鍋爐點火程序控制系統硬件設計

1、畢業(yè)設計（論文）題 目： 鍋爐點火程序控制系統硬件設計姓 名： 劉葉浩學 號： 0904160309指導教師(職稱)： 陳裕國（副教授）專 業(yè)： 過程自動化班 級： 03班所 在 學 院： 電氣信息學院2013年5月武漢工程大學 畢業(yè)設計（論文）目 錄摘 要 . IIAbstract . III第一章 緒論 . 11.1課題背景及設計介紹 .11.2國內外發(fā)展現狀 . 21.3設計要求及工作內容 .2第二章燃煤鍋爐及PLC概述 .52.1鍋爐的概念及基礎知識 .52.2燃煤鍋爐簡述 .82.3可編程序控制器（PLC） .10第3章 鍋爐點火系統介紹 .133.1鍋爐點火系統的組成 .133.2

2、點火過程及點火方式 .143.3點火流程操作與顯示系統 .17第四章鍋爐點火程序控制硬件設計 .214.1油槍的設計與選型 .214.2點火器的設計 .234.3鍋爐程控點火控制方式的設計 .25第五章鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統方案設計 .375.1鍋爐FSSS系統概述 .375.2鍋爐FSSS系統結構和功能 .375.3 FSSS監(jiān)控系統與DCS系統接口技術研究 .39總 結 .41致 謝 .43參考文獻 .45摘 要 隨著燃煤發(fā)電機組單機容量不斷擴大，鍋爐用人工點火的方式已不能適應當前形勢發(fā)展的需要，人工點火不僅勞動強度大，操作繁瑣，更主要的是不安全因素較多。因此，目前不論是新建還是擴建電廠，只

3、要現場點火設備具備較高的自動化程度，均要求鍋爐可進行計算機遠程操作，實現自動點火。鍋爐點火過程就是鍋爐由停爐狀態(tài)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)的過程。鍋爐點火分為手動點火與自動點火。通過采用先進的PLC控制技術所設計某火電廠的鍋爐點火系統既能手動點火又能自動點火，除了完成點火任務外，在意外工況下，鍋爐進入最低穩(wěn)定燃燒狀態(tài)時，點火系統還能夠進行投油助燃。此外，點火系統還可做為爐膛安全保護監(jiān)控系統（簡稱FSSS）的一個子系統，從而保證安全生產，又可以提高產品質量、數量，降低熱耗指標和減輕勞動強度，并有利于環(huán)境保護。關熊鍵詞：PLC(可編程邏輯控制器)；鍋爐；點火；FSSS監(jiān)控系統AbstractWith the

4、expanding of coal-fired generating units capacity, artificial lighting of boiler can not meet the development needs of the current situation. Artificial lighting is not only labor-intensive, complicated operation, but the main thing is more insecurity. Therefore, whether new or expansion of power pl

5、ants, as long as the field lighting device with a high degree of automation, requiring boilers computer remote operation, automatic lighting.The boiler lighting process is the boiler from the shutdown state to a stable combustion state of the process. The boiler lighting divided into manual lighting

6、 with automatic lighting. Both manual lighting of the design of a thermal power plant boiler lighting system through the use of advanced PLC control technology can automatically lighting. In addition, the lighting system can also be a subsystem as the furnace safety protection monitoring system (FSS

7、S), in order to ensure safe production, but also can improve the quality, quantity, reduce heat consumption indicators and reduce labor intensity, and contribute to environmental protection.Keywords: PLC(Programmable Logic Controller); Boiler; Lighting; FSSS System- 45 -第一章 緒論 1.1課題背景及設計介紹1.1.1課題背景鍋

8、爐是一種能量轉換設備，向鍋爐輸入的能量有燃料中的化學能、電能、高溫煙氣的熱能等形式，而經過鍋爐轉換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機熱載體。鍋的原義指在火上加熱的盛水容器，爐指燃燒燃料的場所，鍋爐包括鍋和爐兩大部分。鍋爐中產生的熱水或蒸汽可直接為工業(yè)生產和人民生活提供所需熱能，也可通過蒸汽動力裝置轉換為機械能，或再通過發(fā)電機將機械能轉換為電能。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)生產中也有少量應用。產生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，常簡稱為鍋爐，多用于火電站、船舶、機車和工礦企業(yè)。鍋爐燃燒的安全性和可靠性是鍋爐運行的基本要求。燃燒方式采用煤氣和煤粉混合，煤氣燃燒器在爐膛底部，煤氣的

9、主要作用是點火、助燃、穩(wěn)定燃燒。鍋爐點火采用人工點火，從鍋爐四個角依次進行，整個點火過程由運行人員在鍋爐點火孔旁進行觀察和操作。鍋爐運行中，由于鍋爐煤氣供應穩(wěn)定度不夠，常造成某個角突然熄火。而外部操作人員只能靠煤氣壓力和流量判斷某個角的煤氣燃燒狀況，失誤率很高，運行人員必需定時巡檢。此外，在正常停爐或緊急停爐時，需由運行人員現場手動關閉煤氣閥門，不能及時、快速地切斷煤氣，工作人員工作量大、安全性低。為解決上述問題，根據工藝特點和安全性的要求，我設計了鍋爐點火自動控制裝置，采用先進的PLC控制技術，高性能火焰檢測器及火焰控制器，實現了遠程煤氣點火，火焰在線檢測、聯鎖保護和聲光報警等功能，提高了鍋

