锅炉控制系统

1、锅炉控制系统一、改造背景锅炉是全厂重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽，以满足负荷的需要。为此，锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风量。主要输出变量包括汽包水位、过热蒸汽温度及压力、烟气氧量和炉膛负压等。因此锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的复杂控制对象。二、关于锅炉计算机控制系统锅炉微计算机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、

2、环境污染等严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。    作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。采用微计算机控制，能对锅炉进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。锅炉微机控制系统，一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、微机、手自动切换操作、执行机构及阀、滑差电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机，手自动切换操作部分，手动时由操作人员手动控制，用操作器控制滑差电机及阀等，自动时对微机发出控制信号经执行部分进行自

3、动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可*地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，这是必不可少的，以免锅炉发生重大事故三、改造要求1、拆除锅炉主控制室的原有两台低配置的工控机和附属板卡，采用新的工控机及PLC和相关软件，组成PLCIPC架构的监控系统，实现对两台35吨锅炉运行状态、各项参数的监视和汽包水位的自动控制。2、新系统和原有控制盘上仪表系统通过信号隔离分配器相互独立，控制优先级别从高依次为：现场手动主控制室控制盘仪表系统微机系统自动。3、

4、本次改造在控制方面暂止要求实现汽包水位自动控制，但要求在PLC预留锅炉自动燃烧控制的全套程序，以利于在条件成熟时实现自动燃烧控制。4、系统模式为：PLCIPC 即可编程控制器工业计算机的监控模式。这样达到底层控制；上层监测的最佳监控方式。四、系统结构五、系统配置1、工业计算机软件部分  微软WINDOWS 2000操作系统昆仑通态MCGS 5.5开发版昆仑通态MCGS 5.5运行版西门子S7-300编程软件SETUP7 v5.2+sp12、工业计算机部分   采用国内最稳定的研华原装工业电脑，配置如下：P4 1.8G CPU；256M DDR内存；32M

5、显卡；40G硬盘；1.44M软驱；52XCDROM；4个USB2.0接口；双10/100M网卡；17英寸三星CRT显示器、联想天工工业键盘、鼠标套装。3、可编程控制器PLC采用德国西门子的S7-300系列可编程控制器  内置PID模块，32K存储器，I/O能扩展到2048点六、控制方案设计PLC控制设计锅炉汽包水位控制系统 汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。所以其值过高过低都可能造成重大事故。它的被

6、调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节, 使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，由于锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积极特性。但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时，表现却为"逆响应特性"，即所谓的"虚假水位"，造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。 汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉

7、的蒸发效率，保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双重量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。控制目标值：（汽包水位均匀量为：±220，水位控制在中间值，偏差±101、在操作界面上利用鼠标键盘实现对水泵启停的控制。2、在仪表盘上使用原有的DDZ-III操作器对水泵进行手动/自动调节控制。系统给水自动调节分为三种模式：单水位控制模式：只通过检测汽包水位来控制给水量双冲量水位控制模式：监测汽包水位、蒸汽流量，将蒸汽流量作为前馈信号，与汽包水位组成前馈反馈控制方式。三冲量水位控制模式：

8、监测汽包水位、蒸汽流量、给水流量，将汽包水位作为主控编练个，给水流量作为辅助被控变量的串级控制系统与蒸汽流量作为前馈信号组成前馈串级反馈控制方式，如下图所示。三冲量水位控制实现方式：1） 在异常情况下，如液位偏离正常值较大时，采用规则控制，可以快速恢复水位，保证锅炉的安全稳定运行。2） 当水位控制和主蒸汽温度控制发生矛盾时，可根据矛盾的主要方面进行两者的协调控制。3） 它包含给水流量控制回路和汽包水位控制回路两个控制回路，实质上是蒸汽流量前馈与水位流量串级系统组成的复合控制系统。当蒸汽流量变化时，锅炉汽包水位控制系统中的给水流量控制回路可迅速改变进水量以完成粗调，然后再由汽包水位调节器完成水位

9、的细调。锅炉燃烧过程控制系统 锅炉燃烧过程有三个任务：给煤控制，给风控制，炉膛负压控制。保持煤气与空气比例使空气过剩系数在1.08左右、燃烧过程的经济性、维持炉膛负压，所以锅炉燃烧过程的自动调节是一个复杂的问题。对于35t锅炉来说燃烧放散高炉煤气，要求是最大限度地利用放散的高炉煤气，故可按锅炉的最大出力运行，对蒸汽压力不做严格要求；燃烧的经济性也不做较高的要求。这样锅炉燃烧过程的自动调节简化为炉膛负压为主参数的定煤气流量调节。 炉膛负压Pf的大小受引风量、鼓风量与煤气量（压力）三者的影响。炉膛负压太小，炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加，排烟损失增

