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鍋爐系統(tǒng)主要工藝流程圖
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緒論
1.1 鍋爐設備及概述
鍋爐是一種承受一定工作壓力的能量轉換設備。其任務就是有效地把燃料中的化學能轉換為熱能，從而產(chǎn)生出一定數(shù)量和質(zhì)量(溫度和壓力)的蒸汽。根據(jù)鍋爐在生產(chǎn)和生活中所起的作用不同，可將其分為電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、生活鍋爐等。其中，電站鍋爐主要用于發(fā)電。伴隨著科學技術及電力工業(yè)的發(fā)展，電站鍋爐也向著大容量、高參數(shù)、高效率方向發(fā)展。為確保安全、穩(wěn)定生產(chǎn)，對鍋爐設備的高自動化控制就顯得十分重要。
鍋爐系統(tǒng)主要包括燃燒系統(tǒng)、送引風系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等。其主要工藝流程如圖1-1所示。
圖1-1 鍋爐系統(tǒng)主要工藝流程圖
Fig. 1-1 Main craft flow chart of the boiler system
1—燃燒嘴；2—爐膛；3—汽包；4—減溫器；5—爐墻；6—過熱器；7—省煤器；
由圖1-1可知，給水泵、給水調(diào)節(jié)閥、省煤器、汽包及循環(huán)管等構成了蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。燃料和熱空氣按一定比例進入燃燒室燃燒，生成的熱量傳給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽 ，然后經(jīng)過過熱器，形成具有一定溫度和壓力的過熱蒸汽 D，匯集至蒸汽母管，然后送至汽輪機。與此同時，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，將飽和蒸汽變成過熱蒸汽后，再經(jīng)省煤器預熱鍋爐給水和空氣預熱器預熱空氣，最后由引風機送往煙囪，排入大氣[1]。
鍋爐設備應根據(jù)生產(chǎn)負荷的需要，保持一定壓力和溫度的蒸汽，同時要保證在安全、經(jīng)濟的條件下運行。所以，其主要的調(diào)節(jié)任務有：
（1）鍋爐供應的蒸汽量要適應負荷的變化或保持給定的負荷；
（2）鍋爐供給負荷的蒸汽壓力保持在一定范圍內(nèi)；
（3）過熱蒸汽溫度及汽包中的水位保持在一定范圍內(nèi)；
（4）爐膛負壓保持在一定范圍內(nèi)；
（5）保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟性和安全運行；
鍋爐是典型的復雜熱工控制系統(tǒng)，其建模與控制問題一直是人們關注的焦點，在國際上始于七十年代。1972年，K. J. Astrom 基于一系列物理實驗數(shù)據(jù)提出了鍋爐的簡化非線性模型，從而開創(chuàng)了系統(tǒng)地研究鍋爐建模與控制的方法。在實際工程中，為實現(xiàn)上述調(diào)節(jié)任務，鍋爐設備的控制主要包含了以下控制系統(tǒng)[1]：
（1）鍋爐汽包水位的控制。操縱變量是給水流量。它主要考慮汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應蒸發(fā)量，維持汽包中水位在工藝允許范圍內(nèi)。這是保證鍋爐和汽輪機安全運行的必要條件，也是鍋爐正常運行的主要標志之一。
（2）鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制。燃燒系統(tǒng)中有三個被控變量：蒸汽壓力（或負荷）、煙氣成分（反映燃燒經(jīng)濟性的指標）和爐膛負壓及三個操縱變量：燃料量、送風量和引風量。這些變量相互關聯(lián)，需要統(tǒng)籌兼顧，組成合適的燃燒系統(tǒng)控制方案，使燃料量和空氣量保持一定的比例，以保證燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐的安全性；同時使引風量和送風量相適應，使爐膛負壓保持在一定的范圍內(nèi)。
（3）過熱蒸汽系統(tǒng)的控制。以過熱蒸汽溫度為被控變量，噴水量為操縱變量組成的溫度控制系統(tǒng)，使過熱器出口溫度保持在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過允許的工作溫度。
（4）鍋爐水處理過程的控制。這一控制過程的作用主要是使鍋爐給水性能指標達到工藝要求。一般采用離子交換樹脂對水進行軟化處理。
1.2 給水控制的任務
給水控制系統(tǒng)的任務是維持汽包水位在允許范圍內(nèi)。它以汽包水位為被控量，以調(diào)節(jié)給水流量作為控制手段。由于汽包水位同時受鍋爐側和汽輪機側的影響，因此，當鍋爐負荷變化或汽輪機用汽量變化時，給水控制系統(tǒng)都應能限制汽包水位只在給定的范圍內(nèi)變化。
給水控制系統(tǒng)常采用三種量系統(tǒng)。所謂三沖量，是指主蒸汽流量(汽包出口流量)、汽包水位和給水流量這三個信號，其中主蒸汽流量信號反映了汽輪機側對汽包水位的影響。由于大型鍋爐存在嚴重的“虛假水位”現(xiàn)象，在設計給水自動控制系統(tǒng)時必須予以考慮。給水控制系統(tǒng)有多種不同的設計方案。常用的系統(tǒng)有單級三沖量給水控制系統(tǒng)(前饋-反饋控制系統(tǒng))和串級三沖量給水控制系統(tǒng)。
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