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1、目录第一章锅炉自动调节的任务.2第二章锅炉给水系统的自动调节.3第一节 锅炉汽包水位调节对象的特性.5第二节 单冲量调节系统.6第三节 双冲量调节系统.7第四节 三冲量调节系统.8第三章锅炉蒸汽过热系统的自动调节.10第一节 过热蒸汽温度调节对象的特性10第二节 调节减温水的流量控制过热器出口蒸汽温度的调节系统11第四章锅炉燃烧系统的自动调节.14第一节 锅炉燃烧系统自动调节的任务14第二节 锅炉燃烧过程调节对象的动态特性15第三节 燃煤锅炉燃烧过程的自动调节18第四节 燃油锅炉燃烧系统的自动调节22第五节 锅炉燃烧凋节系统的整定. 25参考数目：1.化工自动化丛书锅炉设备的自动调节，孙优贤、
2、孙红主编，化学工业出版社198252.工业锅炉自动控制，张亮明、夏桂娟主编，中国建筑工业出版社，1987.113.燃油燃气锅炉房设计手册，燃油燃气锅炉房设计手册编写组，机械工业出版社，1998.64.工业锅炉节能技术，鹿世金编著，兵器工业出版社， 1993.125.工业锅炉热工检测与过程控制，张亮明、夏桂娟主编，天津大学出版社，1992.9第一章 锅炉自动调节的任务锅炉是工业生产的重要动力设备，工业锅炉的生产任务是根据负荷设备的要求，生产具有一定参数（压力和温度）的蒸汽和热水。为了满足负荷设备的要求，保证锅炉本身运行的安全性和经济性，工业锅炉具有以下自动调节任务： 一、保持汽包水位在规定的范围
3、内锅炉汽包水位高度，关系着汽水分离的速度和生产蒸汽的质量，也是确保安全生产的重要参数。随着科学技术的飞速发展，现代的锅炉要向蒸发量大，汽包容积相对减小方向发展。这样，要使锅炉的蒸发量随时适应负荷设备的需要量，汽包水位的变化速度必然很快，稍微、不注意就容易造成汽包满水，或者烧成干锅。在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。无论满水或缺水都会造成事故。因此，必须对汽包水位进行自动调节，将水位严格控制在规定的范围之内二、稳定蒸汽的温度过热蒸汽的温度是生产工艺确定的重要参
4、数，蒸汽温度过高会烧坏过热器水管，对负荷设备的安全运行带来不利因素。因为新型的蒸汽锅炉，一般金属强度的安全系数设计得比较下，超高温严重还会使汽轮机或其他负荷设备膨胀过大，使汽轮机的轴向推力增大而发生事故。蒸汽温度过低会直接影响负荷设备的使用，对汽轮机来说，会影响它的效率，一般情况，进汽温度每降低5，效率降低1。因此，从安全生产和技术经济指标上看，必须对蒸汽的温度进行自动调节，使蒸汽温度保持在额定值范围之内。 三、控制蒸汽压力的稳定蒸汽压力是衡量蒸汽供求关系是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要工艺参数。蒸汽压力过高或过低，对于金属导管和负荷设备都是不利的。压力太高，会加速金属的蠕变，压力太低，就不可
5、能提供给负荷设备符合质量的蒸汽。在锅炉运行过程中，蒸汽压力降低，表明负荷设备的蒸汽消耗量大于锅炉的蒸发量；蒸汽压力升高，说明负荷设备的蒸汽消耗量小于锅炉的蒸发量。因此，控制蒸汽压力，是安全生产的需要，是维持负荷设备正常工作的需要，也是保证燃烧经济性的需要。四、控制炉膛的负压在规定的范围内锅炉极常运行中，炉膛压力应保持在1020Pa的负担范围之内。负压过大，漏风严重，总的风量增加，烟气热量损失增大，同时引风机的电耗增加，不利于经济燃烧；负压偏正，炉膛要向外喷火，不利于安全生产，有害于环境卫生。所以炉膛负压必须进行自动凋节。五、维持经济燃烧要使锅炉燃烧过程出现最佳工况，提高锅炉的效率和经济性，必须
6、使空气和燃料维持适当的比例。对于燃油锅炉，现代的运行水平可以将燃烧室里的自由氧控制在0.51之内，即过剩空气为2.45左右。将过剩空气降低到近于理想水平而又不出现CO和冒黑烟，这就需要快速而精确地对燃烧过程进行自动调节，使空气和油呈现最佳的配比。否则，势必增加热量损失，降低经济技术指标，并造成对周围环境的污染。工业锅炉生产是一个复杂的调节对象，有许多个调节参数和被调节参数，还存在着错综复杂的扰动参数。这些参数的相互作 用如图12所示。 燃 管 运 料 路 行 品 阻 状 质 力 况锅炉设备 给水量 汽包水位 减温水 蒸汽温度 燃料量 蒸汽压力 送风量 烟气含氧量 引风量 炉膛负压 一次风 蒸汽