10、加，引风机电耗增加。根据多年的人工手动调节摸索，35t锅炉的Pf=100Pa来进行设计。调节方法是初始状态先由人工调节空气与煤气比例，达到理想的燃烧状态，在引风机全开时达到炉膛负压100Pa，投入自动后，只调节煤气蝶阀，使压力波动下的高炉煤气流量趋于初始状态的煤气流量，来保持燃烧中高炉煤气与空气比例达到最佳状态。保因此，锅炉燃烧过程自动控制系统按照控制任务的不同可分为三个子控制系统，即蒸汽压力控制系统、烟气氧量控制系统和炉膛负压控制系统。如下图所示过热蒸汽温度控制系统 过热蒸汽的温度是锅炉生产过程的重要参数，一般由锅炉和汽轮机生产的工艺确定。从安全生产和经济技术指标上看，必须控制过热蒸汽温度在

11、允许范围之内。在35T锅炉计算机控制系统中，过热蒸汽温度控制系统设计为如下图所示。调节手段是改变减温水流量。从结构上看，这是一个简单的单回路控制系统，但是实际系统存在以下问题：锅炉的进水系统中实际有三台调节阀，即锅炉总给水阀(V1)、减温水阀(V2)和汽包给水支阀(V3)，如图3所示。因为这3个阀都控制给水量，将会通过图中进水交点处压力P的变化而产生关联作用。除氧器控制系统 除氧器控制系统包括除氧器压力和液位两个控制子系统。在35T锅炉计算机控制系统中，除氧器压力控制系统和除氧器液位控制系统都设计为单回路PI控制方式。在满足锅炉生产的实际要求的前提下，单回路PI控制方式具有结构简单、容易整定和

12、实现等优点。除氧器控制系统的控制方案示意图如图4所示。 对于除氧器压力系统而言，当除氧器压力发生变化时，压力控制系统调节除氧器的进汽阀，改变除氧器的进汽量，从而将除氧器的压力控制在目标值上；同样，对于除氧器液位系统，当除氧器液位发生变化时，液位控制系统调节除氧器的进水阀，改变除氧器的进水量，从而将除氧器的液位控制在目标值上。软件系统以上控制系统一般由PLC或其它硬件系统完成控制，而在上位计算机中要完成以下功能系统功能：    实时准确检测锅炉的运行参数：为全面掌握整个系统的运行工况，监控系统将实时监测并采集锅炉有关的工艺参数、电气参数、以及设备的运行状态

13、等。系统具有丰富的图形库，通过组态可将锅炉的设备图形连同相关的运行参数显示在画面上；除此之外，还能将参数以列表或分组等形式显示出来。     综合分析及时发出控制指令：监控系统根据监测到的锅炉运行数据，按照设定好的控制策略，发出控制指令，调节锅炉系统设备的运行，从而保证锅炉高效、可*运行。     诊断故障与报警管理：主控中心可以显示、管理、传送锅炉运行的各种报警信号，从而使锅炉的安全防爆、安全运行等级大大的提高。同时，对报警的档案管理可使业主对于锅炉运行的各种问题、弱点等了如指掌。为保证 锅炉系统安全、可*地运行

14、，监控系统将根据所监测的参数进行故障诊断，一旦发生故障，监控系统将及时在操作员屏幕上显示报警点。报警相关的显示功能使用户定义的显示画面与每个点联系起来，这样，当报警发生时，操作员可立即访问该报警点的详细信息和按照所推荐采取的应急措施进行处理。     历史记录运行参数：监控系统的实时数据库将维护锅炉运行参数的历史记录，另外监控系统还。设有专门的报警事件日志，用以记录报警事件信息和操作员的变化等。历史记录的数据根据操作人员的要求，系统可以显示为瞬时值，也可以为某一段时间内的平均值。历史记录的数据可有多种显示方式，例如曲线、特定图形、报表等显示方式；此外历史

15、记录的数据还可以由以网络为基础的多种应用软件所应用。 计算运行参数：锅炉运行的某些运行参数不能够直接测量，如年运行负荷量、蒸汽耗量、补水量、冷凝水返回量、设备的累积运行时间等。监控系统提供了丰富的标准处理算法，根据所测得的运行参数，将这些导出量计算出来。实施方式  MCGS组态软件集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库、通讯技术于一体。其包括动态显示、历史趋势记录、报警、控制策略组件等。并提供一个友好的用户界面，使用户在不用编代码的情况下，即可生成需要的应用软件。建立数据库：监控组态的工作首先是建立实时数据库，其前提是在完成连续控制图、梯形逻辑图的设计后，将相关的回路点

16、、信号点、寄存器点、报警点等点名存入实时数据库。界面组态：其中最重要的是流程图画面设计，用ACTIVE图库提供的绘图工具和丰富的图形等元素，来形成特定的人机界面。每台锅炉设计有9个操作画面，具体是：锅炉本体流程图、调节系统画面、参数显示画面、电气操作画面、报表显示画面、综合趋势图画面、回路整定画面、报警总貌画面、设定参数画面。报警组态：按工艺要求定义各报警点，并设置报警点的高低限，越限时会在报警总貌画面显示并发出声光信号。报表组态：按工艺要求制作的班报表及月报表，即利用DDE方式将实时数据库的资料输出到EXCEL中生成报表数据，并进行相关的链接及设定打印时间，班报表自动打印，而月报表是人工操作

