自然循环锅炉控制设计
1题目背景及意义
工业锅炉已经广泛的应用于国民经济各个部门。通常蒸发量小的锅炉用来供热或提供循环热水。蒸发量大的锅炉用于汽轮机和蒸汽机，使热能转化为机械能。在化工、炼油、石化工业中，工业锅炉不仅能为蒸馏过程、化学反应、干燥、蒸发等过程提供热源，而且可作为风机、压缩机、泵等动力源。随着石油化学工业生产规模不断扩大与强化，作为全厂动力和热源的锅炉亦向大容量、高效率方向发展。
为确保安全、稳定生产，对锅炉控制系统就十分重要。锅炉效率是影响机组效率的主要因素，燃烧的好坏决定了锅炉效率的高低。火电厂锅炉燃烧控制系统是火电厂工业控制的重要组成部分，由三个相对独立的子系统即燃料控制系统、送风控制系统、引风控制系统组成。热电厂锅炉蒸汽压力的变化具有很大的滞后性，而且当负荷发生变化时燃料产生的热量很难与锅炉的蒸发量相一致，故有必要对主蒸汽压力控制子系统的传统方案做出改进。我国目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制，但是由于火电站锅炉燃烧系统是一个受多种因素制约的不断波动的多变量复杂系统，它往往表现出强耦合、非线性、大惯性、参数时变性和不确定性，对其建立精确的数学模型十分困难，使得基于精确数学模型的常规PID 控制器难以取得理想的控制效果，燃烧效率难以达到期望要求。锅炉燃烧控制也因此成为火电厂过程控制中的一大难题。
所以对于我们来说，主要任务有两个。一是通过对锅炉控制系统的设计，来分析自然循环炉的控制系统性能；二是利用组态软件，设计一个工业锅炉控制系统的监控界面，
2自然循环炉对象描述
2.1自然循环炉工艺过程描述
被控对象为工业领域广泛应用的自然循环锅炉如图(2.1)所示。
图2-1 自然循环锅炉系统
经处理的软化水进入除氧器V1101上部的除氧头，进行热力除氧，除氧蒸汽由除氧头底部通入。除氧的目的是防止锅炉给水中溶解有氧气和二氧化碳，对锅炉造成腐蚀。热力除氧是用蒸汽将给水加热到饱和温度，将水中溶解的氧气和二氧化碳放出。在除氧器V1101下水箱底部也通入除氧蒸汽，进一步去除软化水中的氧气和二氧化碳。
除氧后的软化水经由上水泵P1101泵出，分两路，其中一路进入减温器E1101与过热蒸汽换热后，与另外一路混合，进入省煤器E1102。进入减温器E1101的锅炉上水走管程，一方面对最终产品（过热蒸汽）的温度起到微调（减温）的作用，另一方面也能对锅炉上水起到一定的预热作用。省煤器E1102由多段盘管组成，燃料燃烧产生的高温烟气自上而下通过管间，与管内的锅炉上水换热，回收烟气中的余热并使锅炉上水进一步预热。
被烟气加热成饱和水的锅炉上水全部进入汽包V1102，再经过对流管束和下降管进入锅炉水冷壁，吸收炉膛辐射热在水冷壁里变成汽水混合物，然后返回汽包V1102进行汽水分离。锅炉上汽包为卧式圆筒形承压容器，内部装有给水分布槽、汽水分离器等，汽水分离是上汽包的重要作用之一。分离出的饱和蒸汽再次进入炉膛F1101进行汽相升温，成为过热蒸汽。出炉膛的过热蒸汽进入减温器E1101壳程，进行温度的微调并为锅炉上水预热，最后以工艺所要求的过热蒸汽压力、过热蒸汽温度输送给下一生产单元。
2.2 仪表清单
表1 检测仪表清单
位号点说明厂家型号
AI1101 烟气含氧量金湖英普瑞电子设
备有限公司
JRC-1020
FT1101 锅炉上水流量北京上自仪科技发
展有限公司
SZY-LDE
FT1102 去减温器的锅炉上
水流量
北京上自仪科技发
展有限公司
SZY-LDE
FT1103 燃料流量北京首科实华DMF-1-5-A
FT1104 空气量淮安国润仪表有限
公司
GR-LUCB
FT1105 过热蒸汽流量程熙贸易上海有限
公司
LUGB
FT1106 软化水流量淮安国润仪表有限
公司
gr-ldj
FT1107 烟气流量厦门宏控自动化仪
表有限公司
SBL系列
LT1101 除氧器液位郑州智慧通测控技
术有限公司
SUDK-7
LT1102 汽包水位郑州智慧通测控技
术有限公司
SUDK-7
PT1101 燃料压力上海适科机电设备
有限公司
SKS-P101
PT1102 炉膛压力新会康宇测控仪器
有限公司
KYB14
PT1103 汽包压力新会康宇测控仪器
有限公司
KYB14
PT1104 过热蒸汽压力上海适科机电设备
有限公司
SKS-P101
PT1106 除氧器压力上海适科机电设备
有限公司
SKS-P101
TT1101 炉膛中心火焰温度山西广腾电子科技
有限公司
GTYD-Infra-VieH
TT1102 汽水分离后的过热
蒸汽温度（高温防
腐热电偶）
沈阳红润自动化仪
表厂
HR-WRPF-130G
TT1103 进入减温器的过热
蒸汽温度（热电偶）
沈阳红润自动化仪
表厂
HR-WRPF-130G
TT1104 最终过热蒸汽温度沈阳红润自动化仪
表厂
HR-WRPF-130G
TT1105 烟气温度（温度变
送器）
上海博众测量技术
有限公司吧
HMT330 表2 执行机构清单
位号点说明厂家型号
V1101~ V1106 电子式电动单座调节阀
永嘉县弘凌泵阀
有限公司
ZDLP
S1101 变频器成都西门子6SE9531-7DK40
DO1101 FT1102 高温烟道挡板
南通巨大机械制
造有限公司
YDDB
表3 开关阀清单
位号名称厂家型号
XV1101 不锈钢截止阀永嘉县弘凌泵阀
有限公司
J41W
XV1102 法链接钢制直通式截止
阀
永嘉县弘凌泵阀
有限公司
J41H
XV1104 双作用放空阀永嘉县弘凌泵阀
有限公司
SLF41YF
XV1106 电子式电动单座调节阀永嘉县弘凌泵阀
有限公司
ZDLP
3 自然循环锅炉控制系统分析
系统控制方案设计在整个工程方案设计中占有十分重要的地位，一个控制系统的成功与否主要取决于是否有一个设计优良的控制方案。任何一种控制系统设计的目的都是为了满足生产过程中的工艺要求，从而提高产品质量和生产效率。因此，为实现此目的，设计加热炉装置的控制方案时，应遵循以下基本原则（1）满足要求
最大限度地满足被控对象的控制要求，这是设计该控制系统的首要前提，也是设计中最重要的一条原则。进行设计前，需要深入了解被控对象，收集资料。
（2）安全可靠
保证控制系统长期运行的安全、可靠、稳定，是设计中的重要原则。为了达到这一目的，在系统方案设计、可靠性设计、设备选择、软件编程方面应进行总体规划和全面考虑。
（3）经济实用
在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单、经济、实用、维护方便。
（4）适应发展
考虑到生产发展和工艺的改进，设计的控制系统应具有适当的扩展功能。
从以上要求易发现锅炉控制系统是一个相当复杂的控制对象，如图(2.2)所示，主要的输入量是锅炉给水量、燃料量、减温水量、送风量和引风量等；主要输出量是汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气。
图3-1 锅炉系统控制量与操作量
系统输入变量与输出变量之间相互关联。如果蒸汽负荷发生变化，必将引起汽包水位，蒸汽压力和过热蒸汽温度等变化。燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压。给水量的变化不仅影响汽包水位，而且对蒸汽压力、过热蒸汽温度也有影响。减温水的变化会导致过热蒸汽温度、蒸汽压力、汽包水位等的变化。所以锅炉设备是一个多输入、多输出且相互关联的控制对象。目前在工程处理上做了一些假设后，可将该锅炉控制系统划分为若干个控制系统，主要控制系统如下：
1）锅炉汽包水位控制系统（给水自动控制系统）。锅炉汽包液位高度是确保生产和提供高质量蒸汽的重要参数。特别是对现代工业来说，由于蒸汽量显著提高，汽包溶剂相对减少，水位速度变化很快，稍不注意即可造成包满水或烧干锅，无论是包满水还是缺水都会造成严重的后果。因此，主要从汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包中的水位在工艺允许范围内。这是保证锅炉、汽轮机安全运行的必要条件之一，是锅炉正常运行的重要指标。此控制系统的被控变量是汽包水位，操纵变量是给水量。主要考虑汽包内部物料平衡，使给水量适应蒸发量，维持汽包中水位在工艺要求范围之内。
