在給定值上。所以，控制給水一般通過改變調(diào)節(jié)閥的開度來實現(xiàn)，即根據(jù)水位的偏差信號來控制給水閥的開度，從而使給水量適合蒸汽流量的變化。

（2）在燃燒自動控制系統(tǒng)中，被控量是鍋爐的蒸汽壓力，在單沖量控制系統(tǒng)中，控制器根據(jù)汽壓的高低自動改變進入爐膛的燃油量和送風(fēng)量，維持鍋爐汽壓恒定或在允許范圍內(nèi)波動，并維持一定的風(fēng)油比，以保證獲得較高的經(jīng)濟效益。

對于貨輪輔鍋爐，燃燒控制系統(tǒng)要求簡單、可靠，而且對鍋爐的經(jīng)濟性要求不是很嚴格，因此大多數(shù)采用雙位控制。在油輪輔鍋爐中，要求汽壓穩(wěn)定，同時對鍋爐的經(jīng)濟性要求也比較高，這就要求控制系統(tǒng)在不同的負荷下保證一個最佳的風(fēng)油比，所以通常采用比例積分控制或更好的控制算法。油輪的燃燒自動控制系統(tǒng)通常由兩個回路組成。其中一個回路根據(jù)汽壓的偏差信號經(jīng)比例積分的蒸汽壓力調(diào)節(jié)器來控制燃油調(diào)節(jié)閥的開度，即改變向爐膛的噴油量。噴油量的改變必須同時改變送風(fēng)量，所以另一回路就是根據(jù)燃油量的多少來改變送風(fēng)量，以達到最佳的風(fēng)油比，從而獲得較高的經(jīng)濟效益。

（3）輔鍋爐點火及燃燒時序控制是指給鍋爐一個起動信號后，按時序的先后進行預(yù)掃風(fēng)、預(yù)點火、噴油點火，點火成功后對鍋爐進行預(yù)熱，接著轉(zhuǎn)入正常燃燒的負荷控制階段，同時對鍋爐進行一系列的安全保護。一般情況下，輔鍋爐的點火及燃燒時序控制包括以下步驟：

起動前的準備：檢查是否具備啟動條件。比如手動燃油速閉閥是否打開；燃油閥是否關(guān)閉；鍋爐水位是否正常：燃油壓力和溫度是否在正常的范圍內(nèi)。

（1）預(yù)掃風(fēng) ：為了防止鍋爐內(nèi)殘余的油氣在點火時發(fā)生冷爆，在點火前應(yīng)進行預(yù)掃風(fēng)。此時應(yīng)起動風(fēng)機和燃油泵，使燃油在鍋爐外打循環(huán)，將風(fēng)門開到最大，以大量風(fēng)吹去殘余油氣。預(yù)掃風(fēng)時間根據(jù)鍋爐的結(jié)構(gòu)形式不同而異，一般在20~60s之間。

（2）點火：預(yù)掃風(fēng)完畢后，打開輔電磁閥使點火油頭投入工作，同時打開點火變壓器，點燃從點火油頭噴出的輕油，然后點燃工作油頭。

（3）預(yù)熱：點火成功后，進入預(yù)熱階段，此時燃油控制應(yīng)處于手動控制，使鍋爐緩慢的加熱至一定的壓力后，將燃油控制轉(zhuǎn)為自動控制，進入正常燃燒階段，此時，控制系統(tǒng)根據(jù)鍋爐的負荷調(diào)整噴入爐膛的燃油量或改變油頭投入燃燒的數(shù)目。

（4）鍋爐自動化系統(tǒng)的另一個重要任務(wù)是對鍋爐進行自動保護。自動保護包括：安全保護和自動連鎖。對于全自動化的鍋爐為達到鍋爐安全、可靠的運行和無人管理的目的，當(dāng)鍋爐在點火、升汽以及正常運行的過程中產(chǎn)生異常情況，聲光報警，這就是安全保護的任務(wù)，鍋爐的安全保護一般包括極低水位自動保護、蒸汽壓力過高自動保護、異常熄火自動保護、油壓過低自動保護、油溫過高/過低自動保護和低風(fēng)壓自動保護等。自動連鎖是指當(dāng)某些特定的條件成立后，才能對一些設(shè)備進行操作，比如只有當(dāng)風(fēng)機運轉(zhuǎn)建立風(fēng)壓以后，才允許開動燃油泵和開起燃油電磁閥。