17、打印。历史趋势组态：用软件定义、采集、显示汽包水位、汽包压力、蒸汽流量、炉膛负压等重要参数的历史趋势数据，必要时可打印。登录及权限组态：操作员层：只能对设定好的画面进行切换、操作和监视，无权更改参数及退出和最小化系统。工程师层：客队系统进行组态，参数设置、退出系统。管理员层: 最高权限，可进行一切操作。运行中可在监控站上对控制器参数进行设定、修改，但为保证系统安全，进入设定参数、历史数据查询、月报表制作等内容时，须输入密码后才能进入各画面进行操作。菜单组态：所有换面的切换按钮、打印功能按钮、系统登录退出按钮、帮助按钮、系统时钟、操作员权限显示等功能按钮。锅炉微计算机控制锅炉微计算机控制，是近年

18、来开发的一项新技术，它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染等严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。采用微计算机控制，能对锅炉进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。锅炉微机控制系统，一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、微机、手自动切换操作、执行机构及阀、滑差电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速

19、等量转换成电压、电流等送入微机，手自动切换操作部分，手动时由操作人员手动控制，用操作器控制滑差电机及阀等，自动时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可*地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，这是必不可少的，以免锅炉发生重大事故。微机控制系统由机箱、通道箱、CRT显示器、打印机、键盘、报警装置、低通滤波器及I/V转换板等组成，能完成对给水、给煤、鼓风、引风等进行自动控制，使锅炉的汽包水位、蒸汽压力保持在规定的数

20、值上，以保证锅炉的安全运行，平稳操作，达到降低煤耗、提高供汽质量的目的，同时对运行参数如压力、温度等有流程动态模拟图、光柱模拟图等多幅画面并配有数字说明，还可对汽包水位、压力、炉温等进行越限报警，发出声光信号，还可定时打印出十几种运行参数的数据。以形成生产日志和班、日产耗统计报表，有定时打印、随机打印等几种方式。锅炉控制系统的硬件配置，目前有几种，功能较好首推可编程序控制器PLC，适合于多台大型锅炉控制，由于PLC具有输入输出光电隔离、停电保护、自诊断等功能，所以抗干扰能力强，能置于环境恶劣的工业现场中，故障率低，如北京丽都饭店使用的PLC控制系统，运行几年来从未发生任何故障。PLC编程简单，

21、易于通信和联网，多台PLC进行同位链接及计算机进行上位链接，实现一台计算机和若干台PLC构成分布式控制网络，但是，价格较高，如果是控制单台，资源不能充分利用，多台锅炉控制能提高性能价格比，如果从长远观点看，其寿命长，故障率低，易于维修，值得选用。第二种是16位STD总线工业控制机为主机构成的系统，由于其性能价格比较高，所以国内用的较多，微机内部一般采用总线式模块结构，组态灵活，维修方便，STD总线结构很适于工业环境，按测量参数的多少和控制回路的数目选配相应的模板，在操作上，考虑到现场人员的技术水平，对开机操作，控制目标，控制参数的修改，手/自动切换等设置了最简便的操作，国内有许多家搞这方面的研

22、制，就其产品而言，使用较好的是大连DMC-500T系列产品，适用于10吨以上锅炉使用，价格适中。第三种是智能仪表控制，以单（双）回路可编程控制器为主，以PC机为上位机，彼此间采用RS-232相连，它可以接受多路模拟量及开关量输入，实现复杂的运算、控制、通信及故障诊断功能，出于危险分散的考虑，它虽有若干路模拟量及开关量输入，但只有一（二）路采用420mA直接信号输出，即原则上只控制一（二）个执行器，它与模拟仪表一样，可与常规仪表混合合作，它作为集散控制系数的一部分，是现代自动控制、计算机及通信技术最新发展产物。该仪表编程方式采用模块化，容易掌握。山东酒精总厂就是用该仪表构成锅炉微机控制系统，运行

23、良好。锅炉控制系统，一般有燃烧、水位等控制系统。燃烧控制实质上是能量平衡系统，它以蒸汽压力作为能量平衡指标，量出而入不断根据用汽量与压力的变化成比例地调整燃料量与送风量，同时保证燃料的充分燃烧及热量的充分利用，其中保持合适的“空燃比”是一个重要因素。“空燃比”是指燃烧中空气量与燃烧量的比值系数。汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情

24、况采用水位单冲量、水位蒸汽量双重量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。炉膛负压控制系统是使进出炉膛的空气量维持平衡的控制系统，一般以炉膛压力作为空气量平衡与否的控制指标，通过调整排向大气的引风量达到空气量进出平衡，为提高控制品质，一般以送风量或送风档板开度作为前馈量构成前馈反馈控制系统。微机锅炉控制技术具有良好实用前景，既可节能又可提高锅炉的运行管理水平，减轻环境污染，目前国内只有几百台锅炉采用微机控制，占总数的很小一部分，所以推广应用该技术就显得十分繁重。同时，该技术也在不断完善和提高，在进一步降低造价及锅炉本体设备的改造紧密配合方面还有许多工作要做。锅炉基础知识（初学者）利用燃料或其他

