船舶蒸汽鍋爐的自動控制

1、第八章 蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)(kn zh x tn)主鍋爐：蒸汽動力船舶上用于蒸汽動力裝置的鍋爐。蒸發(fā)量大，蒸汽壓力 高，對水位和蒸 汽壓力的控制要求較高，一般采用(ciyng)帶有積分作用 的調(diào)節(jié)器。輔鍋爐：內(nèi)燃機動力船舶上的鍋爐。 油輪輔鍋爐：加熱貨油、驅(qū)動甲板設(shè)備，蒸發(fā)量較大，類似主鍋爐。貨輪輔鍋爐：燃油、滑油及生活用水加熱，要求不高。其水位和壓力常用雙位控制。鍋爐的控制包括：水位的自動控制； 蒸 汽壓力的自動控制； 點火及燃燒的時序控制； 自動安全保護。第一節(jié) 概 述共四十九頁一、貨輪輔鍋爐(gul)水位控制常閉2常開停第二節(jié) 鍋爐(gul)水位的自動控制共四十九頁常閉2常開開一、貨輪(h

2、uln)輔鍋爐水位控制第二節(jié) 鍋爐(gul)水位的自動控制共四十九頁1、油輪輔鍋爐水位控制的特點 （存在虛假水位）（1）水中含有蒸汽(zhn q)（可達15%20%），總量與鍋爐的蒸發(fā)量和汽壓有關(guān)；蒸發(fā)量越大，汽壓越小水面下的蒸汽(zhn q)總?cè)莘e越大；（2）過渡工況時，水位不僅受蒸發(fā)量和給水量的影響，還受水面下蒸汽容積變化的影響； 蒸汽流量突增，汽壓降低，蒸汽的飽和溫度下降，水面下蒸汽比容增大造成水下蒸汽的容積增大；同時由于爐水變成過熱水，將產(chǎn)生更多汽泡。水位虛高。如何克服虛假水位(shuwi)或準確監(jiān)測和控制？二、油輪輔鍋爐水位控制第二節(jié) 鍋爐水位的自動控制共四十九頁水位(shuwi)控

3、制策略（1）單沖量：僅根據(jù)水位控制給水閥開度（2）雙沖量：水位蒸汽流量(liling)（3）三沖量：水位蒸汽流量給水量 （沖量指調(diào)節(jié)器接受的被調(diào)量信號）1 23456蒸汽給水圖1-4-1 雙沖量給水控制原理圖鍋爐過熱器水位信號蒸汽流量信號雙沖量調(diào)節(jié)器給水調(diào)節(jié)閥蒸汽流量信號其實是前饋信號共四十九頁水位(shuwi)控制策略雙回路給水(jshu)控制原理（1）水位控制回路（2）給水壓差控制回路給水流量與給水閥開度及前后壓差有關(guān)對于汽輪機給水泵組，蒸汽調(diào)節(jié)閥開度不變，排水量基本不變水位調(diào)節(jié)器給水差壓調(diào)節(jié)器給水調(diào)節(jié)閥蒸汽調(diào)節(jié)閥汽輪機給水泵組過熱器圖1-4-2 雙回路給水控制原理共四十九頁1水位差壓變送

4、器：鍋爐水位信號變?yōu)闃藴蕷鈮盒盘枤馊輾庾杷徽{(diào)節(jié)器：比例積分氣動計算器蒸汽流量變送器給水調(diào)節(jié)閥給水差壓調(diào)節(jié)器給水差壓變送器汽輪機給水泵組蒸汽調(diào)節(jié)閥圖8-4 鍋爐水位自動控制系統(tǒng)原理圖2、油輪輔鍋爐水位自動控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的組成及工作原理共四十九頁1水位差壓變送器：鍋爐(gul)水位信號變?yōu)闃藴蕷鈮盒盘枤馊輾庾杷徽{(diào)節(jié)器：比例(bl)積分氣動計算器蒸汽流量變送器給水調(diào)節(jié)閥汽輪機給水泵組蒸汽調(diào)節(jié)閥圖8-4 鍋爐水位自動控制系統(tǒng)原理圖P氣動計算器的氣壓輸出A水位調(diào)節(jié)器的氣壓輸出B蒸汽流量變送器的氣壓輸出K系統(tǒng)常數(shù)，此處K2C儀表制造常數(shù)，本儀表為50%（0.6MPa）負荷不變時，蒸汽

