船舶蒸汽锅炉的自动控制PPT课件

1 第八章蒸汽锅炉控制系统 主锅炉 蒸汽动力船舶上用于蒸汽动力装置的锅炉 蒸发量大 蒸汽压力高 对水位和蒸汽压力的控制要求较高 一般采用带有积分作用的调节器 辅锅炉 内燃机动力船舶上的锅炉 油轮辅锅炉 加热货油 驱动甲板设备 蒸发量较大 类似主锅炉 货轮辅锅炉 燃油 滑油及生活用水加热 要求不高 其水位和压力常用双位控制 锅炉的控制包括 水位的自动控制 蒸汽压力的自动控制 点火及燃烧的时序控制 自动安全保护 第一节概述 2 一 货轮辅锅炉水位控制 常闭 2常开 停 第二节锅炉水位的自动控制 3 常闭 2常开 开 一 货轮辅锅炉水位控制 第二节锅炉水位的自动控制 4 1 油轮辅锅炉水位控制的特点 存在虚假水位 1 水中含有蒸汽 可达15 20 总量与锅炉的蒸发量和汽压有关 蒸发量越大 汽压越小水面下的蒸汽总容积越大 2 过渡工况时 水位不仅受蒸发量和给水量的影响 还受水面下蒸汽容积变化的影响 蒸汽流量突增 汽压降低 蒸汽的饱和温度下降 水面下蒸汽比容增大造成水下蒸汽的容积增大 同时由于炉水变成过热水 将产生更多汽泡 水位虚高 如何克服虚假水位或准确监测和控制 二 油轮辅锅炉水位控制 第二节锅炉水位的自动控制 5 水位控制策略 1 单冲量 仅根据水位控制给水阀开度 2 双冲量 水位 蒸汽流量 3 三冲量 水位 蒸汽流量 给水量 冲量指调节器接受的被调量信号 1 2 3 4 5 6 蒸汽 给水 图1 4 1双冲量给水控制原理图 锅炉 过热器 水位信号 蒸汽流量信号 双冲量调节器 给水调节阀 蒸汽流量信号其实是前馈信号 6 水位控制策略 双回路给水控制原理 1 水位控制回路 2 给水压差控制回路给水流量与给水阀开度及前后压差有关对于汽轮机给水泵组 蒸汽调节阀开度不变 排水量基本不变 7 2 油轮辅锅炉水位自动控制系统的组成及工作原理 8 1水位差压变送器 锅炉水位信号变为标准气压信号 气容气阻 水位调节器 比例积分 气动计算器 蒸汽流量变送器 给水调节阀 汽轮机给水泵组 蒸汽调节阀 图8 4锅炉水位自动控制系统原理图 负荷不变时 蒸汽流量变送器输出B为恒定值 显然最好使给水阀保持的开度是锅炉的水位在中间 给水差压调节器 给水差压变送器 9 1水位差压变送器 锅炉水位信号变为标准气压信号 气容气阻 水位调节器 比例积分 气动计算器 蒸汽流量变送器 给水调节阀 汽轮机给水泵组 蒸汽调节阀 图8 4锅炉水位自动控制系统原理图 负荷变化时 锅炉的水位是变化的 给水差压调节器 给水差压变送器 10 双回路水位控制系统工作原理l 锅炉 2 参考水位罐 3 差压变送器 4 水位比例积分调节器 5 给水调节阀 6 差压变送器 7 比例积分调节器 8 蒸汽调节阀 9 透平给水泵机组 双回路给水控制原理 11 气源 输出 6 喷嘴 16 膜盒 11 锁紧螺母 9 主杠杆 8 迁移弹簧 7 档板 18 紧固螺母 15 正压室 17 负压室 14 支架 12 静压误差调节螺母 2 琐紧螺钉 10 反馈波纹管 20 量程调节支点 19 底版 13 密封簧片 4 顶针 5 顶针架 单杠杆气动差压变送器的结构 气动差压变送器的结构和工作原理 12 1 测量部分 把被控量变化转换为轴向推力 p q测 p F膜 气动差压变送器的结构和工作原理 13 气源 输出 6 喷嘴 16 膜盒 11 锁紧螺母 9 主杠杆 8 迁移弹簧 7 档板 18 紧固螺母 15 正压室 17 负压室 14 支架 12 静压误差调节螺母 2 琐紧螺钉 10 反馈波纹管 20 量程调节支点 19 底版 13 密封簧片 4 顶针 5 顶针架 单杠杆气动差压变送器的结构 14 2 气动转换部分 把测量部分输出的轴向推力转换成标准的气压信号作为差压变送器的输出 在K单中 F膜 F反和l1都是固定不变的 唯一可调的是l2反馈波纹管上移l2 K单 量程 l2 K单 量程 气动差压变送器的结构和工作原理 15 假定 p的最大变化范围是0 1000mmH201 让正负压室均通大气 使 p 0 观察变送器输出压力是否为0 02MPa 若不是 拧动迁移 调零 弹簧 使p出 0 02MPa 2 逐渐增大正压室压力 使p出 0 1MPa 观察正压室压力是否为1000mmH20 若小于它 说明量程小了 则松开量程支点的锁紧螺母 