10、爐點火和運行的安全性，減輕了運行人員的工作強度，大大提高了勞動生產率。1.1.2設計目的及意義隨著燃煤發(fā)電機組單機容量不斷擴大，鍋爐用人工點火的方式已不能適應當前形勢發(fā)展的需要，人工點火不僅勞動強度大，操作繁瑣，更主要的是不安全因素較多，因此，目前不論是新建還是擴建電廠，只要現場點火設備具備較高的自動化程度，均要求鍋爐可進行計算機遠程操作，實現自動點火。鍋爐點火過程就是鍋爐由停爐狀態(tài)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)的過程，鍋爐點火分為手動點火與自動點火。本論文所設計的火電廠的鍋爐點火系統在啟動時既能手動點火又能自動點火，除了完成點火任務外，在意外工況下，鍋爐進入最低穩(wěn)定燃燒狀態(tài)時，點火系統還能夠進行投油助燃。此

11、外，點火系統還可做為爐膛安全保護監(jiān)控系統（簡稱FSSS）的一個子系統，從而保證安全生產，又可以提高產品質量、數量，降低熱耗指標和減輕勞動強度，并有利于環(huán)境保護。對鍋爐來說，它能維持鍋爐出力、壓力及溫度為定值。在燃氣應用設備上安裝安全自動保護裝置的目的，是為了保證燃氣燃燒的安全性及可靠性，以避免事故的發(fā)生，并大大減輕勞動強度。例如，安裝燃氣壓力過高或過低以及熄火保護裝置，都是為了在發(fā)生異?，F象時切斷燃氣，防止爆炸等不幸事故。所以，應根據燃氣應用設備的用途、需要和目前技術經濟的可能來選擇手動、半自動或全自動裝置。1.2國內外發(fā)展現狀我國的工業(yè)鍋爐制造業(yè)隨著國民經濟的蓬勃發(fā)展，取得了長足的進步，到目

12、前為止，全國持有各級鍋爐制造許可證的企業(yè)超過一千家，生產各種不同壓力等級和容量的鍋爐。 通過我國工業(yè)鍋爐企業(yè)的共同努力，我國已形成了自己的工業(yè)鍋爐的產品型譜。至上世紀九十年代，我國就已擁有8個大類、38個系列、85個品種、300多個規(guī)格的工業(yè)鍋爐產品。 我國是一個煤炭生產大國，長期以來我國實行以煤為主的能源政策。受到我國特殊的燃料結構的影響，我國的工業(yè)鍋爐的燃料以煤為主，工業(yè)鍋爐每年消耗全國原煤產量的約三分之一。最近十幾年來，由于受到國家環(huán)保政策的影響及我國大型的油氣田的開發(fā)，我國的能源結構發(fā)生了一些變化。工業(yè)鍋爐產品的結構也隨之發(fā)生了變化，燃油燃氣鍋爐所占比例則由1991年的不足6%增高至2

13、001年的15%以上；電熱鍋爐開始出現，甚至，還有少量的燃生物質燃料的鍋爐投入使用；而燃煤鍋爐按容量所占比例開始降低，由1991年的90%降至2001年的81%。但是，我國總的能源特征是“富煤、少油、有氣”。而且，煤炭因其儲量大和價格相對穩(wěn)定，在本世紀前50年內，煤炭在我國一次能源構成中仍將占主導地位，因此，燃煤鍋爐仍將是工業(yè)鍋爐的主導產品。另外，現在國內外新建電廠多采用輕質柴油作為燃料，使用微油點火技術啟動鍋爐。這種技術具有投資少、設備簡單、操作維護方便等優(yōu)點，準確無誤的投運率高，工況多變時仍能正常點燃煤粉氣流。對于某些鍋爐，則采用最先進的等離子點火技術，直接點燃煤粉。雖然等離子點火技術具有

14、無油點火的顯著優(yōu)點，但到目前為止，這項技術尚存在諸多不足，并且受到鍋爐種類的限制，所以沒有微油點火應用得廣泛。1.3設計要求及工作內容1.3.1應解決的主要問題應解決的主要技術問題有：硬件的設計與選用；各部件和PLC的連接；鍋爐能否實現手動點火與自動點火以及能否自由切換；意外工況下，即鍋爐進入最低穩(wěn)定燃燒狀態(tài)時，點火系統能否進行投油助燃；點火系統能否成功做為爐膛安全保護監(jiān)控系統的一個子系統等。解決這些問題將對系統的完成有很大的幫助，最終達到減少工作人員工作量，減少中間環(huán)節(jié)，減少控制系統的故障點，提高系統運行的安全性與可靠性的目的。1.3.2應達到的技術要求結合硬件設計與廠商的要求，應達到的技術

15、要求有：(1)完成點火控制功能，使鍋爐在經歷正常的點火程序后，能成功點火；(2)擁有遠程自動點火與就地手操點火兩種點火方式，并能夠靈活切換；(3)在鍋爐進入最低穩(wěn)定燃燒狀態(tài)時，點火系統能夠進行投油助燃操作，使鍋爐由停爐狀態(tài)到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)；(4)鍋爐MFT聯鎖保護，點火系統可做為爐膛安全保護監(jiān)控系統（簡稱FSSS）的一個子系統；(5)點火流程模擬操作，在就地箱，程控柜或集控室的操作面板上，通過指示燈，顯示當前正在進行的操作；(6)二次點火失敗報警，當二次點火失敗后，報警程序啟動，指示燈亮，聲光報警器報警，按復位鍵后停止；(7)整個系統應當經濟實用、可靠性高、易編程以及便于維護。1.3.3基本理論

16、依據PLC(可編程控制器)是以微處理器為基礎, 綜合了計算機技術、控制技術、通信技術等高新技術, 而在近幾年發(fā)展的極為迅速、應用面極廣的一類工業(yè)控制裝置。不僅可以作為單一的機電控制設備, 而且作為通用的自動控制裝置, 它也被用于過程工業(yè)的自動控制。隨著PLC在各個領域的廣泛應用, 其經濟實用、可靠性高、易編程和便于維護等特點, 在自動控制系統中越來越發(fā)揮著重要作用, 為廣大用戶所接受。國內外對PLC的開發(fā)和應用也越來越深入, 它正與DCS，SCADA等工業(yè)控制裝置相互滲透, 各取所長, 發(fā)揮作用。近年來, 隨著現場總線的標準化和它的實現, 使可編程序控制器向現場控制級發(fā)展。發(fā)電廠的生產特點是保

