第三节 锅炉自动控制

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,锅炉的自动控制,船舶辅锅炉是船舶动力装置的重要组成部分。在柴油机提供推进动力的船舶上，蒸汽主要用于加热燃油、滑油、水以及提供各种生活用汽。,对于,小型辅锅炉,，对蒸汽参数的稳定性要求不高，一般采用,双位控制或比例调节,，允许蒸汽压力在设定范围内波动，实现,有差调节,。,对于,大容量的油轮辅锅炉,，因为加热货油、驱动货油泵、蒸汽辅机以及洗舱的需要，多采用,比例,-,积分环节,，使蒸汽压力基本稳定在设定值，实现,无差调节,。,锅炉控制系统概述,一、辅锅炉水位的自动控制,锅炉的工作水位在安全水位以上，是燃烧系统自动点火起动的必要条件。锅炉的工作水位,降至最低水位,时，水泵应能自动起动,补水,；升至最,高水位,时水泵应自动,停止补水,；水位降到,极限低水位,时应能发出声光,报警,信号，并使整个系统停止工作。,油轮,-,定值控制,货轮,-,双位控制,1.,水位的双位控制,图,12-3,磁性浮子式水位调节器,1-,浮子；,2-,支点；,3-,磁铁；,4-,调节板；,5,、,8-,定位钉；,6-,触磁铁；,7-,电触点,1,）浮子式水位控制系统,图,11-2,电极式水位控制系统,2,）电极式水位控制系统,2.,水位的定值控制,1,）双回路水位自动控制,1-,锅炉；,2-,参考水位；,3-,差压变送器；,4-,水位比例积分调节器；,5-,给水调节阀；,6-,差压变送器；,7-,比例积分调节器；,8-,蒸汽调节阀；,9-,汽轮机给水泵机组,2,）双冲量水位自动控制,双冲量水位调节器,5,接受两个输入信号：,锅炉水位变化信号,3,；,蒸汽流量变化信号,4,。,信号,4,是利用,节流孔板前后压差正比于蒸汽流量,的原理获得。,二、蒸汽压力的自动控制,锅炉气压稳定的前提是必须保持蒸发量和送汽量能量的平衡。燃烧过程自动调节的主要任务是使锅炉汽压维持在规定值或是在规定的允许范围之内；同时为了保证燃烧良好，必须使供风量与供油量相适应。,1.,货轮辅锅炉蒸汽压力的自动控制,蒸汽压力的自动控制主要有双位控制和比例控制两种,。,（,1,）双位控制系统,燃烧系统的双位控制，就是汽压上升至设定值上限时，停止燃烧；而汽压下降至设定值的下限时，点火燃烧。采用双位控制系统，锅炉的点火和熄火比较频繁。,只有蒸发量小、负荷较稳定的锅炉比较适宜采用双位自动控制系统,。对于货轮辅助锅炉，由于产生的蒸汽仅用于加热燃油、滑油以及日用生活用，它的蒸发量小（一般小于,5t,h,）、蒸汽压力低（一般低,1MPa,），对蒸汽压力的波动要求不高，一般都采用双位控制。,为了弥补双位自动控制系统只有最大和零两种输出的特点，可采用,多位调节系统,。其特点主要是除了设置一个具有相当于锅炉高负荷喷油量的主喷油器外，还配置了一个相当于锅炉,低负荷喷油量的辅助喷油器,（甚至还有主喷油器带两个可切换使用的喷油器），,辅助喷油器一般兼作点火喷油器,，各喷油器配合不同的风量运行时，可有不同的产汽量。,采用多位调节系统可以使锅炉不须经常点火和熄火，提高了运行安全性。,1,主弹簧；,2,幅差弹簧；,3,波纹管；,4,杠杆；,5,叉形臂；,6,拉片；,7,定位片；,8,电触头；,9,控制压力指针；,10,差动值指针；,11,接线柱,YD-651,型压力继电器,（,2,）比例控制系统,对于用汽量比较大的船舶，特别是大容量的油轮，因为加热货油、驱动货油泵、锅炉给水泵等蒸汽辅机以及洗舱都需要大量蒸汽，锅炉的蒸发量大，需要汽压稳定，,故其蒸汽压力的自动控制多采用比例,-,积分环节,，使喷油量与供汽量相适应，并使喷油量和供风量保持固定比例关系，使汽压基本稳定在设定值，实现无差调节。,图,12,6,是比例控制系统方框图。,图,12,7,是比例控制,系统结构图。该调节系统的基本组成部分是一个压力比例调节器,YBT,和一个由比例调节器控制的电动比例操作器,DBC,，同时调节回油阀和风门挡板。,图,12,8,是压力比例调节器的原理图。,图,12-6,比例控制系统方框图,图,12-7,比例控制系统结构图,1,平衡杠杆；,2,滑动触点；,3,波纹管；,4,电位器；,5,主弹簧；,6,调整螺钉；,图,12-8,压力比例调节器原理图,比例控制系统工作原理,2.,油轮辅锅炉蒸汽压力的自动控制,在大型油船辅锅炉要求在不同负荷下，蒸汽压力都能稳定在给定值上，油船辅锅炉燃烧自动控制系统通常是由两个控制回路组成的。,一个回路是,根据蒸汽压力,的偏差值经,PI,控制作用的蒸汽压力调节器 （称主调节器）来控制燃油调节阀的开度，即改变向炉膛内的喷油量；,另一个是,根据喷油量,对向锅炉送风量的控制回路。显然，在改变喷油量的同时，必须改变向炉膛的送风量 （空气量可用风道与炉内的压差来表示）。,为保证燃油完全燃烧并得到较高的经济性，对应某一喷油量要有一最佳的空气压力 （送风量）与之相匹配，即要有一个,最佳风油比,。