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给排水工程师
锅炉的保护装置与自动控制? 锅炉的自动控制与保护装置是锅炉的重要组成部分 , 对锅炉的安全运行起十分重要的作用。它的作用主要有三点 : 1. 当被控对象的变化超过给定范围之后 , 具有限制报警作用。 2. 当锅炉出现异常情况或操作失误时 , 具有联锁保护作用。 3. 当锅炉正常工作时 , 具有控制 ( 或测量、指示 ) 作用。 锅炉的自控保护装置 , 其类型有多种分法 , 而从上述三点作用出发 , 亦可分为警报、联锁保护和自动控制三个系统。一、锅炉的警报系统 锅炉的警报系统是由水位、压力和温度的传感器与声光讯号装置相互串联而组成的一个电路系统。当水位、压力和 温度处于极限位置时 , 指示灯将通过亮或灭、闪烁或颜色区别来显示相应的状态 , 而音响信号装置则通过发声达到报警 的目的。 ( 一 ) 水位警报系统 为了保持锅炉水位正常 , 防止发生缺水或满水事故 , 对蒸发量大于和等于 2t/h 的锅炉 , 除装设水位表外 , 还需装设 高低水位警报器。它的作用是 : 当锅炉内的水位高于最高安全水位或低于最低安全水位时 , 水位警报器就自动发出报警声响和光信号 , 提醒司炉人员迅速采取措施 , 防止事故发生。 水位警报器是利用锅筒和传感器内水位同时升降而造成传感器浮球相应升降 , 或者利用锅水能够导电的原理而制成 , 它有安装在锅筒内和锅筒外两种。前者因检修困难 , 现在已 较少应用 ; 后者常用的有磁钢 ( 铁 ) 式、电感式、波纹管式和电极式水位传感器四种。 1. 磁钢 ( 铁 ) 式水位传感器 磁铁式水位传感器也称 “ 浮子式水位传感器 “, 见图 4-30 。 主要由永磁钢组、浮球、三组水银开关和调整箱组件等部分组成。当锅筒内的水位发生变化时 , 浮球也随之变化 , 从而 带动永磁钢组上升或下降 , 将高、低水位或极限低水位开关 接通 , 发出警报 , 为了提高水位传感器的灵敏度和使用寿命 , 有的单位使用干簧管取代水银开关 , 收到了较好的效果。 磁钢式水位控制具有效率高 , 结构简单 , 无须调节仪表 转换信号 , 直接带动水泵工作的特点。但是磁钢工作温度不 能超过 185 。 C, 否则磁性将直线下降 , 导致工作失灵。因此该 装置一般应用于锅炉工作压力小于 1.OMPa 以下。大于 1.OMPa 工作压力的锅炉则采用其他类型的水位控制装置。 2. 电感式水位传感器 它由浮球及连杆、铁芯、线圈和浮筒等组成 , 见图 4-31 。由于传感器内水位与锅炉水位保持同步变化 , 和浮球连在一 起的铁芯在电感线圈中的位置也将会随水位的变化而变化 , 从而引起线圈电感量的变化 , 通过调节器即可检测出电感的变化量 , 间接地测出水位。由此推动开关 , 达到控制和保护 水位的目的。 3. 波纹管式水位传感器 它由筒体、浮球和连杆、波纹管、水银开关等零件组成 , 见图 4-32 。从图中可知 : 筒体是斜腔开了口的容器 , 浮 球在腔体内的一端 , 斜向连接一个连杆 , 连杆的另一端固定 在斜腔上部的波纹管的端部 , 波纹管又与水银开关固定在一 起。 当水位变化时 , 浮球随水位上下波动 , 浮球带动连杆 , 使 波纹管摆动。而被纹管又带动其外部顶端水银开关摆动。当 摆动超过一定的幅度时 , 水银开关倾斜 , 完成 “ 开 “ 或 “ 关 “ 的动作 , 从而实现了水位控制和保护功能。从工作原理来说 , 实质上是杠杆原理。 此装置优点是简单可靠 , 缺点是波纹管的材质要求高 , 需 满足两个条件 , 一是要求承受其内外部压差最高可达 1.6MPa; 二是要有挠动性能 , 使之微小的水位变化也能转换 成以顶端为中心的角摆动 , 这样才能准确而灵敏地反映水位的变化。其次波纹管的制作要求高 , 现在国内无法制造出如此特 性的波纹管 , 因此这一类型水位控制器全部由国外配套进口。 4. 电极式水位传感器 它由纺锤形筒体、端盖、电极、绝缘衬套、罩壳、法兰 管接座和调节器等组成 , 见图 4-33。 由于炉水的导电率一般要比饱和蒸汽的导电率大数万倍 , 即使是饱和蒸汽的凝结水 也要比饱和蒸汽的电导率大几千倍 , 因此 , 可以采用接触式 电极 , 利用水和蒸汽导电率不同 , 将电极与锅水接触 ( 或脱 开 ), 从而使接触回路中电源、导通 ( 或切断 ), 此电流经放大 再推动开关 , 以实现锅炉水位的控制和保护。 根据由筒体、锅水和电极构成的导电回路的电压信号强弱 , 传感器可分为两种类型 : (1) 弱电型 其构成导电回路的电压信号为低压电 , 其电压不高于12V 。在该电子线路中增加了一套时间延时装置 , 它能够把水位频繁波动而产生的假水位信号过滤掉 , 从而能避免水位控制和保护出现误动作 , 见图 4-34 。 (2) 强电型 其构成导电回路的电压信号为高压电 , 其电压为 30OV左右。为了避免触电 , 其装置中设置了一个隔离变压器 , 见图 4-35, 回路信号直接导通继电器动作。 这两种装置在燃油 ( 气〉锅炉中广泛使用。前一种有时‘ 间延时装置 , 可同时应用在低水位、高水位、给水控制中。而 后一种 , 则由于其简单而又直接 , 工作也相当可靠 , 因而大量使用在极低水位保护中。 ( 二 ) 超压报警系统 超压报警的原理是通过中间继电器与位式压力控制器的上限触点开关并联或串联 , 再通过中间继电器连接灯光和音响信号 , 达到报警目的。 