17、證安全，穩(wěn)定發(fā)電，要求控制系統安全可靠。PLC系統能夠滿足上述要求，所以PLC在發(fā)電廠尤其是火力發(fā)電廠中得到廣泛應用，成為火電廠中與DCS集散控制系統并列的兩大主要控制系統。近幾年來，新的火電發(fā)電機組成套設備越來越多地采用PLC技術，老機組的設備改造也大多采用PLC技術?？傊琍LC技術正從就地程控系統應用逐漸增至主系統的控制，已經在火電廠的控制系統中得到越來越多的應用，對于新的設備選型和老系統的設備改造更是必選的不可替代的控制系統。目前，國內有一些發(fā)電廠的老式鍋爐只能使用手動控制方式，其基本控制部分如點火，給水，鼓風，引風均需要操作人員憑經驗控制調節(jié)。這種方式十分落后，很容易出現差錯。而使用

18、PLC控制鍋爐的運行，可以節(jié)省人力，減輕勞動強度，提高安全性。在減少了中間環(huán)節(jié)的情況下，使整個系統的可靠性得到提升，易編程與維護，大大的減少了事故發(fā)生率。因此，使用PLC控制鍋爐的運行過程是十分必要的。1.3.4主要工作內容整個系統的硬件設計如下：鍋爐點火系統的控制系統選用歐姆龍C200HE系列 PLC 作為控制器。CPU模塊選用C200HE-CPU42-E，開關量輸入模塊選用C200H-ID212，繼電器輸出模塊選用C200H-OC225，電源模塊選用C200HW-PA204S，底板模塊選用C200HW-BC101。合理使用這些模塊，即可完成硬件設計。點火系統由四個相同的單角點火系統組成。單

19、角點火系統既可通過就地箱手動操作完成點火，也可由主控柜通過程序控制完成點火。電廠鍋爐的點火系統一般由點火槍、油槍、點火槍推進器、油槍推進器、油角閥、吹掃閥和高能點火器組成。對于不同的推進器, 其驅動裝置有電動和氣動之分(本文以電動閥控制為例) 。本設計單角點火系統主要由以下幾部分組成：油槍推進系統。油槍通過電動推桿推進和退出，點火時油槍噴出油霧；點火槍推進系統。點火槍帶著高能點火發(fā)生器的發(fā)火點通過電動推桿推進和退出，點火時高能點火發(fā)生器打火；角閥管路系統。由汽路和油路兩部分組成。點火前汽閥打開，高壓蒸汽從油槍噴出，對油槍管路清掃。點火時汽閥關閉，油閥打開，油霧從油槍噴出；火焰檢測裝置。點火時火

20、焰檢測裝置檢測火焰信號，輸出點火成功信號。由于點火槍和油槍分別固定在各自的推進器上,因此控制相應的推進器即可完成對油槍和點火槍的操作。點火過程分為下面幾個步驟：油槍推進；（油槍進到位后）點火槍推進；（點火槍進到位后）點火器打火；油閥打開，油霧從油槍噴出；此時通過火焰檢測裝置檢測火焰信號，可見光火檢探頭檢測該油槍是否被點燃。如果已被點燃, 則此次點火成功,輸出點火成功信號（開關信號）退出點火槍，點火結束；在點火器打火，油閥打開，規(guī)定時間（本系統為15秒）已到，火焰檢測裝置檢測不到火焰信號，無點火成功信號輸出，此種情況視為點火失敗。一次點火失敗，允許進行二次點火。二次點火過程如下：點火器停；油閥關

21、；點火槍退（到位）；點火槍進（到位）；點火器打火；油閥打開；引燃。 二次點火失敗，不再進行點火，應當檢查系統，找出問題。如二次點火成功，則此次點火結束, 準備下一次點火。以上便是本系統單角的點火過程。鍋爐點火的整個過程是按照各角逐個點火的方法來實現的。各角點火成功后，鍋爐點火程序完成。第二章 燃煤鍋爐及PLC概述 2.1鍋爐的概念與基礎知識2.1.1 鍋爐的概念鍋爐是一種能量轉換設備，向鍋爐輸入的能量有燃料中的化學能、電能、高溫煙氣的熱能等形式，而經過鍋爐轉換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機熱載體。鍋的原義指在火上加熱的盛水容器，爐指燃燒燃料的場所，鍋爐包括鍋和爐兩大部分。鍋爐中產生

22、的熱水或蒸汽可直接為工業(yè)生產和人民生活提供所需熱能，也可通過蒸汽動力裝置轉換為機械能，或再通過發(fā)電機將機械能轉換為電能。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)生產中也有少量應用。產生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，常簡稱為鍋爐，多用于火電站、船舶、機車和工礦企業(yè)。鍋爐的分類方法很多，可以按鍋爐的用途分，也可以按鍋爐的結構、燃料種類分，還可以按水循環(huán)形式、壓力分類。1、按鍋爐用途分類鍋爐可以作為熱能動力鍋爐和供熱鍋爐。動力鍋爐包括電站鍋爐、船舶鍋爐和機車鍋爐等，相應用于發(fā)電、船舶動力和機車動力。供熱鍋爐包括蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、熱管鍋爐、熱風爐和載熱體加熱爐等，相應地得到蒸汽、熱水。熱風和載熱體等