上移支点 反之亦然 3 重新调零 调量程 直到零点和量程准确为止 差压变送器调零和调量程 变送器输入输出特性 16 17 用参考水位罐检测锅炉水位的装置 水位升高 压差减少 负正 正负 P 0 P出 0 18 所谓迁移 是指根据实际需要将变送器量程的起点由零迁到某一数值 迁移后 量程的起点和终点都改变 但量程不变 以测量锅炉水位为例说明其迁移原理 迁移原理 19 MPa 0 02 Kg cm2 10 0 正迁移 0 1 6 4 量程迁移的优点 1 适应不同应用场合的需要 例如 水位测量2 提高灵敏度 量程越小 K越大3 减小误差 10 6 1 0 04 10 0 1 0 1 20 1 燃烧的双位控制 第三节大型油轮辅锅炉蒸汽压力自动控制 一 柴油机货船辅锅炉蒸汽压力自动控制 调整给定弹簧的预紧力可调整下限值Px 调整幅差弹簧的预紧力可调整上限值Pz 如压力下限是0 4MPa 要求把上限调到0 6MPa 问幅差调整螺钉设在几档 21 图8 5燃烧比例控制工作原理图 2 燃烧的比例控制 第三节大型油轮辅锅炉蒸汽压力自动控制 一 柴油机货船辅锅炉蒸汽压力自动控制 蒸汽压力升高 划针2左移 R1减小 R2增大 电桥输出上负下正的不平衡电压UA 22 1 蒸汽压力控制的特点 要保证蒸汽压力不变 就要在不同负荷下 改变燃料量和风量 即燃烧强度 使燃料量和空气量相适应 维持燃料量和空气量有一定比值 最佳风油比 保证燃烧过程的经济性 空气不足 燃烧不完全 空气过多 就会使大量热量损失在烟气中 使引风量和送风量相适应 维持炉膛压力不变 一般运行在微负压状态 20 40KPa 8 6喷油量与风压关系 二 油轮辅锅炉蒸汽压力自动控制 23 二 油轮辅锅炉蒸汽压力自动控制 图8 3 3油船辅锅炉燃烧控制系统框图 2 蒸汽压力自动控制系统的组成及工作原理 控制回路一 根据蒸汽压力的偏差值控制燃油调节阀的开度 即改变喷油量 控制回路二 根据喷油量对空气压力进行控制的回路 24 图8 3 4燃油调节阀结构原理图1 预紧弹簧 2 调整旋钮 3 膜片4 反馈波纹管 燃油控制阀 二 油轮辅锅炉蒸汽压力自动控制 3 系统的其他主要元件 蒸汽压力调节器输出 阀后油压 阀前油压 25 图8 3 2喷油量与风压之间的关系 图8 3 5函数发生器结构原理图l 测量波纹管 2 喷嘴挡板机构 3 气动功率放大 4 反馈气室和反馈波纹管 5 反馈凸轮 6 调零弹簧 7 量程调整螺钉 反馈凸轮带动调零弹簧 调节喷嘴挡板间隙 实现不同函数 函数发生器 26 图8 10微分控制阀结构原理图1 2 3 膜片 4 喷嘴 5 恒节流孔 6 放大器 7 挡板 P3F1 P3F2 F2 F1 F3 P0增大 P0F3平衡 暂稳 F2F3 微分输出 输出慢慢减小 直到平衡 微分消失 已经增大 负荷增大 P3变大 函数发生器输出P2 主调节器输出P3 0 14MPa气源 喷嘴 P0 P2 微分阀 放大系数为1的比例微分作用 27 图8 3 7高压选择器结构原理图 膜片 喷嘴 高压选择器 28 4 控制系统常见故障分析及管理要点 1 常见故障分析 1 锅炉负荷处于稳定状态 但蒸汽压力出现振荡可能原因 燃油控制阀振荡 燃油泵输送压力振荡 蒸汽压力变送器本身振荡或节流不当 主控制器的灵敏度太高等 2 锅炉负荷处于稳定状态 但检测的蒸汽压力与设定值不符可能原因 主控制 器的调整不正确或蒸汽压力变送器调整不当等 3 尽管风道和炉内压力处于稳定状态 但燃烧器前风压振荡可能原因 风门驱动装置振荡 空气差压变送器本身振荡或输出管路节流不当 燃油压力变送器或函数发生器振荡 空气差压变送器的灵敏度太高等 4 锅炉在突然增加负荷时 大量冒黑烟和燃烧不稳定可能原因 当喷油器数增加时 燃油压力降低 空气量控制器灵敏度太高 风门调节机构动作迟缓 微分控制阀的灵敏度低 空气量控制器灵敏度低等 5 锅炉燃烧器进口供给空气不足可能原因 空气差压变送器的零点偏高或量程偏小等 29 图8 4 1辅锅炉燃烧时序控制框图 第四节燃烧时序控制 一 辅锅炉燃烧时序控制系统的功能及常用元部件 30 第四节燃烧时序控制 图8 4 2凸轮式时序控制器结构原理图 时序控制器 有触点 31 第四节燃烧时序控制 时序控制器 无触点 K闭合 立即导通K断开 充电 延时 释放 K闭合 立即释放K断开 