25、能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。    蒸汽锅炉有时又叫蒸汽发生器，是蒸汽动力装置的重要组成部分。电站锅炉、汽轮机和发电机是火力发电站的主机，因此电站锅炉是生产电能的重要设备。工业锅炉是在各种工业企业中提供生产和

26、供暖所需的蒸汽的必不可少的设备。工业锅炉数量甚多，需要消耗大量燃料。利用生产过程中高温炉越做越大，为了增加受热面积，在锅壳中加装火筒，在火筒前端烧火，烟气从火筒后面出来，通过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热，称为火筒锅炉。开始只装一只火筒，称为单火筒锅炉或康尼许锅炉(图1b)；后来加到两个火筒，称为双火筒锅炉或兰开夏锅炉（图1c）。1830年左右，在掌握了优质钢管的生产和胀管技术之后出现了火管锅炉（图1d）。一些火管装在锅壳中，构成锅炉的主要受热面，火（烟气）在管内流过。在锅壳的存水线以下装上尽量多的火管，称为卧式外燃回火管锅炉。它的金属耗量较低，但需要很大的砌体。图1e为火筒火管锅炉，烟

27、气流出火筒后再流过火管，称为苏格兰船用锅炉。其形状和尺寸可与轮船机舱配合较好，锅炉本身也较轻，所以一直在船舶上使用。图1f的机车锅炉在只有火管的锅壳前方装上一个包有水夹套的火箱，火箱下部装炉排烧火，布置紧凑，蒸汽机车均用这种锅炉。图1g为小型立式火管锅炉。火筒锅炉和火管锅炉合称锅壳锅炉。火筒锅炉已趋淘汰，而火筒锅炉则仍在应用。    19世纪中叶，出现了水管锅炉。锅炉受热面是锅壳外的水管，取代了锅壳本身和锅壳内的火筒、火管。锅炉的受热面积和蒸汽压力的增加不再受到锅壳直径的限制，有利于提高锅炉蒸发量和蒸汽压力。这种锅炉中的圆筒形锅壳遂改名为锅筒，或称为汽包。初期的水管锅炉只用

28、直水管，其发展见图2直水管锅炉压力和容量都受到限制。    20世纪初期，汽轮机开始发展，它要求配以容量和蒸汽参数较高的锅炉。直水管锅炉已不能满足要求。随着制造工艺和水处理技术的发展，出现了弯水管式锅炉（图3）。开始是采用多锅筒式。随着水冷壁、过热器和省煤器的应用和锅筒内部汽水分离元件的改进，锅筒数目逐渐减少，既节约了金属，又有利于提高锅炉的压力、温度、容量和效率。到30年代，已广泛应用24兆帕、385400的具有水冷壁的弯水管式锅炉配 612兆瓦的火电机组。第二次世界大战以后，锅炉工业发展很快。40年代开始采用10兆帕、510左右的配50兆瓦发电机组的锅炉;50年代开始采

29、用14兆帕左右、540570的配100200兆瓦发电机组的锅炉；60年代开始采用配300600兆瓦发电机组的亚临界压力(1718.5兆帕)锅炉；70年代最大的自然循环锅炉单台容量已达850兆瓦。    以前的火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉都属于自然循环锅炉(图4), 水汽在上升、下降管路中因受热情况不同造成密度差而产生自然流动。在发展自然循环锅炉的同时，从30年代开始应用直流锅炉。40年代开始应用辅助循环锅炉。辅助循环锅炉又称强制循环锅炉图5, 它是在自然循环锅炉的基础上发展起来的。在下降管系统内加装循环泵，以加强蒸发受热面的水循环。直流锅炉图6中没有锅筒,给水由给水泵送入省

30、煤器，经水冷壁和过热器等蒸发受热面变成过热蒸汽送往汽轮机，各部分流动阻力全由给水泵来克服。第二次世界大战以后，这两种型式的锅炉得到较快发展，因为当时发电机组要求高温高压和大容量。发展这两种锅炉的目的是：缩小或不用锅筒，可以采用小直径管子作受热面，可以比较自由地布置受热面。随着自动控制和水处理技术的进步，它们渐趋成熟。70年代最大的单台辅助循环锅炉是17兆帕压力配1000兆瓦发电机组。在超临界压力时，直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉，70年代最大的单台容量是27兆帕压力配1300兆瓦发电机组。后来又发展了由辅助循环锅炉和直流锅炉复合而成的复合循环锅炉。    炉的发展

31、0; 在锅炉的发展过程中，燃料种类对炉膛和燃烧设备有很大的影响。因此，不但要求发展各种炉型来适应不同燃料的燃烧特点，而且还要提高燃烧效率以节约能源。此外，炉膛和燃烧设备的技术改进还要求尽量减少锅炉排烟中的污染物（硫氧化物和氮氧化物）。    早年的锅壳锅炉采用固定炉排，多燃用优质煤和木柴，加煤和除渣均用手工操作。直水管锅炉出现后开始采用机械化炉排，其中链条炉排得到了广泛的应用。炉排下送风从不分段的“统仓风”发展成分段送风。早期炉膛低矮，燃烧效率低。后来人们认识到炉膛容积和结构在燃烧中的作用，将炉膛造得较高，并采用炉和二次风，从而提高了燃烧效率。链条炉排能适应大多数