23、。2、按鍋爐本體結構分類按鍋爐結構分，主要分為火管鍋爐和水管鍋爐?；鸸苠仩t包括立式鍋爐和臥式鍋爐，水管鍋爐包括橫水管鍋爐和豎水管鍋爐。3、按鍋爐用燃料種類分類按鍋爐用燃料種類匪類為燃煤鍋爐、燃油鍋爐和燃氣鍋爐以及燃煤鍋爐的升級技術，油氣爐的替代產品-煤粉鍋爐，煤氣雙用鍋爐等。燃煤鍋爐按燃燒方式可以分為層燃鍋爐、室燃鍋爐和沸騰鍋爐。4、按鍋爐容量分類蒸發(fā)量小于20t/h的稱為小型鍋爐、蒸發(fā)量大于75t/h的稱為大型鍋爐，蒸發(fā)量介于兩者之間的稱為中型鍋爐。5、按鍋爐壓力分類2.5MPa一下的鍋爐稱為低壓鍋爐，6.0MPa以上的稱為高壓鍋爐，壓力介于兩者之間的稱為中壓鍋爐。此外，還有超高壓鍋爐、亞臨

24、界鍋爐和超臨界鍋爐。6、按鍋爐水循環(huán)形式分類按鍋爐水循環(huán)形式可以分為自然循環(huán)鍋爐和強制循環(huán)鍋爐（包括直流鍋爐）。7、按裝置形式分類可以分為快裝鍋爐、組裝鍋爐和散裝鍋爐。此外，還有壁掛鍋爐、真空鍋爐和模塊鍋爐等形式。圖2.1 立式彎水管鍋爐1鍋殼封頭 2鍋殼簡體 3爐膽頂 4彎水管 5爐膽 6U形下腳圈 7喉管 8外部彎水管 9爐門 10煙囪入口 11入孔圖2.2 蘭開夏鍋爐1鍋爐 2前封頭 3爐膽 4后封頭 5人孔圖2.3 WNL2-13型內燃回火管鍋爐1鏈條爐排 2煙管 3鍋殼 4爐膽2.1.2鍋爐的基本構成鍋爐是由“鍋”和“爐”兩個主要部分構成的。鍋與爐組合在一起，便構成了鍋爐本體。鍋是容

25、納工質水或蒸汽的封閉受壓元件。組成“鍋”的主要部件是指承受內部或外部介質壓力作用的零部件，一般有：鍋筒、集箱、防焦箱、對流管束、水冷壁、防渣管、蒸汽過熱器、省煤器以及鍋殼式鍋爐中的煙管和爐膽、管板等，工質在其中進行水的加熱、汽化及飽和蒸汽的過熱等吸熱過程。爐是燃料燃燒的場所，即鍋爐的燃燒設備和燃燒室（也叫爐膛）。燃料在爐中燃燒釋放出大量的熱能，被鍋內的誰或蒸汽所吸收。鍋和爐是通過傳熱過程而相互聯系在一起的，鍋和爐的分界面就是鍋爐受熱面?；鹧婧蜔煔獾确艧峤橘|吸收熱量并向受熱介質放出熱量。要將低溫工質水加熱成具有一定壓力和溫度的水蒸氣，工質水要經過不同的受熱面，按照水被加熱、汽化、過熱的流程，可以

26、將受熱面劃分成工質水的預熱受熱面、汽化或蒸發(fā)受熱面和蒸汽過熱受熱面。工質水的預受熱面通常布置在對流煙道煙氣溫度較低的部位，以回收排煙余熱，提高效率，節(jié)約燃料。因此，人們也稱其為“省煤器”。此外，排煙余熱也可以回收于預熱助燃空氣，這種預熱回收受熱面被稱為空氣預熱器。有時為了進一步降低排煙溫度，也可以同時裝備省煤器和空氣預熱器。這兩個受熱面一般安裝在鍋爐對流煙道的尾部，因此也稱為尾部受熱器。工質水發(fā)生汽化或被蒸發(fā)的蒸發(fā)受熱面稱為水冷壁受熱面，一般布置在爐膛內，當鍋爐壓力較低、水冷壁受熱面吸熱不足時，也可以采用對流管束作為蒸發(fā)受熱面。蒸汽過熱受熱面就是蒸汽過熱器，它是將飽和蒸汽加熱到具有更高溫度的過

27、熱蒸汽，蒸汽溫度越高，壓力越大，其做功能力也就越強。2.1.3燃料特性燃料是由可燃物質、不可燃物質、水分和灰分等組成的混合物，在燃燒過程中能夠釋放出大量熱量。天然礦物質燃料，出核燃料之外，是有地殼內部深處的動植物殘骸，歷經數千萬年漫長的生物、化學和物理變化而形成的。由于形成原因、地質條件與年代的不同，產生了不同種類的燃料。燃料安物質狀態(tài)可分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料三大類。天然燃料中的固體燃料包括木柴、煤、油頁巖等；液體燃料主要是石油；氣體燃料主要是天然氣。這些燃料通過一定的加工處理后就轉變?yōu)槿斯と剂稀?.1.4鍋爐的結構要求鍋爐的結構為焊接結構，在設計焊接結構時，除了要滿足產品使用性能要

28、求外，還要考慮焊接結構公益性。結構工藝性要求結構滿足制造工藝的要求，包括焊縫施焊的方便性、焊接方法的采用、焊接接頭的工藝設計等。在結構方面，具體地說，應符合下列要求：1） 要保證受壓部件有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性；2） 要保證鍋爐結構各部分在運行時能夠進行自由膨脹；3） 要有良好的水循環(huán)來保證受熱面得到可靠的冷卻；4） 要根據鍋爐參數（壓力、溫度）和燃料的適應性來選用鍋爐結構；5） 要合理配置鼓風機、引風機，使燃料和風量隨著燃燒工況的變化保持相應的比例；6） 受壓部件開孔和焊縫的布置應盡量避免或減少應力集中；7） 鍋爐鋼架在承受載荷時，應有足夠的強度、剛度和抗腐蝕性；8） 鍋爐結構要便于安裝、

