锅炉送引风设计

1、. . 摘要 锅炉燃烧过程自动控制主要包括三项控制内容: 控制燃料量、 控制送风量、控制引风量。为实现对燃料量、送风量和引风量的 控制, 相应的有三个控制系统, 即燃料量控制系统、送风量控制 系统和引风量控制系统。以上三个控制系统之间存在着密切的相 互关联, 要控制好燃烧过程, 必须使燃料量、送风量及引风量三 者协调变化。锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所 提供热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的需求, 同时保证锅炉 的安全经济运行。在锅炉燃料控制子系统中, 有三种方案控制燃 料量, 分别为: 燃料反馈的燃料控制系统、给煤机转速反馈的燃 料控制系统和前馈加反馈的燃料控制子系统。其中,

2、给煤机转速 反馈的燃料控制子系统是目前应用最多的。送风控制一般采取串 级比值控制系统, 辅之以含氧量校正信号。引风控制系统一般引 入送风量前馈信号, 使送风量与引风量相匹配。锅炉送风机、引 风机是锅炉系统的重要设备，对提高介质的燃烧利用率、保证锅 炉的正常使用起着关键作用。本次课程设计主要针对燃煤锅炉燃 烧的送、引风系统进行设计。 关键词：关键词：锅炉、燃烧、自动控制、送引风 . . 目录 摘要.I 1.锅炉燃烧过程分析 .1 1.1 磨煤机的工作原理.1 1.2 给煤机的工作原理.1 1.3 空气预热器.2 1.4 一次风机工作原理.2 1.5 送引风机工作原理 .2 1.6 燃烧器布置 .

3、3 2.燃烧过程控制任务和调节量 .4 2.1.燃烧过程控制任务.4 2.2 燃烧过程调节量.4 3.锅炉送、引风机风压及风量的理论计算 .5 3.1 送风机风压与风量的确定.5 3.2 引风机的风压与风量的确定.6 4.锅炉燃烧过程控制基本方案及分析 .8 4.1 蒸汽出口压力控制系统分析 .9 4.2 燃料量控制系统 .9 4.3 送风量控制系统.12 4.4 引风量控制系统.14 5. 控制系统单元元件的选择.16 5.1 变送器的选择.16 . . 6.控制原理图 .18 7.致谢 .20 参考文献.21 . . 1.锅炉燃烧过程分析 燃烧设备主要有磨煤机、给煤机、燃烧器、风机等 ，下

4、面 分别做简单的介绍。 1.1 磨煤机的工作原理 球磨机主体是一个大圆筒形式, 筒内装有大量钢球。筒身两 端是架在大轴承上的空心轴颈, 一端是热空气和原煤的进口, 另 一端是气粉混合物的出口。圆筒由电动机通过减速器拖动旋转, 筒体转动时, 将筒内钢球带到一定高度, 这时波浪形护甲起着带 动钢球、避免滑落的作用, 钢球从一定高度落下将煤击碎。所以 球抹机主要是以撞击作用磨制煤粉的, 同时也兼有挤压、碾压作 用。球磨机内干燥与磨煤是同时进行的, 一般均采用热空气作为 干燥剂, 磨好的煤粉由干燥剂气流从筒体内带出。干燥剂气流在 筒内的速度为1 3m/ s, 速度越大, 带出的煤粉越粗, 磨煤出力 越

5、大。 1.2 给煤机的工作原理 给煤机工作原理比较简单, 原煤仓落煤经给煤机进口, 由皮 带驱动滚轮动皮带滚动,将皮带上原煤输送至给煤机出口进入磨 煤机进行碾磨。给煤机给煤量调节是通过电磁调速电动机控制启 动滚轮转速来实现的。电子称重式给煤机给煤量的称重原理是通 过负荷传感器测出的单位长度皮带上煤的重量G,再乘以由编码器 . . 测出的皮带转速v, 就得到了给煤量B, 即B= Gv。 1.3 空气预热器 空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需空气的一种热交 换装置。 1.4 一次风机工作原理 一次风机为前弯式离心风机, 由叶轮组、机壳、进风口、调 节门、传动组组成。其工作原理为当风机运

