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| 锅炉控制 |
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目 录
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
1.0蒸汽锅炉在船舶动力装置中的作用
2.0 锅炉基本组成和工作原理
2.1 锅炉本体的组成
2.2 锅炉的辅助设备
第二章 锅炉的运行和维护管理
1.0 点火前的准备工作
2.0 点火升汽
3.0 运行中的管理
4.0 锅炉的停炉
第三章 燃烧器及其燃烧的控制系统
1.0 燃烧器的组成
2.0 锅炉的燃烧
3.0 燃烧的自动控制
第四章 水位自动控制
1.0 锅炉水位控制的特点
1.1 双冲量给水在水位自动控制中的作用
1.2 双回路给水在水位自动控制中的作用
2.0 某油轮锅炉水位自动控制系统的组成及工作原理
3. 0 控制水位电路图
第五章 辅锅炉蒸汽压力自动控制
1.0 蒸汽压力控制的特点
2.0 蒸汽压力自动控制系统的组成及工作原理
3.0 控制系统常见故障分析及管理要点
3.1 常见故障分析
3.2 管理要点
摘 要
本文主要论述了MS 7 Z锅炉控制系统功能及结构原理。本文主要就燃烧器的燃烧和水位控制进行论述。本文首先介绍了锅炉的功用和工作原理。其次，介绍了锅炉的运行和维护管理。文章的第三部分详细描述了燃烧器的组成和燃烧，重点介绍了多位式的燃烧控制系统。
接下来的是对锅炉水位的自动控制的具体描述，还对其举了具体例子。文中的第五部分介绍的是锅炉蒸汽压力的自动控制系统，其中主要是描述其特点、组成和工作原理。
关键词：燃烧器 控制系统 水位控制 蒸汽压力控制
Abstract
This paper mainly discusses about the MS 7 Z boiler ‘s function and configurable elements of control system. The paper mainly discusses about burning of burner and water level’s control and so on.
First, the paper introduces boiler’s function and operation element .
Second, this paper introduces boiler’s operation, and maintenance management.
Third, this paper introduces burner and burner’s combustion detailed, mainly about auto-control system of burning.
Finally, this paper describes the auto control of water level and steam pressure, includes some idiographic example.
Key word : burner control system water level control of steam pressure
第一章 绪论
1.0蒸汽锅炉在船舶动力装置中的作用
蒸汽锅炉是将水加热，使其成为蒸汽的设备。
船舶蒸汽锅炉是船舶动力装置中的重要组成部分。它的作用随船舶种类和主机形式的不同而有所差异。在蒸汽动力装置的船舶上，蒸汽锅炉的作用是产生高温高压蒸汽以驱动蒸汽机运转，达到使船舶前进的目的，此外，还驱动各种辅机、燃油预热、油舱加热、以及各种生活用汽等。
驱动主机运转的蒸汽锅炉称为“主锅炉”。主锅炉的蒸汽参数和蒸汽产生量随主机的功率和机型而异。