7、流量图12 锅炉输入参数与输出参数之间的相互影响示意图图中可以看出，锅炉是一个多输入，多输出，多回路，非线性的相互关联的对象，调节参数与被调参数之间，存在着许多交叉的影响。例如当锅炉的负荷变化时，所有的被调量都会发生变化。而当改变任一个调节量时，也会影响到其他几个被调量。因此，理想的锅炉自动调节系统应该是多回路的调节系统。这样当锅炉受到某一扰动后，同时协调地动作，改变其调节量，使所有的被调量都具有一定的调节精度。但这种调节十分复杂，要实现这样的调节比较困难。目前根据锅炉的运行经验，实际解决锅炉自动调节任务的方法是将锅炉当作几个相对独立的调节对象所组成，相应地设置几个相对独立的调节系统，这样可以
8、适当简化 自动调节的问题。下面主要分别讨论锅炉几个相对独立的调节系统的动态特性，组成方案，调节方法和调节过程。第二章 锅炉给水系统的调节工业锅炉的汽包水位是正常运行的主要指标之一，汽包水位是一个十分重要的被调参数。由于汽包水位在锅炉运行中占据首要地位，所以工业锅炉自动化都是从给水自动调节开始的。工业锅炉给水自动凋节的任务，是使给水量跟踪锅炉的蒸发量并维持汽包中的水位在工艺允许的范围内。锅炉汽水系统如图21所示。以汽包水位h作为被调量，以给水调节间作为调节机构来改变调节量，即给水量。达到保持汽包水位在允许范围的目的。锅炉汽包水位的自动调节，是根据汽包水位的动态特性来设计的。引起水位变化的因素很多
9、，但主要扰动是给水量和蒸汽量的阶跃变化，调节器就是依据水位信号、蒸汽流量和给水流量的偏差信号进行调节的。汽包水位调节系统，根据锅炉的容量，负荷变化的速度，调节的精度要求，可分为三种类型：1以汽包水位为唯一凋节信号的单冲量给水调节系统；2以汽包水位为主调节信号，以蒸汽流量为补充信号的双冲量调节系统；3以汽包水位为主调节信号，以给水流量和蒸汽流量为补充信号的三冲量调节系统。锅炉汽包水位的自动调节，根据使用厂家的条件和要求，可选用电动仪表系列，也可选用气动仪表系列。 第一节 锅炉汽包水位调节对象的特性锅炉汽包中的水位不仅受到给水量（锅炉的输入量）和蒸发量（流出量）之间平衡关系的影响，同时还受到在汽水
10、循环管道中汽水混合物内汽水容积变化的影响。因为锅炉汽包中的水位H值不仅反映了汽包（包括水循环的管路）中的储水容积，也反映了水面下气泡的容积。水面下气泡的容积又与锅炉的负荷和蒸汽压力有关。因此，影响锅炉汽包中水位变化的因素是很多的，概括起来有四个主要方面：一是给水方面的扰动，包括给水母管压力的变化和给水阀门和开度的变化；二是蒸汽负荷的变化；三是燃料量的变化，还包括影响燃料发热量变化的种种因素；四是汽包压力变化，压力变化对汽包水位的影响，是通过汽包内部汽水系统的“自凝结”和“自蒸发”过程起作用的。 在蒸汽发生过程中，汽包内部可以看成由蒸汽空间的蒸汽容积VD、蒸发面以下的汽水容积，即蒸汽容积VS和水
11、容积VW，三部分组成，如图2-2所示。根据物料平衡和热平衡的关系，考虑到由于燃料量对汽包水位的影响有较大的传送滞后和容量滞后，影响十分缓慢，可以忽略不计。对于汽包压力的变化往往是由于蒸汽负荷变化所引起的，因此压力的变化可归并到蒸汽负荷中去，所以压力变化对汽包水位的影响也可以忽略不计。这样汽包水位调节对象的动态特性方程式，经推导和化简可写成： （21）式中，h汽包水位的高度；TW给水流量项的时间常数，s；TD蒸汽流量项的时间常数，s；KW给水流量项的放大倍数；KD蒸汽流量项的放大倍数；D锅炉蒸汽流量，kg/s；W锅炉给水流量，kg/s；，通过锅炉汽包水位的动态微分方程式可以看出，引起汽包水位变化