2）锅炉燃烧的自动控制。蒸汽压力、烟气成分、炉膛负压为三被控变量，分别利用燃料流量、送风量和引风量作为三个操纵变量。这三个被控变量和操纵变量互相关联，组成合适的燃烧系统控制方案，以满足燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要，是燃料与空气保持一定比值，以保证最经济的燃烧，提高锅炉的燃烧效率，满足燃烧的完全和经济性，保持炉膛负压在一定的范围内，是锅炉安全运行。
3）过热蒸汽温度的自动控制。它是以过热蒸汽温度作为被控量，减温水喷水量为操纵量的温度控制系统，维持过热蒸汽温度在一定的范围内，并保证管壁温度不超过允许的工作温度。
4）锅炉水处理系统的控制。这部分主要使锅炉给水中的氧气除掉，一般采用除氧器对软化水进行除氧
表4 锅炉设备的主要控制系统
过热蒸汽控制系统过热蒸汽温度喷水量过热蒸汽温度和安全性锅炉水处理控制系统锅炉进水除氧器液位锅炉给水指标要求
3.1汽包水位控制系统设计
三冲量控制
在系统中引入供水量这个副控对象，构成串级控制，再引入一个蒸汽前馈信号构成串级前馈-反馈控制系统，极大的提高了水位控制的质量。例如，当耗气量突然阶跃增大时，一方面由于假水位现象水位会升高，它使调节器错误地指挥调节机构减小给水量；另一方面，耗气量的增大又通过比值控制作用指挥调节器增加给水量。实际的给水量取决于参数的整定。当假水位消失后，水位和蒸汽信号都可以正确的指挥调节机构动作。所以，只要参数整定合适，当系统恢复平衡后，给水量必然等于蒸汽流量，水位也会维持在设定值。这就是一个串级前馈-反馈控制系统。
图3-2 三冲量控制方案
3.2锅炉燃烧控制系统
3.2.1燃烧控制系统分析
锅炉燃烧过程自动控制系统的基本任务是既要提供热量适应蒸汽负荷需要，
又要保证燃料的经济燃烧和锅炉运行的安全性。具体任务有：保证锅炉出口蒸汽压力稳定，能根据负荷变化自动增减燃料量；保证燃料燃烧良好，燃烧过程经济。既要防止空气不足而使烟囱冒黑烟，也不能因空气过量而增加热量散失。在增加燃料时首先要加大空气量；减少燃料时，也应先减少空气量。总之燃料量与空气量应保持一定的比值，或者说烟道中的氧含量应保持一定的数值；保证锅炉安全运行。保证炉膛有一定负压，以防止燃烧过程中火焰或烟气外喷，影响设备和工作人员安全。负压过大，会使大量冷空气进入炉内，热量损失增加，降低燃烧效率。
为了达到以上目的，经过分析，燃烧过程的控制系统应该包括三个控制任务：即维持锅炉汽压、保持最佳的空燃比和保证炉膛负压不变。可是以上三项控制任务相互影响，在控制中要消除或削弱它们的关联。此外，从安全考虑，应该设置防喷嘴背压过低的回火和防喷嘴背压过高的脱火措施。所以，燃烧控制系统可以一层一层循序渐进的设计。
1）主要控蒸汽压力，加入一个燃料量作为副控量；
2）然后以空气量作为燃料量的从动量，以保证空燃比；
3）通过烟气含氧量来判断燃烧是否充分，用它与燃料量协同控制送风量；
4）由于送风量对负压也有直接的影响，在控制负压时，主要控制对象是引风机，同时引入送风量系统控制负压。
3.2.2燃烧控制系统的设计
1）燃料量控制系统
燃料量控制的任务是使进入锅炉的燃料量随时与蒸汽负荷要求相适应。蒸汽压力对象的主要干扰是燃料量的波动与蒸汽负荷的变化。对于燃料量流量和蒸汽负荷变动过较小时，可利用蒸汽压力来调节燃料量，但是对于工业生产的锅炉来说，运行中燃料扰动是经常出现的。
所以为了缩短控制通道，达到及时控制，我们采用前面得到的成果，引入一个串级控制环，其中用燃料量作为副变量、蒸汽压力作为主变量。如果出现燃料扰动，在副控制环就可以得到及时的校正，提高了系统的反应速度和抗干扰的能力。
图3-3 压力串级控制系统
2）根据前面分析得到，为保证燃烧的经济性，我们必须保持燃烧过程中一定的空气与燃料比。所以这里以跟随蒸汽负荷变化的燃料量作为主动量，空气量作为从动量，组成压力为控变量、燃料量为副被控变量的串级控制系统及燃料量为主动量、空气量为从动量的比值控制系统。
图3-4 比值控制系统框图
3）从第二部设计我们可以实现固定空燃比的锅炉燃烧过程，但是这还不能保证燃料的完全燃烧，同时空气量也对炉膛负压有很大影响，所以我们需要设计一个完整的送风控制系统，一方面保证燃料的完全燃烧，另一方面保证它对负压的影响在工业生产允许范围内。因此，我们根据排放烟气的含氧量作为控制对象，构成一个烟气含氧控制系统，由它来给出一个最优的燃料量与空气量的比值，以此实现系统的节能环保。
图3-5 烟气含氧量闭环控制系统
FT1103
PT1101
V1104
FT1104
XV1102
燃油
K1101
空气
P1102
燃油泵
XXX.XXX
燃油量燃油量控制
PID 控制变频器
XXX.XXX
空气流量
图3-6 燃空比控制系统实例
图3-7 燃烧控制系统实例
3.3蒸汽温度控制系统
3.3.1蒸汽温度控制系统分析
锅炉出口的过热蒸汽温度是整个汽水行程中工质的最高温度，对于电厂的安全运行有重大影响。因此必须相当严格的将过热器温度控制在给定值附近。如果问过过高，则过热器容易随坏，也会使汽轮机内部引起过度热膨胀，严重影响生产运行安全；温度偏低，会使汽轮机工作效率下降，同时增加汽轮机的潮湿度，引起叶片的磨碎。
影响过热器出口蒸汽的温度变化很多，其中最主要的三个影响是蒸汽流量的扰动，烟气侧传热的扰动以及减温水量的扰动。
1）蒸汽流量扰动下过热蒸汽温度对象的动态特性
汽机负荷变化会引起蒸汽量的变化，根据前面分析，蒸汽量变化会导致锅炉系统内部一系列的改变，但是因为蒸汽量变化时，导气管内的长度方向的各点温度几乎是同时变化大的，所以对于蒸汽流量扰动时，过热蒸汽温度具有自衡性和快速性。
2）烟气侧传热扰动
燃料量的增减，燃料种类的变化，送风量、吸风量的改变都将引起烟气流速
自然循环热水锅炉水动力计算例题 A1 锅炉规范 额定供热量Q sup：7.0MW 额定工作压力P： 1.0MPa 回水温度t bac.w：70℃ 供水温度t hot.w：115℃ 锅炉为双锅筒、横置式链条炉，回水进入锅筒后分别进入前墙、后墙、两侧墙和对流管束回路中，两侧水冷壁对称布置，前墙和后墙水冷壁在3.2m标高下覆盖有耐火涂料层，如图A -1所示。 图 A-1 锅炉简图 A2 锅炉结构特性计算 A2.1 前墙回路上升管划分为三个区段，第Ⅰ区段为覆盖有耐火涂料层的水冷壁管，第Ⅱ区段为未覆盖有耐火涂料层的水冷壁管，第Ⅲ区段为炉顶水冷壁(图 A-2) A2.2 后墙回路上升管划分为二个区段，第Ⅰ区段为覆盖有耐火涂料层的水冷壁管，剩下的受热面作为第Ⅱ区段(图A-3)。
A2.3 侧墙水冷壁回路上升管不分段(图A-4) A2.4 对流管束回路不分段，循环高度取为对流管束回路的平均循环高度，并设对 流管束高温区为上升区域(共7排)，低温区为下降区(共6排)。对流管束共有347根，相应的上升管区域根数为191根，下降管区域根数为156根(图A-5)。 对流管束总的流通截面积A o 为： A o =347×0.785×0.0442 = 0.5274 m 2 下降管区域流通截面积A dc 为 ： A dc =156×0.785×0.0442 = 0.2371 m 2 下降管区域流通截面积与对流管束总的流通截面积比A dc / A o 为： 4500=5274 02371 0=...o dc A A 其值在推荐值(0.44—0.48)的范围内。 图A-2 前墙水冷壁回路 图A-3 后墙水冷壁回路