在柴油机动力装置的船舶上，蒸汽锅炉的作用只是供燃油预热，油舱加热及各种生活用汽。由于它不作为动力能源，因此这种锅炉所产生的蒸汽，其压力较低，一般在0.7—1.3MPa，而且只需饱和蒸汽即可。
至于燃料种类，对于海船来说，不论是主锅炉或辅助锅炉都是以燃油为主。
本文将对MS 7 Z型主锅炉的控制系统功能及结构原理进行一定的描述。
2.0 锅炉基本组成和工作原理
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。
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。
以下对锅炉的基本组成及其工作原理进行介绍。
2.1 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。
2.2 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：
给水管路及管路上各种仪表和装置
蒸汽管路及管路上的各种阀门
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
排污管路
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。
第二章 锅炉的运行和维护管理
1.0 点火前的准备工作
1. 检查
在点火前，应仔细检查锅炉本体各部分受热面及炉膛内的砖墙等是否完好无损，燃油系统、给水系统、燃烧设备和通风设备是否正常。锅炉的水位计、安全阀、气压表、排污阀、蒸汽截止阀、空气阀的状态是否处于规定的启闭位置。安全阀和水位计进行试动作1－2次。如果有自动控制系统也应检查其工作是否正常，警报系统是否失灵。如果是在洗炉后或修理后的首次点火，还应检查炉舱中的防火设备是否齐全并处于备用状态。只有在确认上述一切正常后，才能进行上水工作。
2. 上水
上水之前要检查水舱中水的质量，并向锅炉中加入水处理药剂，使锅水的碱度和磷酸根值符合规定标准。上水的水温与汽包壁温之差不宜超过60度，最大不超过90度。
在上水时最好轮流使用主、副给水系统，以确认两个系统的工作均为正常。上水的数量视锅炉的形式而异。
上水时应查看水位计是否完好无损，表面是否清晰透明。为判断水位计的指示是否准确，应冲洗水位计，冲洗后应迅速恢复水位。在船舶无倾斜的状态下，量只水位计的水位高度应一致；否则应立即查明原因。
上水结束后要观察半小时，只有水位不变，才能确认各承压部件没有发生泄漏。
完成上述各项工作后，锅炉即可进行点火升汽。
2.0 点火升汽
1. 预扫风
燃油锅炉在点火前一定要先加强通风，即预扫风，将炉内积存的有气彻底吹净后才能进行点火操作。否则，可能会产生爆炸。如第一次点火失败（5min），在第二次点火之前，仍要进行预先通风（3min）。此时应将燃油截至阀关闭，待点火时再同时开启燃油截至阀，千万不要利用火热砖墙作为点火热源，必须用点火炬或点火器进行点火。当多次点火不着时，应查明原因排出故障后再点火。点不着火的可能原因有：油温太低，风压不足或过大，雾化器堵塞，或电点火设备有故障。
对于自动程序控制的锅炉，在点火前应检查控制系统的时间程序继电器是否可靠。万一发生爆炸回火，应立即关闭燃油截至阀并停止油泵，以防火灾。
2. 关闭空气阀和检查泄漏
当点火成功，气压开始产生后，应关闭汽包上的空气阀。待气压逐渐上升，锅炉由冷态进入热态后，一些附件连接处可能出现泄漏或卡住。这是因为受热不均、温差过大、膨胀不同所致，因此要注意检查。
在点火升汽时，应随时注意水位的变化，以防因底部排污阀或给水阀泄漏引起的失水或干烧。
在升汽过程中应冲洗水位计数次，使水位计的玻璃板逐渐加热，并使板面清晰，同时也可检查水位指示的正确性。
3. 升温升压