12、的主要扰动是蒸汽流量的变化和给水流量的变化。下面我们将着重分析在给水流量（称为内干扰）和蒸汽流量（称为外干扰）扰动下，汽包水位调节对象的动态特性。一、包水位在给水流量作用下的动态特性如果蒸汽负荷量不变，给水量产生变化时，汽包水位调节对象的运动方程式可表示为： （22）二、汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 在蒸汽负荷增加的时候，虽然锅炉的给水量小于蒸发量，可水位不但不下降，反而迅速上升，这种特殊现象称为“虚假水位”现象。“虚假水位”产生的原因主要是，蒸汽流量增加，汽包内的气压下降，炉水的沸点降低，使炉管和汽包内的汽水混合物中的汽容积增加，体积膨胀，引起汽包水位上升。因“虚假水位”现象而出现的水
13、位最大偏差，是不可能依靠凋节来克服的。另外，当锅炉的负荷突然减小时，则汽包水位变化的情况是相反的，汽包水位先下降后上升。第二节 单冲量给水调节系统以汽包水位为唯一调节信号的锅炉给水调节系统称作单冲量水位调节系统，其凋节系统示意图如图25所示。它是汽包水位自动调节中最简单，最基本的一种调节形式。调节系统由汽包、水位变送器，凋节器和给水调节间组成。当汽包水位发生变化时，水位变送器发出信号并输入调节器，水位调节器根据水位的测量与给定值的偏差，经过运算放大后输出调节信号，去控制给水阀门，改变给水量来保持汽包水位在允许范围内。上述信号传递可用图26的方块图表示。工业锅炉的容量一般都在20t/h以下，对于
14、中小型锅炉，由于汽包相对负荷而言，它的容量较大，水位受到扰动后的反应速度比较慢，“虚假水位”现象不很严重，因此，一般采用单冲量调节系统就可以满足生产上的要求。由于工业锅炉对汽包水位控制要求不高，采用比例调节规律能得到较好的效果，所以目前工业锅炉水位对象采用比例调节规律很普遍。如果单冲量给水调节系统，采用比例积分调节器调节汽包水位，则可以实现无差调节。单冲量锅炉给水调节系统，可用气动仪表进行调节工作，也可选用电动单元仪表组成凋节系统。不少自动化仪表厂还生产有成套的锅炉自动控制装置。如选用 DDZ一II型仪表组成调节系统，其装置方块图如图2-7所示。 单冲量汽包水位调节的优点是；系统结构简单，对汽
15、包容量比较大，水位在受到扰动后的反应速度比较慢，“虚假水位”现象不很严重的锅炉，采用单冲量水位调节是能够满足牛产要求的。 单冲量汽包水位调节存在着一些缺点，主要有：（1）这种调节方案只根据水位信号调节给水量，在锅炉负荷变化大，即阶跃扰动很大时，由于锅炉的“虚假水位”现象，例如负荷蒸汽增加时，水位一开始先上升，调节器只根据水位作为调节信号，就去关小阀门减少给水量，这个动作对锅炉流量平衡是错误的，它在调节过程一开始就扩大了蒸汽流量和给水流量的波动幅度，扩大了进出流量的不平衡。（2） 从给水扰动下水位变化的动态特性可以看到，由于给水压力改变等原因造成给水量变化时，调节器要等到水位变化后才开始动作，而
16、在调节器动作后又要经过一段滞后时间才能对汽包水位发生影响，因此必将导致汽包水位波动幅度大，调节时间长。由于单冲量调节系统存在这些缺点，对于虚假水位现象严重及水位反应速度快的锅炉，为例改善调节品质，满足运行的需要，常采用双冲量或三冲量给水调节系统。第三节 双冲量给水调节系统双冲量给水调节系统，是以锅炉汽包水位信号作为主凋节信号，以蒸汽流量信号作为前馈信号，构成的锅炉汽包水位自动调节系统。双冲量给水调节系统如图28所示，其方块图如图29所示。双冲量汽包水位调节系统的特点是：（1）引入蒸汽流量前馈信号可以消除“虚假水位”现象对调节的不良影响。当蒸汽量变化时，就有一个给水量与蒸汽量同方向变化的信号，可
17、以减少或抵消由于“虚假水位”现象而使给水量与蒸汽量相反方向变化的错误动作。使调节阀一开始就向正确的方向动作。因而能大大减小给水量和水位的波动，缩短过渡过程的时间。（2）引入了蒸汽流量前馈信号，能够改善调节系统的静态特性，提高调节质量。双冲量汽包水位控制可用气动单元组合仪表组成水位自控系统，也可选用电动单元组合仪表组成水位自控系统。目前，电动单元组合仪表使用较为广泛。双冲量自动调节系统存在的问题是：调节作用不能及时地反映给水方面的扰动。当给水量发生扰动时，要等到汽包水位信号变化时才通过调节器操作执行器进行调节，滞后时间长，水位波动大。因此，如果给水母管压力经常有波动，给水调节阀前后压差不能保持正