压力位式控制器是一种将压力信号直接转化为电气开关信号的机一电转换装置。它的功能是对压力高、低的不同情 况输出开关信号 ( 一般为不同的两组 ), 对外部线路进行位式 自动控制或实施报警。常用的压力位式控制器有 : 电接点压 力表、压力控制器等 , 下面对它们的结构和功能进行介绍。 1. 电接点压力表 电接点压力表是」种既有压力刻度指示又有开关接点信号输出的仪表。它由弹簧压力表和三个电接点组成。其外形 结构如图 4-36 所示。电接点压力表的压力指针下面带有一个 电接点 , 与其同步运动 , 另与指针同轴空套着两个定值指针 , 一个是低压给定指针 , 另一个是高压给定指针。它们的下方各带有一个电接点 , 利用专用钥匙拨动给定指针的销子、将给定指针拨到要控制的压力刻度点上。当指针位于高、低压 给定指针之间时 , 三个接点互相断开 ; 当被测压力超过高压、 或低于低压给定值时 , 电接点接通可发出信号 , 进行控制或 报警。 2. YWK-50 型压力控制器 YWK-50 型压力控制器是一种随压力变化可以输出开关信号的控制装置。其工作原理是利用波纹管弹性元件随着 压力的升降而伸长或缩短的变化特性 , 通过杠杆与拨臂 , 拨 动开关 , 使触点闭合或断开 , 从而达到对压力进行控制的目 的。其简易工作原理如图 4-37 所示。当压力升高时 :1 、 2 闭 合 ,1 、 3 断开。当压力下降时 :1 、 2 断开 ,1 、 3 闭合。 YWK-50 型压力控制器开关动作压力可以调节 , 并且 开关恢复的差动值也可以调节 , 如工作压力 0~1.47MPa 的 控制器 , 开关的动作压力值可以在这个范围调节 , 而开关动 作和恢复的差动值在 0.1~0.27MPa 之间可以调节。这样用 一个开关就可以实现压力的两位式控制。例如 , 将整定值调 整为 I MPa, 差动值调整为 0.2MPa, 则压力的控制范围是1~1.2MPa( 指针指示值为压力下降开关动作值 ) 。 ( 三 ) 超温报警系统 温度是锅炉运行过程中的重要参数 , 对它的测量和控制 是保证锅炉安全运行的重要手段。额定出口热水温度高于或等于 120 。 C 的锅炉以及额定出口热水温度低于 1200C 但额定热 功率大于或等于 4.2MW 锅炉 , 应装设超温报警装置。 在锅炉中超温警报系统主要由温度控制器和声光信号装置组成。使用的温度控制器有电接点水银温度控制器、压力式 温度控制器、双金属温度控制器、动圈式温度指示控制器等。 1. 电接点水银温度控制器 电接点水银温度控制器是由玻璃水银温度计加装电触针所形成电接点开关而构成的 , 其工作原理是利用温度计中的 水银柱随温度变化而膨胀或收缩时接触或断开电触针 , 从而 接通或断开外接电路 , 达到控制的目的。 2. 压力式温度控制器 压力式温度控制器其结构类似于电接点压力表。它有一个动触点和两个静触点 , 两个静触点定值可调整 , 表示温度 控制上下两个极限值。动触点随温度指针同步运动 , 当温度 达到上限或下限时 , 动触点和静触点重叠 , 外部电路接通 , 从 而达到控制和报警的目的。 3. 双金属温度控制器 双金属温度控制器是由 双金属温度计 带接点所组成的。 双金属温度计中的感温元件是双金属 , 即用两片线膨胀系数 不同的金属片迭焊在一起制成的。双金属片受热后由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲 , 如图 4-38 所示。温度越高 , 膨胀长度差亦越大 , 则引起弯曲的角度也就越大。双金属温度计就是按照这一原理制成的。 双金属片制成的温度计 , 同电接点压力或温度计一样 , 也 可以带有接点 , 且接点电阻较水银温度控制器为低 , 不易造 成拒动 , 故通常被当作温度继电控制器和极值温度信号器等使用。 在工业锅炉中 , 双金属温度控制器常用于燃油锅炉的油 温控制和指示。 4. 动圈式温度指示控制器 动圈式温度指示控制器通常是由热电阻或热电偶温度传 感器和显示仪表所组成。 热电阻的工作原理是根据导体或半导体的电阻值随温度 . 变化而变化的性质 , 将电阻变化值通过二次仪表显示出来 , 从 而达到测温和控制的目的。 热电偶的工作原理是利用两金属之间的热电现象 , 即两 种不同金属导体焊成的封闭回路中 , 若两端的温度不同 , 就 会产生热电势 , 并通过二次仪表指出 , 从而达到测量和控制 的目的。 动圈式温度调节仪表在工业锅炉上一般用作限值报警 , 如炉膛温度过高、排烟温度过高、热水锅炉中的循环水出口温度过高等 , 都可通过 .报警装置发出信号。 二、锅炉的联锁保护系统当锅炉的水位、压力、温度达到极限值以及循环泵出现故障时锅炉就会采取紧急停炉联锁保护。对于燃煤锅炉 , 主 要是停止鼓、引风机工作和控制炉排停止运行 , 以停止燃烧。对于燃油、燃气锅炉主要是切断燃料供给 , 然后按程序停 炉。· ( 一 ) 低水位联锁保护 当锅炉水位经过限值保护后 , 仍然不能恢复正常 , 继续超限时 , 达到一定范围之后 , 就应采取联锁保护措施。对于 一般工业锅炉 , 由于低水位带来的危害比高水位大得多 , 因 此《蒸汽锅炉安全技术监察规程》规定 :2t/h 以上蒸汽锅炉 必须装设低水位联锁保护装置。 