6、转时, 充满叶轮的气 体被叶片带动一起旋转, 旋转的气体因自身的质量产生了离心力。 在离心力作用下, 使气体沿叶片流道从叶轮四周出口处冲出, 获 得能量, 同时, 叶轮中心形成负压。进口侧气体在大气压力作用 下不断的吸入, 风机不停的旋转, 气体就不断的被吸入、排出。 1.5 送、引风机工作原理 送、引风机为动叶可调轴流风机, 它的工作原理是基于机翼 型理论。气体以一个攻角进入叶轮, 在翼背上产生一个升力, 同 时必定在翼腹上产生一个大小相等方向相反的作用力, 使气体排 出叶轮呈螺旋形沿轴向向前运动。与此同时, 风机进口处由于差 压的作用, 使气体不断地被吸入。而动叶可调轴流风机, 攻角越 大

7、, 翼背的周界越大, 则升力越大, 风机的压差越大,风量则小。 当叶片攻角达到临界值时, 气体将离开翼背的型线而发生涡流, 此时风机压力大, 风量下降, 产生失速现象。 . . 1.6 燃烧器布置 自然循环煤粉炉采用四角布置切圆燃烧方式的直流式摆动燃 烧器。在炉膛下由八层二次风喷嘴、五层一次风喷嘴和两层三次 风喷嘴组成。 . . 2.燃烧过程控制任务和调节量 2.1 燃烧过程控制任务 (1) 满足机组负荷要求，维持主蒸汽压力稳定； 燃烧过程控制任务与机组运行方式有关。 (2) 保证燃烧过程经济性 ； 使燃料得以充分燃烧 (3) 保证燃烧过程稳定性 。 维持锅炉炉膛压力稳定 2.2 燃烧过程调节

8、量 根据控制任务，主要调节以下三个物理量： 1燃料量调节 调节燃料量使入炉燃料燃烧所产生的量能与锅炉外部负荷需 求的量能相适应。 2送风量调节 燃料量改变时，送风量也应改变，以保证燃料的完全燃烧和 排烟热损失最小。调节送风量的目的是保证锅炉燃烧过程的经济 性。 3引风量调节 调节引风量的目的是使引风量与送风量相适应，以保持炉膛 压力在要求范围内，以保证燃烧过程稳定性。 . . 3.锅炉送、引风机风压及风量的理论计算 锅炉送风机、引风机是锅炉系统的重要设备，对提高介质的 燃烧利用率、保证锅炉的正常使用起着关键作用。送风机以控制 锅炉进风量为目标；引风机是以控制炉内压力为目标，通常为控 制炉膛负压

9、。因此，对锅炉风量、压力受控制参数的调节极其重 要。 3.1 送风机风压与风量的确定 按理论要求，在锅炉房的烟风系统中，送风机的风压用于克 服从风道入口到进入炉膛（包括通过空气预热器、燃烧设备和燃 料层）的全部阻力。 送风机风压值可按下式表示： H=1.1(h1+h2+h3-h4-h5) (1) 式中h1燃烧设备和燃烧层的阻力； h2空气预热器空气侧的阻力； h3送风道的阻力（包括摩擦阻力和局部阻力）； h4风道自生风； h5炉膛入口处真空度； 1.1风压储备系数。 在（1）式中，h1值变化范围较大，它受燃煤特性、燃煤厚 度、燃煤粒度的影响。其次与锅炉操作人员管理水平有关。 送风机风量可按下式

10、确定： V=1.05abc(273+t)/273X101325/d (2) . . 式中 a炉膛过量空气系数； 1.05风量储务系数； b计算燃煤量； c理论空气量； d当地大气压； 101325标准大气压； t冷空气温度。 由（2）式可知，影响风量大小的因素主要是燃煤特性、锅 炉负荷、炉膛过量空气等因素。 3.2 引风机的风压与风量的确定 引风机用于克服从炉膛出口到烟囱出口（包括炉膛出口负压、 锅炉防渣管以后的各部分受热面和除尘设备）的全部烟道阻力。 引风机的风压值可按下式确定： H=1.2（h1+h2+h3+h4+h5-h6） (3) 式中h1炉膛负压值； h2锅炉阻力，DC； h3除尘器

11、阻力； h4烟道阻力； h5烟囱阻力； h6烟道自生风。 在上式中，各项阻力值的变化范围与锅炉的容量、结构形式 有关，其中h2、h3是主要因素。当锅炉结构不同时h2值不同；当 除尘器结构不同时h3不同。 . . 引风机风量可按下式确定： V=1.1B(V1-aV2) (4) 式中B计算燃煤量； V2锅炉尾部受热面后的排烟容积； a锅炉尾部受热面后烟道的漏风系数； 1.1风量储备系数。 综上所述，应该按照锅炉系统的有关阻力和保证锅炉正常运 行所需空气量，来确定锅炉送、引风机的风量、风压，同时考虑 一定的储备系数。特别指出的是，对风机采用常规的风阀调节风 量法，虽然风量减小了，但系统阻力却增加了。