18、常时，不宜采用双冲量调节第四节 三冲量给水调节系统 三冲量锅炉汽包给水自动调节系统，是以汽包水位H为主调节信号，蒸汽流量D为调节器的前馈信号，给水流量W为调节器的反馈信号组成的调节系统。三冲量水位调节系统的组成原理如图211所示。近代锅炉都向大容量高参数的方向发展，一般讲锅炉容量越大，汽包的容水量相对就越小，允许波动的蓄水量就更少。如果给水中断，可能在很短时间内就会发生危险水位；如果仅仅是给水量与蒸汽量不相适应，也可能在几分钟也可能在几分钟内就会出现缺水和满水的事故。因此，对汽包水位的控制要求将越来越高。三冲量汽包给水调节系统，采用蒸汽流量信号对给水流量进行前馈调节，克服外扰影响，用给水量信号
19、作为反馈信号，克服内扰影响，可以使给水调节能量大大提高。三冲量给水单级调节系统采用电动组合仪表，如图2-12所示。装有三冲量调节装置的锅炉在运行时，由于引进了蒸汽流量和给水流量的调节信号，调节系统动作及时，抗干扰能力较强，当蒸汽负荷突然发生变化，蒸汽流量信号使给水调节阀一开始就向正确方向动作，即如蒸汽流量增加，给水调节阀开大。抵消了由于虚假水位引起的反向动作，减小了给水流量的波动幅度，如果给水流量减少，则调节器立即根据给水流量减少的信号开大给水阀门，使给水流量维持不变。这样，汽包水位很少受到影响。再者，给水流量信号也是调节器动作后的反馈信号，使调节器及早知道调节效果，能较好地控制水位的变化，改
20、善调节系统的调节品质。第三章 锅炉蒸汽过热系统的自动调节蒸汽过热系统的自动调节任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围之内，并保护过热器，使过热器管壁温度不超过允许的工作温度。蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器等。在锅炉生产中，整个汽水通道中温度最高的是过热蒸汽温度。过热器正常运行时的温度一般要接近于材料所允许的最高温度，如果过热蒸汽温度过高，则过热器容易损坏，也会使汽轮机内部引起过度的热膨胀，严重影响生产运行的安全；过热蒸汽温度过低，则设备的效率将会降低一一般蒸汽温度每降低510，效率约要降低1，同时使通过汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加引起叶片的磨损。因此必须调节过热器出口蒸汽温度，
21、使它不超出规定的范围。对于中高压锅炉，过热蒸汽温度的偏差不应超出额定值的10。过热蒸汽温度的自动调节是锅炉自动化的重要任务之一，它的调节干扰因素多调节的困难较大，主要影响因素有下列方面：1过热器作为调节对象来看，它的特点是滞后时间比较大。在发生扰动后，温度往往不会立即变化。另外，测量温度的感受元件也有较大的惯性，在动态过程中不能即使地发出测量和调节信号。 2设备的结构设计与自动调节的要求存在矛盾。从调节的角度说，减温设备应装在过热蒸汽出口的地方，这样可以使调节左右的滞后时间小一些，使输出的蒸汽温度波动下。但从设备安全方面来讲，则减温设备应安装在过热器的人口，以最有效地保护过热器的本体。 3造成
22、过热器出口蒸汽温度变化的扰动因素很多，而且各种扰动之间又互相影响，使对象的动态过程十分复杂。能使过热器出口蒸汽温度改变的因素有；蒸汽流量的变化、燃烧工况的变化、锅炉给水温度的变化、进人过热器蒸汽热烂的变化、流经过热器的烟气温度及流速的变化、锅炉受热面结垢等。归纳起来主要有以下三种： （1）蒸汽流量（即负荷）的变化。蒸汽流量变化对不同的过热器型式其影响是很不相同的。一般辐射过热器的蒸汽温度，随着蒸汽流量的增大而降低。这是因为炉膛温度随锅炉负荷的增加而升高不多，辐射传热量正比于T4（T即炉膛温度的增量），它的增加不足以满足流过辐射过热器蒸汽量增加所需的热量；对流式过热器的蒸汽温度，随着蒸汽流量的增
