船舶蒸汽锅炉的自动控制

1、第八章 蒸汽锅炉控制系统(kn zh x tn)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(ciyng)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 述共四十九页一、货轮辅锅炉(gul)水位控制常闭2常开停第二节 锅炉(gul)水位的自动控制共四十九页常闭2常开开一、货轮(h

2、uln)辅锅炉水位控制第二节 锅炉(gul)水位的自动控制共四十九页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(zhn q)（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(zhn q)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(shuwi)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共四十九页水位(shuwi)控

3、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(liling)（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 23456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共四十九页水位(shuwi)控制策略双回路给水(jshu)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，排水量基本不变水位调节器给水差压调节器给水调节阀蒸汽调节阀汽轮机给水泵组过热器图1-4-2 双回路给水控制原理共四十九页1水位差压变送

4、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给水差压调节器给水差压变送器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2、油轮辅锅炉水位自动控制系统(kn zh x tn)的组成及工作原理共四十九页1水位差压变送器：锅炉(gul)水位信号变为标准气压信号气容气阻水位调节器：比例(bl)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P气动计算器的气压输出A水位调节器的气压输出B蒸汽流量变送器的气压输出K系统常数，此处K2C仪表制造常数，本仪表为50%（0.6MPa）负荷不变时，蒸汽

5、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共四十九页1水位(shuwi)差压变送器：锅炉水位(shuwi)信号变为标准气压信号气容气阻水位调节器：比例(bl)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P气动计算器的气压输出A水位调节器的气压输出B蒸汽流量变送器的气压输出K系统常数，此处K2C仪表制造常数，本仪表为50%（0.6MPa）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共四十九页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

6、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(kngzh)原理共四十九页气源输出(shch)6-喷嘴(pnzu) 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共四十九页1、测量部分：把被控(bi kn)量变化转换为轴向推力。p q测 p F膜基体基座膜片C型簧片硅油硬芯单向过载

7、保护密封圈主杠杆密封圈出轴密封弹簧测量部分结构原理图气动(q dn)差压变送器的结构和工作原理共四十九页气源输出(shch)6-喷嘴(pnzu) 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共四十九页M测p F膜l1M反p出 F反l2M测 M反2、气动转换部分：把测量部分输出(shch)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(shch)。p2 p1V气源p出 l

8、1l3l2F反 单杠杆差压变送器工作原理图Fig.1-4-7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(fnku)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共四十九页假定p的最大变化范围是01000mmH20 1.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(b shi)，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

9、量程，直到零点和量程准确为止。差压变送器调零和调量程(lingchng)xminxmaxyminymaxyx0变送器输入输出特性共四十九页图5-4-21气动差压变送器实例负压室膜盒弹簧片调零弹簧反馈波纹管副杠杆量程支点输出放大器气源减压管连接片主杠杆弹性膜片正压室放残螺钉放气螺钉喷嘴挡板放气螺钉喷嘴弹簧（a) P10系列气动差压变送器（Y/13A）实物图（b) P10系列气动差压变送器（Y/13A）原理图放残螺钉共四十九页用参考水位(shuwi)罐检测锅炉水位(shuwi)的装置水位升高(shn o)，压差减少2-参考水位罐4-参考水位管6-阀箱BACC-泄放阀 1-锅炉A-截止阀B-平衡阀3

10、-测量管管口位置与锅炉最高水位一致5差压变送器负 正正 负参考水位测量水位水位压差P0，P出=0共四十九页 所谓迁移，是指根据实际(shj)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(qiny)原理差压变送器的负迁移特性MPa0.02mmH2O600-6000负迁移0.1Fig.1-4-10共四十九页MPa0.02Kg/cm2100正迁移(qiny)0.164量程迁移的优点：1.适应不同应用场合的需要：例如，水位(shuwi)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 (

11、10-0) 1% = 0.1共四十九页1.燃烧(rnsho)的双位控制第三节 大型油轮辅锅炉蒸汽压力(yl)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？共四十九页图8-5 燃烧比例控制工作原理图2.燃烧(rnsho)的比例控制第三节 大型(dxng)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。 共四十九页1、蒸汽压力控制的特点：、要保证蒸汽压力不变，