29、操作、檢修和清洗內外部；9） 安全附件和自控裝置要可靠；10）要保持爐墻結構有良好的耐熱性和密封性，減少漏風，減少熱損失。2.2燃煤鍋爐簡述燃煤鍋爐就是燃料為燃煤的鍋爐，是指經過燃煤在爐膛中燃燒釋放熱量，把熱媒水或其它有機熱載體(如導熱油等）加熱到一定溫度（或壓力）的熱能動力設備。燃煤鍋爐主要由煤粉制備系統、燃燒器、受熱面、空氣預熱器等主要部分組成。鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁、過熱器、省煤器、空氣預熱器、構架和爐墻等主要部件構成生產蒸汽的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個最主要的部件是爐膛和鍋筒。除鍋爐本體外，在火力發(fā)電站鍋爐中還有許多配套的輔助設備，如：煤粉制備系統。把原煤磨成粉

30、，以利煤的充分燃燒，包括給煤機、磨煤機、排粉機、粗粉分離器和煤粉管道等；送、引風系統。向鍋爐供給燃燒需要的空氣及將煤燃燒后的煙氣排出鍋爐，包括送風機、引風機和煙風道等；給水系統。包括給水泵、閥門和管道等；灰渣清除系統。包括碎渣機、出渣機、除塵器等；水處理系統以及自動控制和監(jiān)測系統等。燃煤鍋爐的常用系統分為中間儲倉式制粉系統和直吹式制粉系統兩種。中間儲倉式制粉系統的特點是磨煤機的出力和煤粉細度與鍋爐負荷無關，適于采用可磨制各種硬度煤種的鋼球磨煤機。缺點是設備較直吹式復雜，磨煤機耗電量較大，空載與滿載時耗電量相差不大，故應使其常在滿載下運行。而直吹式制粉系統的特點是磨好的煤粉直接全部送入爐膛中燃燒

31、，宜采用中速和高速磨煤機，適用于磨較軟的煙煤和褐煤。缺點是磨煤機的出力和煤粉細度與鍋爐負荷有關，因而隨著鍋爐負荷的變化需調整磨煤機的運行臺數，并且研磨部件容易磨損。中速磨煤機直吹式制粉系統又分為正壓式與負壓式兩種。近代大容量鍋爐多采用正壓系統。圖2.4 電廠燃煤鍋爐系統圖圖2.5 電廠燃煤鍋爐示意圖燃煤鍋爐發(fā)展重中之重是節(jié)能減排。據了解，隨著我國對安全、節(jié)能和環(huán)保方面的要求逐年提高，如何在推進行業(yè)健康穩(wěn)步發(fā)展、確保工業(yè)燃煤鍋爐安全運行的形勢下，進一步加速推進節(jié)能減排工作的開展，已成為工業(yè)鍋爐行業(yè)未來發(fā)展面臨的新課題和嚴峻挑戰(zhàn)。節(jié)能減排是一個世界性難題，也是全世界共同關注的話題。近些年，在我國經

32、濟的高速發(fā)展進程中，能源利用率低、消費結構不合理、供需矛盾加劇等問題日益突出，生態(tài)環(huán)境惡化與經濟發(fā)展的矛盾加劇，在很大程度上制約了經濟持續(xù)快速健康發(fā)展。我國立式燃煤鍋爐制造業(yè)經歷了數十年的發(fā)展，特別是改革開放推進行業(yè)駛上發(fā)展的快車道。由于市場需求的不斷加大，生產企業(yè)數量增加較快，行業(yè)規(guī)模不斷擴大。縱觀工業(yè)鍋爐行業(yè)的發(fā)展，雖成績斐然，但仍有隱憂。首先，行業(yè)總體技術水平有待提高?，F行業(yè)中仍存在生產廠家過多、生產分散，多數企業(yè)生產能力較為低下、企業(yè)間發(fā)展不均衡、生產集中度不高等問題。部分企業(yè)缺少長期發(fā)展戰(zhàn)略，致使企業(yè)自主開發(fā)和創(chuàng)新能力不強、投入不足，導致產品開發(fā)的檔次和水平不高，產品性能質量得不到顯

33、著提高。其次，能源浪費現象嚴重。我國的能源結構以煤為主，量大面廣的工業(yè)燃煤鍋爐要消耗大量的煤炭，同時也是我國主要的煤煙型污染源。根據中國電器工業(yè)協會工業(yè)燃煤鍋爐分會調查分析，我國用的燃煤工業(yè)燃煤鍋爐47萬臺，每年消耗標準煤4億噸，約占我國煤炭消耗總量的四分之一。然而，燃煤工業(yè)燃煤鍋爐平均運行效率僅達65%左右，這一指標比國際先進水平低1520個百分點。行業(yè)節(jié)能潛力巨大，著眼未來發(fā)展，節(jié)能減排既是工業(yè)鍋爐行業(yè)的當務之急更是長遠戰(zhàn)略要務。工業(yè)燃煤鍋爐在國民經濟和社會發(fā)展中的地位和重要性盡人皆知。但同時，全行業(yè)所耗用的能源量之大，煙塵、二氧化硫、二氧化碳、氧化物排放量占全國相應排放量比例之高的現狀，

34、不僅說明現工業(yè)燃煤鍋爐行業(yè)的節(jié)能、環(huán)保指標與建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的目標有較大差距，而且充分說明行業(yè)節(jié)能潛力巨大。2.3 可編程序控制器（PLC）2.3.1 PLC簡介PLC（Programmable Logic Controller，可編程序邏輯控制器）是一種數字運算操作的電子系統，專為工業(yè)環(huán)境應用而設計。它采用可編程序的儲存器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入/輸出，控制各種機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破鳈C器有關外部設備，都應易于與工業(yè)控制系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則來設計。世界上第一臺可編程序邏輯控制器