23、加而升高，这是由于燃烧生成物与锅炉负荷成正比地增加，即烟气流速随锅炉负荷成正比地增大，因此对流传热系数随着烟气流速的增大而增大，对流传热量随着传热系数的增大而增加，由于对流传热量增加的热量超过蒸汽流量增加所需要吸收的热量，使蒸汽温度升高。 （2）减温水量的变化。改变减温水量，实际上是改变过热器进口蒸汽的热焓，亦即改变进口蒸汽温度。减温水量增加时，进口蒸汽温度降低，在其他条件不变的情况下，二级过热器出口蒸汽温度也随之降低。 （3）烟气方面的热量变化，如过量空气系数变化，使燃烧产物的数量改变，从而改变了烟气的温度和流动速度，也改变了对流传热和辐射传热的比例。过剩空气量对过热蒸汽温度的影响也与过热器
24、的型式有关。对于大多数现代锅炉，对流部分吸收的热量大于辐射部分吸收的热量，因此，过热蒸汽温度将随过剩空气量的增加而增大。对于不同的扰动，过热蒸汽温度的动态特性是各不相同的，下面分别讨论蒸汽流量、减温水量、烟气量三种扰动下蒸汽温度对象的动态特性。第一节 过热蒸汽温度调节对象的特性一、减温水量扰动下蒸汽温度对象的动态特性 减温水量扰动时，其扰动地点（过热器入口，即减温器的安装位置）与测量蒸汽温度的地点（过热器出口）之间有着较大的距离，此时过热器是一个有纯滞后的多容对象。当扰动发生后，要隔较长时间才能使蒸汽温度发生显著变化，滞后时间比较大。滞后时间产生的原因有：（1）由于扰动地点至测量被调量地点之间
25、的距离造成传递滞后（或称纯滞后）；（2）由于过热器管壁储热量和表面传热阻力造成的容量滞后。过热器管壁的热容量愈大，则传递滞后与时间常数T的数值都愈大。二、烟气侧热量扰动下蒸汽温度对象的动态特性 烟气侧热量扰动，包括烟气流速和烟气温度的扰动。在这种扰动下，烟气与蒸汽之间的换热条件发生了变化，由于这个变化是在全部过热器中同时发生的，因此过热器吸收热量的改变应该没有传递滞后，当燃料或空气量发生扰动时的蒸汽温度飞升曲线如图3-2所示。三、蒸汽流量扰动下蒸汽温度对象的动态特性蒸汽流量变化时，过热器的动态特性与烟气侧热量扰动下的动态特性是相似的，具有较小的滞后，较小的时间常数。综合上述可以归纳得出下列几点
26、：1. 蒸汽温度调节对象不管在哪一种扰动下都有自平衡能力。而且改变任何一个输入参数（扰动），其他的输入参数都可能直接或间接地影响过热蒸汽，这使得调节对象的动态过程十分复杂。2. 在减温水流量扰动下，蒸汽温度对象具有较大的传递滞后和容量滞后，缩短减温器与蒸汽温度控制点之间的距离，可以改善其动态特性。3. 在烟气侧热量和蒸汽流量辑放下，蒸汽温度调节对象的动态特性比较好。第二节 调节烟气侧热量控制过热器出口汽温的调节系统从过热蒸汽温度调节对象的动态特性上看，采用烟气侧热量作为调节参数，是蒸汽温度调节较好的一种调节方法，它可以用改变穿过过热器的烟气量或烟气温度来实现。 一、改变烟气量的调节方法改变烟气
27、量的调节方法如3-3所示。调节机构为特殊的挡板，装在与过热器烟道并联的旁通烟道中。根据过热器出口蒸汽温度调节旁通烟道中挡板的开度来控制经过过热器的烟气量，使过热器出口蒸汽温度保持在允许的范围。这种调节方法的主要缺点是调节挡板处在高达 9 0 010 0 0的高温下，挡板的材料和冷却都比较困难。二、改变烟气温度的调节方法改变烟气温度通常是须明膛中的燃烧中心，以改变辐射受热面和对流受热面的吸热量分配比例，从而改变进入过热器烟道的烟气温度。具体实现的方法是利用可旋转的喷燃器，当喷燃器上下移动时，可使过热器蒸汽温度改变2030，这种调节会影响到蒸汽压力发生变化，而且结构也比较复杂。第二节 调节减温水的
28、流量控制过热器出口蒸汽温度的调节系统用改变减温水量来调节过热器出口蒸汽温度如图34所示。从动态特性上看，这种调节方法是最不理想的，但由于设备简单，因此应用得最多。减温器有表面式和喷水式两种，减温器应该尽可能地安装在靠近蒸汽出口处，但一定要考虑过热器材料的安全问题，这样能够获得较好的动态特性。过热蒸汽温度是火力发电厂锅炉设备的重要参数，要求比较严格，但作为调节对象的过热器由于管壁金属的热容量很大，使之有较大的热惯性，加上管道较长有一定的传递滞后。入采用图3-4所示调节系统，调节器接受过热器出口蒸汽温度1信号，去调节减温水阀，当发生入口蒸汽或减温水的扰动时，要经变化后，调节器才开始动作，去控制减温