在点火升汽结石，应力求使锅炉各部分的温度均匀，以免产生过大的温度应力。在点火开始阶段，锅炉各个部件之间、同一部件的不同零件之间以及锅炉附件的联结处，由于温度上升的情况不同会产生热应力。因此燃烧强度不能过大。当加热到一定阶段后，锅水已经沸腾，水循环已经加强，锅炉各部分的温度分布也渐趋于均匀，热应力见效，这时提高燃烧强度才具备了可靠的条件。所以，点火升汽的开始阶段应尽可能缓慢。
对具有自动控制装置的锅炉 ，在点火升汽阶段，应改由手动操作，待锅炉投入正常运行时，再切换成自动操作。
4. 暖管
当锅炉气压达到工作气压后 ，即可投入工作。在投入工作之前，应进行表面排污，以排出锅炉筒水面上的杂质和油污，然后应对蒸汽管路进行暖管工作。其方法时将主辅过热蒸汽管或饱和蒸汽阀稍开，进行蒸汽暖管，并且开启疏水阀疏水。
5. 两炉通汽
如果两台锅炉同时投入工作，应先使两者汽压相同后再并汽。如果升汽的锅炉与另一台已在工作的锅炉并汽，锅炉中的汽压应比主蒸汽管中汽压高出0.05MPa左右再并汽。
3.0 运行中的管理
锅炉在运行时，最主要的是要保证安全生产、燃烧质量良好和维持蒸汽参数的稳定。因此要随时注意水位、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。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。
4.0 锅炉的停炉
锅炉正常停炉的基本要求是：锅炉从工作汽压缓慢冷却，确保其可靠性，保持锅炉有足够的水量，调整锅水品质。
第三章 燃烧器及其燃烧的控制系统
燃烧是锅炉运行过程中一个重要的步骤，以下就对燃烧器以及对燃烧的控制进行介绍。
燃烧器的组成
燃油锅炉的燃烧器主要由喷油嘴和配风器构成。
MS型燃烧器的喷嘴属于双喷嘴结构。它是属于两个互不相通的喷油嘴组合在一起构成的。一号喷油嘴也是压力启阀式喷油嘴，二号喷油嘴没有弹簧截止阀。
为了正确的组织气流，在炉前必须装有配风器，以使油雾和空气迅速均匀地混合，达到稳定而良好的燃烧。燃烧器的安装要注意使配风器的中心线与喷火口的中心线重合，在安装完毕后应检查稳焰器原周到喷火口的内周径向距离是否符合安装说明书的要求等，并注意根据燃烧的实际情况进行适当的调整，以保证燃烧器处在良好的工作状态。
燃烧室铰接在锅炉前端,因此可以根据工作需要旋转到任何方向.用于清洁和观察空气管道的盖子安装在燃烧室的顶部。
风扇马达安装在燃烧室边上.连接着一个风涡轮,空气由进气口被吸入,进气口上有两个风门。
油泵是一个齿轮泵。
电控油预热器
油温的小波动以及油在管口的输出量通过正确的放置温度调节装置的传感器来完成。
设备的安装很简单，只有温度调节装置需要调整。需注意到温度调节装置必须调整到一格更高些的温度，差不多10-15度。
压力流失：因为油通过预热器时压力变化将在0.5-1.5 bar之间。
2.0 锅炉的燃烧
此燃烧装置主要由燃油系统、供风系统、压力式机械喷油嘴和电动式控制系统几部分组成，装置采用整装式，几乎将所有有关设备都组装在一格燃烧器上。
Monarch MS 型燃烧器适用于渣油，采用位式调节。其喷油嘴及燃油系统如下图：
图1-3-1 喷嘴
图1-3-2 燃烧器燃油系统
如图1-3-1和1-3-2，燃油自油柜经粗滤器引入齿轮油泵，风机和油泵启动后，常闭电磁阀开启，燃油经过加热器、一号供油口而通过一号喷油嘴，再经过常开电磁阀与油泵的超压旁通回油管会合，最后回入油柜，通过循环升高温度并达到合适的黏度。与此同时，风机在风门全开情况下进行炉内预扫气，扫气结束后风门官小，电磁阀关闭，将循环回油闭塞，使一号喷油嘴前部油压升高，当油压达到1—1.2MPa的时候，油马上顶开速闭阀而进入一号喷油嘴头部，在小风配合下喷出雾化，并由发火电极点燃。工作时喷油压力约为2MPa，这时有少量漏油经活塞而回入通道。