12、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(zu ji)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(gun x)二、油轮辅锅炉蒸汽压力自动控制共四十九页二、油轮辅锅炉蒸汽压力(yl)自动控制图8-3-3 油船辅锅炉燃烧控制系统框图2、蒸汽(zhn q)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

13、对空气压力进行控制的回路。 共四十九页图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(yuln)辅锅炉蒸汽压力自动控制3、系统(xtng)的其他主要元件蒸汽压力调节器输出阀后油压阀前油压共四十九页图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(pnzu)挡板间隙，实现不同函数。、函数(hnsh)发生器共四十九页图8-10 微分控制阀结构原理图1、2、

14、3-膜片；4-喷嘴；5-恒节流孔；6-放大器；7-挡板P3F1P3F2F2F1=F3P0增大(zn d)P0F3 平衡(pnghng)，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 P30.14MPa气源喷嘴P0=P2、微分阀（放大系数为1的比例微分作用）共四十九页图8-3-7 高压选择器结构原理图膜片喷嘴(pnzu)、高压(goy)选择器共四十九页4控制系统常见故障分析及管理(gunl)要点1）常见故障分析(fnx)（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

15、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

16、偏小等。共四十九页图8-4-1 辅锅炉燃烧时序控制框图第四节 燃烧时序(sh x)控制 一、辅锅炉燃烧时序控制系统的功能(gngnng)及常用元部件共四十九页第四节 燃烧时序(sh x)控制左凸轮盘凸轮马达右凸轮盘标度盘左凸轮右凸轮左触点右触点调整螺钉触点K图8-4-2 凸轮式时序(sh x)控制器结构原理图时序控制器：有触点共四十九页第四节 燃烧(rnsho)时序控制时序(sh x)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KC+-UcDJCebIbRb+_EcABKC+-DJCebIbRb+_EcABR(a)单管延时释放电路（b）继电器延

17、时通电电路图8-4-3 晶体管延时开关电路共四十九页图8-4-4 光敏电阻及其特性(txng)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(huyn)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共四十九页第四节 燃烧时序(sh x)控制图8-4-6 光电池控制电路原理图（a）（b）图8-4-7 紫外线管结构示意图l-电极；2-引脚；3-石英玻璃外壳；4-管脚l234火焰(huyn)感受器共四十九页锅炉(gul)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(bo jng

18、)复位开关，H电源开关，复位按钮EK1，EK2二、LAE I型辅锅炉燃烧时序控制系统锅炉起动准备过程、起动过程共四十九页锅炉(gul)起动过程0S 风门开到最大达 3S 启动(qdng)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81S OV2投入工作 86S OV停止工作89S 点火变压器停止工作 93S OV3投入工作，SM停转共四十九页高油温低油温高水位(shuwi)低水位(shuwi)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共四十九页03663677081868993120ababababababababa

19、b图 LAEI型辅锅炉(gul)时序控制器开关表共四十九页返回(fnhu)最近图2-1-9 LAEI型辅锅炉(gul)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NXXI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）br1IXXIIIIXAR时序电机共四十九页第四节 燃烧时序(sh x)控制共四十九页图8-4-8 辅锅炉燃烧时序PLC控制系统接线图第四节 燃烧(rnsho)时序控制共四十九页第四节 燃烧时序(sh x)控制水位(shuwi)的双位控制水位控制：2919201常闭高于水位上限M7.0得电，Q0.0失电低于水位下限M7.0失电，Q0.

20、0得电共四十九页M1.1得电停止(tngzh)喷油预扫风60s时间到开始(kish)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 燃烧时序控制共四十九页Q0.7必须(bx)检查故障后，复位问：Q0.7?一旦(ydn

21、)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 燃烧时序控制共四十九页燃烧停止 I0.5多余(duy)？M2.1燃烧(rnsho)保护M2.1燃烧保护：1 水位 2 风机3 M1.1，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 燃烧时序控制共四十九页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(dun ki)，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(zhn q)压

22、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 燃烧时序控制共四十九页手动点火(din hu)60s预扫风没有(mi yu)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