工业锅炉系统.docx

工程、工业锅炉系统

一、 实习目的及要求
1、了解工业锅炉的结构组成、主要工艺流程和一般的操作方法。
2、熟悉和掌握工业锅炉控制系统的构成和常用控制方案：汽包液位控制、蒸汽压力及温度控制、炉膛负压控制等。
3、熟悉工业锅炉的开车过程；掌握控制系统的投运方法和步骤。
4、掌握各控制回路PID参数的整定及对控制质量的影响。测试和比较在干扰作用下，同一控制参数在不同控制方案下的控制质量和效果。
1、 在蒸汽负荷和给水压力干扰作用下，测试和比较汽包液位在不同控制方案下的控制质量和效果，并根据记录曲线进行分析。

二、实习装置

1、 工业锅炉的结构及工艺流程简介

锅炉是将燃料燃烧释放出的热能传递给水，使水转变成为具有一定压力和温度的蒸汽（或水）的动力装置。锅炉分动力锅炉和工业锅炉两大类。动力锅炉用于动力发电等方面，所产蒸汽的量、压力及温度都较高。工业锅炉用于工业生产和采暖等方面，所产蒸汽的量不是很大、一般是过热蒸汽和饱和蒸汽，或者是热水。本软件采用燃气、自然水循环、双汽包、产汽量65t/h过热蒸汽的工业锅炉为仿真实习装置，其控制系统流程图如图1所示。
锅炉是由锅炉本体和辅助设备两大部分组成。锅炉本体主要包括（上、下）汽包、对流管、下降管、上升管、水冷壁、（上、下）联箱、蒸汽过热器、减温器、省煤器、空气预热器、火嘴（喷燃器）等。辅助设备包括通风设备、给水设备、除灰设备和锅炉附件等。
蒸汽生产主流程为：除氧器V102中的水（约0.2MPa、105℃）用高压水泵P101抽出作为锅炉给水。一部分给水经减温器加热后与另一部分混合后进入省煤器，被烟气加热为248℃的饱和水后进入上汽包。上汽包中的热水由对流管流到下汽包，再通过下降管、下联箱进入水冷壁，吸收炉膛辐射热后成为汽水混合物，经上联箱进入上汽包进行汽水分离。上汽包分离出的饱和蒸汽经过热器低温段、减温器、过热器高温段后，成为448℃、3.77Mpa的过热蒸汽送入中压汽网供用户使用。
燃烧系统流程为：来自外部的高压燃料气在气罐V101中经稳压后（约0.3MPa），送入锅炉燃烧室壁侧的火嘴。另外空气由鼓风机P102升压后，经风门送入锅炉燃烧室。燃烧室内的燃气和空气经点火后燃烧释放出热能，成为高温烟气（温度可达900℃），其中大部分热能被水冷壁吸收。高温烟气经蒸汽过热器、上升管、对流管、省煤器、空气预热器等，被逐步吸收热量，温度逐渐降低（到排烟段时降到180℃）。燃烧烟气最后经引风机P103送入烟囱，排入大气。炉膛负压由引风机控制烟气排出流量约为-0.2KPa。

图1 工业锅炉控制系统流程图

2、 工业锅炉控制系统简介
针对上述工艺流程，为满足工业锅炉安全、稳定、正常运行的要求其控制系统一般都设计实现以下几个控制参数。另外为达到环保及经济效益指标，有的锅炉控制系统还设计有其他控制参数（如排烟氧含量）。
（1）上汽包液位的控制。这是保证工业锅炉安全、正常运行的最重要的一个控制参数。由于在蒸汽负荷变化及给水压力波动的情况下，工业锅炉都存在着“虚假液位”的现象，一般的汽包液位单回路控制方案不能有效地克服干扰，会出现锅炉水烧干甚至锅炉爆炸的严重事故。因而针对性地产生了“双冲量”控制（蒸汽流量-汽包液位的前馈-反馈控制）及“三冲量”控制（蒸汽流量-汽包液位-给水流量的前馈-反馈-串级控制），这两种控制方案的控制效果和控制质量，比单回路控制得以提高，满足了生产工艺的要求。

（2）过热蒸汽压力及温度的控制。这是工业锅炉生产蒸汽产品的质量指标，达到蒸汽用户的要求。这两个控制参数一般都是单回路控制，控制质量要求高的，实现了串级控制。
（3）燃料气压力控制，这是保证燃料气稳定燃烧的重要指标。一般的单回路控制就可以满足要求。

三、实习内容
1、工业锅炉的开车直至产汽量达到额定负荷，锅炉进入正常运行状态，控制系统全部投入自动。
2、在锅炉进入正常运行状态后，分别在单回路、双冲量、三冲量三种控制方 案下，分别通过改变蒸汽负荷和给水压力作为干扰，记录汽包液位参数值反应曲线。
3、 在锅炉正常运行状态时和汽包液位三冲量控制方案下，通过改变蒸汽负荷（或给水压力）作为干扰，记录过热蒸汽温度值和反应曲线。