1.发热量 蒸发量D：指蒸汽锅炉每小时所生产的额定蒸汽量（即额定压力、额定温度、效率一定时的连续蒸发量），单位t/h。 2.发热量 燃料的发热量：指在某一温度下（通常是在15至25度之间测定的），单位质量的燃料（1kg或者1Nm3）在与外界无机械功交换条件下，完全燃烧后再冷却到原来温度时所释放出的热量。(kJ/kg) 高位发热量：在实验条件下测定发热量的时候，燃烧产物最终被冷却到初始温度，此时燃料产物中的水蒸气温度将凝结为水，并将汽化潜热释放出来，因此此时测定的发热量称为高位发热量Qgw。 低位发热量：在燃烧设备中，产物一般温度较高，水蒸汽不能凝结，此时得到的发热量是低位发热量Qdw。 发热量是评价燃料质量的重要指标之一，也是热力计算的基本数据，需要实验测定。 3.灰熔点和焦炭结焦对炉内燃烧的影响 灰熔点对锅炉的工作具有较大的影响，灰熔点过低，容易引起受热面结渣。另外溶化的渣会将未燃尽的焦炭包裹起来，阻碍空气与焦炭的充分接触，使燃烧速度降低；有时候，熔融的灰渣还会堵塞炉排的通风孔隙，使燃烧工况恶化。 焦炭粘结性对层燃锅炉的燃烧过程影响相当显著，若在炉排燃烧粘结性弱的煤，则会在燃烧过程中形成粉状焦炭，堆积十分严密，将妨碍空气从炉排缝隙穿过。为了加强通风，则必须提高空气流动速度，那
么这些粉状焦炭又会被高速气流吹走，在炉排上形成“火口”，燃烧工况也会恶化。 若焦炭的粘结性太强，焦炭又会熔融粘结在一起，内部的可燃物质难以接触到外围的空气，燃烧过程将趋于缓慢甚至中断。 因此，对于链条锅炉来讲，粘结性太弱或太强的煤，都不适用。 4.锅炉热平衡 锅炉热平衡研究燃料的热量在锅炉内部的利用情况，测算多少热量被利用，多少热量损失，以及这些损失的表现方式与产生原因；热平衡的根本目的就是为提高锅炉的热效率寻找最佳的途径。 热效率是衡量锅炉设备的完善程度与运行水平的重要指标之一，提高热效率是锅炉运行管理的主要工作。为了全面评定锅炉的工作状况，有必要对锅炉进行热平衡测试，从而更加细致的分析总结影响热效率的因素，得到测量数据以指导锅炉的运行与改造。 5.固体不完全燃烧的种类与影响因素。 （1）灰渣损失Qhz，为参与燃烧或者没有燃尽的碳粒与灰渣一同落入灰斗造成的损失； （2）漏煤损失Qlm，部分燃料经炉排落入灰坑造成的损失； （3）飞灰损失Qfh，未燃尽的碳粒随烟气飞走造成的损失。 （1）燃料特性的影响：灰分越高、灰分熔点越低，灰渣损失越大；（2）燃烧方式的影响：机械或者风力抛煤机炉比链条炉的飞灰损失
试题答案、及评分细则 一、 名 解 1. 炉容量 ?? 炉的最大 蒸 量，以每小 所能供 的蒸汽的吨数表示 2. 燃料的 量 ?? 位 量或容 的燃料完全燃 所放出的 量 3. 折算成分 ??燃料中 于每 4190kj/kg(1000kcal/kg) 量的成分。 4. 准煤 ?? 定以低位 量 Q https://www.doczj.com/doc/2519206467.html, =29310 kj/kg(7000kcal/kg) 的煤作 准煤 5. 理 空气量 ??1kg 6. 用基（收到基）燃料完全燃 又没有剩余氧存在，此 所需的空气量。 7. 量空气系数 ?? 供 的空气量 V(Nm 3/kg) 与理 空气量 V 0(Nm 3/kg) 的比 。 8. 漏 系数 ??相 于 1kg 燃料而言，漏入空气量与理 空气量的比 。 9. 理 烟气容 ??燃料燃 供以理 空气量，而且又达到完全燃 ，此 烟气所具有的容 。 10. 炉机 的效率 ?? 炉有效利用的 量与 1kg 燃料 入的 量的比 11. 灰系数 ??排烟所携 的 灰中灰量占入炉 灰量的份 12. 排渣率 ??灰渣中灰量占入炉 灰量的份 13. 算燃料消耗量 ??在 行燃料燃 算中， 假定燃料是完全燃 的， 上 1kg 燃料中只有 (1-q 4/100)kg 燃料 参与燃 反 ，因而 燃 所需空气容 和生成的烟气容 均相 减少。 此，在 算 些容 ，要考 燃料量 行修正，修正后的燃料量叫 14. 煤粉 度 ??表示煤粉粗 程度的指 ，取一定数量的煤粉 ，在 子上 分， ag 留在 子上， bg R x a 孔落下， 用 子上剩余量占 分煤粉 量的百分比来表示煤粉 度： 100% a b 15. 燃料的可磨性系数 ??将 量相等的 准燃料和 燃料由相同的初始粒度磨制成相同的煤粉 ，消耗能量的比 16. 球充 系数 ??球磨机内装 的 球容 占筒体容 的百分比 17. 磨煤出力 ?? 位 内，在保 一定的煤粉 度的条件下，磨煤机磨制的原煤量。 18. 干燥出力 ?? 位 内，磨煤系 能将多少煤由最初的水分 W y 干燥到煤粉水分 W mf 19. 着火 ??将煤粉气流加 到着火温度所需的 量 20. 汽温特性 ??指汽温与 炉 荷（或工 流量）的关系 21. 偏差 ??并列管子中， 位工 吸 不均（或 增不等）的 象 22. 高温腐 ??也叫煤灰腐 ，高温 灰所 生的内灰 ，含有 多的碱金属，它与 灰中的 、 等成分以及 烟气中通 松散外灰 散 来的氧化硫的 的化学作用， 便生成碱金属的硫酸 。 熔化或半熔化的碱金属硫酸 复合物 、再 器的合金 生 烈的腐 。在 540~620℃开始 生， 700 ～ 750 ℃腐 速度最大。 23. 理 燃 温度 ??在 状 下，燃 所能达到的最高温度。也就是在没有 量交 的情况下燃料燃 所放出的 量全部用来加 燃 物所能达到的温度。 24. 炉膛的断面 度 ??炉膛断面 位面 上的 功率 25. 运 ??自然循 回路的循 推 力（由下降管中的工 柱重和上升管中工 柱重之差） 26. 循 流速 ??循 回路中水在 和温度下按上升管入口截面 算的水流速度 27. 量含汽率 ??流 某截面的蒸汽 量流量 D 与流 工 的 量流量 G 之比，用 x 表示 x=D/G 28. 截面含汽率 ??蒸汽所占截面面 F ”与管子 截面面 F 之比 29. 循 倍率 ?? 入上升管的循 水量与上升管出口汽量之比 30. 循 停滞 ??当受 弱管子的水流量相当于 管子所 生的蒸汽量 ， 种工况 31. 蒸汽清洗 ??用含 低的清 水与蒸汽接触，使已溶于蒸汽的 移到清 水中，从而减少蒸汽中的溶 。 32. 炉排 ?? 保 炉水的含 度在限度内，将部分含 度 高的炉水排出，并 充一些 清 的 水。 33. 虚假水位 ??汽包水位的升高不是由于汽包内存水增多，而是由于汽 突降使水面下存汽量增多，而使水位 起， 种 水位升高叫 虚假水位 34. 升曲 ??当 生 ， 炉汽温并不会突 ，而有一段 滞，汽温的 化不是 而是由慢到快，然后 再由快到慢。 种 渡 程中的参量从初 到 的 化曲 。 二、填空
自然循环锅炉控制设计 1题目背景及意义 工业锅炉已经广泛的应用于国民经济各个部门。通常蒸发量小的锅炉用来供热或提供循环热水。蒸发量大的锅炉用于汽轮机和蒸汽机，使热能转化为机械能。在化工、炼油、石化工业中，工业锅炉不仅能为蒸馏过程、化学反应、干燥、蒸发等过程提供热源，而且可作为风机、压缩机、泵等动力源。随着石油化学工业生产规模不断扩大与强化，作为全厂动力和热源的锅炉亦向大容量、高效率方向发展。 为确保安全、稳定生产，对锅炉控制系统就十分重要。锅炉效率是影响机组效率的主要因素，燃烧的好坏决定了锅炉效率的高低。火电厂锅炉燃烧控制系统是火电厂工业控制的重要组成部分，由三个相对独立的子系统即燃料控制系统、送风控制系统、引风控制系统组成。热电厂锅炉蒸汽压力的变化具有很大的滞后性，而且当负荷发生变化时燃料产生的热量很难与锅炉的蒸发量相一致，故有必要对主蒸汽压力控制子系统的传统方案做出改进。我国目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制，但是由于火电站锅炉燃烧系统是一个受多种因素制约的不断波动的多变量复杂系统，它往往表现出强耦合、非线性、大惯性、参数时变性和不确定性，对其建立精确的数学模型十分困难，使得基于精确数学模型的常规PID 控制器难以取得理想的控制效果，燃烧效率难以达到期望要求。锅炉燃烧控制也因此成为火电厂过程控制中的一大难题。 所以对于我们来说，主要任务有两个。一是通过对锅炉控制系统的设计，来分析自然循环炉的控制系统性能；二是利用组态软件，设计一个工业锅炉控制系统的监控界面， 2自然循环炉对象描述 2.1自然循环炉工艺过程描述 被控对象为工业领域广泛应用的自然循环锅炉如图(2.1)所示。