35、是由美國DEC公司于1969年研制的，其采用靈活的變成方法，實現了邏輯控制和順序控制功能，取消了繼電器控制柜。PLC所具有的特點使PLC在眾多控制裝置中脫穎而出，直到今日，仍然具有廣闊的市場及使用率。其特點有：靈活且通用性強、可靠性高，抗干擾能力強、編程簡單，使用方便、接線簡單，維護方便、功能強，適應廣、體積小，重量輕，容量實現機電一體化等。PLC經過三十多年的發(fā)展與實踐，其功能和性能已經有了很大的提高。目前，PLC已經被管飯應用于工業(yè)生產的各個領域，從當初用單單于邏輯控制盒順序控制擴寬到運動控制、過程控制、批量控制和混合性控制領域。2.3.2 PLC的基本結構 PLC是一種以微處理器為核心的

36、一種特殊工業(yè)用計算機，因此其本質與一般的個人計算機相似，主要由中央處理PLC基本組成包括中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出接口（縮寫為I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設備接口、擴展接口等）、外部設備編程器及電源模塊組成，見圖2.6：圖2.6 PLC的基本結構2.3.3 PLC的工作原理PLC的工作方式與普通計算機也類似，屬于串行工作方式 ，但是為了滿足原并行邏輯控制電路的要求，PLC并沒有采用普通計算機所使用的等待命令工作方式或查詢工作方式，而是采用的循環(huán)掃描的工作方式。所謂掃描，就是PLC上電后從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到最后一條。其工作原理圖如下：圖2.7 PLC的工作原理圖第

37、三章 鍋爐點火系統介紹3.1鍋爐點火系統的組成3.1.1前言鍋爐燃燒的可靠性和安全性是鍋爐運行的基本要求。燃燒方式采用煤氣和煤粉混合，煤氣燃燒器在爐膛底部，煤氣的主要作用是點火、助燃、穩(wěn)定燃燒。傳統的鍋爐點火采用人工點火方式，從鍋爐四個角依次進行，整個點火過程由運行人員在鍋爐點火孔旁進行觀察和操作，由于鍋爐煤氣供應不夠穩(wěn)定，常常造成某個角突然熄火。而外部操作人員只能根據煤氣壓力和流量判斷某個角的燃燒狀況，失誤率很高，運行人員必需定時巡檢，費時費力。此外，在正常停爐或緊急停爐時，需由運行人員現場手動關閉煤氣閥門，無法及時、快速地切斷煤氣，工作人員工作量大、安全性低。隨著PLC（可編程控制器）在各

38、個領域的廣泛應用，其經濟實用、可靠性高、易編程和便于維護等特點，在自動控制系統中發(fā)揮著越來越重要的作用，為廣大用戶所接受。因此，根據鍋爐工藝特點和安全性的要求，我設計了鍋爐點火自動控制裝置，采用先進的PLC控制技術，高性能火焰檢測器以及火焰控制器，實現了遠程自動點火以及手動就地點火，火焰在線檢測和聲光報警等功能。除了完成點火任務外，在意外工況下，鍋爐進入最低穩(wěn)定燃燒狀態(tài)時，點火系統還能夠進行投油助燃。此外，點火系統還可做為爐膛安全保護監(jiān)控系統（簡稱FSSS）的一個子系統。提高了鍋爐點火和運行的安全性，減輕了工作人員的工作強度，大大提高了勞動生產率。3.1.2點火系統的組成點火系統示意圖如圖3.

39、1所示。該點火系統由四個相同的單角點火系統組成。單角點火系統既可由主控柜通過程序控制完成點火，也可通過就地箱手動操作完成點火。單角點火系統主要由以下幾部分組成：油槍推進系統。油槍通過電動推桿推進和退出，點火時油槍噴出油霧；點火槍推進系統。點火槍帶著高能點火發(fā)生器的發(fā)火點通過電動推桿推進和退出，點火時高能點火發(fā)生器打火；角閥管路系統。由汽路和油路兩部分組成。點火前汽閥打開，高壓蒸汽從油槍噴出，對油槍管路進行清掃。點火時汽閥關閉，油閥打開，油霧從油槍噴出；火焰檢測裝置（圖3.1中未畫出）。點火時火焰檢測裝置檢測火焰信號，輸出點火成功信號。圖3.1 鍋爐點火系統示意圖3.2點火過程及點火方式3.2.

40、1點火系統的工作過程鍋爐點火過程分為以下幾個步驟：油槍推進；（油槍進到位后）點火槍推進；（點火槍進到位后）點火器打火；油閥打開，油霧從油槍中噴出；火焰檢測裝置檢測火焰信號，輸出點火成功信號（開關信號）。點火器打火，油閥打開，規(guī)定時間（本系統為15秒）已到，若此時火焰檢測裝置檢測不到火焰信號，無點火成功信號輸出，此種情況視為點火失敗。一次點火失敗，允許進行二次點火。二次點火過程如下：點火器停；油閥關；點火槍退（到位）；點火槍進（到位）；點火器打火；油閥打開；引燃。若二次點火依舊失敗，則不再進行點火，應當檢查系統，盡快找出問題所在。以上是本系統單角的點火過程。鍋爐點火的整個過程是按照各角逐個點火的