29、水流量QW，QW的改变又要经过一段时间，才能影响蒸汽温度1。这样，既不能及早发现扰动，又不能及时反映调节效果，将使蒸汽温度发生不能允许的动态偏差，影响锅炉的安全和经济运行。 解决上述存在问题的办法是选择一些辅助信号，组成比较复杂的调节系统。比较好的方法是采用串级调节系统。串级调节系统由于副回路的存在，它可以看作一个闭合的副回路代替了原来的一部分对象，起了改善对象特性的作用。与单回路系统相比，除了克服落在副环内的扰动外，还提高了系统的工作效率，加快了过渡过程。第四章 锅炉燃烧系统的自动调节第一节 锅炉燃烧系统自动调节的任务 锅炉燃烧系统自动调节的基本任务，是使燃料燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的
30、需要，同时还要保证经济燃烧和锅炉的安全运行。具体调节任务可概括为三个方面： 一、维持蒸汽母管压力不变维持蒸汽母管压力不变，这是燃烧过程自动调节的第一项任务。如果蒸汽压力变了，就表示锅炉的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量不相一致，因此，必须改变燃料的供应量，以改变锅炉的燃烧发热量，从而改变锅炉的蒸发量，恢复蒸汽母管压力为额定值。这项调节任务就称为汽压调节或热负荷调节。此外，保持汽压在一定范围内，也是保证锅炉和各个负荷设备正常工作的必要条件。维持蒸汽母管压力不变，对于单独运行的锅炉相对来说要简单些，对于并列运行锅炉，在一个母管上同时有几台锅炉，因而保持母管蒸汽压力不变，还必须解决好几台并列运行锅炉
31、之间的负荷分配问题。 二、保持锅炉燃烧的经济性锅炉燃烧过程的经济性是锅炉燃烧过程自动调节的第二个任务。燃烧的经济性指标难于直接测量，常用烟气中的含氧量或者燃料量与送凤量的比值来表示。图4-l是过剩空气损失和不完全燃烧损失示意图。如果能够恰当地保持燃料量与空气量的正确比值，就能达到最小的热量损失和最大的燃烧效率。反之，如果比值不当，空气不足，结果导致燃料的不完全燃烧，当大部分燃料不能完全燃烧时，热量损失直线上升；如果空气过多，就会使大量的热量损失在烟气之中，使燃烧效率降低。一般说来，对于燃气锅炉，在燃气中保持2的氧或10的过剩空气是最适宜；对于燃油锅炉，在燃油中保持3.5的氧和20的过剩空气量是
32、最合适的，这样热量损失最小。三、维持炉膛负压在一定范围内炉膛负压的变化，共映了引风虽与送风量的不相适应。通常联炉膛负压保持在2040Pa的范围内。这时燃烧工况，锅炉房工作条件，炉子的维护及安全运行都最有利。如果炉膛负压太小，炉膛容易向外喷火，既影响环境卫生，又可能危及设备与操作人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增大，增加引风机的电耗和烟气带走的热量损失。因此，需要维持炉膛压力在一定范围之内。这三项调节任务是相互关联的，它们可以通过调节燃料量、送风量和引风量来完成。对于燃烧过程自动调节系统的要求是：在负荷稳定时，应使燃料量、送风量和引风量各自保持不变，及时地补偿系统的内部扰动，这些内部扰动包括燃料
33、的质量变化，以及由于电网频率变化引起燃料量、送风量和引凤量的变化等。在负荷变化的外扰作用时，则应使燃料量、送风量和引风量成比例地改变，既要适应负荷要求，又要使三个被调量：蒸汽压力 （热水温度）、炉膛负压和燃烧经济性指标保持在允许范围内。综上分析、使燃料量与空气量之间保持一定的比值关系，是确保经济燃烧的根本问题。这就需要正确地测量燃料量和空气量。对于空气和气体、液体燃料流量的正确测量下虽然也存在着一些具体问题，但是，选用合适的方法是可以实现的。在不少场合，用容积消耗量测量气体和液体燃料的流量，是完全可行并正确可靠的。对于燃煤锅炉，直到目前为止，还无法正确测量固体燃料的给煤量，因而也无法连续地正确