四、 实习步骤

1、 工业锅炉的冷态开车
（1）锅炉上水：在除氧器V102工作正常的条件下，启动给水泵P101，打开给水泵循环阀SV101，调节给水泵出口压力为5.0Mpa。通过调节LIC101的输出值，手动控制给水调节阀LV101（注意：在上汽包液位三种不同控制方案时，给水调节阀LV101的手动操作），使给水流量约10t/h, 锅炉开始上水。稍后可加大给水流量，并观察上汽包液位上升，直至达到50%左右。在下面的步骤中注意观察汽包液位的变化，随时进行调节，使液位稳定在50%左右。
（2）燃料系统的投运：手动调节PIC104输出值，缓慢打开调节阀PV104，燃料气进入缓冲气罐V101。当PIC104指示达0.3MPa时，将PIC104控制回路投自动，给定值设为0.3MPa。
（3）锅炉点火：全开上汽包放空阀SV103和过热蒸汽放空阀SV104。打开主汽阀SV102至80%开度。遥控全开鼓风机风门HV101、引风机风门HV102。启动鼓风机P102、引风机P103，先通风一段时间使炉膛内不含可燃性气体后，将鼓风机风门HV101、引风机风门HV102都调至20～40%开度。手动调节PIC103输出值至5%左右，并立即持续按压住点火按钮点燃燃气，放开点火按钮,炉膛火焰点着后。手动控制调节阀PV103的开度，逐渐加大燃料气流量。注意在加大燃料气流量的过程中，用鼓风机风门HV101调整烟气出口氧含量值AI101在0.9%～3.0%，用引风机风门HV102调整炉膛负压值PI106在-0.1～-0.25KPa。
（4）锅炉升压：严格按照锅炉的升压要求，继续手控调节器PIC103，使锅炉缓慢平稳地升压。当蒸汽压力PI102达0.7～0.8MPa时，关闭上汽包放空阀SV103和过热蒸汽放空阀SV104。当TIC101指示过热蒸汽温度达400℃时，手动调节TIC101输出值，逐渐开启减温水调节阀TV101A使过热蒸汽温度达到正常值（448℃）。继续手控调节PIC103，使蒸汽压力逐渐平稳至37MPa后保持3分钟。确认蒸汽压力稳定在3.72～3.77MPa范围内，蒸汽温度不低于400℃，上汽包水位在50%左右。当蒸汽压力稳定到3.77MPa时，将PIC103投自动，给定值设为3.77MPa。
（5）负荷提升：逐渐开大主汽阀SV102，手控TIC101，当过热蒸汽温度稳定在448℃左右时，将TIC101投自动，给定值设为448℃。锅炉达到额定负荷（65t/h）后，将上汽包水位控制LIC101投入自动，给定值设为50%。注意在上汽包水位控制为三冲量控制方案时，主副回路投入自动的顺序。至此，锅炉进入正常运行状态。
注意：各冷态开车的步骤中各参数变化是相互影响的，所以要观察各参数的变化综合调节。

2、 三种控制方案下，上汽包水位的干扰实验
（1）在上述冷态开车步骤选定的控制方案下，在锅炉进入正常运行状态且各调节系统全部投入自动后，瞬间减小蒸汽管网压力PI103A到3.62MPa，观察并记录汽包液位参数值反应曲线，直至达到新的稳态。
（2）在整个装置再次进入稳态且各调节系统全部投入自动后，关小给水泵循环阀SV101到5%，使给水压力上升，观察并记录汽包液位参数值反应曲线，直至达到新的稳态。
（3）分别在其他两种控制方案下，采用热态开车的方法使锅炉直接进入正常运行状态后，也分别通过改变蒸汽管网压力和给水压力作为干扰，观察并记录汽包液位参数值反应曲线。

3、 过热蒸汽温度值的干扰实验
在汽包液位三冲量控制方案下和锅炉正常运行状态时，通过关小主汽阀SV102，使用户蒸汽用量减小到55 t/h左右，观察并记录过热蒸汽温度参数值反应曲线。并注意观察该分程控制中的两个调节阀（TV101A和TV101B）的动作过程，必要时可重新整定该温度控制回路TIC101的P、I、D参数。

五、 实习报告要求

1、 数据处理
整理打印各实验步骤的记录曲线，并加以标住说明。
2、 报告内容
（1） 实验目的及要求
（2） 实验装置工艺控制流程图，并简要说明。
（3） 根据各阶段的记录曲线，进行分析总结。
a、比较上汽包液位在三种不同控制方案时，在相同干扰作用下的控制质量和效果。并对上汽包液位的三种控制方案的优确点进行总结。
b、对过热蒸汽温度分程控制系统进行分析和总结。
c、实验中出现的特殊现象分析和说明。