12、风机所需功率没 有减小或减小的很少，电机的能耗没有节省，不能达到节能的目 的。而且可能因为满足了炉膛负压值要求而不能满足风量要求， 进而造成锅炉出力不足的结果。采用变频调速控制风量，不仅可 以调节风机的风量和风压，减小系统的噪声，而且可以达到节能 的目的。变频调速控制风量法是一种有效的节能控制方法。 . . 4.锅炉燃烧过程控制基本方案及分析 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，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

13、节鼓风量与给煤量的比例，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。 燃料与空气按照一定比例送入锅炉燃烧室燃烧，生成的热量 传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，形成过热蒸汽，再汇集到 蒸汽母管。过热蒸汽经负荷设备控制，供给负荷设备用，与此同 时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还 经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风送往 烟囱，排入大气。 蒸汽压力对象的主要干扰是燃料量的波动与蒸汽负荷的变化。 当燃料流量和蒸汽负荷变动较小时，可采用利用蒸汽压力来调节 燃料量的单回路控制系统；当

14、燃料流量波动较大时，可采用蒸汽 压力对燃料流量的串级控制系统。主蒸汽压力控制系统的主要目 的是维持主蒸汽压力恒定，因此主蒸汽压力能否准确测量直接关 系到控制质量的优劣。合理的选择压力变送器在设计中有关键作 用。 . . 4.1 蒸汽出口压力控制系统分析 锅炉的燃烧控制对于锅炉的安全、高效运行和节能降耗都具 有重要意义，其控制和管理随之要求也越来越高。燃料控制的任 务在于进入锅炉的燃料量随时与蒸汽压力要求相适应。因为蒸汽 压力是衡量锅炉热量平衡的标志，燃料又是影响蒸汽压力的主要 因素，因此蒸汽压力可以作为燃料控制系统的被调量。 （1）低压锅炉出口蒸汽压力小于或等于2.45MPa的锅炉，其蒸汽 温

15、度多为饱和温度或不高于400。 （2）中压锅炉出口蒸汽压力为2.944.90MPa的锅炉。（3） 高压锅炉出口蒸汽压力为7.8410.8MPa的锅炉。 锅炉蒸汽压力是燃烧过程调节对象的主要被控量，引起蒸汽 压力变化的因素有很多，如燃料量、送风量、给水量、蒸汽流量 以及各种使燃烧工况发生变化的原因。它受到的主要扰动分为内 扰(燃料的变化)和外扰(蒸汽流量的改变)。 4.2 燃料量控制系统 燃料控制子系统的作用是燃料量适应负荷变化的需要, 保证 压力在允许范围内变化。该系统用给煤机转速表示燃料量( 锅炉 燃烧率) 的大小,被调量是机前压力P T , 调节量是各给煤机的 给煤量B0 , 反馈量是给煤

16、机转速总和n, 构成串级控制系统。燃 料控制子系统是由给煤机转速测量回路、燃料发热量修正回路、 燃料调节回路构成。给煤机转速测量回路的作用是提供给煤量的 反馈信号; 燃料发热量修正回路的作用是保证燃料变化时发热量 不变化; 燃料调节回路的作用是通过调节给煤量来适应外界负荷 . . 的需求。燃料过程控制构成可用图4-1简单表示。 图 4-1 燃料过程控制过程 其中：锅炉主控制器控制燃料、送风和引风三个系统，同时 通过协调级进行调节。 设置燃料量控制子系统的目的之一就是 利用它来消除燃料侧内部的自发扰动，改善系统的调节品质。另 外，由于大型机组容量大，各部分之间联系密切，相互影响不可 忽略。特别是

17、燃料品种的变化、投入的燃料供给装置的台数不同 . . 等因素都会给控制系统带来影响。燃料量控制子系统的设置也为 解决这些问题提供了手段。 煤粉由一次风送入炉膛，送粉能力与一次风量有关；同时， 一次风量对制粉系统的正常工作影响很大，所以必须对进入磨煤 机的一次风量进行控制。 磨煤机出口温度与煤粉干燥度有关，出口温度太低，会使 煤得不到足够得干燥，影响煤粉的输送，甚至会造成堵塞；出口 温度太高，则容易发生煤的自燃。因此，需对磨煤机出口温度进 行控制。 由于一般都是通过调节磨煤机入口热风挡板开度控制 磨煤机入口一次风量；通过调节磨煤机入口冷风挡板控制磨煤机 . . 出口温度。为保证控制开度与风量的一