,空气压力变化曲线,图,4- 3-3,喷油量与风压之间的关系,其空气压力,P,B,与喷油量,F,0,之间近似成,平方关系。,油量变送器输出的气压信号代表喷油量，,函数发生器,输出与喷油量平方成比例的气压信号。,三、燃烧的时序控制,锅炉的时序控制是指对锅炉的起动和停止按预先设定好的时间顺序进行的自动控制，它属于时序程序控制系统,在程序控制系统中，其主要元件包括信号发送器、时序控制器，点火变压器及点火电极和火焰传感器。,辅助锅炉的时序控制框图,（,1,）信号发讯器,信号发送器包括手动信号发送器和自动信号发送器。,前者一般采用按钮和选择开关。后者采用各种自动继电器（俗称开关），如压力继电器、温度继电器、液位继电器等。用它们来接通或断开控制电路，以完成程序控制的起动和停止。,2.,燃烧控制部件,（,2,）时序控制元件,时序控制元件是辅助锅炉程序控制的,核心部分,。它根据起动信号发送器送出来的电信号接通或切断电路，或根据规定的时间来接通或切断电路。,目前时序控制器有有触点控制器、无触点控制器、可编程序控制器和微型计算机控制器。,a,、有触点时序控制器：船上用得较多的主要有多回,路时间继电器和凸轮式时间继电器两种，它们的工作原理,类似。,图,1210,多回路时间继电器的结构简图,1-,微型同步电机；,2-,电磁线圈离合器；,3-,减速器；,4-,标度盘；,5-,复位弹簧；,6-,爪形块；,7-,电触点,b,、无触点时序控制器：无触点时序控制器是利用晶体管的开关特性，,使晶体管工作在饱和或截止状态,，从而控制继电器通电或断开。延时作用是根据电容充放电原理组成的,RC,延时环节来实现的，其工作原理如,图,121,1,所示。,（,A,）单管延时释放电路 （,B,）继电器延时通电电路,图,12-11,晶体管延时开关电路,（,3,）点火变压器及点火电极,船用的自动点火装置，大部分通过点火变压器，将,380V,的交流电压升至,8000V,或,10000V,，然后在点火电极两端利用高压电尖端放电。产生火花点火。,点火电极是两根为,2mm,的镍铬合金丝,，它用耐高压电的瓷套管绝缘，固定在喷油器上，如,图,11,一,1,2,所示。,图,12-12,点火装置的结构示意图,1,点火电极；,2,点火喷油嘴；,3,主喷油嘴,（,4,）火焰传感器,火焰传感器用于监测炉膛内有无火焰，以便在锅炉起,动点不着火或正常燃烧突然熄火时的报警和执行停炉保护程序，它是保证锅炉可靠运行的关键。辅助锅炉中常用的,火焰传感器主要有,光敏电阻、光电池和紫外线检测管,。,a,、光敏电阻,光敏电阻元件是由涂在透明底板上的光敏层和金属电,极引出线构成。,光敏电阻的主要特性是接受光照射时其电阻值很小，无光照时其电阻值很大。,图,121,3,是用光敏电阻组成的火焰传感器。,光敏电阻监视火焰的电路原理如,图,121,4,所示。,图,1213,光敏电阻火焰传感器,1,光敏电阻；,2,磨沙玻璃；,3,耐热玻璃,图,12-14,光敏电阻火焰监视电路原理图,b,、光电池,光电池实际上也是一种半导体器件。它是利用有,光照射后两电极之间产生电压,的原理而工作的。图,1117,是光电池控制电路原理图。,图,1215,（,A,）,中采用,RAR,型硒光电池，当它接受光照射时，正负极之间将会产生小,1V,的电压，经过放大器,MV,后足以使继电器,FR,动作。,图,1215,（,B,）,采用,2CR11,型光电池，当它接受光照射时，光电池两极之间将会产生,0.5V,的电压，经过晶体管放大后使继电器,J,动作。光电池使用寿命长，而且它的,光谱敏感范围仅限于可见光，而不是红外线，这对火焰的监视是合适,的，因此现在在船上用得越来越多。,图,12-15,光电池控制电路原理图,c,、紫外线检测装置,图,121,6,是它的结构示意图。管泡是用能透过紫外线的石英玻璃制成，泡内充 以惰性气体，两个电对称放置。当阴极接受到足够数量的紫外线时，就有光电子发射出来。在外电场的作用下，光电子加速运动使惰性气体电离，管子导通；,若无光照射，紫外线管截止。,紫外线管的优点是不受高温炉壁辐射的影响，它的特性较光敏电阻好，且在交、直流控制线路中均可使用。,图,1216,紫外线检测装置结构示意图,1,电极；,2,引脚；,3,石英玻璃泡；,4,基座；,5,管脚,4,警报及保护环节,在辅助锅炉运行过程中，为了达到安全、可靠、无人值班的目的，除了对锅炉水位与燃烧采用自动控制外，还必须对各种危险工况采取安全保护措施。当设置安全保护装置后，一旦在锅炉点火、升汽或运行中产生异常情况，相应的感受元件就能检测故障产生的原因，并发出声光报警，迫使锅炉熄火，后扫风，以免产生各种事故，导致锅炉及各种设备的损坏甚至伤及人身安全。,对于不同类型的祸炉，主要有以下几种安全保护环节：,极限低水位：,由液位控制器检测；,蒸汽压力过高,：由压力调节器检测；,点火失败、异常熄火,：由火焰传感器检测；,燃油压力过低,：由油路压力继电器检测；,燃油温度过高或过低,：由温度调节器检测；,电动机过载,：由热继电器检测；,