《锅炉原理》习题库参考答案 第一章 基本概念 1. 锅炉容量：指锅炉的最大长期连续蒸发量，常以每小时所能供应蒸汽的吨数示。 2. 层燃炉：指具有炉箅（或称炉排），煤块或其它固体燃料主要在炉箅上的燃料层内燃烧。 3. 室燃炉：指燃料在炉膛空间悬浮燃烧的锅炉。 4. 旋风炉：指在一个以圆柱形旋风筒作为主要燃烧室的炉子，气流在筒内高速旋转，煤粉气流沿圆筒切向送入或由筒的一端旋转送入。较细的煤粉在旋风筒内悬浮燃烧，而较粗的煤粒则贴在筒壁上燃烧。筒内的高温和高速旋转气流使燃烧加速，并使灰渣熔化形成液态排渣。 5. 火炬―层燃炉：指用空气或机械播撒把煤块和煤粒抛入炉膛空间，然后落到炉箅上的燃烧方式的炉子。 6. 自然循环炉：指依靠工质自身密度差造成的重位压差作为循环推动力的锅炉。 7. 多次强制循环炉：指在循环回路中加装循环水泵作为主要的循环推动力的锅炉。 8. 直流锅炉：指工质一次通过蒸发受热面，即循环倍率等于一的锅炉。 9. 复合制循环炉：指在一台锅炉上既有自然循环或强制循环锅炉循环方式，又有直流锅炉循环方式的锅炉。 10. 连续运行小时数：指两次检修之间运行的小时数。 11. 事故率＝%100?+事故停用小时数 总运行小时数事故停用小时数； 12. 可用率＝ %100?+统计期间总时数备用总时数运行总时数； 13. 钢材使用率: 指锅炉每小时产生一吨蒸汽所用钢材的吨数。
一、基本概念 1. 元素分析：指全面测定煤中所含全部化学成分的分析。 2. 工业分析：指在一定的实验条件下的煤样，通过分析得出水分、挥发分、固定碳和 灰分这四种成分的质量百分数的过程。 3. 发热量：指单位质量的煤在完全燃烧时放出的全部热量。 4. 结渣：指燃料在炉内燃烧时，在高温的火焰中心，灰分一般处于熔化或软化状态， 具有粘性，这种粘性的熔化灰粒，如果接触到受热面管子或炉墙，就会粘结于其上，这就称为结渣。 5. 变形温度：指灰锥顶变圆或开始倾斜； 6. 软化温度：指灰锥弯至锥底或萎缩成球形； 7. 熔化温度：指锥体呈液体状态能沿平面流动。 二、问答题 1. 煤的元素分析成分有哪些？ 答：煤的元素分析成分包括：碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分。 2. 煤的工业分析成分有哪些？ 答：煤的元素分析成分包括：水分、挥发分、固定碳和灰分。 3. 挥发性物质包括一些什麽物质？ 答：挥发性物质主包括：各种碳氢化合物、氢、一氧化碳、硫化氢等可燃气体组成，此外，还有少量的氧、二氧化碳、氮等不可燃气体。
第12章 自然循环锅炉的水动力循环 1. 如何建立自然循环锅炉的水动力基本方程，分为几种型式？ 答：（1）压差法：从锅炉液位面到下集箱中心高度之间，计算的上升管压差与下降管压差相等。方程式为：xj xj ss ss P gh P gh ?-=?+ρρ，式中，h ——锅炉液位面到下集箱的中心高度；ss ρ、xj ρ——分别为上升管和下降管中工质的平均密度；ss P ?、xj P ?——分别为上升管和下降管中工质流动阻力。 （2）运动压头法：循环回路中产生的水循环动力，在稳定流动时，用于克服回路中工质流动的总阻力。方程式为：()xj ss ss xj P P gh ?+?=-ρρ （3）有效压头法：循环回路中运动压头克服上升管得流动阻力后剩余的部分水循环动力，在稳定流动时，用于克服回路中下降管的流动阻力。方程式为：()xj ss ss xj P P gh ?=?--ρρ 2. 作图示出热负荷变化对上升管压差特性曲线及回路工作点的影响。 答： 图中φ为截面含汽率，x 为质量含汽率，ss P ?为上升管流动阻力，gh ss ρ为重位压差。如图可见，随着吸热量q 的增加，φ和x 都增大，但两者的增大趋势却有很大区别。x 随q 增大是线性增加，因此，ss P ?也几乎是随q 的增加而呈线性增加。而φ随q 增大是非线性增加，当工质吸热比较少，x 较小时，φ随q 增大增加得很快，即φ的增加远大于x 的增加； 上升管压差与吸热量的关系
而在某一x 或φ值后，x 增加φ却增加得很慢。这是由于水与水蒸气的物性决定的，因为当水转变为蒸汽时，体积急剧膨胀，与此对应，gh ss ρ随q 的增大开始下降的很快，而后下降的较慢。因此，gh ss ρ和ss P ?的叠加使得ss S 和q 的关系呈现先下降后上升的形状。 简单回路压差特性及工作状态 开始在q 较少、x 较小、循环倍率K 较大处，随着q 的增加，ss S 的特性曲线下移，因此回路的工作点向右移，循环流量0G 增加。这种情况持续到一定程度，当K 小于jx K 时，q 再进一步增加，因上升管压差升高而使ss S 的特性曲线上移，工作点的位置左移，循环流量0G 减小。 3. 自然循环锅炉的自补偿能力是如何形成的？ 答：开始在q 较少、x 较小、循环倍率K 较大处，随着q 的增加，φ的增加大于x 的增加，则回路的动力压头大于的增加大于宗族里的增加，此时回路中的动力大于阻力，使得循环流量0G 相应增加。当循环倍率K 大于某一界限循环倍率jx K 时，循环回路具有因上升管吸热量q 增加而使循环流量0G 随之增加的能力，称为自然循环回路的自补偿能力。 4. 简述自然循环锅炉的水循环计算方法和步骤。 答：（1）确定循环流量或流速，循环倍率，循环回路的各种压差，以及可靠性指标；
电厂锅炉原理及设备期末考试试卷一．选择题（包含多项选择题）（2x10=20 分） 1. 锅炉的蒸汽参数是指锅炉（）处得蒸汽温度和压力。 A. 过热器出口； B.凝渣管出口； C.省煤器出口； D.空气预热器出口； 2. 煤的分析基包括（）。 A. 收到基； B.空气干燥基； C.干燥基； D.干燥无灰基; 3. 电厂用煤根据V daf，分为以下几类（）。 A.无烟煤； B.贫煤； C.烟煤； D.褐煤； 4. 煤的工业分析包括（）等项目的分析。 A. 水分，灰分，挥发分，发热量； B. 水分，灰分，挥发分，固定碳； C. 水分，灰分，固定碳，全硫含量； D. C， H， O， S， N； 5. 影响煤粉经济细度的因素有（）。 A. 干燥无灰基挥发分 V daf； B. 磨煤机； C.粗粉分离器； D.细分分离器； 6. 旋流式燃烧器常采用的布置方式有（）。 A.前墙 B.两面墙； C.炉底； D.炉顶； 7. 汽包的作用有（）。 A. 与受热面和管道连接； B. 增加锅炉水位平衡和蓄热能力； C. 汽水分离和改善蒸汽品质； D. 保证锅炉安全； 8. 减轻水冷壁高温腐蚀的措施有（）。 A. 改进燃烧； B. 避免出现局部温度过高； C. 保持管壁附近为氧化性气氛；
D. 采用耐腐蚀材料； 9. 影响蒸汽温度变化的原因中蒸汽侧吸热工况的改变有（）。 A.锅炉负荷的变化； B.饱和蒸汽湿度的变化； C. 给水温度的变化； D.减温水量或水温的变化； 10. 以下哪些因素的变动对锅炉运行存在影响（）。 A.锅炉负荷的变动； B.给水温度的变动； C.过量空气系数的变动； D.燃料性质的变动 二．填空题（2x10=20 分） 1. 火力发电厂的三大主机是（），（）和（）。 2. 煤的成分分析有（）和（）两种。 3. 锅炉效率可以通过（）和（）两种方法求得。 4. 煤粉制备系统有（）和（）两种形式。 5. 固体燃料燃烧过程可能处于（），（）和（）三个不同区域。 6. 锅炉中吸收火焰和烟气的热量，使水转化为饱和蒸汽的受热面为（）。 7. 自然循环锅炉内介质的流动的推动力是（）。 8. 直流锅炉与汽包锅炉最大的差异是（）。 9. 影响锅炉内受热面的热偏差的因素有（），（）和（）。 10. 电厂锅炉的启动与停运有（）和（）两种类型。 三．计算题（10x2=20 分） 1. 对某煤种进行元素分析得到： M ar=4.0%，A ar=8.33%，C daf=83.21%，H daf=5.87%， O daf=5.22%, N daf=1.90%,现将各元素分析的干燥无灰基成分换算成收到基成分。 2. 链条炉排锅炉用阳泉无烟煤作为燃料，其收到基元素分析的成分为 M ar=8.0%， A ar=19.02%, C ar=65.65%，H ar=2.64%, O ar=3.19%，N ar=0.99%，S ar=0.51%，该锅炉炉膛出口处的过量空气系数为 1.45,试计算： 1） . 此煤完全燃烧时的理论空气量 V0； 2） . 理论烟气容积 V y0；