41、方法來實現的。圖3.1各角的點火順序為#1#3#2#4。鍋爐單腳自動點火工藝流程圖如圖3.2所示：圖3.2 鍋爐單腳自動點火工藝流程圖此外，在意外工況下，本系統還能夠進行投油助燃。投油助燃是指鍋爐進入最低穩(wěn)定燃燒狀態(tài)時，依靠點火系統向爐膛噴射油霧來達到穩(wěn)定燃燒。投油助燃時油閥打開，油霧從油槍中噴出，直至鍋爐退出最低穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。在鍋爐點火系統中加入投油助燃操作控制是十分必要的，因為一旦鍋爐燃燒不穩(wěn)定或者滅火，都會對生產過程產生一定的影響，造成巨大的經濟損失。所以當鍋爐處在最低穩(wěn)定燃燒狀態(tài)時，應進行緊急投油助燃，促使鍋爐重新達到穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。圖3.3為鍋爐投油助燃點火工藝流程圖：圖3.3 鍋爐投

42、油助燃點火工藝流程圖3.2.2點火系統的工作方式鍋爐點火方式分為就地手操方式和集控室程控方式兩種：就地手操方式就地手操方式是指通過安裝在爐膛四角的就地控制箱，按照點火工藝過程，人工逐步操作的點火方式。點火過程的狀態(tài)通過就地箱上的指示燈來顯示。就地手操方式主要用在系統調試階段。集控室程控方式程控方式是指在控制室的程控柜上，通過“啟/?！卑粹o操作點火，而中間點火工藝過程及二次點火由程序自動控制來完成的點火方式。點火過程各狀態(tài)通過程控柜上模擬盤來顯示。 3.3點火流程操作與顯示系統3.3.1就地箱上的顯示操作系統鍋爐在就地手操點火方式下，操作人員通過就地箱上的按鈕以及指示燈來進行就地點火操作。通過指

43、示燈的亮滅，了解正在進行的進程。就地箱指示燈系統示意圖如下：圖3.4 就地箱指示燈系統示意圖3.3.2程控柜模擬盤當選擇程控自動點火時，操作人員通過“啟/停”按鈕操作點火，而中間的點火過程及二次點火由程序自動控制來完成。點火過程各狀態(tài)通過程控柜模擬盤上指示燈的亮滅來顯示。程控柜模擬盤如圖3.5所示：圖3.5 程控柜模擬盤3.3.3集控室鍋爐點火模擬盤集控室全稱為集中控制室，是發(fā)電企業(yè)的大腦，控制著整個DCS系統和其他相關系統。集控室中的操作人員需要及時了解鍋爐的運行狀況，因此需要在集控室安裝鍋爐點火過程模擬盤，方便操作人員監(jiān)控鍋爐的整個運行過程。集控室鍋爐點火模擬盤如圖3.6所示：圖3.6 集

44、控室鍋爐點火模擬盤第四章 鍋爐點火程序控制系統硬件設計4.1油槍的設計與選型4.1.1油燃燒原理油槍的設計與選型對于整個系統的設計來說至關重要，要做好油槍的設計，首先要了解油燃燒原理，明確提高燃燒的途徑和因素，才能設計好油槍的相關幾何尺寸。油的燃燒過程一般分為三個階段，即加熱蒸發(fā)階段、擴散混合階段和著火燃燒階段。加熱蒸發(fā)階段。燃油經油噴嘴噴入爐膛后，接受高明溫輻射及煙氣回流加熱，溫度升高而逐漸蒸發(fā)。為了增大蒸發(fā)強度，油要霧化成微細顆粒，以增大蒸發(fā)面積，最大限度地提高燃油的利用率。擴散混合階段。蒸發(fā)的油蒸氣要在著火前與送入的空氣混合，如果空氣不在油氣著火前與之混合，將給燃燒帶來很不利影響，這就是

45、通常所說的要有根部風。所以，要求油在蒸發(fā)成氣體之后，空氣必須與之立即混合，否則，不但延誤著火，而且還會析出不易燃燒的炭黑粒子，使機械未完全燃燒熱損失增大。著火燃燒階段。油氣與空氣混合物形成可燃氣體，并很快達到著火溫度而點燃，由于油氣主要成分是碳氫化合物，燃燒反應強烈，所以，油氣能迅速地燃盡。前兩個階段是一個物理作用的過程，是保證穩(wěn)定點火、充分燃盡的必要條件，特別是霧化和混合的好壞直接影響到燃燒化學反應的進程和燃燒效率。從機理上講，霧化是液體自身內力與它所受到的外力相互作用的結果。當外力大于內力時，油膜失去穩(wěn)定性而發(fā)生破裂。具體地講，油滴破碎主要原因是因為其表面張力和氣動力的相互作用。設油滴所受

46、的氣動力為q=w²/2，油滴的表面張力為s=4/d，當氣動力的作用大于油滴的表面張力時，油滴便可進一步破碎。于是，可推導出油滴的破裂準則如下：D=w²d/其中：d為油滴的直徑；w為空氣和油滴的相對速度；為空氣密度；為燃油的表面張力；為經驗常數。顯然，D的含義為液滴所受氣動力和表面張力的相對大小。D越大，油滴破裂的傾向越大。試驗表明，當D10.7時，油滴只有變形，尚未破裂；當10.7D14時，一個油滴可分成幾個小滴；當D14時，油滴可破裂成細小的滴。D值越大，燃油霧化得越細，對于充分燃燒的幫助越大。圖4.1 油珠在氣流中的受力圖 圖4.2 油珠在氣動力作用下的破碎過程4.1.