34、地测量固体燃料所产生的热量。虽然产生的热量与给煤量成正比，但是由于固体燃料颗粒的机械结构和化学成份都不一致，所以用一般的容积消耗量测量流量的方法就失去了意义。再加上煤粉流动性的变化、煤仓中粉煤的搭桥、给粉机间隙的增大、粉煤湿度的改变等，都可能导致容积消耗量测量给煤量的很大误差，在现代过程控制中失去实用价值。由于固体燃料不易测量，所以，在不测量燃料量的条件下，实现燃烧系统自动调节，通常有两种方法：1. 把锅炉设备看成是一只热量计，用测量锅炉内蒸发量的变化，来间接地监视和控制燃烧系统。这样进行控制，虽然有一定困难，调节误差比较大，但它是有效和可行的。2. 测量烟气中的含氧量 O2，比较直接地监视和
35、控制燃烧系统。以往人们曾经用烟气中的CO2和COH2来监视燃烧过程。大家知道，当燃煤的化学组分一定时，CO2分与过剩空气系数成单值对应关系，而在一般情况下，CO2与空气过剩系数没有一定的单值对应关系，所以静态误差较大，加之测量仪表可靠性很差和容量滞后很大，所以这种方法目前已基本上趋向淘汰。烟气中含氧量O2与过剩空气系数存在着较好的单值对应关系，静态误差比测CO2的方法小好几倍。实际上，炉膛中的过剩空气，在评价整个燃烧过程质量时，并不起决定性作用，起决定性作用的是燃料在剩余氧气中的燃烧条件即取决于自由氧的相对数量，所以选择烟气中的含氧量来调节空气和燃料之比，从而控制燃烧过程，是比较合理而可行的，
36、也是大有前途的。第二节 锅炉燃烧过程调节对象的动态特性锅炉汽包蒸汽压力是燃烧过程调节对象的主要被调量，分析燃烧过程调节对象的动态特性，是确定燃烧系统自动调节方案的主要依据。为此，下面分析一下在主要扰动作用下，汽包蒸汽压力变化的动态特性。以蒸汽压力作为被调量的燃烧调节对象的生产过程如图4-2所示。引起蒸汽压力变化的因素是很多的，如燃料量、送风量、给水量、蒸汽流量以及各种使燃烧工况变化的原因。它的主要扰动是燃料量的改变（称为内扰动）和蒸汽流量的改变（称为外扰动）。一、燃料量改变时蒸汽压力变化的动态特性（内扰动性）锅炉在正常运行时，若进入炉膛的燃料量发生变化，则炉膛发热量立即改变，几乎没有迟延和惯性
37、，即为比例环节。而蒸发福分可以看做是一个储热量的容积，反映储热量多少的主要参数是汽包压力P。蒸汽压力变化的动态特性与锅炉的供汽条件有关。二、蒸汽流量改变时蒸汽压力变化的动态特性（外扰动性）蒸汽流量改变时对蒸汽压力扰动称为外扰。外扰有两种情况，一种是负荷设备的蒸汽阀门开度改变，另一种是负荷设备用汽量的突然增加（或减少）所产生的。下面就分析两种情况的扰动下，蒸汽压力变化的动态特性。如果负荷设备的蒸汽调节闹开度M。突然改变，锅炉的汽压也随即改变，其反应曲线如图4-5所示。当MD突然开大，则从汽包中流向负荷设备的蒸汽流量D立即增加 D。但是，由于燃料量没有增加，因此汽包蒸汽压力逐渐下降，从汽包中流出的
38、蒸汽量也逐渐减少，最后蒸汽流量只能恢复原值。也就是说燃料量不改变，在平衡状态时，锅炉供应的蒸汽流量也不会改变。至于阀门开度MD增大后，短时间增加的蒸汽量是依靠锅炉蒸发部分储热量减少（压力降低）放出来的。外扰的另一种情况，当负荷设备蒸汽用量突然增加时，汽包蒸汽压力的反应曲线如图 4-6所示。从图中可以看出，汽包蒸汽压力随蒸汽流量的增加而下降。如果蒸汽流量继续保持增大后的数值，由于燃料量没有增加，热量不能平衡，所以蒸汽压力一下降，直到改变燃料量使其产生的热量与蒸汽流量相平衡时，才能恢复保持锅炉的蒸汽压力。炉膛负压和燃烧经济性指标是通过改变引凤量和送风量进行调节。当送风调节阀门和引风调节阀门开度改变
39、后，这两个被伯立即改变，它的动态特性可以认为是比例特性。燃烧经济性指标的测量较困难，如果采用烟气成分分析的方法来测量，滞后时间比较长，近年来采用氧化铝来测量烟气中的含氧量，则滞后时间较短。）以上分析了单台锅炉蒸汽压力在燃料量和负荷蒸汽量扰动下的动态特性，当几台锅炉并列运行时，每台锅炉的蒸汽流量与本台锅炉汽包压力（PB）及公共母管压力（PM）有关。因为每台锅炉的工况都有相互联系，它的汽包压力和蒸汽流量不仅与负荷设备的用汽量有关，而且与任一台锅炉的燃烧率有关。在负荷扰动时，并列运行锅炉汽压变化的动态特性，与一台锅炉单独运行时的动态特性相似。当负荷发生突然改变时，母管蒸汽压力也有阶跃变化。负荷阶跃变