1、锅炉两大系统就是指燃烧系统与汽水系统。 2、火力发电厂中得锅炉按蒸发受热面循环方式可分为自然循环锅炉、控制循环锅炉、直流 锅炉、(低倍率)复合循环锅炉四种类型。 3、根据燃料中得无灰干燥基挥发份(Vdaf) 含量,将电厂用煤划分为褐煤、烟煤与无烟煤。 蒸汽调节方法温度得调节方法通常分为工质侧调节方法与烟气侧调节方法。 4、1kg煤完全燃烧所放出得全部热量中扣除水蒸汽得汽化潜热后所得得发热量为低位发热量。 表示灰渣熔融特性得三个温度分别叫变形温度,软化温度,熔化温度。 5、强制流动锅炉蒸发管中得脉动现象有三种表现形式: 管间脉动、管屏间脉动与整体(全炉)脉 动。形成过热器管组热偏差得主要原因为热力不均与流量不均。 6、按传热方式,过热器大体可分为对流式过热器,辐射式过热器,半辐射式过热器。 7、随蒸汽压力升高,加热吸热比例增大,蒸发吸热比例减少,过热吸热比例增大。 8、自然循环得推动力就是由上升管工质柱重与下降管工质柱重之差产生得。 9、电站锅炉运行中尾部受热面烟气侧通常遇到得问题有结渣、积灰与磨损。 1、火力发电厂得三大主要设备为锅炉、汽轮机、发电机。 2、煤得工业分析成分有水分、挥发分、固定碳与灰分。 3、煤粉制备系统可分为直吹式、中间储仓式两种。 4、蒸汽清洗得目得就是要降低蒸汽中得溶解得盐。 5、锅炉排污按目得不同可分为连续排污与定期排污两种。 6、蒸汽再热得目得就是提高循环热效率与保证气轮机末级叶片处蒸汽湿度。 7、规定以低位发热量为Qar、net=29310kJ/kg得煤作为标准煤。 8、在对流受热面得热力计算中,空气预热器按平均管径计算受热面积,过热器及省煤器则按外管 径计算受热面积,烟管则按内管径计算受热面积。 9、按照工质在蒸发受热面中得流动方式,可以将锅炉分为自然循环锅炉与强制循环锅炉。 10、为防止炉膛出口结渣,炉膛出口烟温不得高于灰得变形温度。 1、目前电站锅炉各项热损失中最大得热损失就是q2 (√) 2、锅炉燃烧系统中“一次风”就是用来输送助燃空气(×) 3、当蒸汽压力接近或超过水得临界压力时,必须采用直流锅炉(×) 4、火力发电厂中蒸汽参数一般指蒸汽得压力与温度 (√) 5、炉膛内烟气对水冷壁得换热方式主要就是对流换热(×) 6、采用再热器可以降低汽轮机排汽得湿度,提高末级叶片得安全性。(√) 7.锅炉按压力分类时,过热器出口蒸汽压力为18、6MPa 得锅炉通常称为亚临界压力锅炉。(√) 机械性携带与溶解性携带就是蒸汽污染得主要原因。(√) 8、循环流动得膜态沸腾会导致管子金属内壁面上得连续水膜被破坏,引起管壁工作温度超过金属 材料得允许温度。 (√) 9、控制循环锅炉克服工质在蒸发受热面中流动阻力,主要依靠循环泵或再循环泵得压头。(√) 烟气中硫酸蒸汽含量越高,其酸露点也越高。(√) 10、在锅炉得各个受热面中,金属壁温最高得受热面就是省煤器。(×) 三、名词解释(每小题3分,共18分) 1、标准煤:收到基发热量为29310kJ/kg得煤。 2、锅炉热效率:锅炉热效率就是锅炉有效利用热 量占锅炉输入热量得百分数。 3、炉膛截面热负荷:在单位时间内、(按燃烧器区域)单位炉膛横 截面积上,燃料燃烧放出得热量(以收到基低位发热量计算)。4、质量含汽率:上升管中蒸汽所占 循环流量得份额,或汽水混合物中蒸汽所占得份额。 5、水冷壁角系数:投射到水冷壁受热面得热 量与投射到炉壁得热量之比。 6.汽温特性:过(再)热器出口蒸汽温度与锅炉负荷之间得关系。 1、锅炉容量……锅炉得最大连续蒸发量,以每小时所能供应得蒸汽得吨数表示。 2、过量空气系
名词解释 锅炉容量……锅炉的最大连续蒸发量，以每小时所能供应的蒸汽的吨数表示 燃料的发热量 ……单位质量或容积的燃料完全燃烧时所放出的热量 折算成分 ... 燃料中对应于每4190kj/kg(1000kcal/kg) 发热量的成分。 标准煤……规定以低位发热量为 Q https://www.doczj.com/doc/2519206467.html, =29310 kj/kg(7000kcal/kg) 的煤作为标准煤 理论空气量……1kg 应用基(收到基)燃料完全燃烧又没有剩余氧存在，此时所需的空气量。 3 0 3 过量空气系数 ……实际供给的空气量 V(Nm/kg)与理论空气量 V(Nm/kg)的比值。 漏风系数……相对于1kg 燃料而言，漏入空气量与理论空气量的比值。 理论烟气容积……燃料燃烧时供以理论空气量，而且又达到完全燃烧，此时烟气所具有的容积。 锅炉机组的效率 ……锅炉有效利用的热量与1kg 燃料带入的热量的比值 飞灰系数……排烟所携带的飞灰中灰量占入炉总灰量的份额 排渣率……灰渣中灰量占入炉总灰量的份额 计算燃料消耗量 ……在进行燃料燃烧计算中，假定燃料是完全燃烧的，实际上 1kg 燃料中只有(1-q 4/100)kg 燃 料参与燃烧反应，因而实际燃烧所需空气容积和生成的烟气容积均相应减少。为此，在计算这些容积时，要考 虑对燃料量进行修正，修正后的燃料量叫 煤粉细度……表示煤粉粗细程度的指标，取一定数量的煤粉试样，在筛子上筛分，设 ag 留在筛子上，bg 经筛 孔落下，则用筛子上剩余量占筛分煤粉总量的百分比来表示煤粉细度： R x a 100% 燃料的可磨性系数 ……将质量相等的标准燃料和试验燃料由相同的初始粒度磨制成相同的煤粉时，消耗能量的 比值 钢球充满系数 ……球磨机内装载的钢球容积占筒体容积的百分比 磨煤出力……单位时间内，在保证一定的煤粉细度的条件下，磨煤机磨制的原煤量。 干燥出力……单位时间内，磨煤系统能将多少煤由最初的水分 w 干燥到煤粉水分 W 着火热……将煤粉气流加热到着火温度所需的热量 汽温特性……指汽温与锅炉负荷(或工质流量)的关系 热偏差……并列管子中，单位工质吸热不均(或焓增不等)的现象 高温腐蚀……也叫煤灰腐蚀，高温积灰所产生的内灰层，含有较多的碱金属，它与飞灰中的铁、铝等成分以及 烟气中通过松散外灰层扩散进来的氧化硫的较长时间的化学作用， 便生成碱金属的硫酸盐。 熔化或半熔化的碱 金属硫酸盐复合物对过、再热器的合金钢产生强烈的腐蚀。在 540~620C 开始发生，700?750 C 腐蚀速度最 大。 理论燃烧温度 ……在绝热状态下，燃烧所能达到的最高温度。也就是在没有热量交换的情况下燃料燃烧时所放 出的热量全部用来加热燃烧产物所能达到的温度。 炉膛的断面热强度……炉膛断面单位面积上的热功率 运动压头……自然循环回路的循环推动力(由下降管中的工质柱重和上升管中工质柱重之差) 循环流速 循环回路中水在饱和温度下按上升管入口截面计算的水流速度 质量含汽率……流过某截面的蒸汽质量流量 D 与流过工质的总质量流量 G 之比，用x 表示x=D/G 截面含汽率 ……蒸汽所占截面面积F ”与管子总截面面积 F 之比 循环倍率……进入上升管的循环水量与上升管出口汽量之比 循环停滞……当受热较弱管子的水流量相当于该管子所产生的蒸汽量时，这种工况 蒸汽清洗 用含盐低的清洁水与蒸汽接触，使已溶于蒸汽的盐转移到清洁水中，从而减少蒸汽中的溶盐。 锅炉排污……为保证炉水的含盐浓度在限度内，将部分含盐浓度较高的炉水排出，并补充一些较清洁的给水。 虚假水位 汽包水位的升高不是由于汽包内存水增多，而是由于汽压突降使水面下存汽量增多，而使水位胀 起，这种水位升高叫 虚假水位 飞升曲线……当发生扰动时，锅炉汽温并不会突变，而有一段时滞，汽温的变化不是阶跃而是由慢到快，然后 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34.