接着风门又全开，常闭电磁阀开启，压力燃油顶开弹簧球阀而使二号喷油嘴喷油，此时锅炉喷油量为全负荷燃油量，其中一号喷油嘴占2/3，二号喷油嘴占1/3。当用汽量大于2/3符合用汽量时，由二号喷油嘴投入或不投入来调节汽压，同时由风门全开或小开来配合；当用汽量小于2/3时，则由一号喷油嘴投入运行或熄火停炉来调节汽压，同时由风门小开或全关配合，所以实际上是个三位式燃烧调节系统。当需要熄火停炉时，电磁阀开启使油压释放，速闭阀就立即关断喷油通路。这种双级式MS型燃烧器也可采取单级方式工作，只要取消二号喷油嘴和电磁阀机器附属油路，这样就成为双位式燃烧调节系统。
3.0 燃烧的自动控制
上面说过，MS燃烧器的燃烧系统其实是一个三位式的燃烧调节系统。它弥补了只有最大或零两种输出量的缺点，属于多位调节系统。其特点是除了设置一个具有相当于锅炉高负荷喷油量的喷嘴外，尚有一个相当于低负荷喷油量的辅喷嘴头。辅喷嘴一般兼作点火喷嘴，每个喷油嘴在同风机盆和下投入运行时，都有相应的产汽量和炉膛燃烧强度，所以又称为“高火”或“低火”。当锅炉符合在辅喷油嘴相应蒸发量以上时，蒸汽压力由压力调节器控制主、辅喷油嘴在一定压力差动范围内相互切换来进行调节；当锅炉负荷在辅喷油嘴相应蒸发量以下时，则因即时是低火燃烧，气压仍升高，这时就由另一个压力调节器使辅喷嘴在气压高低限间作开停切换，以解决气压调节问题。这种系统名义上是多位调节，实际上是两个双位调节器的串联使用。让我们来看看双位调节器：
图1-3-3 YWK-50-C型压力调节器
1-测压波纹管；2-杠杆；3-支点；4-拨壁；5-接线板；6-整定压力调节螺钉；
7-指示标尺；8-定值弹簧；9-顶杆；10-托座；11-差动弹簧；12-顶座；
13-差动调节旋钮；14-动触头；15-铍铜片弹簧
上图是压力调节器的简要结构。当锅炉汽压大于定值弹簧整定压力时，作用于波纹管1上的上顶力矩大于定值弹簧8的力矩，使杠杆2绕支点3沿逆时针向转动，拨壁4左偏并波动簧片14偏转一定程度，即相应于汽压升高至极限时，由于铍铜片弹簧15的作用，就自1、3接通的位置切换到图示1、2触头接通的位置，由此使风机油泵停止而锅炉熄火。于是汽压就逐渐降低，杠杆2这时又顺时针向下偏转，待降至低限时（即定值弹簧整定压力），由于拨壁4已右偏到一定程度，所以又使1、3触头接通，锅炉恢复点燃升压，这样循环工作。压力调节器开关动作间的高低限汽压差动值就是其不灵敏区。转动差动调节旋钮13可以调节这个差动值的大小，当向右旋转旋钮使顶座12上顶时，弹簧11的预紧力大，由于顶杆9与托座10接触，杠杆2在偏转时，所受到的附加反力矩大，汽压的开关差动值就大；反之旋转旋钮使顶座12下移时则效果相反。
因此，在这种最小输出量为零的双位调节系统，燃烧器只能在其额定容量和停止间切换。气压不灵敏区的大小决定了这种切换的要求不高，不灵敏去可以适当放大，以期减少切换的频繁性。由于锅炉经常要实行点火和熄火，有关设备元件的启动和停止十分频繁，动作容易失常引起故障，并影响使用寿命。可见，在负荷不稳定、变动范围大和蒸发量较大的锅炉中，这种不利工况就更多。所以只有在蒸发量较小，负荷较稳定和汽压飞升特性较缓慢的锅炉中才宜采用这种调节系统。
而三位调节系统实际上是两个双位调节器的串联使用，一个双位压力调节器的输出量为高火和低火，另一个双位调节器的输出量则为低火和零，各自进行分段控制组成多位调节。由于此时投入运行喷油嘴的喷油量与当时用汽量的要求比较接近，因此整个运行过程中汽压就比较稳定，一些设备和元件的启停次数随之减少。因此，还可设置成具有三种燃烧程度（高、中、低火）的多位调节。这种相当于低火燃烧强度的喷油嘴的喷油量就可很小，锅炉负荷一般不会低到如此程度，在不供汽阶段可以一直如此低火运行，起到维持火焰的作用，使锅炉不须经常点火和熄火，简化了操作和提高了运行安全性。
第四章 水位自动控制