32、煤种，但不能烧强粘结烟煤。下饲炉排也出现得很早，只适宜于烧优质烟煤。40年代出现了抛煤机。抛煤机可以配在固定火床上，也可以配在链条炉排上而成为抛煤机链条炉排。发电机组功率超过6兆瓦时,以上这些层燃炉的炉排尺寸太大，结构复杂，不易布置，所以20年代开始使用室燃炉，室燃炉燃烧煤粉和油。煤由磨煤机磨成煤粉后用燃烧器喷入炉膛燃烧，发电机组的容量遂不再受燃烧设备的限制。自第二次世界大战初起，电站锅炉几乎全部采用室燃炉。    早年制造的煤粉炉采用了形火焰。燃烧器喷出的煤粉气流在炉膛中先下降，再转弯上升。后来又出现了前墙布置的旋流式燃烧器，火焰在炉膛中形成 L形火炬。随着锅炉容量增大,

33、旋流式燃烧器的数目也开始增加,可以布置在两侧墙，也可以布置在前后墙。1930年左右出现了布置在炉膛四角且大多成切圆燃烧方式的直流燃烧器。60年代某些国家曾在多角形炉膛中应用直流燃烧器的切圆燃烧方式,用以燃烧褐煤。第二次世界大战后,石油价廉，许多国家广泛采用燃油锅炉。燃油锅炉的自动化程度容易提高。70年代石油提价后，许多国家又转向利用煤炭资源。这时电站锅炉的容量也越来越大，要求燃烧设备不仅能燃烧完全，着火稳定，运行可靠，低负荷性能好，还必须减少排烟中的污染物质。4060年代，为了强化燃烧和减少飞灰，一度采用液态排渣煤粉炉和旋风炉，但由于采用这种燃烧方式生成的氮氧化物太多，从70年代起已较少采用。

34、    在燃煤（特别是燃褐煤）的电站锅炉中采用分级燃烧或低温燃烧技术，即延迟煤粉与空气的混合或在空气中掺烟气以减慢燃烧,或把燃烧器分散开来抑制炉温,不但可抑制氮氧化物生成，还能减少结渣。沸腾燃烧方式属于一种低温燃烧，除可燃用灰分十分高的固体燃料外，还可在沸腾床中掺入石灰石用以脱硫。    参数  锅炉参数是表示锅炉性能的主要指标，包括锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度、给水温度等。    锅炉容量  可用额定蒸发量或最大连续蒸发量来表示。额定蒸发量是在规定的出口压力、温度和效率下，单位时间内连续生产的

35、蒸汽量。最大连续蒸发量是在规定的出口压力、温度下，单位时间内能最大连续生产的蒸汽量。蒸发量的单位习惯上以吨时表示，电站锅炉的容量也可用与之配套的汽轮发电机的电功率(兆瓦)来表示。    蒸汽参数  蒸汽参数包括锅炉的蒸汽压力和温度，通常是指过热器、再热器出口处的过热蒸汽压力和温度，如没有过热器和再热器，即指锅炉出口处的饱和蒸汽压力和温度。锅炉压力单位用兆帕(MPa)表示,也有用工程大气压(at)表示的，1兆帕等于10.2工程大气压。    给水温度  指省煤器的进水温度，无省煤器时即指锅筒进水温度。  &

36、#160; 分类  锅炉可按照不同的方法进行分类。锅炉按用途可分为工业锅炉、电站锅炉、船用锅炉和机车锅炉等；按锅炉出口压力可分为低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、超临界压力等锅炉(见表锅炉的压力范围)。    中国电站锅炉的现行系列为:中压3.9兆帕；高压10兆帕；超高压14兆帕；亚临界压力17兆帕。中国工业锅炉的现行系列为：0.5兆帕、0.8兆帕、1.3兆帕、2.5兆帕。    锅炉按水和烟气的流动路径可分为火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉，其中火筒锅炉和火管锅炉又合称为锅壳锅炉；按循环方式可分为自然循环锅炉、辅助循环锅炉（即强制循

37、环锅炉）、直流锅炉和复合循环锅炉。复合循环锅炉是由辅助循环锅炉和直流锅炉复合而成，其中包括低循环倍率锅炉（见电站锅炉）。按燃烧方式锅炉分为室燃炉、层燃炉和沸腾炉等。    工作过程  图4自然循环锅炉简图和图7燃烧系统示意图为 120吨时自然循环燃煤电站锅炉的简图和燃烧系统示意图。首先由磨煤机将煤磨制成粉。煤粉由空气携带通过装在炉墙上的燃烧器送入炉膛中燃烧。在火焰中心处的气体温度达到15001600。锅炉的蒸发受热面装在炉膛的内壁上，组成水冷壁，吸收炉膛中高温火焰和烟气的辐射热量，使炉膛出口处烟气温度降低到10001150。后墙水冷壁的上部分（在水平烟道

