燃气锅炉燃烧控制系统

燃气锅炉燃烧控制系统摘要以标准燃烧器为基本设备，结合汽包压力控制、炉膛压力控制的特点和需要，设计燃气锅炉燃烧控制系统。根据燃烧器资料，燃烧器特征、性能和应用方法，结合锅炉参数进行燃烧器做具体选型。设计汽包压力控制系统，采用汽压反馈控制器，结合蒸汽流量前馈，产生燃烧火力给定信号，通过适当方式作用于燃烧器电路或火力调节器，调节燃气量和送风量以使蒸汽压力保持平稳。设计炉膛压力控制系统，采用炉膛压力反馈控制器，产生引风调节信号，通过适当方式作用于引风机变频器，调节燃气量使炉膛压力保持平稳关键词：燃气锅炉燃烧控制汽包压力炉膛压力0引言：随着我国现代化建设的全面发展和环保意识的日益提高，大量的燃煤工业锅炉急需改造成为燃气锅炉。进口燃烧器虽然性能优异，能满足锅炉改造的需要，但其价格昂贵。为了适应这部分用户的需求，我们设计了一种简易型燃气燃烧器，并配置了完整的自动点火、熄火保护及各种安全保护装置，使其实用化，并且在7MG蒸汽锅炉上应用，效果很好，而且操作简单。1锅炉情况1.1、工作原理燃气蒸汽锅炉是用天然气、液化气、城市煤气等气体燃料作燃料，在炉内燃烧放出来的热量，加热锅内的水，并使其汽化成蒸汽的热能转换设备。水在锅（锅筒）中不断被炉里气体燃料燃烧释放出来的能量加热温度升高并产生带压蒸汽。由于水的沸点随压力的升高而升高，锅是密封的，水蒸气在里面的膨胀受到限制而产生压力形成热动力，严格的说锅炉的水蒸气是水在锅筒中定压加热至饱和水再汽化形成的，作为一种能源广泛使用。1.2、系统组成：锅炉主要由锅壳和炉胆两大主体和保证其安全经济连续运行的附件，仪表附属设备，自控和保护系统等构成。这种锅炉是带水冷璧的锅筒式锅炉，锅筒内左右分区安排两个回程的烟火管，在锅筒前部的前烟箱折返。锅筒和下连箱之间，有下降管和水冷璧管，构成燃烧室的框架。锅筒上部有汽水分离器以减少水蒸气带出的水。锅体受热面是锅筒的下部，水冷璧管和烟火管。蒸汽锅炉基本组件及其工作原理蒸汽锅炉是由一系列的设备构成，大体可分为主要部件和辅助设备两个方面。锅炉的主要部件有：炉膛：保证锅炉燃料燃尽并使出口烟气温度冷却到对流受热面能够安全工作的数值。2、锅筒：将锅炉各受热面联结在一起并和水冷壁，下降管等组成水循环回路。锅筒储存水，可适应负荷变化，内部设有汽水分离装置以保证汽水品质，直流锅炉无锅筒。3、水冷壁：锅炉的主要辐射受热面，吸收炉膛辐射热，加热工质，保护炉墙等。4、燃烧设备：将燃料和燃烧所需空气送入炉膛并使燃料着火稳定，燃烧良好；5、炉墙：是锅炉的保护外壳，起密封和保温作用。小型锅炉的重型炉墙也可起支件的作用。6、构架：支承和固定锅炉部件，锅炉的辅助设备主要有：1、引风设备：通过引风机和烟筒将锅炉运行中产生的烟气送往大气。2、除尘设备：除去锅炉烟气中的飞灰。3、燃料供应设备：存储和运输燃料功能。4、给水设备：由给水泵将经过水处理设备处理后的给水送入锅炉。5、除尘除渣设备：从锅炉中除去灰渣并运走。6、送风设备：通过送风机将空气预热器加热后的空气输往炉膛及磨煤装置应用。7、自动控制设备：自动检测、程序控制、自动保护和自动调节。2燃烧器选型2.1燃烧器结构组成燃烧器作为一种自动化程度较高的机电一体化设备，从其实现的功能可分为五大系统：送风系统、点火系统、监测系统、燃料系统、电控系统。1送风系统的功能在于向燃烧室里送入一定风速和风量的空气，其主要部件有：壳体、风机马达、风机叶轮、风枪火管、风门控制器、风门档板、凸轮调节机构、扩散盘。2点火系统的功能在于点燃空气与燃料的混合物，其主要部件有：点火变压器、点火电极、电火高压电缆。3监测系统的功能在于保证燃烧器安全、稳定的运行，其主要部件有火焰监测器、压力监测器、温度监测器等。4燃料系统的功能在于保证燃烧器燃烧所需的燃料。燃油燃烧器的燃料系统主要有：油管及接头、油泵、电磁阀、喷嘴、重油预热器。