充电 延时 导通 K C Uc D J C e b Ib Rb Ec A B K C D J C e b Ib Rb Ec A B R a 单管延时释放电路 b 继电器延时通电电路 图8 4 3晶体管延时开关电路 32 图8 4 4光敏电阻及其特性l 金属电极 2 光敏层 3 透明底板海 4 电流表 图8 4 5光敏电阻火焰感受器l 光敏电阻 2 磨砂玻璃 3 耐热玻璃 第四节燃烧时序控制 火焰感受器 33 第四节燃烧时序控制 火焰感受器 34 锅炉起动准备工作过程 油路正常 油压 高油温 低油温水路正常 高水位 低水位 高汽压按b11电源开关 b12报警复位开关 H电源开关 复位按钮EK1 EK2 二 LAEI型辅锅炉燃烧时序控制系统 锅炉起动准备过程 起动过程 35 锅炉起动过程 0S风门开到最大达3S启动鼓风机6S启动风压检测63S风门关到最小67S点火变压器工作70S火焰检测 OV1 OV投入工作81SOV2投入工作86SOV停止工作89S点火变压器停止工作93SOV3投入工作 SM停转 36 高油温 低油温 高水位 低水位 危险低水位 高汽压 手 自 燃烧速率 低油压 汽压超高 鼓风机失灵 37 0 3 6 63 67 70 81 86 89 93 120 a b a b a b a b a b a b a b a b a b 图LAEI型辅锅炉时序控制器开关表 38 返回最近 图2 1 9LAEI型辅锅炉时序控制电路图 负荷继电器断电延时9s 燃烧锁定通电状态 火焰继电器 N X XI 燃油泵 鼓风机 风压检测 锁定指示灯 点火变压器 燃油 长预点火 轻油 重油 重油 正常燃烧 br1 IX XIII IX AR 时序电机 39 第四节燃烧时序控制 40 图8 4 8辅锅炉燃烧时序PLC控制系统接线图 第四节燃烧时序控制 41 第四节燃烧时序控制 水位的双位控制 水位控制 29 高于水位上限M7 0得电 Q0 0失电低于水位下限M7 0失电 Q0 0得电 42 M1 1得电停止喷油 预扫风60s时间到开始点火 没有火焰闭 可以实现正常燃烧 开 中的熄火计时 压力低闭合 中途熄火或点火10s延时 点火失败或熄火故障 70s建立风压时间 M1 1熄火保护 喷油条件检查 1点火失败2风机失效3蒸汽超压 蒸汽压力双位控制由I1 1实现 蒸汽压力高于上限 I1 1常开闭合 常闭断开 不喷油蒸汽压力低于下限 I1 1常开断开 常闭闭合 喷油 实现压力高停油后 压力低的喷油10s应该看到火焰M4 0 风压低 风机故障 熄火保护信号 第四节燃烧时序控制 43 Q0 7必须检查故障后 复位 问 Q0 7 一旦得电则被保持 熄火保护复位 蒸汽压力双位控制由I1 1实现 蒸汽压力高于上限 I1 1常开闭合 常闭断开 不喷油蒸汽压力低于下限 I1 1常开断开 常闭闭合 喷油 第四节燃烧时序控制 44 燃烧停止I0 5 多余 M2 1燃烧保护 M2 1燃烧保护 1水位2风机3M1 1 即3蒸汽不超压4点火成功及点火过程5中途熄火 M1 1得电停止喷油 燃烧保护信号 第四节燃烧时序控制 45 蒸汽压力双位控制由I1 1实现蒸汽压力高于上限 I1 1常开闭合 常闭断开 不喷油蒸汽压力低于下限 I1 1常开断开 常闭闭合 喷油 蒸汽压力高而停油 燃烧保护正常运行时此触点断开 停止喷油 停油保持60s闭合 后扫风60s 正常工作过程的控制 风机 油泵控制 停油开始计时 1 起动即工作 2 停油后工作60秒 蒸汽压力高停风停油蒸汽压力低恢复风 油 停止喷油 第四节燃烧时序控制 46 手动点火 60s预扫风 没有火焰 预扫风后的预点火 60s预扫风 点火成功 点火成功2s断电 燃烧保护条件 风机 风机起动开始计时 26 有火焰得电 无火焰得电 点火成功关断 失电 弹簧使风门大 得电风门小 1 风门初始为大开 风机起动即开始预扫风 2 60sT35时间到 Q0 4关小风门 62s 预点火 预点火2s后喷油 点火 变压器预点火 3 预点火2s后喷油 点火 4 点火成功停止点火2s后开打风门 点火成功关断 蒸汽压力高停风停油蒸汽压力低恢复风 油 5 M2 1燃烧安全保护 停止运行 时序控制 第四节燃烧时序控制 47 第五节船舶蒸汽锅炉的安全保护 1 蒸汽压力保护 2 水位安全保护 3 熄火保