5、流量變送器輸出B為恒定值，顯然最好使給水閥保持的開度是鍋爐的水位在中間。給水差壓調(diào)節(jié)器給水差壓變送器共四十九頁1水位(shuwi)差壓變送器：鍋爐水位(shuwi)信號變?yōu)闃藴蕷鈮盒盘枤馊輾庾杷徽{(diào)節(jié)器：比例(bl)積分氣動計算器蒸汽流量變送器給水調(diào)節(jié)閥汽輪機給水泵組蒸汽調(diào)節(jié)閥圖8-4 鍋爐水位自動控制系統(tǒng)原理圖P氣動計算器的氣壓輸出A水位調(diào)節(jié)器的氣壓輸出B蒸汽流量變送器的氣壓輸出K系統(tǒng)常數(shù)，此處K2C儀表制造常數(shù)，本儀表為50%（0.6MPa）負荷變化時，鍋爐的水位是變化的。給水差壓調(diào)節(jié)器給水差壓變送器共四十九頁雙回路水位控制系統(tǒng)工作原理l-鍋爐；2-參考水位罐；3-差壓變送器；4-水位比例

6、積分調(diào)節(jié)器；5-給水調(diào)節(jié)閥；6-差壓變送器；7-比例積分調(diào)節(jié)器；8-蒸汽調(diào)節(jié)閥；9-透平給水泵機組雙回路給水控制(kngzh)原理共四十九頁氣源輸出(shch)6-噴嘴(pnzu) 16-膜盒 11-鎖緊螺母 9-主杠桿8-遷移彈簧7-檔板 18-緊固螺母 15-正壓室 17-負壓室 14-支架 12-靜壓誤差調(diào)節(jié)螺母 2-瑣緊螺釘 10-反饋波紋管 20-量程調(diào)節(jié)支點 19-底版 13-密封簧片 4-頂針 5-頂針架 單杠桿氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理共四十九頁1、測量部分：把被控(bi kn)量變化轉(zhuǎn)換為軸向推力。p q測 p F膜基體基座膜片C型簧片硅油硬芯單向過載

7、保護密封圈主杠桿密封圈出軸密封彈簧測量部分結(jié)構(gòu)原理圖氣動(q dn)差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理共四十九頁氣源輸出(shch)6-噴嘴(pnzu) 16-膜盒 11-鎖緊螺母 9-主杠桿8-遷移彈簧7-檔板 18-緊固螺母 15-正壓室 17-負壓室 14-支架 12-靜壓誤差調(diào)節(jié)螺母 2-瑣緊螺釘 10-反饋波紋管 20-量程調(diào)節(jié)支點 19-底版 13-密封簧片 4-頂針 5-頂針架 單杠桿氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)共四十九頁M測p F膜l1M反p出 F反l2M測 M反2、氣動轉(zhuǎn)換部分：把測量部分輸出(shch)的軸向推力轉(zhuǎn)換成標準的氣壓信號作為差壓變送器的輸出(shch)。p2 p1V氣源p出 l

8、1l3l2F反 單杠桿差壓變送器工作原理圖Fig.1-4-7在K單中，F(xiàn)膜、F反和l1都是固定不變的，唯一可調(diào)的是l2反饋(fnku)波紋管上移 l2 K單 、 量程 ； l2 K單 、 量程 。氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理共四十九頁假定p的最大變化范圍是01000mmH20 1.讓正負壓室均通大氣，使 p=0，觀察變送器輸出壓力是否為0.02MPa，若不是(b shi)，擰動遷移（調(diào)零）彈簧，使p出=0.02MPa。 2.逐漸增大正壓室壓力，使p出=0.1MPa，觀察正壓室壓力是否為1000mmH20，若小于它，說明量程小了，則松開量程支點的鎖緊螺母，上移支點，反之亦然。 3.重新調(diào)零、調(diào)

9、量程，直到零點和量程準確為止。差壓變送器調(diào)零和調(diào)量程(lingchng)xminxmaxyminymaxyx0變送器輸入輸出特性共四十九頁圖5-4-21氣動差壓變送器實例負壓室膜盒彈簧片調(diào)零彈簧反饋波紋管副杠桿量程支點輸出放大器氣源減壓管連接片主杠桿彈性膜片正壓室放殘螺釘放氣螺釘噴嘴擋板放氣螺釘噴嘴彈簧（a) P10系列氣動差壓變送器（Y/13A）實物圖（b) P10系列氣動差壓變送器（Y/13A）原理圖放殘螺釘共四十九頁用參考水位(shuwi)罐檢測鍋爐水位(shuwi)的裝置水位升高(shn o)，壓差減少2-參考水位罐4-參考水位管6-閥箱BACC-泄放閥 1-鍋爐A-截止閥B-平衡閥3