燃气燃烧器主要有过滤器、调压器、电磁阀组、点火电磁阀组然、燃料蝶阀。5电控系统是以上各系统的指挥中心和联络中心，主要控制元件为程控器，针对不同的燃烧器配有不同的程控器。2.2性能特点1热效率高：能适应压力波动，自行调节一次配风（即燃气压力大，吸入一次风多；燃气压力小，吸入一次风少），燃烧充分，热效率高；2安全性高：该燃烧器配备小火。锅炉启动时，先点小火，当小火正常稳定燃烧时，自控系统才打开主燃气阀门，燃料才能进入锅炉正常燃烧，不会产生爆燃现象；3燃料适应性强：该种燃烧器只需更换少量部件就能适用于天然气、液化石油气、煤气、液化石油混合气以及其它类燃气。2.3工作过程当可燃气体（城市煤气、天然气、液化石油气）由微电脑控制系统按程序控制进入燃烧器的燃烧头内，由一次风与可燃气体混合，点火燃烧，二次风助燃，实现充分燃烧。燃烧状况由火焰自动跟踪系统检测控制燃烧，当燃烧出现故障，控制系统发出指令，供气系统的电磁阀迅速关闭，切断气电源，燃烧器自动吹扫后停机，指示故障。2.4燃烧器选型一台卧式三回程火管式燃气蒸汽锅炉，使用天然气为燃料，额定蒸发量2T/h，额定汽压1.25MPa，额定蒸汽温度194℃；额定耗气量160Nm³/h，排烟温度230℃，热效率90%。水蒸气额定流量为:锅炉产生的水蒸气产生的热量为：锅炉所需的总热量为：燃烧器所需的功率为：综上计算所选的燃烧器的型号为：WM-G10/3-AZM3燃烧与汽压控制设计3.1燃烧过程特点、工况要求燃用发热量高的燃气，空气用量大，要使燃气能充分燃烧，需要大量的空气与之混合。燃气的燃烧过程没有燃油的雾化过程与气化过程。燃气与空气的混合方式，对燃烧的强度、火焰长度和火焰温度都有很大的影响。燃油燃气蒸汽锅炉不同于燃煤锅炉，它需要使用燃烧器将燃料喷入锅炉炉膛，采用火室燃烧而无须使用炉排设施。由于燃油燃气蒸汽锅炉燃烧后均不产生燃料灰渣，故燃油燃气蒸汽锅炉无须排渣设施。喷入炉内的油气如果与空气在一定范围内混合或熄灭，就容易爆炸。因此燃油燃气蒸汽锅炉均需采用自动化的燃烧与控制系统。燃油燃气蒸汽锅炉结构紧凑，小型的蒸汽锅炉本体及其通风、给水、控制与辅助设备均设置在一个底盘上。3.2燃气锅炉汽包压力与炉膛火力的控制系统原理图图1燃气锅炉汽包压力与炉膛火力的控制系统原理图3.3燃烧火力给定信号形态及其与燃烧器的关联作用方式：P为机组负荷热量信号为D+dPbdt。控制系统包括：滑压运行主汽压力设定值计算模块（由热力系统实验获得数据，再拟合成可用DCS折线功能块实现的曲线）、负荷—送风量模糊计算模块、主蒸汽压力控制系统和送、引风控制系统等。主蒸汽压力控制系统采用常规串级PID控制结构。当外界对锅炉蒸汽负荷的要求变化时，必须相应的改变锅炉燃烧的燃料量。燃料量控制是锅炉控制中最基本也是最主要的一个系统。因为给煤量的多少既影响主汽压力，也影响送、引风量的控制，还影响到汽包中蒸汽蒸发量及汽温等参数，所以燃料量控制对锅炉运行有重大影响。燃料控制可用图3简单表示。燃烧过程的经济与否可以通过剩余空气系数是否合适来衡量，过剩空气系数通常用烟气的含氧量来间接表示。实现经济燃烧最基本的方法是使风量与燃料量成一定的比例。送风量控制子系统的任务就是使锅炉的送风量与燃料量相协调，可以达到锅炉的最高热效率，保证机组的经济性，但由于锅炉的热效率不能直接测量，故通常通过一些间接的方法来达到目的。3.4说明调节过程和控制原理在锅炉燃烧过程中，用常规仪表进行控制，存在滞后、间歇调节、烟气中氧含量超过给定值、低负荷和烟气温度过低等问题。采用PLC对锅炉进行控制时，由于它的运算速度快、精度高、准确可靠，可适应复杂的、难于处理的控制系统。因而，可以解决以上由常规仪表控制难以解决的问题。