38、进口）组成排列较稀的数列凝渣管，以防止结渣。为防止锅炉受热面上积灰或结渣，还使用吹灰器。    过热器位于水平烟道中，它的作用是把从锅筒出来的饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽，目的是提高电站的经济性。烟气通过过热器后温度降低到500600,然后进入尾部烟道。尾部烟道中受热面之一为省煤器。它由很多平行的蛇形管所组成，其作用是使给水在进入锅筒之前预先加热，并降低排烟温度。另一尾部受热面是空气预热器。它的作用是使空气在进入炉膛以前加热到一定温度，以改善燃烧和进一步降低排烟温度，提高锅炉效率。    在水汽系统方面，给水在加热器中加热到一定温度，经给水管道进

39、入省煤器，进一步加热以后送入锅筒，与锅水混合后沿下降管下行至水冷壁进口集箱。水在水冷壁管内吸收炉膛辐射热形成汽水混合物经上升管到达锅筒中，由汽水分离装置使水、汽分离。分离出来的饱和蒸汽由锅筒上部流往过热器,继续吸热成为450的过热蒸汽，然后送往汽轮机。    在燃烧和烟风系统方面，送风机将空气送入空气预热器加热到一定温度。在磨煤机中被磨成一定细度的煤粉，由来自空气预热器的一部分热空气携带经燃烧器喷入炉膛。燃烧器喷出的煤粉与空气混合物在炉膛中与其余的热空气混合燃烧，放出大量热量。燃烧后的热烟气顺序流经炉膛、凝渣管束、过热器、省煤器和空气预热器后，再经过除尘装置，除去其中的飞灰

40、，最后由引风机送往烟囱排向大气。    基本结构  锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。    锅炉本体  锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。    炉膛：又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧、适于

41、燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。 炉膛的横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气，所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。    炉膛的结构、形状、容积和高度都要保证燃料充分燃烧，并使炉膛出口的烟气温度降低到熔渣开始凝结的温度以下。    当炉内的温度超过灰熔点时，灰便呈熔融状态。熔融的灰渣颗粒在触及炉内水冷壁管或其他构件时会粘在上面。粘结的灰粒逐渐增多,遂形成渣块,称为结

42、渣。结渣会降低锅炉受热面的传热效果。严重时会堵塞烟气流动的通道，影响锅炉的安全和经济运行。    一般用炉膛容积热负荷和炉膛截面热负荷或炉排热负荷表示其燃烧强烈程度。炉膛容积热负荷是单位炉膛容积中每单位时间内释放的热量。在锅炉技术中常用炉膛容积热负荷来衡量炉膛大小是否恰当。容积热负荷过大，则表示炉膛容积过小，燃料在炉内的停留时间过短，不能保证燃料完全燃烧，使燃烧效率下降；同时这还表示炉墙面积过小，难以敷设足够的水冷壁管，结果炉内和炉膛出口处烟气温度过高，受热面容易发生结渣。室燃炉的炉膛截面热负荷是单位时间内单位炉膛横截面上燃料燃烧所释放的热量。在炉膛容积确定以后，炉膛截面热

43、负荷过大会使局部区域的壁面温度过高而引起结渣。层燃炉的炉排热负荷是单位时间内燃料燃烧所释放的热量与炉排面积的比值。炉排热负荷过高会使飞灰大大增加。    炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时，锅炉运行的经济性和可靠性都可能降低。    锅筒：它是自然循环和多次强制循环锅炉中接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒筒体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重的部件之一。    锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水和泥渣，以避免含有高浓

44、度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中。这些盐分和杂质如在过热器管和汽轮机通道上发生结垢、积盐和腐蚀，会影响设备的经济安全运行。锅炉出口的蒸汽一般都有一定的质量标准。锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽清洗装置、给水分配管、排污和加药设备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁来的饱和蒸汽与水分离开来，并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用挡板和缝隙挡板作为粗分离元件。中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器进行粗分离外，还用百页窗、钢丝网或均汽板等进行进一步分离。随着水处理技术的提高，蒸汽分离装置趋向于简化和定型化。排污装置（包括连续排污和定期排污）能在锅炉运行中排出一部分含有较

45、高盐分和泥渣的锅水。锅筒上还装有水位表、安全阀等监测和保护设施。    辅助设备  除锅炉本体外，在电站锅炉中还有许多配套的辅助设备：煤粉制备系统，包括磨煤机、排粉机、粗粉分离器和煤粉管道等；送、引风系统，包括送风机、引风机和烟风道等；给水系统，包括给水泵、阀门和管道等；水处理系统（见锅炉水处理）；灰渣清除系统，包括出渣机、除尘器等；自动控制和监测系统（见锅炉自动控制、锅炉汽温调节）。    热平衡  计算锅炉热效率（简称锅炉效率）的方法。锅炉热效率是指送入锅炉的燃料热量中得到有效利用的百分数。近代电站锅炉的效率可