低水位联锁保护的线路原理就是当锅炉处于极低水位时 , 通过水位传感器 , 把位置信号转换成电信号 , 利用该信 号控制电路中的常闭、常开开关和继电器。由于这些联锁开 关与继电器串联于鼓、引风机以及燃烧系统的控制线路中 ,因此当发生低水位联锁保护时 , 保护开关切断控制回路电源 ,从而达到紧急停炉保护目的。 ( 二 ) 压力联锁保护 当锅炉的蒸汽压力超过限值时 , 需进行联锁保护。其方法就是停炉 , 即停止燃烧系统的工作 , 不使压力继续上升 , 以 防止锅炉发生超压爆炸事故。压力的联锁保护常用 4 于蒸发量 大于或等于 6t/h 的蒸汽锅炉和热水锅炉 , 以及在用油、气、煤 粉作燃料的锅炉上作安全控制。 压力联锁保护与低水位联锁保护基本上相同 , 只是把水 位信号换成了压力信号 , 通常采用电接点压力表、压力控制 器或其他压力变换器 , 将锅炉需要联锁保护时的压力转换成 开关电信号 , 通过控制系统实现停炉。 前文介绍了压力的位式控制方法 , 这些方法也能在锅炉超压时起到停炉的联锁保护作屑。因此一般情况就没有再装 设专用的联锁保护压力控制器。不过应该注意的是用于位式 调节的压力控制器 , 既要作位式控制的频繁操作 , 又要担负 联锁保护的特殊功能 , 可靠性必然受到影响 , 一旦压力控制 器失灵 , 就有可能出现事故。所以在可靠性要求较高的情况 下 , 应另装一个专用的联锁保护用压力控制器 , 并通过中间 继电器与原位式压力控制器的上限触点开关并联或串联 , 以 实现双重控制功能。在整定联锁保护用压力控制器的上限值时 , 应使其略低于锅炉安全阀的起跳整定值 , 略大于位式控 制用压力控制器的上限值 , 这样就能实现可靠的超压联锁保护。 ( 三 ) 超温联锁保护 当热水锅炉热水温度超过了规定值时 , 燃煤锅炉应自动 切断鼓、引风装置 , 燃气、油锅炉应自动切断燃料供应。 超温联锁保护与超压联锁保护基本相同 , 这里不再详述。 ( 四 ) 水泵的联锁保护 当锅炉处于低水位联锁保护水位时 , 除燃烧系统处于联锁状态以外 , 水泵也应处于联锁保护状态 , 以防突然在这之 后启动向锅炉加水 , 扩大事故。在图 4-39 中水位控制装置使 开关 KA 也应联锁 ' 处于关断状态。使水位未恢复到正常之前不能自动加水。同时也防止操作人员在事故情况下由于慌乱启动水泵 , 扩大事故 , 因这时水泵的工作状态选择开关在 ' 自动 ' 位置 ,' 手动 ' 按钮不起作用 , 即使自动装置上有按钮 , 也因联锁而不能工作 , 故可确保安全。只有在经过检查 之后 , 将选择开关 SA 置于 ' 手动 ' 位置时 , 才可启动水泵 , 当锅炉恢复正常水位后控制开关 KA 联锁解除 , 又可恢复正 常运行。 ( 五 ) 循环水泵的联锁保护 循环水泵主要为热水锅炉进行热水循环之用。根据热水锅炉的工作特性 , 必须保证工作时循环水不致中断。因而 循环泵的主要控制保护电路有 : 循环泵与备用泵间的联锁 保护 ( 自动投入 ) 和循环泵与燃烧系统间联锁保护 ( 紧急停 炉 ) 。 1. 循环泵与备用泵间的联锁保护 循环泵与备用泵间的联锁保护 , 主要是解决在用泵与备用泵间的目动转换问题 , 当在用泵出现故障而跳闸时。备用泵应能自动技入工作。 2. 循环水泵与燃烧系统间联锁保护 循环水泵与燃烧系统间的联锁保护的目的有两个 , 一是防止误操作 , 即循环水泵未启动工作之前不允许燃烧系统投 入工作 ; 二是在工作过程中 , 循环水泵因故全部停止工作时 , 燃烧系统也应停止工作。 ( 六 ) 紧急停炉联锁保护 1. 燃煤锅炉的紧急停炉联锁保护 燃煤锅炉的联锁保护主要是鼓、引风机和炉排的联锁保护。 (l) 鼓、引风机的联锁保护鼓、引风机所作的联锁保护常用方法有两种 , 同步停止法和分步停止法 , 下面分别进行介绍。 1) 同步停止法 这种方法是将鼓、引风机在联锁保护时同时停止运行。这 样 , 锅炉的燃烧就会减弱 , 温度就会降低 , 达到保护目的。 这种方法的优点是比较简单可靠 , 容易实现。特别是对 原来没有联锁保护功能的控制系统 , 只需加装 ' 手动一自 动 ' 选择开关并和联锁保护开关相串联即可。由于鼓、引风 机同时停止 , 炉膛内可能还有些烟气未被抽走 , 因而这种控 制方法一般只用在小型燃煤锅炉上。 2) 分步停止法 这种方法是将鼓、引风机在低水位的联锁保护停止分两步进行 , 首先停止鼓风机 , 经过一定延时后再停引风机。 这种分步停止方法的优点是 , 在锅炉停炉前能将炉内可燃烧气体抽走 , 故在 燃油燃气锅炉 上都采用分步停止法。缺点是线路比同步停止时隽杂 ? 可靠性也要稍低一些 .因为多 增加了一个控制元件--k 时间继电器 , 就多一个出故障的可能性 , 另外 , 同步停止时联锁开关 KA 使用的是常闭触点 ,分步停止时使用的是常开触点 , 常闭触点可以被监视工作。如 出现接触不良等故障时 , 线路将不会工作 , 就能被立即发现。 但常开触点出现故障时就不容易发现了 , 因而可靠性也就有所降低。 (2) 炉排的联锁保护 炉排所作的联锁保护一般也有两种。一种是让炉排停止运行 , 不再增添新的燃料 , 达到降负荷目的。另一种是使炉 排快速运行 , 把原有燃煤带到炉外 , 达到降负荷目的。这两 种方法各有利弊 , 应针对不同情况选用。 1) 炉排停止运行法 这种方法是考虑到在鼓、引风机停止运行之后燃料的燃烧状况已明显减弱 , 锅炉内的余热对锅炉的安全已影响不大 而采取的联锁方法。