自然循环余热锅炉的热偏差的分析和控制 集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
自然循环余热锅炉的热偏差的分析和控制对余热锅炉运行中的热偏差进行理论分析，分析其产生原因和将会造成的后果，并提出相应的改善措施。 为了响应国家淘汰低产能的号召，中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司冶炼厂对冶炼工艺进行改造，采用富氧底吹炉工艺生产，余热锅炉是这套工艺流程中的一个热交换设备，用以降低底吹炉出来的含有SO2的高温高矿尘气体的温度，以满足制酸工艺的要求，并达到余热利用的目的。本余热锅炉动力为自然循环，额定蒸汽压力3.8Mpa，蒸汽出口温度249℃。 在该工艺中，余热锅炉的安全稳定运行决定了底吹炉能否正常运行，所以需要保证余热锅炉能够长时间稳定的工作，那么余热锅炉的爆管事故就需要尽力避免，刨除材质和施工质量的原因，由热偏差产生的爆管事故占有较大的比重。所以本文将对余热锅里热偏差的分析和控制做出阐述。 热偏差的概念 自然循环余热锅炉是依靠热对流为动力来完成炉内循环，所以在自然余热锅炉的运行中很容易出现水冷壁各个位置由于热量分布不均产生金属
管壁超温，进而发生爆管等事故的情况，只有合理的设计和在运行中科学的操作控制，才能确保余热锅炉的水冷壁拥有比较长的使用寿命。 余热锅炉的烟道（即炉膛）是由许多平行管列组成的水冷壁。由于结构和制造的原因，烟道的水冷壁管的尺寸大体相同，但是在自然循环余热锅炉的各个部分所受的热负荷不同，导致水冷壁管中液体的吸热量不同，因此在管道中水循环的动力也是不同的。这也就产生了锅炉内部的热偏差。总的来说水冷壁中的热偏差是由于热力不均和水的流量不均造成的。 热偏差的形成原因 3.1.余热锅炉烟道内的热力不均 余热锅炉属于被动式锅炉，它所需要的热量完全来自烟气的温度，所以烟道内的热力不均是余热锅炉热偏差的一个主要的形成原因。烟道内的热力不均主要存在下列几种情况：
锅炉原理复习题（选择） 1. 按锅炉容量分：De=670t/h的锅炉为哪种型号（） A. 大型 B. 中型 C. 小型 D.超大型 答案：B 2. 按蒸汽参数分：p=20 MPa的锅炉的压力类型是（） A. 高压 B. 超高压 C. 亚临界 D.超临界 答案：C 3.按工质的循环方式分：循环倍率始终为1的锅炉属于哪种类型（） A. 直流锅炉 B. 自然循环锅炉 C. 强制循环炉 D. 复合循环炉 答案：A 4.下列哪种设备不属于受热面（） A. 空气预热器 B. 省煤器 C. 再热器 D. 汽包或汽水分离器 答案：D 5.目前大型火力发电厂锅炉的主要形式为（） A. 层燃炉 B. 室燃炉 C. 旋风炉 D. 流化床锅炉
6. 连续运行小时数是指（） A. 第一次点火投入运行到第一次停炉期间的运行的小时数 B. 锅炉建成到停炉期间的运行的小时数 C. 两次事故之间运行的小时数 D. 两次检修之间运行的小时数 答案：D 7. 直流锅炉工质循环的动力是（） A. 下降管与蒸发管内工质的密度差 B. 下降汇总管上设置的循环泵 C. 给水泵 D. 循环泵和给水泵 答案：C 8.下列哪些设备不属于锅炉部分（） A. 汽包 B. 省煤器 C. 空气预热器 D. 引风机 答案：D 9.火力发电厂的三大主机不包括（） A.磨煤机 B. 汽轮机 C. 发电机 D. 锅炉
10.在实现煤的化学能转换成蒸汽的热能这一过程中，不涉及以下哪种系统（） A. 凝结水系统 B. 烟风系统 C. 汽水系统 D. 燃烧系统 答案：A 1. 统一规定，以（）低位发热量为29310kJ/kg的燃料为标准煤 A. 干燥基 B. 收到基 C. 干燥无灰基 D. 空气干燥基 答案：B 2.常用来表示煤的挥发分含量的分析基准是（） A. 干燥基 B. 收到基 C. 干燥无灰基 D. 空气干燥基 答案：C 3.灰的熔融特性一般以（）为代表 A. 变形温度 B. 软化温度 C. 流动温度 D. 熔化温度 答案：B 4. 下列哪种煤的干燥无灰基的挥发份含量最高（） A. 无烟煤 B. 贫煤 C. 褐煤 D. 烟煤 答案：C
添加到搜藏 已解决 直流锅炉和汽包锅炉的问题 悬赏分：10 - 解决时间：2009-12-23 00:42 直流锅炉和汽包锅炉的区别和各自的特点，在不同工艺流程中的优点和缺点，谢谢 提问者：6526556 - 三级 最佳答案 直流锅炉 直流锅炉没有汽包，工质一次通过蒸发部分，即循环倍率为1。直流锅炉的另一特点是在省煤器、 蒸发部分和过热器之间没有固定不变的分界点，水在受热蒸发面中全部转变为蒸汽，沿工质整个行程 的流动阻力均由给水泵来克服。如果在直流锅炉的启动回路中加入循环泵，则可以形成复合循环锅炉。 即在低负荷或者本生负荷以下运行时，由于经过蒸发面的工质不能全部转变为蒸汽，所以在锅炉的汽 水分离器中会有饱和水分离出来，分离出来的水经过循环泵再输送至省煤器的入口，这时流经蒸发部 分的工质流量超过流出的蒸汽量，即循环倍率大于1。当锅炉负荷超过本生点以上或在高负荷运行时， 由蒸发部分出来的是微过热蒸汽，这时循环泵停运，锅炉按照纯直流方式工作。 直流锅炉的技术特点 （1）取消汽包，能快速启停。与自然循环锅炉相比，直流炉从冷态启动到满负荷运行，变负荷 速度可提高一倍左右。 （2）适用于亚临界和超临界以及超超临界压力锅炉。 （3）锅炉本体金属消耗量最少，锅炉重量轻。一台300MW 自然循环锅炉的金属重量约为5500t～ 7200t，相同等级的直流炉的金属重量仅有4500t～5680t，一台直流锅炉大约可节省金属2000t。加上省去了汽包的制造工艺，使锅炉制造成本降低。 （4）水冷壁的流动阻力全部要靠给水泵来克服，这部分阻力约占全部阻力的25％～30％。所需 的给水泵压头高，既提高了制造成本，又增加了运行耗电量。 （5）直流锅炉启动时约有30％额定流量的工质经过水冷壁并被加热，为了回收启动过程的工质 和热量并保证低负荷运行时水冷壁管内有足够的重量流速，直流锅炉需要设置专门的启动系统，而且需要设置过热器的高压旁路系统和再热器的低压旁路系统。加上直流锅炉的参数比较高，需要的金属材料档次相应要提高，其总成本不低于自然循环锅炉。 （6）系统中的汽水分离器在低负荷时起汽水分离作用并维持一定的水位，在高负荷时切换为纯 直流运行，汽水分离器起到一个蒸汽联箱的作用。
《锅炉原理》习题库参考答案 第一章 基本概念 1. 锅炉容量：指锅炉的最大长期连续蒸发量，常以每小时所能供应蒸汽的吨数示。 2. 层燃炉：指具有炉箅（或称炉排），煤块或其它固体燃料主要在炉箅上的燃料层内燃烧。 3. 室燃炉：指燃料在炉膛空间悬浮燃烧的锅炉。 4. 旋风炉：指在一个以圆柱形旋风筒作为主要燃烧室的炉子，气流在筒内高速旋转，煤粉气流沿圆筒切向送入或由筒的一端旋转送入。较细的煤粉在旋风筒内悬浮燃烧，而较粗的煤粒则贴在筒壁上燃烧。筒内的高温和高速旋转气流使燃烧加速，并使灰渣熔化形成液态排渣。 5. 火炬―层燃炉：指用空气或机械播撒把煤块和煤粒抛入炉膛空间，然后落到炉箅上的燃烧方式的炉子。 6. 自然循环炉：指依靠工质自身密度差造成的重位压差作为循环推动力的锅炉。 7. 多次强制循环炉：指在循环回路中加装循环水泵作为主要的循环推动力的锅炉。 8. 直流锅炉：指工质一次通过蒸发受热面，即循环倍率等于一的锅炉。 9. 复合制循环炉：指在一台锅炉上既有自然循环或强制循环锅炉循环方式，又有直流锅炉循环方式的锅炉。 10. 连续运行小时数：指两次检修之间运行的小时数。 11. 事故率＝ %100?+事故停用小时数总运行小时数事故停用小时数； 12. 可用率＝%100?+统计期间总时数 备用总时数运行总时数； 13. 钢材使用率: 指锅炉每小时产生一吨蒸汽所用钢材的吨数。 第二章 一、基本概念 1. 元素分析：指全面测定煤中所含全部化学成分的分析。 2. 工业分析：指在一定的实验条件下的煤样，通过分析得出水分、挥发分、固定碳和灰分这四种成分的质量百分数的过程。
