船舶辅锅炉的自动控制系统.docx

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船舶辅锅炉的自动控制系统

南通航运职　业　技　术　　学　　院

毕业论文（作业）

　　题目船舶辅锅炉的自动控制系统　

　学生姓名　　　　　　

　指导教师　　　　　　　　

　　专　业　　　　　

　班　　　级　　　　　　　　　

　学号　　　　　　　

摘要．...．.．.．．...．..．.......．.......．..．．．...．..．.．.....．..．..．．．．.....．.．..．．.．...........．...．.2

Absｔract．．...．．.．.....．.．......．．....．.．...．.....．.．．.．...........．..．....．．．．....．...........．．3

引言..．.....．..．........．...．.......．..．.．....．.........．....．．..．...．．.......．．....．......．．.．..．4

1锅炉的结构与附件.．...........．．......．......．．..．.．.......．...............．......．.5

1-1　锅炉的基本组成和工作原理...．．．．．...．..．．.．.....．．...．.．......５

１-２锅炉的本体组成...．.．.....．.................．..．...．.．.....．.．.．...．．.．．６

　1-3锅炉的辅助设备.....．....．.．...．...．..．..．........．................．....6

2锅炉的自动控制．.．．.．....．...．.．..．．．.．.......．..．..．．....．..．．....．．．....．......．．..．.8

2－1　　锅炉的水位自动控制系统．.．..........．..．..．..........．...．...．．．.８

　2-2锅炉的燃烧自孔子和系统......．．..........．...．.....．．....．.......９

　　2-3　过热蒸汽温度自动调节系统．....．.．.．.......．....．........．..．..1０

　　2－4　锅炉蒸汽压力自动控制..．.....．..．..．．.....．..．....．.．．....11

2-5　锅炉运行中的管理.．.．...．．．．．..．．．..．...．...．...．........．..．.....．.．.13

3小结.．..．...．..．.........．......．．．.．...．.．．...．..．..．.．.....．...．....．．．..．....．．．.......．．.．..15

参考文献.．..．..................．.．.........．...............．．．.......．..．.．...．...．．．．...．．．.．......16

致谢.．.．.．..．.......．.......．....．...．...．.．．.．...．..．．..．．...．....．.....．．.....．．．....．....．...．.....．.1７

船舶辅锅炉的自动控制系统

摘　要

锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。

本文就船舶辅锅炉的自动控制和运行管理进行论述。

首先介绍了锅炉的功用和工作原理。

其次,介绍了锅炉的自动控制系统。

最后,介绍了锅炉的运行和维护管理。

关键词:

锅炉,结构组成,自动控制系统,运行管理

ﻫ

Ｍarｉneａuxｉｌiaryboｉleraｕtoｍaｔicｃｏntrｏｌ　and　oｐeｒatiｏn　maｎageｍeｎｔ

Ａbｓｔrａｃt

　　Ｂoｉｌｅrｔｈe　oｖerａｌlstructureoｆontologｙａndａuxｉliaryｅquipmentincludinｇbｏiｌertwopartｓ.ＴｈispａpeｒMariｎｅauxｉlｉａrｙboiler　ａｕtomａticconｔrolａnｄoperaｔionmaｎａｇeｍenｔ　werediscuｓｓed．

Ｆｉrstlyinｔroduｃesｔｈeｆuｎctｉonanｄｗorkｉngpriｎcipleof　boiｌｅr.

Secondｌｙ,thiｓpａper　ｉｎtroduｃestｈeｂoileｒautｏｍatiｃcoｎtrol　ｓｙsｔeｍ．　

Fｉnａlly,thiｓpaperintrodｕcｅstheboｉleropｅratiｏnaｎdmａｉntenance　management.

Ｋeywｏｒｄs:

　boiler,ｓtrucｔｕres,thｅautomatiｃ　coｎｔｒｏｌsysｔeｍ,theoｐeratｉonmａnagemenｔ.