具体的控制线路是将炉排电路的总控制 电源线与引风机控制电路→样经过联锁保护开关的控制 , 一 旦有联锁保护信号时 , 联锁保护开关同时切断引风机和炉排 的控制电源 , 使炉排也停止运行达到保护目的。 这种方法的优点是控制线路很简单 , 实现起来比较容易 , 对蒸汽超压时的联锁保护较理想。尤其对联锁保护之后继续 恢复运行很方便 , 但是对于低水位联锁保护不够彻底 , 炉膛 内的余热还可能使缺水事故继续扩大。 2) 炉排快速运行法 这种方法是从安全可靠的角度来考虑问题的 , 使炉排快速运行 , 可将燃煤尽快地带出炉膛能较快地降低炉膛温度 , 防 止余热的继续影响 , 可以较好地保护锅炉安全。其具体电路是将联锁保护控制开关的信号通过中间继电器交换之后接到 炉排的快速控制开关上 , 以实现炉排的快速运动。 这种方法的优点是保护比较彻底 , 尤其对低水位联锁保 护有好处。但是联锁保护之后 , 需重新点炉或接续炉火方可 继续运行 , 对生产来讲不大方便。 2. 燃油、燃气锅炉的紧急停炉联锁保护 也当水位、压力和温度达到极限值时 , 燃油、燃气锅炉的 联锁保护就是切断油、气供应 , 按程序进行后吹扫并停炉。其 线路原理就是用联锁保护装置的联锁开关串联于燃油燃气锅 炉控制线路总停止回路中 , 当发生联锁保护时 , 保护开关切 断总控制回路的相应电源 , 从而达到紧急停炉保护目的。 ( 七 ) 燃烧器的程序控制与联锁保护 1. 程序控制 燃油 ( 气 ) 锅炉的启动、运行、调节、停炉、保护的实现均以程序控制器为操作指挥中心 , 因此程序控制器是全自 动运行的心脏 , 程序控制系统充分考虑到各种必要的联锁 , 避 免错误的操作和设备故障造成的事故 , 体现良好的安全性。 程序控制系统内的中心是控制器 , 控制器大致有三种 : 机· 械程序控制器、电子式程序控制器、实时控制微电脑程序控 制器。 机械式程控器是由一台同步电机带动凸轮运行拨动一个个限位开关实现时序分配。电子式程控器是由石英晶体发出 标准时间脉冲作出时间的分配 , 并由其输出带动高灵敏继电 器动作来完成。 电脑式程序控制器带时间分配显示 , 并巡回对各保护状 态进行检查 , 当发生故障或停炉动作时 , 其显示屏会自动显 示故障点。现已运行的锅炉 , 以机械式、电子式居多 , 主要是因为价格便宜 , 操作亦可靠 , 而电脑式价格较贵。 但无论采用何种控制器 , 其主要步骤大致有五步。 (1) 前吹扫程序 : 程序器开始工作 , 首先风机进入运行状态 , 开始向炉膛中吹扫 , 以除尽炉膛中未燃尽的可燃性气 体 , 防止点火时产生的爆燃。同时检测各类联锁是否完好 , 如 : 风量、水位、压力、油压、油温、气体泄漏等 , 其时间大约 30~6Os 。若检测发现其中有不正常 , 锅炉会自动报警停炉 ; 若一切正常 , 伺服马达将关闭风挡到点火位置。 (2) 点火周期 : 点火程序燃油与燃气锅炉有所不同。 1) 燃油锅炉 程控器指令打开点火装置 , 一般提前 4S , 电路接通 , 电磁阀打开 , 点着燃油 ( 注意在 2S 内必须点燃 , 否则马上关闭燃烧器 , 否则可能产生爆炸的后果 ), 对油压仍进行检测 , 电 眼监视火焰形成 , 鼓风门至小火位置 , 打火变压器断电。燃 油电磁阀第二供油阶段 ( 即点着大火或是针阀后退、大量供 油 ) 开始 , 风门自动跟踪 , 电眼仍进行检测 , 正常运行后指 示灯燃亮。 2) 燃气炉 程控器指令打开点火装置 , 一般提前 4S , 点火电磁阀打开 , 先是 1 号电磁阀打开 , 然后点火小电磁阀打开 , 然后是 点火。电眼进行点火检测 , 发光二极管应闪动 , 然后 2 号电 磁阀打开 , 点着小火。接着电眼对小火进行检测 , 同时电打 火停止 , 点火小电磁阀关闭。正常后 , 运行指示灯接通 , 点火过程完成。 (3) 熄火保护投入 : 程序器指令 , 投入熄火保护系统 , 如 此时炉膛火焰正常 , 则燃烧调节系统置于该保护系统内工作 , 如此时炉膛没有建立火焰 , 则自动转入停炉后吹扫程序 , 切断燃料供应。 (4) 自动调节系统技人 : 大约程序启动 70 S 左右 , 程控器 指令自动调节系统可投入使用 , 此时正常点炉程序到此结束。 锅炉进入正常燃烧调节状态 , 燃烧调节位式和比例调节 ( 注 意不同的调节方式 , 其程控器亦不同 ) 直至蒸汽压力升到额 定压力值时 , 转入停炉后吹扫程序 , 或者由于保护系统发生动作 ( 如缺水、熄火等 ), 自动转入停炉后吹扫程序。 (5) 停炉后吹扫程序 : 当正常停炉信号或保护动作发生时 , 程序进入停炉后吹扫程序 , 此时 , 首先关闭燃料电磁阀 , 切断燃油供应 , 风机延迟大约 20~3OS 后关闭 , 其作用是停 止向炉膛供应燃料后继续向炉膛鼓风 , 清除未燃尽的可燃气 体 , 以免高温自燃及为下次点炉做好安全清扫。 其程控器的时序分配图如下所示 , 见图 4-40 。 2. 联锁保护 (1) 燃油燃气压力的保护 为了保护正常的燃油燃气供应 , 在燃油燃气系统中设置了燃油燃气压力的最高和最低的保护 , 防止压力波动。当压力高于或低于允许值时 , 发出警报 , 甚至切断燃气 , 避免因 炉膛熄火而发生事故。其实现的方法和所采用仪表与上述蒸汽压力保护相同。 (2) 雾化压力保护 这里是指使燃油达到良好的雾化效果的外来空气或蒸汽压力的保护 , 是最低压力保护。因为外来介质的压力愈低 , 其 雾化质量亦愈差 , 当雾化严重恶化时 , 以至不能正常燃烧。所以 , 对其最低压力有控制和保护要求。 (3) 低油温联锁保护 低油温联锁保护是燃重油锅炉特有的保护。因为重油温度与粘度有密切的关系 , 油温过低 , 粘度增大 , 由于雾化不 良 , 主火炬不易点着 , 以致多次点火后 , 炉膛剩下大量余油 ,便增加了爆燃的可能性。同时雾化不好会形成不正常燃烧 , 烟 囱冒黑烟 , 甚至会使锅炉突然熄火。因此油温过低时 , 油温 控制开关动作 , 使锅炉不能启动或可切断控制回路 , 停止喷 油燃烧 , 使锅炉进λ后吹扫程序停炉 , 使正在运行的锅炉进入暂停状态 , 当油温恢复后才可继续工作。 (4) 熄火保护装置 由于锅炉炉膛熄火时 , 会突然改变炉膛内光和热辐射状态 , 可利用装在炉膛壁上的检测元件 , 把光辐射频率的变化转换为电量 , 通过电气线路和继电器等带动执行机构来切断 燃料供应 , 同时发出相应信号。这样就可以防止一旦炉膛灭火 , 而燃料仍然供应 , 造成炉膛爆炸事故。 火焰检测装置的检测元件 , 主要有光导管 ( 光敏电阻 ) 和紫外光敏管两种。 火焰检测点的数量和位置 , 应能保证炉膛一旦熄火 , 能及时进行反应。通常装在火焰燃烧器上部着火孔附近位置。 (5) 燃气泄漏检测装置 燃气泄漏检测器专门用来测试燃气锅炉的电磁阀及管路是否有燃气泄漏。 泄漏检测器由一个程序控制器和在燃气管路系统上安装的隔膜泵组成。程控器和隔膜泵在每次燃烧器启动之前 , 先 检查燃气系统的严密性。 在程控器外壳上有两个指示灯 , 黄色指示灯指示程序正 在执行 , 而红色指示灯则指示有燃气泄漏并报警。当复位时 , 可按外壳上的复位按钮 , 报警指示灯和复位按钮有时也单独装在电气控制箱的面板上。程控器通过插座插在下部的接线板上。 隔膜泵是一个整体部件。其内有一个差压感受元件 ( 差 压开关 ) 一个电磁阀及一个气泵、一般情况下隔膜泵并联在一号电磁阀两端。 其检漏工作原理见图 4-41。 隔膜泵将 1 号与 2 号电磁阀 之间的燃气管段压力较供应的燃气压力提高 3kPa 。即抽取气 源的燃气通过气泵加压 , 打入 1 号与 2 号阀中间的管段 , 使1 号、 2 号阀中间管段内压力升高 , 直至比气源压力高 3kPa 后 泵停止工作。然后用一个差压开关 , 在一预定的时间间隔内 , 检查这一加高的压力是否因为有泄漏而下降。 如果两个主电磁阀及管路均是严密的 , 没有泄漏 , 即差 压开关检测到的加高的压力没有下降 , 则程控器允许燃烧器启动。相反 , 如果检测到压力有下降 , 即发现有泄漏 , 则程 控器会显示出 ' 泄漏报警 ', 而总的程序控制器的作用将丧失 并转回到起始位置。当重新回到起始位置时 , 才能停止警报。 在泄漏检测过程中或是燃烧器工作中 , 如遇到停电时 , 一 旦重新送电 , 总程控器将继续转动 , 直到燃烧器重新自动启动 , 在前吹扫过程中 , 将重新进行泄漏检测。 其工作程序如下 : 第一步骤 , 先打开 1 号主阀 2S , 然后关闭。将 1 号和 2 号阀中间充燃气。 第二步骤 , 通过气泵抽 1 号阀前管路中的燃气 , 加压送 至 1 号和 2 号阀之间比气源压力提高 3kPa 的压力 , 然后停 泵。 ( 计算好 1 号和 2 号阀中间的容积 , 泵工作 11S , 按泵的 流量 , 刚好提高 3kPa 的压力 ) 。 第三步骤 , 利用 7S 的时间 , 对加压区和气源的压力进行 比较 , 若加压区压力降低 , 则证明系统有泄漏 , 报警。若加 压区压力不降低 , 证明无泄漏 , 再进行下面的程序。 由以上分析中不难明白 , 为什么将 2 号燃气压力继电器叫做泄漏检测压力继电器这是因其用途决定的。而 1 号压力 继电器 , 叫做燃气压力过低继电器。它串接于锅炉电源回路 , 燃气压力过低时 , 锅炉断电不能启动。 ( 八 ) 防爆门 燃烧煤粉、油或气体的锅炉 , 如果点火前未进行吹扫或误操作 , 喷嘴有故障或燃烧不完全 , 熄火时未能迅速切断燃 料等 , 均容易造成炉膛和尾部烟道因燃料积聚引起再次燃烧 ,严重的爆燃会引起炉墙和烟道开裂、倒塌、烧坏尾部受热面 等事故。防爆门的作用就是当煤粉和烟气在炉膛或烟道内爆燃时 , 能够自行开启或破裂 , 从而达到泄压目的 , 避免造成 事故。 1. 防爆门的结构常用的防爆门有翻板式和爆破膜式两种。 翻板式防爆门又称旋启式防爆门 , 多装置于燃烧室的炉墙上 , 有倾斜安装 ( 图 4-42) 和垂直安装 ( 图 4-43) 两种。门 框为圆形或方形 , 用普通铸铁或钢板制成。当炉膛或烟道内发生气体爆炸时 , 门盖即自动绕轴开启泄压 , 然后又自行关闭。防爆门的密封压力由门盖倾斜角度产生的向下压力或由 重锤的重量获得。 爆破膜式防爆门多装置于 烟道上 , 见图 4-44, 由爆破膜和 夹紧装置组成。爆破膜一般用石棉和铝、不锈钢等金属薄板制成。当炉膛或烟道内发生气 体爆炸时 , 爆破膜即被冲击波 破坏 , 起到泄压作用。 2. 安装注意事项 (1)防爆门的位置 , 一般 布置在燃烧室、锅炉出口烟道、省煤器烟道、引风机前的烟道、引风机后部的水平烟道或倾斜小于 30 。的烟道上。 (2) 防爆门的数量和总面积 , 应根据炉型、炉膛容积、燃烧强度、安装位置等因素由锅炉设计单位确定。 (3) 防爆门应装在不致威胁操作人员安全的地方 , 并设有导出管 , 导出管附近不应存放易燃、易爆物品。 (4) 防爆门的门盖与门座的接触面宽度一般为 3~5mm, 应保证严密不漏 ; 门盖不宜太重 , 并需做定期手动试验 , 以防锈死。 (5) 为了保温和防止因炉膛温度太高而烧坏 , 应在门盖的内侧装填耐火保温材料。 三、锅炉的自动控制 锅炉的自动控制系统主要是水位自动控制系统和燃烧自动控制系统。 ( 一 ) 水位自动控制系统 水位自动控制也叫做给水自动调节或给水控制。其任务 是在各种负荷条件下 , 控制给水量 , 使进入锅炉的给水量与送出的蒸汽量在数量上保持平衡。蒸发量 >4t/h 的锅炉应装给水自动调节装置 , 蒸发量《 4t/h 的锅炉也应尽量装这一装置。这种控制有单冲量、双冲量和三冲量控制三种。 1. 单冲量给水控制系统 这种控制系统是以锅筒水位为被调参数来调节给水流量的。执行机构可以是水泵的开关 , 也可以是 电动给水调节阀 。前者组成了位式给水自控系统 , 后者则组成了连续给水自动 控制系统。 (1) 位式给水自控系统 所谓位式控制就是根据位置来进行的控制。如锅炉水泵的位式控制就是根据锅炉水位来决定水泵开、停的控制 , 若 水位低于下限位时水泵开 , 高于上限位时水泵停 , 若水位处 于上下限之间 , 则水泵有可能开 , 也有可能停 , 如水位是 刚从下限经过则水泵开 , 从上限经过则水泵停 , 如图 4-45 所示。 对于小型锅炉 , 蒸发量小于 4t/h 的锅炉 , 设计中一般采用浮球液体控制器作为自动给水装置传感器 , 在国内一般采用磁钢式 , 国外生产的一般采用直接式。但它们有共同的特点就是开停水泵水位上下范围不超过 30mm 。这是为了适应 均匀进水原则 , 以避免大量进水而造成对锅炉蒸汽压力较大的波动。 锅炉水位位式自动控制方法原理比较简单 , 比较容易实现 , 虽然控制有误差 , 精度不高 , 但设备成本低 , 安装维修 方便。也能满足一般需要。故在小型锅炉 (1~4Uh) 中得到了普遍使用。 (2) 连续给水自动控制系统 随着锅炉蒸发量的提高气特别采用除氧器等设备以后 , 采用位式自动给水 , 水泵频繁启、停 , 锅筒水位变化仍是较大。其一 , 锅炉水位的波动大 , 偏高 , 会导致蒸汽带水 , 降低蒸 汽的品质。其二 , 影响除氧器的正常工作 , 使除氧器不能保 持在最佳除氧效果下工作。采用连续给水后 , 就可以克服位式给水存在的缺点。 这样 , 浮球电感式传感器被广泛采用 , 它由浮球电感传感器、控制器、电动调节阀三部分组成一个调节系统。其作 用原理是浮球位移一电感信号一电量信号一控制器产生开、 停、关三位开关信号 , 自动操作给水调节阀开度 , 以保持给 水量满足负荷需要 , 使锅筒水位保持在 10~15mm 范围内 ? 而水泵可连续不断的工作 , 其原理见图 4-46 。 调节阀的阀杆中装设一个与传感器线圈同样特性的线圈称为阀位反馈线圈。当传感器的液位线圈和反馈线圈经放大后的自感电压信号相等时 , 执行器停止工作 , 调节阀稳定于 某一开度。当锅炉水位变化时 , 破坏两个线圈之间的平衡 , 调节阀就向着两线圈的电压趋于平衡的方向移动 , 直到两线圈中的电压达到新的平衡 , 阀就稳定在这一位置上。 这种调节称作连续比例调节。这样水位不断跟随水位变化而变化 , 使得给水量不断与蒸发量相平衡 , 锅炉水位可以保持在一定范围之内。 采用这种装置组成的系统又可分为两类 : 节流调节和逆流调节。 1) 节流调节 节流调节 , 见图 4-47, 控制系统把调节阀装在锅炉进水管道上 , 当锅炉水位上升时 , 调节阀逐渐关小 , 而减少锅炉 的进水量 ; 反之 , 调节阀则逐渐开大而增加给水量 , 这样便 使给水量与蒸发量相对趋于平衡 , 使水位基本控制在一定的微小变化范围。 2) 逆流调节 递流调节见图 4-48, 是节流调节的逆作用。它把调节阀安装在回水管路上 , 锅炉水位上升 , 把调节阀渐渐开大 , 使 给水泵输出的一部分水回流到水箱 , 从而减少锅炉的给水量。反之 , 当锅炉水位下降时 , 调节阀渐渐关小 , 旁路流量减小 , 进入锅炉水量增大。 2. 双冲量给水控制系统 双冲量给水控制系统以锅筒水位和蒸汽流量这两个冲量 为被调参数 , 来调节给水调节阀的开度。由于蒸汽流量的变化早于水位的变化 , 因此这种控制系统的调节功能比较好 , 可 以减少水位的波动。该系统的原理如图 4-49 所示。 3. 三冲量给水控制系统 这种系统以锅筒水位、蒸汽流量和给水流量为冲量来调节给水调节阀的开度 , 维持水位的稳定 , 这一系统的原理如 图 4-50 所示。三个冲量中锅筒水位是主参数 , 给水流量是反馈信号 , 蒸汽流量是前馈信号。三冲量给水控制较前两种给水控制稳定得多 , 能满足负荷多变、给水压力波动频繁等复 杂的情况 , 改善了扰动下的控制品质。 ( 二 ) 燃烧调节的自动控制 燃烧的自动调节就是在控制锅炉出口的蒸汽压力 ( 热水 温度或室外温度、室内温度 ) 为一定值的前提下 , 调节燃料 用量。为了达到合理的燃烧 , 还必须对燃烧的品质加以控制 , 即可根据锅炉排出的烟气含氧量来控制通风系统 , 调节通风 量 , 以保持适量的空气过剩系数 , 减少锅炉的热损失。