18、一对应关系，为此需设置 一次风压力控制系统。 用于输送煤粉的一次风是属于助燃的风量，但帮助燃料在炉 膛内完全燃烧的主要还是由送风机提供的二次风。因此，燃烧过 程的经济性主要是通过调节二次风量来保证。 由于直吹式锅炉特性， 燃烧过程控制的三个控制系统在直 吹式锅炉燃烧过程控制中已演变成六个控制系统：燃料控制系统、 磨煤机一次风量控制系统、磨煤机出口温度控制系统、一次风 压力控制系统、送风控制系统（又称风量控制系统）和炉膛压力 控制系统 4.3 送风量控制系统 送风控制子系统的作用是通过调节总送风量, 保证燃烧过程 中总的风- 煤比值。该系统中被调量是烟气含氧量, 调节量是各 台送风机的送风量,

19、反馈量是各台送风机的风量信号与一次风总 风量信号相加, 构成串级控制系统。送风量控制子系统由总风量 测量回路、烟气含氧量校正回路、送风量调节回路构成。总风量 回路提供风量的反馈信号。烟气含氧量校正回路的作用是根据烟 气含氧量与给定值之间的偏差对送风量进行校正, 以保证最佳的 过剩空气。送风量调节回路的作用是根据校正后的总风量与给定 值之间的偏差, 调节送风量, 使副回路构成随动控制系统。 燃 料量与送风量的关系见图4-2。 . . 图 4-2 燃料量与送风量关系 其中对空气和燃料的控制: 锅炉用水经省煤器预热后,注入 锅炉内,在进水管道内,用一流量传感器检测到流量信号后,经流量 变松器把流量信

20、号这一物理量变换成相应的统一的标准信号,送 入仪表、运算器、调节器中,其中为了使仪表的输出信号同流量 信号呈线形关系,我们在中间加入一个开方器,同时,在进水端检测 出它的进水温度(预热后),送给调节器,然后,再从出水端检测出出 水温度,也送给调节器.在这一调节器中,用一减法器计算出温度,将 前面所测得的流量乘以(乘法器)温差,即可求得进水管道中所注入 的水所需的热量.而出口测的热水温度信号送给温度调节电路,温 度调节电路将它在与人工设定值水平 SP 之间进行控制计算,将输 出信号作为结果输出,将前面原料加热所需要的热量加到该输出 信号中,作为燃料流量的设定值,与燃料流量这一小闭环所检测出 此时

21、燃料的流量值,做一差值计算,从而调节燃料控制阀的大小,进 而进行热量控制. 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 热效率不能直接测量，故通常通过一些间接的方法来达到目的。 如图 4-3 所示，以实测的燃料量 B 作为送风量调节器的给定值， 使送风量 V 和燃料量 B 成一定的比例。 图 4-3 燃料量空气调节系统 在稳态时，系统可保证燃料量和送风量间满足

22、B=vV （5） 选择v使送风量略大于B完全燃烧所需要的理论空气量。这个系 统的优点是实现简单，可以消除来自负荷侧和燃料侧的各种扰动。 4.4 引风量控制系统 引风控制子系统的作用是保持炉膛压力稳定在给定值。该系 统的被调量是炉膛压力, 调节量是引风量, 前馈信号是送风量, 构成前馈- 反馈控制系统。引入送风量前馈信号是协调送风和引 风之间的关系, 克服送风量对炉膛压力的扰动。PI 调节器构成 的调节系统可以消除其他扰动对炉膛压力的影响, 静态时炉膛压 力等于给定值。炉膛压力直接影响炉膛内燃料的燃烧质量和锅炉 . . 的安全性。炉膛压力控制系统的基本任务是通过控制两台引风机 动叶或入口挡板的开

23、度, 使引风量与送风量相适应, 从而保证炉 膛压力在允许范围内, 以稳定燃烧, 减少污染, 保障安全。一般 采用单回路调节系统并加以前馈的方法进行控制，如图4-4所示。 图 4-4 引风量控制子系统 图中 rs 为炉膛负压给定值，S 为实测的炉膛负压，Q 为引风 量，V 为送风量。由于炉膛负压实际上决定于送风量和引风量的 平衡，故利用送风量作为前馈信号，以改善系统的调节性能。另 外，由于调节对象相当于一个比例环节，被调量反应过于灵敏， 为了防止小幅度偏差引起引风机挡板的频繁动作，可设置调节器 的比例带自动修正环节，使得在小偏差时增大调节器的比例带。 对于负压 S 的测量信号，也需进行低通滤波，