47、2油槍的設計通過反復實驗，得到在噴嘴孔直徑一定的情況下，燃油壓力對霧化效果的影響。具體情況如下圖4.3所示：圖4.3 離心噴嘴在不同噴射壓力下的霧化過程閃光照片且從公式D=w²d/中可以得出，D的大小取決于空氣和油滴的相對速度w的大小。而影響w的因素只有兩個：燃油壓力和油槍幾何尺寸。由于鍋爐燃油系統已確定，燃油壓力為定值，因此，決定w大小的因素只有油槍的幾何尺寸。圖4.4 燃油經噴嘴噴出效果圖經計算確定以及實驗臺反復實驗，最終選定小油槍噴嘴直徑=1.5mm，大油槍噴嘴直徑=2.5mm；霧化角均為為 60100°；小油槍噴口直段長=6mm，大油槍噴口直段長=7mm。此外，考慮

48、到空氣供給系統問題，特地采用外混式簡單機械油槍，即根據現場工況可方便的在機械霧化與蒸汽霧化之間進行切換。具體油槍結構如圖4.5：圖4.5 油槍結構圖4.2點火器的設計 通過考察與實驗，ZNDH系列高能點火器能滿足本次設計的點火需要。高能點火器的工作原理是，將半導體電嘴兩極置于一個能量峰值很高的脈沖電壓作用下，在半導體電嘴表面產生強烈的電火花，發(fā)出強大的能量，足以直接點燃霧化后的燃油。高能點火器采用電容儲能，發(fā)火能量大（單火花能量達焦耳數量級），具有十分強大的自凈化能力，不受外界氣壓污染影響，抗油、抗水、抗結焦、耐高溫。高壓屏蔽電纜，傳輸損耗低，可屏蔽點火能量的雜散輻射，防止對其他現場電子設備的

49、電磁干擾。具體設備包括：升壓變壓器、高壓硅整流器，阻容網絡及密封放電管、限流電感、泄放電阻等。所有元件均安置在一個鐵制殼體內，并加蓋密封，輸入電源采用航空圓型插座，紅色氖泡指示燈。高能點火器主要技術參數如下：輸入電壓為AC220V；輸出為DC2500V；儲能20J。點火槍發(fā)火頻率為10次/秒，使用壽命為 2.5×10次。圖4.6 點火裝置示意圖圖4.7 ZNDH高能點火裝置4.3鍋爐程控點火控制方式的設計4.3.1鍋爐點火設備布置鍋爐的點火系統一般由油槍、點火槍、油槍推進器、點火槍推進器、油角閥、汽閥和高能點火器組成。由于油槍和點火槍分別固定在各自的推進器上，因此控制相應的電機正反轉

50、即可控制推進器完成對油槍和點火槍的推進或退出操作。其具體操作步驟為：油槍推進汽閥開吹掃100秒汽閥關點火槍推進點火器打火油閥開。此時系統延遲15秒，然后通過火檢探頭檢測該油槍是否已被點燃。如果已被點燃，則此次點火成功，退出點火槍，點火結束。如果該油槍未被點燃，則視為第一次點火失敗，系統允許進行第二次點火。第二次點火執(zhí)行如下操作：油閥關點火槍退汽閥開吹掃100秒汽閥關點火槍進點火器打火油閥開。如果二次點火依舊失敗，則不再進行點火，操作如下：油閥關點火槍退汽閥開吹掃100秒汽閥關油槍退。此時工作人員應盡快檢查系統，找出問題所在。單點火角設備布置如圖4.8所示。圖4.8 單點火角設備布置示意圖4.3

51、.2火焰檢測系統的設計和設備選擇火焰檢測系統的要求如下：每個燃燒器需單獨配一支火檢探頭，并由單一火焰處理器處理，火焰信號經火檢屏送至邏輯屏?；鹧鏅z測器必須能根據燃燒器的類型和鍋爐的運行工況，自動改變對火焰信號的處理方式，同時對火焰脈動頻率及火焰強度進行處理，得出一個準確可靠的火焰信號。燃燒器火焰檢測回路的靈敏度能對低光度有足夠的響應，并在高負荷工況下不飽和，保證了對火焰反應的連續(xù)性?；鹧鏅z測器具有反時限特性，防止誤動和拒動，保證動作的準確性?；鹧鏅z測探頭為內窺式，有自保護功能且為全封閉免維護型，火檢板上能顯示探頭故障原因。每個火焰檢測器可輸出干接點（無源信號），以便報警和 FSS 邏輯設計。每

52、個火焰檢測器帶有420mA模擬信號輸出，以表示一個火焰的強度、頻率或質量。根據上述要求，經過選擇比較與反復實驗，最終選擇了哈爾濱中能公司生產的ZHJZ系列智能型火焰檢測裝置。智能型火焰檢測裝置是一種雙信號火焰檢測器，整個檢測回路由探頭放大器、智能型信號處理組件、火檢探頭、火檢電源等組件組成的。放大器響應由初始燃燒區(qū)火焰產生的可見光輻射轉變成為電信號，反映火焰的燃燒狀況。信號處理器將探頭傳送的電信號分為“強度”、“頻率”進行處理，從而判斷是否產生火焰。設備的具體技術參數如下：工作電源：180250V 50Hz；額定工作條件下，裝置最大功耗<15W/路；傳感器工作波長為：可見光380760n

53、m；輸出接點：開式：常開、常閉任選，容量：220V，0.2A；每箱處理信號路數：6；環(huán)境溫度：信號處理儀<45，探頭放大器<50；探頭冷卻風：要求風源潔凈，空氣中所含塵土及硬質細顆粒不大于30mg/m³。流過每個探頭風量>1.0m³/min。4.3.3油角程控點火設計程控柜原理圖如下圖所示：圖4.9 程控柜原理圖1-1圖4.10 程控柜原理圖1-2ZJ1、ZJ2、ZJ3繼電器(4H54P AC220V 西門子)；KN1、KN2、KN3兩位選擇開關；FU1、FU2熔斷器；KM1、KM2接觸器(3TB40 西門子)；Q1Q6空氣開關本設計選用歐姆龍C200HE系列PLC 作為控制器。CPU模塊選用C200HE-CPU42-E，開關量輸入模塊選用C200H-ID212，繼電器輸出模塊選用C200H-OC225，電源模塊選用C200HW-PA204S，底板模塊選用C20