锅炉是船舶动力装置中最早实现自动控制的设备之一。它包括水位自动控制、燃烧（即蒸 汽压力）自动控制、锅炉点火及燃烧时序控制等。
在蒸汽动力装置中，船用锅炉称为主锅炉，它所产生的蒸汽用于驱动船舶主机（如汽轮机 等）。它的蒸发量较大，蒸汽压力较高，对水位和蒸汽压力的变化要求比较严格，水位和蒸汽 压力不允许有较大的波动，一般采用带有积分作用调节器所组成的定值控制系统。在内燃动力 装置中所使用的锅炉称为辅锅炉。油轮辅锅炉所产生的蒸汽要加热货油，驱动甲板机械，其蒸 发量和蒸汽压力都比较大，它的工作特点接近主锅炉。货轮辅锅炉所产生的蒸汽仅用于加热柴 油机所需用的燃油、滑油及船员生活用，它的蒸发量小（一般小于 5t/h），蒸汽压力低（一般 低于 1.0MPa) ，对于水位和蒸汽压力的波动要求不太严格，一般采用双位控制。
本节仅介绍大型油轮辅锅炉水位自动控制，其蒸汽压力自动控制将在下节介绍
1.0 锅炉水位控制的特点
锅炉在运行期间，炉水中有一部分是汽泡，这种汽泡不断在受热面上形成，随后脱离受热 面升起并进入锅炉的蒸汽空间。对于现代船用锅炉，水面下的总蒸汽量可达到全部水容积的15％~20％。水面下的蒸汽总量与锅炉的蒸发量和汽压有关，蒸发量越大、汽压越小，水面下 的蒸汽总容积就越大，因此锅炉在稳定工况时，水位与水面下的蒸汽容积有关。锅炉在过渡工况时，水位不仅受蒸发量和给水量的影响，而且还受水面下蒸汽容积变化的影响。特别是在负 荷突然变化的短时间内，水位的变动主要取决于水面下蒸汽容积的变化。这是因为锅炉在运行 时，炉水温度接近于锅炉压力下的饱和蒸汽温度。假如蒸汽流量突然增大，而炉膛中的燃烧情况还未来得及随之变化，锅炉汽压就要降低，蒸汽的饱和温度也随之下降，这样会使水面下蒸 汽比容增大，造成水面下蒸汽总容积增大；另二方面，由于炉水变成过热水，将产生更多汽泡 也使水面下蒸汽容积增大。由于这种自蒸发现象，尽管在蒸汽流量大于给水量的情况下，水位 却虚假地上升。反之，当锅炉负荷突然减小时，尽管给水量大于蒸汽流量，水位会虚假地下降。
1.1 双冲量给水在水位自动控制中的作用
仅仅根据锅炉水位来控制给水阀开度的控制系统称为单冲量水位控制。它是连续给水自动 控制中最简单、最基本的一种形式。在蒸汽压力较高、负荷变动较大、炉水容积相对小的情况 下，只用单冲量水位控制会在短时间内加大蒸汽流量与给水量之间的差值。这时采用双冲量的 水位控制对克服虚假水位能取得良好效果。其控制原理如图 1-4-1 所示。它的检测装置有两个： 一个是检测水位变化的水位冲量信号 3；另一个是检测蒸汽流量变化的蒸汽流量冲量信号 4。 这两个冲量信号都送到双冲量调节器 5。蒸汽流量信号是前馈信号，它与扰动变化大小成比例， 控制作用在扰动发生的同时就产生，而不是等到扰动引起被控量发生波动后才产生，因此采用 前馈控制可以改善控制的质量。对于双冲量给水自动控制系统，当蒸汽流量发生变化时，就给 调节器发去一个信号，使给水量和蒸汽量同方向变化，因此可以减小或抵消由于虚假水位现象 而使给水量与蒸汽流量相反方向变化的误动作，使调节阀一开始就向正确的方向移动，从而减 小了给水量和水位的波动，缩短了调节时间，可以改善水位的控制品质。
船用水管主锅炉，常采用双冲量，甚至是三冲量（水位、蒸汽流量和给水量作为调节器的 输入量）的给水调节器。而船用辅锅炉，大多数采用单冲量或双冲量水位控制系统。
1.2 双回路给水在水位自动控制中的作用
油轮锅炉给水系统通常由汽轮机 给水泵从热水井把水抽出来，经给水 调节阀打进锅炉里去。控制给水量可 通过改变给水阀的开度来实现。
但对汽轮机给水泵来说，如果蒸汽调节阀开度不变，则泵浦的排量基本不变，不管开大或关小给水阀，进入锅炉的给水量基本 上是不变的，因此仅仅改变给水阀的开度往往达不到控制给水量的目的。这样，锅炉水 位连续自动控制系统除了具有根据水位偏差 和蒸汽流量双冲量来控制给水阀开度的水位控制回路外，还应设有维持给水阀前后压差 恒定的给水差压控制回路。这样，给水量就直接与给水阀的开度成比例了。其控制原理 如图 1-4-2 所示。