因此 , 一个完整的燃料调节 , 实际上包括锅炉蒸汽压力 ( 热水温度 或室外温度、室内温度 ) 的调节、燃烧设备燃烧量调节、空气量的调节、炉膛压力的调节和鼓、引风机的控制。 1. 燃煤锅炉燃烧调节的自动控制 燃煤锅炉的压力位式控制原理如图 4-51 所示。锅炉蒸汽 压力由电接点压力表或其他压力控制器转换为开关信号 , 控 制燃烧系统鼓、引风机、炉排按照程序进行启停工作 , 以达 到控制压力的目的。当压力高于上限整定值时 , 压力控制器 送出一开关信号 , 通过控制系统使鼓风机、炉排等停止运行。经过一定时间延时之后停止引风机运行 , 使锅炉蒸汽压力下降。当压力下降到低于下限整定值时 , 压力控制器又送出另 一开关信号 , 通过控制系统使引风机首先启动。经过一定延 时之后 , 再启动鼓风机和炉排运行 , 使燃烧系统恢复工作 , 锅 炉压力重新上升。这样就可使蒸汽压力保持在一个预定的范围之内变化。 压力的位式调节还可以采取控制风机和炉排速度的方法来进行 , 这样不仅可以达到燃烧与负荷相平衡的目的 , 而且 还可以节省风机和炉排电动机的电能消耗。这种调节方法的关键是需要配备双速节能电动机 , 由于风机的风量与转速成 正比 , 而电动机的能耗又与转速成三次方关系 , 在风量减少 到额定值的 1/2 时 , 电动机的功率也将减小到原来的 1/8 。普 通电动机节能比较小 , 而节能电动机可达 1/5 。在锅炉压力高 ( 即负荷小 ) 时 , 风机和炉排低速运行 , 锅炉压力低 ( 即负荷 大 ) 时 , 风机和炉排高速运行 , 这与前述的风机、炉排随压力高低而启停控制的原理相同 , 用一压力控制器的开关信号 即可以实现这一功能。由于对蒸汽压力的调节是以调节燃料 量为主 , 蒸汽压力和蒸汽流量 , 经调节器进行计算、调节转变为电气信号 , 通过炉排的减速机构来控制燃料量 , 从而达 到蒸汽压力的调节。这种调节 , 实际上也是对锅炉产生蒸汽 热量的调节。 通过热水温度 ( 或室外温度、室内温度 ) 的位式调节所 实现的热水锅炉自动燃烧控制与上述相同。 为了使燃料燃烧 , 必须供应一定数量的空气。如果过剩 空气系数过大 , 将增加排烟热损失。因此 , 对于每台运行锅炉 , 当它使用某种燃料时 , 都有最适宜的空气过剩系数值 , 而 其值可以通过控制排烟处烟气中的二氧化碳和氧的含量来达到 , 其中以控制氧气的含量更能反映空气过剩系数值。为此 , 测定排烟处的烟气中的含氧量 , 通过氧气测定仪并经转换 , 再 到调节器进行计算、调节转换成电气信号 , 并通过执行器控制鼓风机的导向挡板。为了补偿氧量测定仪在测量上的滞后 , 应减少送风调节的动态误差 , 在燃料调节器与空气调节器之 间建立动态平衡。 炉膛负压的维持是采用负压调节器 , 即炉膛负压冲量 , 经 过调节器计算、调节 , 通过执行器来控制引风机的导向挡板。负压调节器除接受负压冲量外 , 还接受来自空气调节器的超 前冲量 , 也就是说 , 在它们之间建立了动态联系。当空气调 节器动作时 , 可以立即通过动态联系使负压调节器也动作 , 这 样能使炉膛负压的偏离不大。如果没有这个动态联系 , 负压 调节器只有当送风量改变 , 引起炉膛负压变动后才能投入工作 , 这样就会使负压的动态偏差加大。当工况稳定后 , 动态 联系的作用也就随之消失。 在自动调节系统中 , 还装有各种记录、指示仪表、警报 信号和一些操作器。操作器的目的是用来远距离对执行器进行手动操作。有的调节器上本来就带有操作器。另外还有给定器 , 用来对某些参数 ( 如压力、流量 ) 的要求值 , 预先输 送到调节器中 , 使参数不偏离给定值。 2. 燃油 ( 气 ) 锅炉燃烧调节的自动控制 由于燃油 ( 气 ) 锅炉的燃料为液 ( 气 ) 态 , 对燃烧控制提供了极为有利的条件 , 现时国内外生产的燃油 ( 气 ) 锅炉均为全自动燃烧调节。调节方式有两种 : 位式调节和比例调节。 (1) 位式燃烧调节 其调节方式是根据蒸汽压力实行分段调节 , 一般又可分为二段燃烧控制和三段燃烧控制 , 其调节系统如图 4-52。 当锅炉点火运行初始点或者当锅炉蒸汽压力达到运行上 限压力值 , 停炉后 , 又回到下限恢复工作值时 , 其首先点燃 一个喷嘴 , 即一段燃烧 , 其设计负荷为 30% 燃烧量。冷炉运行时 , 一段火燃烧 , 锅炉启压后 , 则可切入到二段燃烧。当 锅炉燃烧达到满负荷运行 , 而汽压不断上升 , 达到额定上限 工作压力值的 90% 或 95% 时 , 则自动切回到一段火燃烧。如压力继续上升 , 达到上限工作压力值 , 则自动停炉。如燃烧 负荷跟不上用汽负荷 , 则压力下降。到二段燃烧切换压力值 时 , 又自动切到二段燃烧。这样周而复始 , 来完成燃烧负荷的调节。 当锅炉运行到其上限工作压力值停炉时 , 经过一段时间 压力下降 , 恢复压力值时 , 其又能自动进入一段燃烧 , 恢复 其自动调节性能。 三段燃烧调节方式依次为一段进入二段、进入三段一停炉一压力下降一一段一二段一三段循环运行。 以上的二段或三段运行原理的实现主要靠压力控制器、风门调节器、燃油电磁阀等基本元件 , 其关键是风门调节器。 风门调节器的作用是 : ①自动分配分段燃烧的风量 ; ②为开 启分段燃烧打开电磁阀 , 提供联锁保护 , 即保证风门的开度始终与燃油 ( 气 ) 的喷入量保持同步。而风门与喷油 ( 气 ) 量 配比 , 则通过有经验的工程技术人员 , 在锅炉投入初始运行时 , 按其烟气测量进行调整。