鍋爐系統主要工藝流程圖

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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(wù)就是有效地把燃料中的化學(xué)能轉換為熱能，從而產(chǎn)生出一定數量和質(zhì)量(溫度和壓力)的蒸汽。根據鍋爐在生產(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(zhù)科學(xué)技術(shù)及電力工業(yè)的發(fā)展，電站鍋爐也向著(zhù)大容量、高參數、高效率方向發(fā)展。為確保安全、穩定生產(chǎn)，對鍋爐設備的高自動(dòng)化控制就顯得十分重要。
 鍋爐系統主要包括燃燒系統、送引風(fēng)系統、汽水系統及輔助系統等。其主要工藝流程如圖1-1所示。

圖1-1 鍋爐系統主要工藝流程圖
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(guò)熱器；7—省煤器；
 由圖1-1可知，給水泵、給水調節閥、省煤器、汽包及循環(huán)管等構成了蒸汽發(fā)生系統。燃料和熱空氣按一定比例進(jìn)入燃燒室燃燒，生成的熱量傳給蒸汽發(fā)生系統，產(chǎn)生飽和蒸汽 ，然后經(jīng)過(guò)過(guò)熱器，形成具有一定溫度和壓力的過(guò)熱蒸汽 D，匯集至蒸汽母管，然后送至汽輪機。與此同時(shí)，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣，將飽和蒸汽變成過(guò)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(fēng)機送往煙囪，排入大氣[1]。
 鍋爐設備應根據生產(chǎn)負荷的需要，保持一定壓力和溫度的蒸汽，同時(shí)要保證在安全、經(jīng)濟的條件下運行。所以，其主要的調節任務(wù)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；
 （3）過(guò)熱蒸汽溫度及汽包中的水位保持在一定范圍內；
 （4）爐膛負壓保持在一定范圍內；
 （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，其建模與控制問(wèn)題一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，在國際上始于七十年代。1972年，K. J. Astrom 基于一系列物理實(shí)驗數據提出了鍋爐的簡(jiǎn)化非線(xiàn)性模型，從而開(kāi)創(chuàng )了系統地研究鍋爐建模與控制的方法。在實(shí)際工程中，為實(shí)現上述調節任務(wù)，鍋爐設備的控制主要包含了以下控制系統[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。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）鍋爐燃燒系統的控制。燃燒系統中有三個(gè)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(gè)操縱變量：燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量。這些變量相互關(guān)聯(lián)，需要統籌兼顧，組成合適的燃燒系統控制方案，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(shí)使引風(fēng)量和送風(fēng)量相適應，使爐膛負壓保持在一定的范圍內。
 （3）過(guò)熱蒸汽系統的控制。以過(guò)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，使過(guò)熱器出口溫度保持在允許范圍內，并保證管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。
 （4）鍋爐水處理過(guò)程的控制。這一控制過(guò)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(shù)脂對水進(jìn)行軟化處理。
1.2  給水控制的任務(wù)
 給水控制系統的任務(wù)是維持汽包水位在允許范圍內。它以汽包水位為被控量，以調節給水流量作為控制手段。由于汽包水位同時(shí)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(shí)，給水控制系統都應能限制汽包水位只在給定的范圍內變化。
 給水控制系統常采用三種量系統。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(gè)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”現象，在設計給水自動(dòng)控制系統時(shí)必須予以考慮。給水控制系統有多種不同的設計方案。常用的系統有單級三沖量給水控制系統(前饋-反饋控制系統)和串級三沖量給水控制系統。

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