3. 发热量：指单位质量的煤在完全燃烧时放出的全部热量。 4. 结渣：指燃料在炉内燃烧时，在高温的火焰中心，灰分一般处于熔化或软化状 态，具有粘性，这种粘性的熔化灰粒，如果接触到受热面管子或炉墙，就会粘结于其上，这就称为结渣。 5. 变形温度：指灰锥顶变圆或开始倾斜； 6. 软化温度：指灰锥弯至锥底或萎缩成球形； 7. 流动温度：指锥体呈液体状态能沿平面流动。 二、问答题 1. 煤的元素分析成分有哪些？ 答：煤的元素分析成分包括：碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分。 2. 煤的工业分析成分有哪些？ 答：煤的元素分析成分包括：水分、挥发分、固定碳和灰分。 3. 挥发性物质包括一些什麽物质？ 答：挥发性物质主包括：各种碳氢化合物、氢、一氧化碳、硫化氢等可燃气体组成，此外，还有少量的氧、二氧化碳、氮等不可燃气体。 第三章 一、基本概念 1. 理论空气量:1kg燃料完全燃烧时所需要的最低限度的空气量称为理论空气量。 2. 过量空气系数:实际空气量和理论空气量之比。 3. 理论烟气量：当实际参加燃烧的湿空气中的干空气量等于理论空气量，且1kg 的燃料完全燃烧时产生的烟气量称为理论烟气量。 4. 实际烟气量：供给的空气量大于理论空气量，且使1kg燃料完全燃烧时产生的 烟气量。 5. 理论空气、烟气焓：在定压条件下，将1kg 燃料所需的空气量或所产生的烟气 量从0加热到t℃时所需要的热量。 6. 锅炉有效利用热：指水和蒸汽流经各受热面时吸收的热量。 7. 正平衡法：直接确定输入锅炉的热量和锅炉的有效利用热，然后利用锅炉热效 率定义式计算锅炉热效率的方法。 8. 反平衡法：通过确定锅炉的各项热损失，计算锅炉热效率的方法。
第一章绪论 一、名词解释 1.锅炉额定蒸发量：蒸汽锅炉在额定蒸汽参数，额定给水温度，使用设计燃料并保证效率时所 规定的蒸汽产量。 2.锅炉最大连续蒸发量：蒸汽锅炉在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料长期连续运 行时所能达到的最大蒸发量。 3.锅炉额定蒸汽参数：过热器出口处额定蒸汽压力和额定蒸汽温度。 4.、锅炉热效率：锅炉每小时的有效利用热量占输入锅炉全部输入热量的百分数。 二、填空 1、火力发电厂的三大主要设备为、、。 2、锅炉按燃烧方式分有层燃炉、室燃炉、旋风炉、沸腾炉。 3、锅炉按排渣方式分有固态排渣炉、液态排渣炉两种。 4、锅炉按工质流动方式分有自然循环锅炉、强制流动锅炉两种，而后者又可分为直流锅炉、多次强制循环锅炉、复合循环锅炉三种。 5、锅炉型号SG—670/140—540/540中，SG为上海锅炉厂，670为额定蒸发量，140为额定蒸汽压力，分子540为过热蒸汽温度，分母540为再热蒸汽温度。 三、判断题 1、电站锅炉型号中蒸汽压力值常用绝对压力表示。（） 2、电站锅炉型号中蒸发量的值常用最大连续蒸发量表示。（） 3、电站锅炉燃烧的煤粉是由磨煤机制成的。（） 四、问答题 1、电站锅炉本体由哪些部件组成？ 2、电站锅炉的辅助设备主要有哪些？ 答：锅炉的附属设备主要有：送风机、引风机、给煤机、磨煤机、排粉机、除尘器、烟囱、监测仪表及自控装置。 第二章燃料 一、名词解释 1.发热量：单位质量或容积的燃料完全燃烧时所放出的热量。 2.高位发热量：单位量燃料完全燃烧，而燃烧产物中的水蒸汽全部凝结成水时所放出的全部热 量，称为燃料的高位发热量。 3.低位发热量：单位燃料完全燃烧，而燃烧产物中的水蒸汽全部保持蒸汽状态时所放出的全部 热量。 4.折算成分：指燃料对应于每4190kJ/kg收到基低位发热量的成分 5.标准煤：规定收到基低位发热量Qarnet=29270kJ/kg的煤。
试题答案、及评分细则 一、 名词解释 1. 锅炉容量……锅炉的最大连续蒸发量，以每小时所能供应的蒸汽的吨数表示 2. 燃料的发热量……单位质量或容积的燃料完全燃烧时所放出的热量 3. 折算成分……燃料中对应于每4190kj/kg(1000kcal/kg)发热量的成分。 4. 标准煤……规定以低位发热量为=29310 kj/kg(7000kcal/kg)的煤作为标准煤 5. 理论空气量……1kg 6. 应用基（收到基）燃料完全燃烧又没有剩余氧存在，此时所需的空气量。 7. 过量空气系数……实际供给的空气量V(Nm 3/kg)与理论空气量V 0(Nm 3/kg)的比值。 8. 漏风系数……相对于1kg 燃料而言，漏入空气量与理论空气量的比值。 9. @ 10. 理论烟气容积……燃料燃烧时供以理论空气量，而且又达到完全燃烧，此时烟气所具有的容积。 11. 锅炉机组的效率……锅炉有效利用的热量与1kg 燃料带入的热量的比值 12. 飞灰系数……排烟所携带的飞灰中灰量占入炉总灰量的份额 13. 排渣率……灰渣中灰量占入炉总灰量的份额 14. 计算燃料消耗量……在进行燃料燃烧计算中，假定燃料是完全燃烧的，实际上1kg 燃料中只有(1-q 4/100)kg 燃 料参与燃烧反应，因而实际燃烧所需空气容积和生成的烟气容积均相应减少。为此，在计算这些容积时，要考虑对燃料量进行修正，修正后的燃料量叫 15. 煤粉细度……表示煤粉粗细程度的指标，取一定数量的煤粉试样，在筛子上筛分，设ag 留在筛子上，bg 经筛孔落下，则用筛子上剩余量占筛分煤粉总量的百分比来表示煤粉细度：%100?+= b a a R x 16. 燃料的可磨性系数……将质量相等的标准燃料和试验燃料由相同的初始粒度磨制成相同的煤粉时，消耗能量的比值 17. 钢球充满系数……球磨机内装载的钢球容积占筒体容积的百分比 18. 磨煤出力……单位时间内，在保证一定的煤粉细度的条件下，磨煤机磨制的原煤量。 19. 干燥出力……单位时间内，磨煤系统能将多少煤由最初的水分W y 干燥到煤粉水分W mf 20. / 21. 着火热……将煤粉气流加热到着火温度所需的热量 22. 汽温特性……指汽温与锅炉负荷（或工质流量）的关系 23. 热偏差……并列管子中，单位工质吸热不均（或焓增不等）的现象 24. 高温腐蚀……也叫煤灰腐蚀，高温积灰所产生的内灰层，含有较多的碱金属，它与飞灰中的铁、铝等成分以及 烟气中通过松散外灰层扩散进来的氧化硫的较长时间的化学作用，便生成碱金属的硫酸盐。熔化或半熔化的碱金属硫酸盐复合物对过、再热器的合金钢产生强烈的腐蚀。在540~620℃开始发生，700～750℃腐蚀速度最大。 25. 理论燃烧温度……在绝热状态下，燃烧所能达到的最高温度。也就是在没有热量交换的情况下燃料燃烧时所放 出的热量全部用来加热燃烧产物所能达到的温度。 26. 炉膛的断面热强度……炉膛断面单位面积上的热功率 27. 运动压头……自然循环回路的循环推动力（由下降管中的工质柱重和上升管中工质柱重之差） 28. 循环流速……循环回路中水在饱和温度下按上升管入口截面计算的水流速度 29. 质量含汽率……流过某截面的蒸汽质量流量D 与流过工质的总质量流量G 之比，用x 表示x=D/G 30. 截面含汽率……蒸汽所占截面面积F ”与管子总截面面积F 之比 31. … 32. 循环倍率……进入上升管的循环水量与上升管出口汽量之比 33. 循环停滞……当受热较弱管子的水流量相当于该管子所产生的蒸汽量时，这种工况 34. 蒸汽清洗……用含盐低的清洁水与蒸汽接触，使已溶于蒸汽的盐转移到清洁水中，从而减少蒸汽中的溶盐。 35. 锅炉排污……为保证炉水的含盐浓度在限度内，将部分含盐浓度较高的炉水排出，并补充一些较清洁的给水。 36. 虚假水位……汽包水位的升高不是由于汽包内存水增多，而是由于汽压突降使水面下存汽量增多，而使水位胀 起，这种水位升高叫虚假水位 37. 飞升曲线……当发生扰动时，锅炉汽温并不会突变，而有一段时滞，汽温的变化不是阶跃而是由慢到快，然后