24、以抑制测量值的剧 烈波动。 . . 5. 控制系统单元元件的选择 变送器是将被测工艺参数，通过其传感元件的检测，转换部 件的放大和变换，输出一个统一的相应的气压或电流信号，再传 送到指示记录仪、运算器和调节器，供指示、记录和调节。 输入转换 D 放大器 K 反馈部分 调零、零点 迁移 x z + + z1 - - y z0 图6.5 变送器的构成原理图 输入转换部分包括敏感元件，它的作用是感测被测参数 x ，并把被测参数 转换成某一中间模拟量 z 。中间模拟量 z 可以 是电压、电流、位移和作用力等物理量。反馈部分把变送器的输 出信号 y 转换成反馈信号 Z1，Z1 与 Z 是同一类型的物理量

25、。放 大器把 Z 和 Z1 的差值放大，并转换成标准输出信号 。 按照被测参数分类，变送器主要有：差压变送器、压力变送 器、温度变送器等。 5.1 变送器的选择 . . 对变送器的选择应考虑如下几方面：技术性能、量程、防 腐材料。 技术性能的选择 变送器的使用量程应选在最大量程的多少为宜，需做具体分 析。习惯上，变送器的实际使用量程应在仪表最大量程的 3/4 左 右。即如果实际使用范围为 075KPa，则仪表的最大测量范围 应选在 0100KPa 为好。这样，如果设计计算错误或工艺参数发 生改变而需要改变仪表的测量范围时，可以不必更换新表便可调 整过来。但如前所述，变送器的实际使用范围越小，它

26、的性能越 差，所以如果能预先确定仪表的量程，或如容器液位那样，量程 不大可能改变的情况下，仪表使用范围应尽可能选在接近它的最 大量程，这样才能充分发挥仪表的各项技术性能。 量程比是指变送器最大测量范围和最小测量范围之比，它是 变送器的一个重要指标。一般经验知，量程比应同一个合理的精 度相对应，当变送器的精度降为基本精度的 2.5 倍时的量程比称 为可用量程比，否则便是不推荐的量程比。 防腐材料的选择 选择变送器接触介质部分的材料是一个很重要的问题，材质 选得合适，仪表可以经久耐用，否则仪表用不了多长时间就要损 坏，但防腐材料的选择十分复杂，同一种介质，不同的浓度，不 同的温度，对材料的腐蚀程度

27、是不一样的。同样，同一种材料， 其中的成分稍有不同，抗介质的腐蚀程度也不一样。待批材料还 需注意重点，检测部件的隔离膜片一般只有 0.1mm 厚，所以是耐 腐蚀的薄弱环节，应予重点考虑。 . . 6.控制原理图 常见的锅炉系统如图 6-1 所示。首先除氧水通过给水泵进 入给水调节阀，通过给水调节阀进入省煤器，冷水在经过省煤器 的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成温水进入汽包，在汽包 内加热至沸腾产生蒸汽，为了保证有最大的蒸发面因此水位要保 持在锅炉上汽包的中线位置，蒸汽通过主蒸汽阀输出。空气经过 鼓风机进入空气预热器，在经过空气预热器的过程中被由炉膛排 出的烟气预热，变成热空气进入炉膛。煤经过

28、煤斗落在炉排上， 在炉排的缓慢转动下煤进入炉膛被前面的火点燃，在燃烧过程中 发出热量加热汽包中的水，同时产生热烟气。在引风机的抽吸作 用下经过省煤气和空气预热器，把预热传导给进入锅炉的水和空 气。通过这种方式使锅炉的热能得到节约。降温后的烟气经过除 尘器除尘，去硫等一系列净化工艺通过烟囱排出。 . . 控制原理图见图 6-1 图 6-2 控制原理图 TT温度变送器；PT压力变送器；FT流量变送器；LT液 位变送器；M电动调节阀；AI模拟量输入；DI数字量输入； AO模拟量输出；DO数字量输出 . . 7 致谢 课程设计已接近尾声，回想整个过程，我觉得学到了很多东 西，虽然刚开始接触课题“某锅炉送引风控制系统”觉得不知道