引言

　　　锅炉是通过燃烧把燃料的化学能转化为热能，使给水变成蒸汽或热水的设备。

锅炉按受热面的特点大致可分为烟管式和水管式两大类。

锅炉的自动控制是指对锅炉的给水、燃烧等热工过程变量的自动调节。

实现锅炉的自动控制和正确有效的运行管理，对安全运行、节能具有重要的经济意义。

１　锅炉的结构与附件

1－０锅炉的基本组成和工作原理

　将其它热能转变成其它工质热能，生产规定参数和品质的工质的设备称为锅炉。

船舶辅锅炉按结构主要分为燃油锅炉和废气锅炉，燃油锅炉又可按受热面特点分为烟管锅炉和水管锅炉。

废气锅炉按结构形式又可分为立式烟管锅炉,强制循环水管废气锅炉。

锅炉的附件主要有水位计,给水阀蒸汽阀，表面排污阀，底部排污阀，水样阀，空气阀，仪表阀等。

　船舶锅炉是由锅炉本体和辅助设备所组成。

锅炉本体的任务是将燃料的化学能通过燃烧和传热转换为蒸汽的热能。

辅助设备是由提供锅炉工作所必须的设备和工作系统。

锅炉本体包括有炉膛、蒸发受热面、蒸汽过热器、省煤器、空气预热器等。

1-2锅炉的辅助设备

辅助设备包括有燃料和燃料系统、汽水系统、给水和水处理系统、通风系统、附件、监视仪表和控制设备等。

1.1锅炉本体的组成

1.炉膛

炉膛是燃油进行雾化燃烧的场所，它的作用是提供足够的空间使燃油得以充分的燃烧，同时,使燃烧发出的热量不会散失到锅炉外面去。

炉膛由耐火砖墙和水冷壁所组成。

水冷壁就是铺设在炉膛内壁上的沸水管，它可以保护耐火砖墙不至于过热而损坏。

但是由于它是吸收高温辐射热，所以热负荷非常高,成为蒸发受热面的重要组成部分。

2.　蒸发受热面

在锅炉中直接受热并产生饱和蒸汽的锅筒或管束，统称为蒸发受热面。

在蒸发管束中烟气通过对流传热方式，将热量传给管束中的锅水。

3.　蒸汽过热器

蒸发受热面产生的蒸汽是含有一定湿度的饱和蒸汽，它聚集在汽包上半部的蒸汽空间中。

如果动力机械需要过热蒸汽，则必须将汽包中湿蒸汽过热器进行再加热。

蒸汽过热器由管子组成,其受热面的多少及放置的位置是根据蒸汽参数的高低而异。

4.省煤器

省煤器也称为经济器,它也是由管子组成,用来加热进入锅炉的给水。

由于它是安装在蒸发受热面的后面，吸收烟气中的预热，所以它能达到节能的作用。

为了构成必要的传热温差，蒸汽压力越高，烟气离开蒸发管束的温度也越高,因此，为了保证中、高压锅炉的高效率,必须用省煤器来回收烟气中的预热，以达到节能的目的。

5.　空气预热器

空气预热器是利用烟气的余热来加热助燃的空气以改善燃料的燃烧。

空气预热器通常是安装在省煤器的后面,所以也是一种节能装置。

由于省煤器和空气预热器都是安装在蒸发管束的后面，所以统称为尾部受热面。

１.２锅炉的辅助设备

1.　燃烧装置

燃油锅炉的燃烧装置包括有喷油嘴、调风机构和燃油系统。

喷油嘴是将燃油进行雾化；调风机构是将助燃空气合理地导入炉膛中,使之能与雾化的燃油进行充分的混合；燃油系统是将燃油从油舱中抽出到日用油柜，以后再从日用油柜抽出进行加温、假牙、过滤、最后送到喷油嘴进行雾化，因此,在燃油系统中包括有驳油泵、燃油加热器、加压泵、油滤器、燃油截止伐、各种监测仪表、以及燃油管路等。

2.给水系统和水处理系统

给水系统是由包括补充锅炉给水所必需的给水管道、给水加热器、机水泵、给水调节阀和给水管组成。

为了防止锅水中的杂质对锅炉受热面造成结垢和腐蚀，给水应进行必要的处理。

水处理的方法可分为炉外处理和锅内处理，其目的是消除给水中的硬度和保持锅水具有适宜的碱度,以及消除给水中的溶解氧。

3.　通风系统

通风系统的作用是将外界空气送入炉膛中拱燃料进行燃烧，以后将烟气引出锅炉排放到大气中去。

4.汽水系统

其中包括：

（1）给水管路及管路上各种仪表和装置

（2）蒸汽管路及管路上的各种阀门

（3）凝水疏水管路,即从冷凝器到热水井的管路，以及所有蒸汽管路上的疏水回热水井的管路

（4）排污管路

5.锅炉附件、监测仪表和自动控制设备

锅炉附件和监测仪表室保证锅炉安全而经济地工作所必须的装置。

２锅炉的自动控制

锅炉的自动控制是指对锅炉的给水、燃烧等热工过程变量的自动调节。

具体表现为：

安全保护；自动启动和停炉的程序控制；水位和汽压的自动调节;此外,非那根汽压低于较低的调定值时会报警;高于某调定值时（例如0．７９MPａ）先是蒸汽管路的压力调节阀开启向冷凝器溢流;更高（例如0.83MＰa）则报警；再高（例如０.86MPａ）则自动熄火停炉;若以上措施未奏效，最后会达到安全阀的开启压力（例如0．9MPa）.实现锅炉的自动控制,对安全运行、节能具有重要的经济意义。