10、-測量管管口位置與鍋爐最高水位一致5差壓變送器負 正正 負參考水位測量水位水位壓差P0，P出=0共四十九頁 所謂遷移，是指根據(jù)實際(shj)需要將變送器量程的起點由零遷到某一數(shù)值。遷移后，量程的起點和終點都改變，但量程不變。 以測量鍋爐水位為例說明其遷移原理。遷移(qiny)原理差壓變送器的負遷移特性MPa0.02mmH2O600-6000負遷移0.1Fig.1-4-10共四十九頁MPa0.02Kg/cm2100正遷移(qiny)0.164量程遷移的優(yōu)點：1.適應不同應用場合的需要：例如，水位(shuwi)測量2.提高靈敏度：量程越小，K越大3.減小誤差： (10-6) 1% = 0.04 (

11、10-0) 1% = 0.1共四十九頁1.燃燒(rnsho)的雙位控制第三節(jié) 大型油輪輔鍋爐蒸汽壓力(yl)自動控制一、柴油機貨船輔鍋爐蒸汽壓力自動控制調(diào)整給定彈簧的預緊力可調(diào)整下限值Px調(diào)整幅差彈簧的預緊力可調(diào)整上限值Pz如壓力下限是0.4MPa，要求把上限調(diào)到0.6MPa，問幅差調(diào)整螺釘設(shè)在幾檔？共四十九頁圖8-5 燃燒比例控制工作原理圖2.燃燒(rnsho)的比例控制第三節(jié) 大型(dxng)油輪輔鍋爐蒸汽壓力自動控制一、柴油機貨船輔鍋爐蒸汽壓力自動控制蒸汽壓力升高，劃針2左移，R1減小，R2增大，電橋輸出上負下正的不平衡電壓UA。 共四十九頁1、蒸汽壓力控制的特點：、要保證蒸汽壓力不變，

12、就要在不同負荷下，改變?nèi)剂狭亢惋L量，即燃燒強度；、使燃料量和空氣量相適應，維持燃料量和空氣量有一定比值（最佳(zu ji)風油比），保證燃燒過程的經(jīng)濟性；空氣不足，燃燒不完全；空氣過多，就會使大量熱量損失在煙氣中。、使引風量和送風量相適應，維持爐膛壓力不變。一般運行在微負壓狀態(tài)（20-40KPa）。8-6 噴油量與風壓關(guān)系(gun x)二、油輪輔鍋爐蒸汽壓力自動控制共四十九頁二、油輪輔鍋爐蒸汽壓力(yl)自動控制圖8-3-3 油船輔鍋爐燃燒控制系統(tǒng)框圖2、蒸汽(zhn q)壓力自動控制系統(tǒng)的組成及工作原理控制回路一：根據(jù)蒸汽壓力的偏差值控制燃油調(diào)節(jié)閥的開度，即改變噴油量?？刂苹芈范焊鶕?jù)噴油量

13、對空氣壓力進行控制的回路。 共四十九頁圖8-3-4 燃油調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)原理圖1- 預緊彈簧； 2- 調(diào)整旋鈕；3- 膜片 4- 反饋波紋管、燃油控制閥 二、油輪(yuln)輔鍋爐蒸汽壓力自動控制3、系統(tǒng)(xtng)的其他主要元件蒸汽壓力調(diào)節(jié)器輸出閥后油壓閥前油壓共四十九頁圖8-3-2 噴油量與風壓之間的關(guān)系圖8-3-5 函數(shù)發(fā)生器結(jié)構(gòu)原理圖l-測量波紋管；2-噴嘴擋板機構(gòu)；3-氣動功率放大；4-反饋氣室和反饋波紋管；5-反饋凸輪；6-調(diào)零彈簧；7-量程調(diào)整螺釘反饋凸輪帶動調(diào)零彈簧，調(diào)節(jié)噴嘴(pnzu)擋板間隙，實現(xiàn)不同函數(shù)。、函數(shù)(hnsh)發(fā)生器共四十九頁圖8-10 微分控制閥結(jié)構(gòu)原理圖1、2、