46、达90以上；工业锅炉的效率可达75以上。    送入锅炉的燃料热量，除了有效利用的部分外，都以各种形式损失掉了，计有：排烟带走的热损失；排烟中未燃尽的一氧化碳、氢和甲烷等造成的气体不完全燃烧热损失；飞灰、炉渣和炉排漏煤等所含未燃尽碳造成的固体不完全燃烧热损失和散热损失等。    为了考核性能和改进设计，锅炉常要经过热平衡试验。直接从有效利用能量来计算锅炉热效率的方法叫正平衡，从各种热损失来反算效率的方法叫反平衡。考虑锅炉房的实际效益时，不仅要看锅炉热效率，还要计及锅炉辅机所消耗的能量。    单位质量或单位容积的燃料完全燃烧时按化学反

47、应方程式计算出的空气需求量称为理论空气量。为了使燃料在炉膛内有更多的机会与氧气接触而燃烧，实际送入炉内的空气量总要大于理论空气量。实际送入炉内的空气量与理论空气量之比值称为过量空气系数。实际的炉膛出口过量空气系数主要取决于燃料性质和燃烧方式，一般在 1.051.5的范围内。虽然多送入空气可以减少不完全燃烧热损失，但排烟热损失会增大，还会加剧硫氧化物腐蚀和氮氧化物生成。因此应设法改进燃烧技术，争取以尽量小的过量空气系数使炉膛内燃烧完全。如燃油锅炉的过量空气系数已有可能小于1.03。这种采用低过量空气系数的燃烧技术称为低氧燃烧。    循环方式  锅炉循环方

48、式是指锅炉蒸发系统内水汽的流动方式，可分为自然循环、辅助循环、直流和复合循环。    烟气净化和灰渣处理 锅炉烟气中所含粉尘(包括飞灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大气的物质,未经净化时其排放指标可能达到环境保护规定指标的几倍到数十倍。控制这些物质排放的措施有燃烧前处理、改进燃烧技术、除尘、脱硫和脱硝等。借助高烟囱只能降低烟囱附近地区大气中污染物的浓度。    烟气除尘所使用的作用力有重力、离心力、惯性力、附着力以及声波、静电等。对粗颗粒一般采用重力沉降和惯性力的分离，在较高容量下常采用离心力分离除尘。静电除尘器和布袋过滤器具有较高的除尘效率。湿式和文

49、氏-水膜除尘器中水滴水膜能粘附飞灰,除尘效率很高，还能吸收气态污染物。    烟气脱硫有吸收法和催化氧化法。干法吸收用碱性氧化铝、 半焦炭、活性炭等；湿法吸收用氨、 碳酸钠、石灰浆等。用五氧化二钒等触媒在一定温度下可使大部分二氧化硫氧化为三氧化硫，从而有助于吸收脱硫。由于烟气脱硫设备及运行费用昂贵，大部分企业倾向使用低硫燃料以降低硫氧化物的排放量。    烟气中氮氧化物主要是一氧化氮。烟气脱硝有催化分解法、选择性催化还原法，也有采用高温活性炭吸收脱硝的。    燃煤锅炉在运行中必然要排出大量炉渣和由除尘器收集的飞灰，一般用水力或机械的

50、方法清除送至堆渣场。    20世纪50年代以来,人们努力发展灰渣综合利用,化害为利。如用灰渣制造水泥、砖和混凝土骨料等建筑材料。70年代起又从粉煤灰中提取空心微珠，作为耐火保温等材料。    发展趋势  锅炉发展的趋势主要是：进一步提高锅炉和电站热效率；降低锅炉和电站的单位功率的设备造价;提高锅炉机组的运行灵活性和自动化水平;发展更多锅炉品种以适应不同的燃料；提高锅炉机组及其辅助设备的运行可*性;减少对环境的污染。(见彩图煤粉锅炉内部结构图、 大型辅助循环锅、 卧式快装链条锅炉、半露天电站锅炉、 锅炉汽包、大型锅炉膜式水冷壁、转式空

51、气预热器)   几点锅炉知识锅炉汽温的调节方法。过热汽温的调节，一般多采用喷水减温器来进行调节；再热汽温的调节一般使用烟气侧调节方式，只有在再热器严重超温时才采用事故喷水。位“虚假水位”就是暂时不真实的水位。当汽包压力突然降低时，由于炉水饱和温度下降到相对应压力下的饱和温度而放出大量热量来自行蒸发，于是炉水内气泡增加，体积膨胀，使水位上升，形成虚假水位。当汽包压力突然升高，则对应的饱和温度提高，一部分热量被用于炉水加热，使蒸发量减少，炉水中气泡减少，体积收缩，促使水位下降，同样形成虚假水位。什么情况下压力突变？（突然升高或突然降低）1、负荷突变;2、灭火;3、安全门动作;4

52、、燃烧不稳等燃烧不稳以及灭火当然是锅炉自己的事情了，属于内扰.如果是汽轮机突然增加负荷，或突然甩负荷，当然是外扰引起了压力波动，出现虚假水位就是外扰造成的了.烟气侧影响过热汽温的因素？（分析）燃料量及炉膛出口处烟温的影响：燃料量增加，炉膛出口烟温和烟气量都增加，从而过热器的传热温差t和传热系数K也都增大，传热量Q增加，过热汽温上升。燃煤水份变化的影响：当燃煤水份增加时，煤的发热量减少，为了保证蒸发量不变，必须增加燃料量，导致过热汽温上升。风量变化的影响：送风量或漏风量增加时，炉内过剩空气系数增大，炉膛温度下降，炉内辐射传热减弱，炉膛出口烟温上升；另一方面，空气量增加，烟气量增加，传热系数增大，