当最后确定之后 , 在今后的长 期运行中 , 不作改变。 通过上述分析 , 分段式燃烧调节较为简易 , 对于一般蒸 汽压力要求不高的场合 , 均能有效地使用 , 但由于其段式燃烧的特性 , 使负荷量跳跃式变化。对蒸汽压力影响较大 , 特 别是二段燃烧只有 30% 、 100% 两段调节 , 一般适用于 2~4t/h 以下的小型锅炉使用 , 而三段式燃烧其负荷为 30% 、 60% 、 100% 跳跃 , 因此适于较大容量的锅炉 , 例如 4~10t/h 的锅炉中使用。 (2) 燃烧比例调节 燃烧比例调节是一种较为完善的自动控制系统 , 它能平稳地对燃烧负荷进行控制 , 使锅炉汽压较平稳地运行 , 与外 界用汽负荷相平衡。 比例调节是单冲量调节 , 取锅炉汽包蒸汽压力 ( 热水温 度 ) 作冲量 , 由压力比例调节器将压力冲量变为电阻信号 , 与 电动执行器中的位置电阻信号作比较 , 然后转换为转角输出 , 带动执行机构连杆或凸轮 , 改变进油调节阀和风门挡板开度 ,从而改变燃烧器的运行状态 , 以达到风油 ( 气 ) 比例配合 , 适 应负荷变化。在风油 ( 气 ) 配比开度改变的同时都有反馈信号回到调节器 , 以达到调节系统重新处于平衡。调节比例的 范围为 30%~110%,30% 以下的负荷为开停控制 ,30% 负荷 为最低燃烧点。燃烧控制与调节特性曲线如图 4-53 所示。 当锅炉尚未投入运行时 , 锅筒中还没有蒸汽压力 , 即 p=0, 蒸发量为 0 。锅炉启动后 , 初始时风油 ( 气 ) 门处在低燃烧位置 (B=30%), 并称为着火点。着火后 , 经过一个程序 周期 , 然后逐渐把风门和油 ( 气 ) 阀开至最大位置 , 称高燃 烧位置 (B=100%) 。调节特性按负荷的需要使蒸汽压力在 Bc 线上增减 , 当蒸汽压力不断上升到户 1 时 , 即进入比例调节带 , 燃烧完全根据蒸汽压力这个冲量的大小 , 对油 ( 气 ) 量 和进风量作比例调节 , 使燃烧特性与负荷变化成比例。这时 蒸汽压力自动平衡在户 l-h 之间的某一点上。如蒸发量大于用汽量 , 压力上升至只点时 , 风油 ( 气〉比回到最低燃烧值 位置 D 。当压力继续升高 , 达到 E 点 , 就自动停止燃烧。 E 点 的蒸汽压力在锅炉的额定工作压力上。停炉后 , 压力逐渐下 降 , 在降至扣 , 即 D 点时 , 锅炉再次启动 , 着火点在 H, 经 过一个程序周期后立即回到勺 ' 点 , 并按压力大小使燃烧装置又在 'C-D' 线作比例调节。 为了分清 'A' 点和 'H' 点的作用 , 把 'A' 点称作冷 炉着火点 ,'H' 称为自动启动着火点。 实现以上的调节关键在于压力比例调节器、电动比例执行器 ( 伺服电机 ) 和燃油 ( 气 ) 线性调节阀。现时运行的锅炉中有很大部分的锅炉采用此类调节 , 且以国外进口设备中 采用此类调节居多。 四、自动控制与保护装置的安全技术要求 1. 额定蒸发量大于或等于 2t/h 的锅炉 , 应装设高低水位报警 ( 高、低水位警报信号须能区分 ) 、低水位联锁保护装置。额定蒸发量大于或等于 6t/h 的锅炉 , 还应装蒸汽超压的报警 和联锁保护装置。额定蒸发量大于 4t/h 的锅炉应装设自动给水调节器。低水位联锁保护装置最迟应在最低安全水位时动作。超压联锁保护装置动作整定值应低于安全阀较低整定压力值。 2. 用煤粉、油或气体做燃料的锅炉 , 应装有下列功能的联锁装置 (1) 全部引风机断电时 , 自动切断全部送风和燃料供应 ; (2) 全部送风机断电时 , 自动切断全部燃料供应 ; (3) 燃油、燃气压力低于规定值时 , 自动切断燃油或燃气的供应。 3. 用煤粉、油或气体作燃料的锅炉 , 必须装设可靠的点火程序控制和熄火保护装置。 (图 4-54 燃油 ( 气 ) 锅炉喷油 ( 气 ) 量自动调节系统) 在点火程序控制中 , 点火前的总通风量应大于三倍的从炉膛到烟囱入口烟道总容积 , 且通风时间对于锅壳锅炉至少应持续 20 的对于水管锅炉至少应持续 60 s; 对于发电用锅炉一般应持续 3min 以上。 单位通风量一般应保持额定负荷下总燃烧空气量。 4. 直流锅炉 , 应有下列保护装置 (1) 任何情况下 , 当给水流量低于启动流量时的报警装置 ; (2) 锅炉进入纯直流状态运行后 , 中间点温度超过规定值时的报警装置 ; (3) 给水断水时间超过规定的时间时 , 自动切断锅炉燃料供应的装置。 5. 锅炉运行时保护装置与联锁装置不得任意退出使用 ,联锁保护装置的电源应可靠。 6. 几台锅炉共用 -个总烟道时 , 在每台锅炉的支烟道内应装设烟道挡板。挡板应有可靠的固定装置 , 以保证锅炉运 行时 , 挡板处在全开启位置 , 不能自行关闭。 7. 热水锅炉当压力降低到会发生汽化或水温升高超过了规定值以及循环水泵突然停止运转时 , 燃油 ( 气 ) 锅炉应 自动切断燃料供应。层燃锅炉 , 应自动切断鼓、引风装置。 8. 额定蒸发量小于等于 75t/h 的水管锅炉 , 当采用煤 粉、油或气体作燃料时 , 在炉膛和烟道等容易爆燃的部位寸 般应设置防爆门。防爆门的设置应不致危及人身的安全。查看更多 0个回答 . 3人已关注
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