14、3-膜片；4-噴嘴；5-恒節(jié)流孔；6-放大器；7-擋板P3F1P3F2F2F1=F3P0增大(zn d)P0F3 平衡(pnghng)，暫穩(wěn)F2F3 微分輸出輸出慢慢減小，直到平衡，微分消失 已經(jīng)增大負荷增大，P3變大函數(shù)發(fā)生器輸出 P2主調(diào)節(jié)器輸出 P30.14MPa氣源噴嘴P0=P2、微分閥（放大系數(shù)為1的比例微分作用）共四十九頁圖8-3-7 高壓選擇器結(jié)構(gòu)原理圖膜片噴嘴(pnzu)、高壓(goy)選擇器共四十九頁4控制系統(tǒng)常見故障分析及管理(gunl)要點1）常見故障分析(fnx)（1）鍋爐負荷處于穩(wěn)定狀態(tài)，但蒸汽壓力出現(xiàn)振蕩可能原因：燃油控制閥振蕩；燃油泵輸送壓力振蕩；蒸汽壓力變送器本

15、身振蕩或節(jié)流不當；主控制器的靈敏度太高等。（2）鍋爐負荷處于穩(wěn)定狀態(tài)，但檢測的蒸汽壓力與設(shè)定值不符可能原因：主控制器的調(diào)整不正確或蒸汽壓力變送器調(diào)整不當?shù)?。?）盡管風道和爐內(nèi)壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)，但燃燒器前風壓振蕩可能原因：風門驅(qū)動裝置振蕩；空氣差壓變送器本身振蕩或輸出管路節(jié)流不當；燃油壓力變送器或函數(shù)發(fā)生器振蕩；空氣差壓變送器的靈敏度太高等。（4）鍋爐在突然增加負荷時，大量冒黑煙和燃燒不穩(wěn)定可能原因：當噴油器數(shù)增加時，燃油壓力降低；空氣量控制器靈敏度太高；風門調(diào)節(jié)機構(gòu)動作遲緩；微分控制閥的靈敏度低；空氣量控制器靈敏度低等。（5）鍋爐燃燒器進口供給空氣不足可能原因：空氣差壓變送器的零點偏高或量程

16、偏小等。共四十九頁圖8-4-1 輔鍋爐燃燒時序控制框圖第四節(jié) 燃燒時序(sh x)控制 一、輔鍋爐燃燒時序控制系統(tǒng)的功能(gngnng)及常用元部件共四十九頁第四節(jié) 燃燒時序(sh x)控制左凸輪盤凸輪馬達右凸輪盤標度盤左凸輪右凸輪左觸點右觸點調(diào)整螺釘觸點K圖8-4-2 凸輪式時序(sh x)控制器結(jié)構(gòu)原理圖時序控制器：有觸點共四十九頁第四節(jié) 燃燒(rnsho)時序控制時序(sh x)控制器：無觸點K閉合，立即導通K斷開，充電、延時、釋放K閉合，立即釋放K斷開，充電、延時、導通KC+-UcDJCebIbRb+_EcABKC+-DJCebIbRb+_EcABR(a)單管延時釋放電路（b）繼電器延

17、時通電電路圖8-4-3 晶體管延時開關(guān)電路共四十九頁圖8-4-4 光敏電阻及其特性(txng)l-金屬電極；2-光敏層；3-透明底板海；4-電流表圖8-4-5 光敏電阻火焰(huyn)感受器l-光敏電阻；2-磨砂玻璃；3-耐熱玻璃第四節(jié) 燃燒時序控制火焰感受器共四十九頁第四節(jié) 燃燒時序(sh x)控制圖8-4-6 光電池控制電路原理圖（a）（b）圖8-4-7 紫外線管結(jié)構(gòu)示意圖l-電極；2-引腳；3-石英玻璃外殼；4-管腳l234火焰(huyn)感受器共四十九頁鍋爐(gul)起動準備工作過程油路正常：油壓，高油溫，低油溫水路正常：高水位，低水位，高汽壓按b11電源開關(guān),b12報警(bo jng