依锅炉的结构、运行方式和所用的燃料不同，控制系统也有差异。

一般小型锅炉只有水位调节系统,中型锅炉要有燃烧和炉膛压力调节系统,大型锅炉还要有氧量校正系统,而供应过热蒸汽的锅炉还需要增加过热蒸汽温度调节系统。

2-1锅炉的水位自动控制系统

为了确保锅炉安全运行，必须对锅炉的水位进行控制,使汽包的水位保持在一定范围。

　一般辅锅炉的水位大多采用双位控制：

当水位降至最低工作水位时,给水泵启动补水；当水位升至最高工作水位时，给水泵停。

油轮辅锅炉有采用比例控制的：

调节给水泵的流量使之与水位相对于设定值的偏差成比例，可以减轻水位的变动。

　　　图1是应用较多的三冲量给水调节系统。

三冲量是指汽包水位、给水流量和过热蒸汽流量。

其中水位是主信号,给水量是反馈信号，过热蒸汽量是前馈信号。

当过热蒸汽流量改变时调节器立即调节给水量,当给水流量受到扰动时则能使给水流量恢复到原来值。

因此，三冲量给水调节是一个前馈、反馈调节系统。

2-2燃烧过程自动调节系统　

由燃烧、送风和炉膛负压三个调节回路组成（图2）。

图中　PＩ1为过热蒸汽压力调节器（PＩ表示比例积分调节器），其主信号是汽机前的过热蒸汽压力,当汽机负荷变化时,汽机前的蒸汽压力也随之变化。

调节器通过改变送入锅炉的燃料量,使其与变化后的负荷相适应，并将过热蒸汽压力恢复到额定数值。

PI2是送风调节器,它的作用是保持进入锅炉的空气量与燃烧量成比例关系,以保证锅炉的经济燃烧，提高锅炉热效率。

对于燃烧煤粉的锅炉,直接测量进入锅炉的煤粉量是困难的，因此引入热量信号，即用过热蒸汽流量加汽包压力的微分信号来间接地测量当时进入锅炉的燃料量。

根据反映燃料量的热量信号调节送风量。

为了使排烟的热损失降到最低以提高热量的利用,在送风调节系统中引入烟气含氧量校正信号，调节系统的输出接至送风机的导向装置,以校正锅炉的送风量。

PI4是炉膛负压调节器。

锅炉在正常运行时,一般应使炉膛内保持微负压。

由鼓风机根据燃烧情况向炉膛内提供一定量的助燃风,使锅炉燃烧效率达到最高，同时另有引风机抽走烟气并在炉膛内形成微负压，目的是不让烟气、烟灰、火苗逸出而影响锅炉房的安全。

PＩ4的作用就是根据输入的炉膛负压信号控制引风量，维持炉膛负压为定值。

2－3过热蒸汽温度自动调节系统　

锅炉装上过热器，可使蒸汽再一次加热变成高于饱和蒸汽温度的过热蒸汽,提高蒸汽温度而不增大蒸汽流量。

在过热器的出口,由减温器通过喷嘴把水喷到蒸汽管道中与过热蒸汽混合，使过热蒸汽冷却,保持过热蒸汽的温度恒定，保护过热器管道和汽机不超过允许工作温度。

图3是串级蒸汽温度调节系统。

它由主调节器PＩ和副调节器P组成。

副调节器Ｐ直接控制减温水量。

在减温水发生内扰的条件下，温差电偶T2端要比Ｔ1端反应快,这时T2通过副调节器可以迅速消除内扰。

主调节器的作用是通过对过热蒸汽温度的偏差进行比例积分（ＰI）调节后改变副调节器的设定值,从而使过热蒸汽温度保持不变。

2－4锅炉的蒸汽压力自动控制

　　船上各用汽场所往往要求锅炉蒸汽压力最好稳定不变,以免影响工作。

但是,锅炉压力即使在外界用汽量不变的情况下也总是在轻微波动的。

人工管理中,为保证汽压稳定，操作人员可根据压力表反映的情况,相应地加大或减小喷油量,以使产汽量和供汽量达到平衡。

为保持良好的燃烧，在改变喷油量的同时,尚需相应地改变供风量，即调节风门挡板的开度。

据此,可定出压力自动调节方案如下：

　　　　┌→喷油量

　　压力（供汽量）→压力调节器─→│

　　　　　　└→供风量

　　图4是一电动压力比例调节系统，它的基本部分是一个压力比例调节器和一个由比例调节器控制的电动比例操作器。

锅炉的回油阀和风门档板都由比例操作器统一调节。

这里比例操作是用来执行调节器命令的设备,因为它根据被调参数压力的变化成比例地动作，所以称为比例操作器。

　火管锅炉因蓄热量大,所以当供汽量与产汽量的平衡破坏时,压力变化比水管锅炉要迟缓很多,它可以使用双位式压力调节系统,如图5所示。

当定出蒸汽压力的高、低限后,压力调节器３只有两个动作，即压力达到高限时，调节器使驱动油泵（图中未画出）和风机7的电动机断电，燃油电磁阀４失电关闭，喷嘴6不喷油,于是锅炉熄火。

