鍋爐控制系統的原理及設計方案

鍋爐通常有水位控制、蒸汽溫度控制和燃燒控制三個緊張控制系統。三個系統互相聯系、互相配合，共同完成供應生產所需的蒸汽，保持蒸汽壓力、溫度穩定，同時使鍋爐在安全和經濟的工況下運行。是一個鍋爐控制系統的總圖，可以了解各控制系統的組成與其間的聯系。

1.給水控制系統

汽包水位的測量采用差壓變送器，其輸出經低通濾波器f ( t)以平滑阻尼水位的高頻脈動。另外，汽包壓力P經過變送器測出并轉換成標準輸出信號，經過非線性函數單元f ()和乘法器的作用對水位信號進行壓力校正，使水位信號更為精確，減少虛假水位的影響。校正后的水位信號分為兩路，一路送低負荷運行時給水調節器G，另一路送至正常負荷調節系統的加法器，作為三沖量給水調節的主信號。鍋爐給水是通過并行的兩個大小調節閥門即正常負荷調節閥1和低負荷調節閥2分別進行控制的。當鍋爐在低負荷（<30%額定負荷)運行時，正常負荷調節閥l關閉，鍋爐水位信號通過低負荷調節器G控制低負荷調節閥門2的開度以調節給水量。這時，只是以鍋爐水位為被調量的單回路控制系統。當鍋爐負荷大于30%額定負荷時，低負荷調節閥已經開至zui大，則自動切換到以水位H為主被調量，給水流量W為副被調量，蒸汽流量D為前饋量的前饋─反饋串級控制系統，即通常稱為三沖量給水控制系統。這時，緊張用調節正常負荷的調節閥門1。當給水流量由小到大時，先開小閥門后開大閥門;反之，減少給水流量，先關大閥門后關小閥門的控制方式稱為分程控制。使用兩個閥門是為了克服用大閥門控制小流量難以精確的困難。

⒉蒸汽溫度控制系統

圖中主蒸汽出口蒸汽溫度G,為主被調量，經測量和變送后送至主調節器T，副被調量是減溫器后的蒸汽溫度0，經測量、變送后送至副調節器，其輸出控制減溫水的電動調節閥，以改變減溫水流量。這個系統是典型的串級控制系統。

本系統中測量溫度選用的是紹興中儀PT100熱電阻及SBWZ8000系列溫度變送器。

3.燃燒控制系統

燃燒控制系統的任務是使燃燒產生的熱量適應負荷的需要并維持鍋爐出口蒸汽壓力Rs穩定;保證燃燒的經濟性;維持爐膛負壓P穩定。為此設置了如下三個互干系聯的控制系統，如下圖所示。

圖：鍋爐的自動調節系統圖

(1）主蒸汽壓力與流量的串級交叉限幅控制系統，以主被調量為出口蒸汽壓力PM，副被調量為燃料流量及空氣流量所組成的交叉限幅串級調節系統。這系統帶有燃料閥后壓力選擇性調節。為了保證燃燒器的正常運行，當燃燒器前(調節閥后）的壓力PM低于某數值時，壓力調節器發出大信號，通過高值選擇器3的切換動作，取代正常工況的蒸汽壓力調節器去控制調節閥，從而使Pw保持在一定數值，不致過低而產生熄火。當鍋爐帶固定負荷時，鍋爐負荷由定值器給定。此時，燃料流量決定于定值器的輸出信號，而與蒸汽壓力調節器的輸出無關。

為了保證燃料在動態過程中完全燃燒，在系統中應用了高值選擇器1和低值選擇器2以實現加負荷時先加風，后加燃料，減負荷時先減燃料后減風，目的是不使煙囪冒黑煙。燃燒控制系統的構成是這樣的:主蒸汽出口壓力R的信號送至壓力調節器，與給定值尸R比較運算后，其輸出分別送給高值選擇器l及低值選擇器2的比較信號一端。燃料流量信號測出并經阻尼器f ( f)平滑后送至高值選擇器l，另一端與壓力調節器的輸出進行比較，選擇信號高者作為輸出?？諝饬髁縁經測量、阻尼平滑后送至乘法器，乘法器另一個信號來自空氣溫度函數變送器f(對)，用以校正空氣因溫度變化而引起的膨脹效應。校正后的空氣流量信號送至第二個乘法器，這個乘法器是由煙氣氧含量調節器的輸出來改變空氣流量比例系數的。第二乘法器輸出分兩路，一路送至低值選擇器2的一端，另一路送至綜合比較器的左端。綜合比較器右端是接收高值比較器3的輸出信號，將這兩個信號綜合比較后其差值信號送空氣流量調節器G，去調節空氣流量的翻板閥門。

當要增大負荷時，首先壓力主調節器R的輸出增大，這將使高值選擇器1動作，選擇主調節器的信號輸出到綜合比較器，然后再通過空氣調節器去開大空氣閥門，增加空氣量。當空氣流量增大后，其信號送至低值選擇2，由其輸出控制燃料調節器逐步加大燃料流量。若空氣流量信號增至大于主調節器輸出信號時，則低值選擇器切換由主調節器輸出控制燃料流量。反之，當減少負荷時，低值選擇器首先動作，由主調節器的輸出控制降低燃料流量，然后再通過高值選擇器1去降低空氣的流量。這樣就實現了加負荷時先加風，后加燃料;減負荷時先減燃料后減風的交叉限幅控制。

(2)以煙氣含氧量作為燃燒經濟性指標，燃燒的經濟性是以燃料流量與空氣流量有zui佳的配比來實現的?？諝獾牟蛔?，使燃燒不充分;空氣過量，使排煙帶走熱量過多。二者都不經濟。以檢測煙氣含氧量作為燃燒經濟性指標是一種普遍采用的方法。圖中是以檢測煙道的氧氣含量通過調節O;來改變第二乘法器的系數，從而改變空氣流量的比例系數，實現燃料與空氣的配比zui佳。由于鍋爐在負荷不同時，煙氣含氧量的zui佳值是有變化的.所以，氧氣調節器的給定值應由蒸汽流量信號通過函數變換單元來校正，煙氣合氧的定值隨鍋爐負荷而改變。

(3）爐膛負壓P控制系統以爐膛負壓P為被調節量，并帶有送風調節器輸出為前饋量，通過加法器綜合后去控制引風量調節器，組成前饋—反饋復合控制系統。

鍋爐控制系統的原理及設計方案系統中為了消除蒸汽流量、燃料流量、空氣流量、鍋爐汽包水位和爐膛負壓等被測信號的脈動，采用阻尼器f ( t)以平滑高頻脈動干擾，使整個控制系統工作平穩。