若锅炉水位低于给定值，水位调节器 1 输出的控制信号开大给水阀 3。由于给水阀 开大使其前后压差减小，给水差压调节器输 出的控制信号开大蒸汽调节阀 4，提高汽轮 机给水泵的转速，使给水阀前后压差保持恒 定。有的锅炉还有给水温度控制，如果、给 水系统用除氧器代替给水加热器，则还要有 除氧器压力和水位控制。
2.0 某油轮锅炉水位自动控制系统的组成及工作原理
某油轮辅锅炉给水控制采用的是双冲量水位自动控制系统，在系统中还设有给水差压控 制回路，图 1-4-3 示出了该水位自动控制系统的原理图。
此锅炉水位自动控制系统主要是由水位差压变送器 1、水位调节器 2、气动计算器 3、蒸汽流量变送器 4、给水调节阀 5、给水差压变送器 6、给水差压调节器 7 等主要部分组成。锅 炉水位的变化是由气动变压变送器 1 测量的。蒸汽流量的变化也就是锅炉负荷的变化，则由蒸 汽流量变送器（气动差压变送器）来测量。系统中水位变送器 1 的作用是将锅炉水位的变化量 转变成标准气压信号送到气动水位调节器 2 中。水位调节器的作用是将变送器 1 的输出信号经 比例积分的反作用处理后，送到气动计算器的通道 A 中。气动计算器具有如下功能
P=B+K(A --C)
式中：P——计算器的输出气压信号；
A——锅炉水位调节器的输出信号；
B——蒸汽流量变送器的输出信号；
K——系统常数，此处 K=2；
C——仪表制造常数，本仪表为 50%（0.06MPa）。
如果锅炉的负荷保持不变，则蒸汽流量变送器输出的气压信号 B 将是一个恒定值，此恒 定值使给水控制阀在计算器的作用下有一个相应的开度，以保持恒定的水位。而这恒定的水位 要保持在锅炉正常水位的中间值，水位调节器的输出必须是在 50%的值上（0.06MPa) ，故有 K(A-C)=2×(50-50)=0
由此可见，在锅炉负荷不变的条件下，锅炉的正常供水量仅取决于锅炉的负荷量，也就是 说锅炉给水阀的开度是由蒸汽流量的大小来决定的。而在变负荷条件下，锅炉的水位是在不断 变化的。如随着负荷的变化在某一时刻给水量大于负荷量，锅炉中的水位将随之上升而引起水 位调节器的输出信号减小并小于 50%(0.06MPa)，在这种情况下 K(A－C）将会是负值，即有 P
＜B，也就是计算器的输出将逐渐减小，使给水阀趋于关小，直到建立新的平衡为止。反之， 当锅炉的水位在瞬间变低时，通过水位变送器及调节器的作用，可使 K(A一 C）变成一个正 值，并且这个正值加上蒸汽流量信号成为气动计算器的新输出值，这个新输出值是渐渐地开大 给水调节阀，以恢复正常的水位。所以，锅炉水位是由给水调节阀的开度来保证的。而当锅炉 负荷变化时，控制给水阀开度的信号大小是由气动计算器根据蒸汽流量变化加上一个水位调节 器的输出信号（正或负）来决定的。在使用管理过程中，如果锅炉水位需要维持得高一些或低 一些时，只要相应地改变表征给定值的设定气压信号即可。系统中的给水差压控制回路把给水调节阀前后的压差信号，送到给水差压变送器 6 的测量部分，并按比例转换成气压信号。变送 器输出的给水差压信号送到气动比例积分调节器 7 的测量波纹管。在调节器 7 的内部可以给定 一个固定的气压信号，并将它转换成给定参数，一般相当于 0.2MPa 的给水压差。当给水压差 测量值偏离上述给定值时，调节器输出一个随时间变化的气压信号，改变蒸汽调节阀的开度及 进入给水泵的蒸汽量，同时改变给水泵的转速，最后使给水差压值恢复到给定值上。
系统中水位变送器与调节器之间有一个气容和气阻构成的惯性环节，以克服和减少由于船舶摇摆而对测量信号造成的干扰。
3.0 控制水位电路图
图1-4-4 控制水位电路图
第五章 辅锅炉蒸汽压力自动控制