18、)復位開關(guān)，H電源開關(guān)，復位按鈕EK1，EK2二、LAE I型輔鍋爐燃燒時序控制系統(tǒng)鍋爐起動準備過程、起動過程共四十九頁鍋爐(gul)起動過程0S 風門開到最大達 3S 啟動(qdng)鼓風機 6S 啟動風壓檢測 63S 風門關(guān)到最小 67S 點火變壓器工作70S 火焰檢測，OV1，OV投入工作81S OV2投入工作 86S OV停止工作89S 點火變壓器停止工作 93S OV3投入工作，SM停轉(zhuǎn)共四十九頁高油溫低油溫高水位(shuwi)低水位(shuwi)危險低水位高汽壓手/自燃燒速率低油壓汽壓超高鼓風機失靈共四十九頁03663677081868993120ababababababababa

19、b圖 LAEI型輔鍋爐(gul)時序控制器開關(guān)表共四十九頁返回(fnhu)最近圖2-1-9 LAEI型輔鍋爐(gul)時序控制電路圖負荷繼電器斷電延時9s燃燒鎖定通電狀態(tài)火焰繼電器NXXI燃油泵鼓風機風壓檢測鎖定指示燈點火變壓器燃油長預點火輕油重油重油（正常燃燒）br1IXXIIIIXAR時序電機共四十九頁第四節(jié) 燃燒時序(sh x)控制共四十九頁圖8-4-8 輔鍋爐燃燒時序PLC控制系統(tǒng)接線圖第四節(jié) 燃燒(rnsho)時序控制共四十九頁第四節(jié) 燃燒時序(sh x)控制水位(shuwi)的雙位控制水位控制：2919201常閉高于水位上限M7.0得電，Q0.0失電低于水位下限M7.0失電，Q0.

20、0得電共四十九頁M1.1得電停止(tngzh)噴油預掃風60s時間到開始(kish)點火沒有火焰閉，可以實現(xiàn)正常燃燒（開）中的熄火計時壓力低閉合中途熄火 或點火 10s延時點火失敗或熄火故障70s建立風壓時間M1.1熄火保護，（噴油條件檢查）： 1 點火失敗 2 風機失效 3 蒸汽超壓蒸汽壓力雙位控制由I1.1實現(xiàn)：蒸汽壓力高于上限， I1.1常開閉合，常閉斷開，不噴油蒸汽壓力低于下限， I1.1常開斷開，常閉閉合，噴油實現(xiàn)壓力高停油后，壓力低的噴油10s應該看到火焰M4.0風壓低，風機故障熄火保護信號第四節(jié) 燃燒時序控制共四十九頁Q0.7必須(bx)檢查故障后，復位問：Q0.7?一旦(ydn

21、)得電則被保持？熄火保護復位蒸汽壓力雙位控制由I1.1實現(xiàn)：蒸汽壓力高于上限， I1.1常開閉合，常閉斷開，不噴油蒸汽壓力低于下限， I1.1常開斷開，常閉閉合，噴油第四節(jié) 燃燒時序控制共四十九頁燃燒停止 I0.5多余(duy)？M2.1燃燒(rnsho)保護M2.1燃燒保護：1 水位 2 風機3 M1.1，即 3 蒸汽不超壓 4 點火成功及點火過程 5 中途熄火M1.1得電停止噴油燃燒保護信號第四節(jié) 燃燒時序控制共四十九頁蒸汽壓力雙位控制由I1.1實現(xiàn)蒸汽壓力高于上限， I1.1常開閉合，常閉斷開(dun ki)，不噴油蒸汽壓力低于下限， I1.1常開斷開，常閉閉合，噴油蒸汽(zhn q)壓

22、力高而停油燃燒保護正常運行時此觸點斷開停止噴油停油保持60s閉合后掃風60s正常工作過程的控制風機、油泵控制停油開始計時1.起動即工作；2.停油后工作60秒。蒸汽壓力高停風停油蒸汽壓力低恢復風、油停止噴油第四節(jié) 燃燒時序控制共四十九頁手動點火(din hu)60s預掃風沒有(mi yu)火焰預掃風后的預點火60s預掃風點火成功點火成功2s斷電燃燒保護條件風機風機起動開始計時（26）有火焰得電無火焰得電點火成功關(guān)斷失電，彈簧使風門大，得電風門小1. 風門初始為大開， 風機起動即開始預掃風2. 60sT35時間到， Q0.4關(guān)小風門 62s預點火預點火2s后噴油，點火變壓器預點火3. 預點火2s后噴油，點火4. 點火成功停止點火