40、化，并列运行的锅炉数目越多，则母管压力PM的阶跃量越小，气压变化的反应速度越慢。在燃料变化时，如果每台锅炉同时变化，而且变化量相同，那么蒸汽压力PM的变化的动态特性与一台锅炉单独运行时相同。如果所有的并列锅炉中，只有一台或少数几台锅炉的燃料量发生变化，则各台锅炉汽压的变化过程就各不相同。假如有三台锅炉并列运行时，其中一台锅炉的燃料量发生了变化，那么首先这台锅炉汽包压力升高，蒸汽流量Dl增大，就引起了母管蒸汽压力PM增加，通往负荷设备的总蒸汽流量DDlD2D3亦相应增加。对于其余两台燃料量不变的锅炉，由于母管蒸汽压力PM升高后，它的汽包压力与母管压力的压差PPBPM减小，所以蒸汽流量D2、D3反
41、而先少。但是这两台锅炉燃烧供给的热量并没有改变，D2、D3减少后，汽包压力由于储热量增加而逐步升高，这时蒸汽流量D2、D3又要回升，最后D2、D3回复到原理的数值，这一过程使另两台锅炉的汽包压力都有升高，这样母管压力也平衡在更高的数值。所以并列运行的锅炉，一台锅炉燃料量改变，使 所有并列运行锅炉的汽包压力都升高，母管蒸汽压力也升高，而 燃料量增加的那台锅炉承担了较多的负荷。母管压力PM的变化，与并列运行的锅炉台数及发生燃料量变化的锅炉台数有关。如果 发生燃料量变化的锅炉台数与并列运行的锅炉台数之比越小，则母管蒸汽压力PM变化的幅度越小，反应速度越慢。以上分析的只是主要被调参数蒸汽压力的动态特性
42、，至于燃烧系统另外两个被调参数，燃烧经济性指标和炉膛负压ST，是保证良好燃烧和安全操作的内部参数，只要送风量、引风量随时与燃料量在变化时保持适当比例，就能使燃烧经济性指标和炉膛负压ST不会有较大变化。当送风量V和引风量G名单独改变时，炉膛负压 ST的容量滞后很小，可近似限成为一个比例环节。当燃料量B或送风量V单独改变时，燃烧经济性指标也立即成比例地发生变化，所以亦可看成是一个比例环节。这样的动态特性可控性是比较好的，主要的问题是在于如何测量燃烧经济性指标。综上所述，可得到如下结论：1.在燃料量改变时，对于一台锅炉的汽压对象，它的动态特性为单容积分环节与具有传递滞后的一阶滞后环节的串联，等效纯滞
43、后（传递滞后）时间不长，一般为1020s左右，因此，根据蒸汽压力的变化，去调节燃料量能够及时而有效地控制蒸汽压力，并适应负荷的需要。在改变燃料量的同时，应协调地改变送风量和引风量。2.并列运行的锅炉中，一台锅炉在燃料量产生变化时，若不及时消除，会产生并列运行锅炉自发地产生负荷和蒸汽压力的不规则变动，因此必须及时消除燃料量的自发性扰动，以稳定各台锅炉的负荷分配和蒸汽压力的平稳。3.在并列运行的锅炉中，如果并列运行的锅炉台数或带变动负荷的锅炉台数发生变化（在并列运行锅炉中，往往有几台锅炉带固定负荷，有几台锅炉带变动负荷），都会使蒸汽压力对象的动态特性发生变化，因此在调整时，必须考虑锅炉当时的运行条
44、件。4.蒸汽压力调节对象的动态特性，随着负荷大小而变，因而平稳操作是使燃烧系统运行良好的重要条件，否则需要考虑负荷变化的动态校正。5.为例使锅炉承担规定负荷，必须正确而又快速地测量燃烧率（燃料量和风量）为了保证经济燃烧，必须准确而又快速地测量反映燃烧的经济性指标。这些测量问题的妥善解决，是实现燃烧系统自动调节的关键。第三节 燃煤锅炉燃烧过程的自动调节工业锅炉根据采用的燃料不同，通常分为燃煤、燃油和燃气三种。这三种锅炉的燃烧过程自动调节系统基本相同十只是燃料两的调节手段有所区别。燃油、燃气锅炉的油量和气量的调节都采用调节阀，而燃煤锅炉的煤量调节是通过改变炉排的移动速度或给煤机的转动速度进行的。我国工业锅炉中燃煤锅炉较为普遍、数量较大，这里先介绍燃煤锅炉燃烧过程的自动调节。燃煤锅炉自动调节的关键问题是燃料量的测量，在目前条件下；要实现准确测量进入炉膛的燃料量还很困难，为此，目前常采用按“燃料一空气”比值信号、氧量信号、热量信号控制燃烧过程。下面分别介绍其调节方案和过程。一、“混料一空气”燃烧过程的自动调节系统“燃料一空气，燃烧过程的自动调节，就是用给煤调节机构的位置（或速度）来代表给煤量（燃料量 B）调节系统的方块图如图4-7所示。其中燃料调节装置执行调节汽压的任务；送风量调节装置执行燃烧经济性调节的任务；负压调节装置（即引风量调节装置）执行