53、过热汽温上升。燃烧器投停方式和负荷分配原则 为了保持良好的为焰中心位置，避免火焰偏斜，一般投入运行的各燃烧器的负荷应尽量分配均匀、对称。投停燃烧器时的原则：只有在为了稳定燃烧以适应负荷需要和保证锅炉参数的情况下才停用燃烧器；停上投下；分层停用，对角停用，定时切换；先投后停，稳定燃烧。为什么说制粉系统在启、停过程中要注意防爆？实际过程中采取哪些措施防爆？ 制粉系统在启、停过程中，煤粉浓度变化较大，煤粉浓度接近或达到危险浓度的机会较多，爆炸的可能性较大。在启、停过程中，应严格控制磨煤机出口温度不超过规定值；停用制粉系统时，应将系统内部积粉抽尽，避免煤粉沉积；设计和安装过程中，避免系统内部形成死角，

54、造成积粉、积煤；安装防爆门，以免爆炸发生后损坏设备。冷态启动如何保护设备 1. 对水冷壁的保护：在点火初期，水冷壁受热偏差大，水循环不均匀，由于各水冷壁管存在温差，故会产生一定的热应力，严重时会造成水冷壁损坏。保护措施有：（1）加强水冷壁下联箱放水，促进水循环的建立；（2）维持燃烧的稳定和均匀；（3）点火前投入底部加热装置。2. 对汽包的保护：点火前进水和点火升压时汽包壁温差大。保护措施有：加强水冷壁下联箱放水，促进水循环的建立；（2）维持燃烧的稳定和均匀；（3）点火前投入底部加热装置。（3）按规程规定控制进水速度和水温；（4）严格控制升温升压速度。3. 对过热器的保护：初期控制过热器进口烟温

55、，在升压过程中控制出口汽温不超限。4. 对再热器的保护：再热器主要通过旁路流量来冷却，但采用一级大旁路系统必须控制再热器进口烟温，否则再热器可能超温。5. 省煤器的保护：省煤器再循环。锅炉冷态启动时应注意什么问题？ 1. 正确点火：充分通风后先投点火装置，然后投油枪；2. 对角投用火嘴，及时切换，力求火焰均匀；3. 调整引送风量，炉膛负压不宜过大；4. 监视排烟温度，防止二次燃烧；5. 尽量提高一次温，根据不同燃料合理送入二次风，调整两侧烟温差；6. 操作中做到制粉系统开停稳定；给煤机下煤量稳定；给粉机转速稳定；风煤配合稳定；氧量稳定；汽压汽温上升稳定；升负荷稳定。7. 严格控制升温、升压速度

56、，控制汽包壁温差408. 尽量增加蒸汽流通量，监视各管壁温度不超限直流锅炉启动有什么特点？ 1. 需要专门的启动旁路系统；2. 启动前锅炉要建立启动压力和启动流量；3. 直流锅炉的启动必须进行系统水清洗：（1）冷态清洗；（2）热态清洗。清洗的目的是洗去系统内的杂质，提高汽水品质；汽包锅炉启动过程中哪些部件需要保护？怎样保护？ 汽包锅炉在启动过程中就对汽包、水冷壁、省煤器、过热器、再热器等设备进行保护。对汽包的保护：严格控制上水温度、上水速度；严格控制汽包上、下壁温差和内、外壁温差不超过规定值；严格控制升温、升压速度。水冷壁的保护：正确选择和适当轮换点火油喷嘴或燃烧器，使水冷壁受热均匀；保证水冷

57、壁各部膨胀均匀，对膨胀较小的水冷壁下联箱进行适当放水；在点火初期，将邻炉蒸汽引入下联箱进行加热，加快水循环的建立。过（再）热器的保护：点火时燃料量的增长速度不能太快；保持火焰中心不偏斜，充满度好；开启疏水门，及时疏水；降低火焰中心，控制炉膛出口烟锅炉的主要参数 , 包括锅炉产生热能的数量和质量两个 方面的指标。如蒸汽锅炉的主要参数是生产蒸汽的数量和蒸汽的压力、温度 , 热水锅炉的主要参数是热水的流量和热水的压力、温度。 一、锅炉出力蒸汽锅炉的出力是指每小时所产生的蒸汽数量 , 也称为 锅炉的蒸发量 , 用以表示其产汽的能力。蒸发量又称为容量 , 用符号 D 来表示 , 常用的单位是 “t/h“ 。 新锅炉出厂时 , 铭牌上所标示的蒸发量 , 指的是这台锅炉的额定蒸发量。所谓额定蒸发量 , 是指锅炉燃用设计的燃 料品种 , 并在设计参数下运行 , 即在规定的压力、温度和一 定的热效率下 , 长期连续运行时每小时所产生的蒸汽量。 热水锅炉的出力是指锅炉在确保安全的前提下长期连续运行 , 每小时输出