当压力下降至低限时，调节器再将电路接通,油泵和风机起动,同时电磁阀开启,电点火器通电,锅炉重新点燃。

　在锅炉自动控制系统中,除了应用基于反馈控制原理而设计的各种自调节器系统以外，程序控制系统应用也比较多，例如锅炉自动点火，吹灰和定期排污等的程序控制。

　7０年代以来出现了应用微型计算机和现代控制技术进行锅炉的全程调节（在锅炉开始起动时就可投入运行）、燃烧管理的控制和锅炉的自动起动等，以实现对锅炉的最优控制和管理。

２－5锅炉运行中的管理

锅炉是在高温条件下工作的压力容器，它的安全至关重要。

下文主要介绍的就是锅炉运行管理要注意的各个事项。

●值班人员应随时注意水位、汽压、油压、油温、风压、炉内的燃烧情况和排烟的颜色，以及给水和炉水水质的分析与处理等

●同时要注意油泵、风机和及其它附件的工作情况，保证其处于正常状态

●对水位的监视极为重要

●每4h应冲洗一次水位计

●如果发现水位计水位不动,应及时进行冲洗并查明原因

●燃烧的好坏通过观察炉膛中火焰和烟气的颜色判断

●燃烧良好的标志是:

●火焰呈橙黄色,炉膛内略显透明,依稀可见炉膛的后壁,烟囱排烟显浅灰色

●如果炉内火焰发白,炉膛内极透明,烟色太淡几乎看不见，则表明空气量太多

●如发现火焰呈暗红色，火焰伸长跳动并带有火星,炉内模糊不清，烟色加深直至浓黑，则表明空气量太少或燃油雾化不良，与空气混合不好

●为获得完全燃烧

●应保持燃油系统中的油压和油温稳定在规定的数值

●经常注意滤器前后压差，超过0.０５MＰａ时要及时更换

●定期清洗燃油日用油柜，防止油柜的蒸汽加热管漏泄,并经常排放日用油柜底部的水分和杂质

●有多个燃烧器的锅炉在低负荷运行时

●首先停用靠近炉膛出口或炉底的燃烧器,使用位于炉膛中央的燃烧器

●当某个燃烧器停用时,应立即抽出喷油嘴，并关闭风门稍留缝隙，以便让漏风来冷却配风器

●如果所有燃烧器停用,应关闭全部风门和一切风道，以防冷空气流人炉膛，使炽热的耐火砖墙损坏或引起水管胀接处漏泄

●为了防止锅炉结垢和腐蚀，应坚持水处理制度

小结

近年来，在锅炉上越来越多地装设了自动化设备。

锅炉的自动控制系统已然成为了船舶辅锅炉中不可或缺的部分。

锅炉的自动控制能减轻劳动强度，提高劳动生产率,保证锅炉安全、经济地运行。

参考文献

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自动控制”,火力发电设备技术手册

陈立军,“船舶锅炉装置”船舶辅机

李云福，陶昌勒，陈合亮，张中清“新型废热锅炉的的设计”　合肥通用机械研究院２0０9-０5

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天工网,“浅谈锅炉房自动化控制与应用方案”2009-01-1５

檀文原,谢克明;“自由度PIＤ锅炉给水控制系统”工业仪表与自动化装置；１9９6年０1期

杨发生，“锅炉液面自动控制、报警两用器”化工自动化及仪表；1９81年０3期

陆朝阳,吴寿龙，“自控系统在工业锅炉节能中的应用”制造业自动化;19８２年04期

曹雷,“工业锅炉实时智能过程控制系统”曲阜师范大学;2005年

致谢

　本篇论文是在老师的精心指导下完成的，从选题到论文内容都给予了我精心的指导和严格的教诲，。

在这次毕业论文设计中,我第一次亲身尝试到了作为一个缺乏社会实践经验的学生所面临的困难。

使我学会了如何利用所学的知识，把理论结合于实践中。

在这里我衷心的感谢我的指导老师高峰对我的指导和启发。

没有他的指导和帮助,我是不可能顺利圆满地完成论文的工作，在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议,同时还到许多在工作过程中许多同事的支持和帮助,在此一并致以诚挚的谢意。

　感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。

　　　最后,向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地感谢!