第一章 1.火电厂中存在着三种形式的能量转化过程：在锅炉中燃料的化学能转化为蒸汽的热能;在汽轮机中蒸汽的热能转化为机械能；在发动机中机械能转化为电能。 2.电厂三大主机：锅炉、汽轮机、发电机 3.表征锅炉设备基本特征的有;锅炉容量、蒸汽参数、燃烧方式、汽水流动方式和锅炉整体布置 锅炉容量：锅炉的容量用蒸发量表示，一般是指锅炉在额定蒸汽参数（压力、温度）、额定给水温度和使用设计燃料时，以每小时的最大连续蒸发量。常用符合De表示，单位为 t/h。 锅炉三大安全附件：水位表、压力表、安全阀。 锅炉效率的定义：锅炉每小时的有效利用热量（即水和蒸汽所吸收的热量）占输入锅炉全部热量的百分数，常用符号η表示：即η=锅炉有效利用热量/输入锅炉总热量×100％. 锅炉按容量分：一般认为De＜400t/h 的是小型锅炉，De=400～1000t/h的是中型锅炉，De＞1000t/h的是大型锅炉锅炉按燃烧方式分：层燃炉、室燃炉、旋风炉和循环流化床锅炉。 锅炉按水的循环方式分:自然循环锅炉、控制循环锅炉和直流锅炉。 4.锅炉的型号：第一组为符号，是锅炉制造厂家的汉语拼音缩写。HG—哈尔滨锅炉厂；SG--上海锅炉厂;DG—东方锅炉厂；WG—武汉锅炉厂；BG—北京锅炉厂。第二组为数字。分子数字是锅炉容量，单位为t/h；分母数字为锅炉出口过热蒸汽压力，单位为MPa。第三组也是数字。分子和分母分别表示过热蒸汽和再热蒸汽出口温度，单位为℃。最后一组中，符号表示燃料代号，二数字表示设计序号。煤、油、气的燃烧代号分别是M、Y、Q，其他燃烧代号是T。例如，DG—670/13.7—540/540—M8表示东方锅炉厂制造、锅炉容量为670t/h，起过热汽压力为13.7MPa，过热汽和再热汽的出口温度均为540℃，设计燃料为煤，设计序号为8. 第二章 分析基准：收到基（ar）、空气干燥基（ad）、干燥基（d）、干燥无灰基（daf）。 根据煤的干燥无灰基挥发分含量（Vdaf）的大小把煤分为四类：Vdaf ≤10%为无烟煤、10%＜Vdaf＜20%为贫煤、20%≤Vdaf≤40%烟煤、Vdaf＞40%褐煤。理论空气量：1kg收到基燃料完全燃烧 而又没有剩余氧气存在时所需要的空 气量。 理论烟气量：1kg收到基燃料完全燃烧 而又没有剩余氧气存在时所需要的烟 气量。 过量空气系数：实际供给空气量与理 论空气量之比。 理论烟气容积：当α=1且完全燃烧 时，生成的烟气容积。 第三章 1.锅炉热平衡：从能量平衡的观点来 看，在稳定工况下，输入锅炉的热量 应与输出锅炉的热量相平衡，锅炉的 这种热量收、支平衡关系就叫锅炉热 平衡。（包括排烟热损失、化学不完 全燃烧损失、机械不完全燃烧损失、 散热损失、灰渣物理热损失） 2.锅炉有效利用热量包括过热蒸汽的 吸热、再热蒸汽的吸热、饱和蒸汽的 吸热和排汗水的吸热。 机械不完全燃烧热损失是由于灰中含 有未燃尽的碳造成的热损失。 灰平衡是指进入炉内烘焙的总灰量应 该等于飞灰和炉渣中的灰量之和。 化学不完全燃烧热损失是由于烟气中 含有可燃气体造成的热损失。 3.锅炉的排烟热损失是由于排烟温度 高于外界空气温度所造成的热损失即 Q2，影响Q2的主要因素是排烟焓的大 小，而排烟焓又取决于排烟容积和排 烟温度，排烟温度越高，排烟容积越 大，则Q2也就越大。 4.降低排烟热损失的措施：应注意及 时地吹灰打渣，保持受热面的清洁； 尽量减少炉膛及烟道的漏风。 5.锅炉的散热损失：锅炉在运行中， 汽包、联箱、汽水管道、炉墙等的温 度均高于外界空气的温度，这样就会 通过自然对流和辐射向周围散热，形 成锅炉的散热损失。 锅炉炉渣排出炉外时带出的热量，形 成灰渣物理热损失。 6.锅炉效率的计算方法；一是测定输 入热量Qr和有效利用热量Q1计算锅 炉效率，称为正平衡求效率法；另一 方法是测定锅炉的各项热损失后再计 算锅炉的热效率，称为反平衡求效率 法。 实际燃料消耗量是指单位时间内实际 耗用的燃料量。 7.计算燃料消耗量是指扣除了机械不 完全燃烧损失后，在炉内实际参与燃 烧反应的燃料水消耗量。 第四章 煤粉制备系统分类？直吹式（磨煤机 的煤粉全部直接送入炉膛内燃烧）和 中间储仓式两种。 什么是乏气、一次、二次、三次风?排 风风机后已完成干燥任务的废干燥 剂，由于温度低并含有水分，而被称 作乏气；携带煤粉进入炉膛的空气称 为一次风；直接通过燃烧器送入炉 膛，补充煤粉燃烧所需要的氧量的热 空气称为二次风；乏气不作一次风而 直接进入炉内燃烧称为三次风。 第五章 1.一次风量常用一次风率r1来表示， 它是指一次风量占入炉总风量的质量 百分比。对应于一种煤种，有一个一 次风量的最佳值。 2.在实践中为了加快和稳定低挥发分 煤的着火，常在燃烧器区域用铬矿砂 等耐火材料将部分水冷壁遮盖起来， 构成所谓燃烧带，也叫卫燃带。 3.为了使煤粉着火后能和二次风迅速 混合，常在一次风喷口内安装十字形 排列的二次风小管，称之为十字风。 其作用是：冷却一次风喷口，以免喷 口受热变形或烧损。 4.一次风喷口的周围或中间还布置有 一股二次风，分别称为周界风和夹心 风。周界风和夹心风的风速高，可以 增强气流刚性，防止气流偏斜，也能 防止燃烧器烧坏。单周界风和夹心风 量过大，会影响着火稳定。 第六章 1.锅炉中吸收火焰和烟气的热量使水 转化为饱和蒸汽的受热面称为蒸发受 热面。 2.下降管的作用是把汽包中的水连续 不断地送往下联箱供给水冷壁，以维 持正常的水循环。大中型锅炉的下降 管都布置在炉外不受热，并加以保 温，减少散热损失。 3.汽包的作用：（1）与受热面和管道 连接（2）增加锅炉水位平衡和蓄热 能力（3）汽水分离和改善蒸汽品质 4.水冷壁的结构：现代水冷壁主要有 光管式、膜式、和销钉式三种类型。 5.若燃烧过程中形成的熔融灰渣在凝 固之前接触到受热面，则会黏结在上 面，并积聚和发展成一层硬结且难于 清除的灰渣层，这个现象称为结渣 （俗称结焦） 结渣的危害（1）受热面结渣以后，会 使传热热阻增加，传热减弱，工质吸 热量减少，锅炉排烟温度升高，排烟 热损失增加，锅炉效率下降。为保护 锅炉的出力，在增加燃料量的同时必 须相应地加大风量，这就使送、引风 机负荷增加，厂用电增加。因此，结 渣使锅炉运行的经济性明显降低。 (2) 受热面结渣时，为了保持锅炉的出 力，必须增大风量。若通风设备容量 有限，加上结渣容易使烟气通道局部 堵塞，烟气阻力增加风机风量难于加 大，锅炉只好被迫降负荷运行。（3） 炉膛受热面结渣后，炉膛出口烟温升 高，导致过热汽温升高，加之结渣造