所选择的PLC系统要求具有较强的兼容性，可用最小的投资使系统建成及运转；其次，当设计的自动化系统要有所改变时，不需要重新编程，对输入、输出系统不需要再重新接线，不须重新培训人员，就可使PLC系统升级；最后，系统性能较高。4炉膛压力控制设计4.1说明炉膛压力变化因素、过程特点、工况要求锅炉炉膛负压调节采用调节引风机转速方式，将鼓风机开度作为前馈量，炉膛负压作为被调量送入控制系统，经过炉膛负压调节器的运算，控制系统输出控制引风机变频器，调节引风机转速，以达到节约能源、稳定炉膛压的目的。炉膛负压控制是保证锅炉安全燃烧的首要控制对象。在锅炉燃烧控制系统。其主要功能是控制炉膛的燃料的空气的输入量，或控制燃烧率，以适应锅炉负荷的变化。对锅炉运行和控制系统来说，锅炉出口蒸汽压力的变化经常作为燃料量的输入和蒸汽量的输出之间不平衡的一个标志。引起蒸汽压力变化的因素很多，其中主要的扰动量是燃料量和蒸汽量的变化。燃烧控制系统的基本要求是：迅速适应外界负荷需求的变化；及时消除锅炉燃料侧的自发扰动；维持调节过程中各被调量在允许的范围内；保证锅炉运行的安全性和经济性。燃料控制系统一般包括燃料控制、引风控制和鼓风控制三个子系统。4.2炉膛压力的控制系统原理图图2炉膛压力的控制系统原理图4.3说明调节过程和控制原理炉膛负压控制系统中被控变量是炉膛压力（控制在负压），操纵变量是引风量。当锅炉负荷变化不大时，可采用单回路控制系统。当锅炉负荷变化较大时，应进入扰动量前馈信号，组成前馈-反馈控制系统。例如当锅炉负荷变化较大时，蒸汽压力的变动也较大，这时，可引入蒸汽压力的前馈信号，在前馈-反馈控制系统。当扰动来自送风机系统时，送风量的变化不及时引入到炉膛负压控制系统，则需要等到炉膛负压变化后才能调节引风量，即不能及时控制炉膛的负压，为此，将送风量作为前馈信号，前馈信号与反馈信号相加。当引风系统有扰动时，也可将引风量引入，组成以炉膛负压为主控变量，引风量为副被控变量的串级控制系统，与上述的前馈信号一起组成前馈-串级反馈控制系统锅炉含氧量调节回路将炉膛含氧量作为主调量，将炉排控制信号作为前馈量，并结合锅炉出口热水温度、锅炉出口热水流量、炉膛温度等工况参数，经过控制系统的智能专家调节运算，计算风和燃气比系数，确定含氧量控制点，优化含氧量，优化燃烧，节约能源。5仪表装置选型5.1仪表、控制装置的选型任何一套控制系统要想充分发挥它的功能作用，正确、合适的仪表选型是至关重要的。然而仪表的选型也时复杂的工作。对于不同的控制对象，仪表选型会有很大不同，甚至相同控制对象的不同工况条件，仪表选型也会千差万别。仪表选型的根本原则是根据控制的实际对象、实际工况、实际功能来选择合适的仪表类型。燃气燃烧器选配威索(-weishaupt-)燃气燃烧器WM–G10/4-A/ZM型号；火力调节器选配SIEMENSRWF40型号；压力变送器选择JKS318智能型压力变送器，该变送器采用高性能的感压芯片，配合先进的电路处理和温度补偿技术，将压力变化转化为4～20mA的线性电流，压力测量范围最大为0~40MPa，最小为0~1KPa；5.2控制设备材料表序号名称规格型号制造商数量1燃气燃烧器10WM-G10/3-AZM威索1台2压力变送器2000（kPa）JKS318威尔泰1台3变频器AC3PH0～380V0～600Hz25AHID300-T4-11G合康1台4活力调节器8VASIEMENSRWF40西门子1台5.3重要安装事项1在安装工作开始前要断开主开关和保护开关。忽视此点可能导致受到电击，造成伤亡事故。2由于燃气泄漏可能形成可爆炸的燃气-空气混合。在遇到明火时可能造成爆炸。3燃烧器功率必须符合加热装置的功率范围。铭牌上的功率数据是燃烧器可能达到的最低和最高功率。4一些燃烧器部件（如火焰筒、燃烧器法兰等）在设备运行时发热。触摸前要注意先让其冷却。参考文献1

潘永湘

过程控制与自动化仪表

北京：