锅炉蒸汽压力自动控制也就是燃烧自动控制。它根据汽压的高低自动改变进入炉膛的喷油 量和送风量，维持锅炉汽压恒定或在允许的范围内波动。
由于船用主锅炉和大型油轮辅锅炉的蒸发量较大，汽压较高，往往需要保持稳定的汽压，一般都采用定值控制方案。但对内燃动力装置货船的辅锅炉来说，不必保持稳定的汽压妥所以大多数采用较为简单的双位控制或比例控制方案。本节主要介绍汽压定值控制系统的原理和方 案。
1.0 蒸汽压力控制的特点
由于燃烧自动控制系统中的被控量是汽压，所以首先要有蒸汽压力调节器，又称主调节器。它在锅炉不同负荷下、接受汽压的偏差信号并瑜出一个控制信号，通过伺服器控制进入炉膛的 燃油量和空气量，即控制炉膛内的燃烧强度，以便保持汽压为恒定值。为完成这样的任务，主 调节器一般采用比例积分调节器。
对于供应饱和蒸汽的锅炉，主调节器的输入信号管路都接在与汽包相连的蒸汽管路上。如果主调节器采用比例调节器，在零负、荷时，调节器使汽包内保持额定汽压；在满负荷时，因比例调节器有静差，故汽包内的压力要比额定汽压低10％左右，但这对用汽设备不会有什么影响。对于供应过热蒸汽的锅炉，主调节器的输入信号管路应接在过热器后面。如果输入信号 管路仍接在与汽包相连的蒸汽管路上，则在满负荷时，除由于调节器静差使汽压降低 10％左右外，蒸汽流经过热器管道后，汽压又会降低 10％左右，这对用汽设备的工作是不利的。
要保证燃油的完全燃烧，在喷油量改变的同时，必须相应地改变进入炉膛的空气量。从锅炉的热计算和热工实验中可以预先知道，在每一个喷油量下，喷油器前应保持多大的风压。因 此，燃烧自动控制系统还需设有空气压力或空气量调节器，它严格地根据喷油量的变动来控制 进入炉膛的空气量。这时空气量调节器得到来自蒸汽压力调节器的一个反映供油量大小的信号，即空气量调节器的给定值要根据不同的喷油量，按预先规定好的喷油量与空气量的配比关 系来变化。这种控制关系与保持恒定的被控参数的定值控制不同，在控制系统分类中，称为程 序控制。
主调节器也可以直接控制进入炉膛的空气量，或同时直接控制进入炉膛的燃油量和空气 量。但是，燃油量与空气量的这种“程序”关系是不变的，图 1-5-1表示出了由实验测定的空气压力与喷油量之间的关系曲线。图中横坐标Fo为喷油量，纵坐标Ps表示在每一个喷油量下所需要的空气压力，如果空气量调节器采用比例调节器，每一个喷油量所对应的实际供气压力如 图中虚线所示，虚线与实线之间的距离就是调节器的静差。
空气量调节器最终控制风门挡板或鼓风机，需要相当大的作用力，因此这种调节器都是采用间接作用式的。
燃油能否完全燃烧，还取决于燃油雾化的情况，燃油压力和温度是影响燃油雾化的两个因 素。为此，在燃烧控制中，还应装有燃油温度和燃油压力调节装置，本节不作详细讨论。
2.0 蒸汽压力自动控制系统的组成及工作原理
以蒸汽压力为被控量的蒸汽压力自动控制系统,要求它满足锅炉在不同负荷下,气压都能稳定在给定值上.其控制系统框图如图1-5-2所示,由图可见,油轮锅炉蒸汽压力自动控制系统是由两个控制回路组成的.其中一个回路是根据蒸汽压力的偏差经比例积分的蒸汽压力调节器来控制控制燃油调节阀的开度,即改变向炉膛的喷油量.喷油量的改变必须同时改变向炉膛的送风量(空气量可用风道与炉内之间的压差来表示).为了保证燃油完全燃烧并得到较高的经济性,对应某以喷油量要有一个最佳的送风量(最佳的空气压力)与之相匹配,即在某一喷油量下要求有一个最佳的风油比.经实验已测定空气压力与喷油量之间近似平方关系.这样,燃烧控制系统的另一个控制回路是根据喷油量对空气压力进行控制的回路。在这个回路中，空气压力的 给定值是随喷油量而变化的。燃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信号，这一信号是代表该喷油量下最佳空气量的气压信号。该信号一路直接 送到高压选择阀，另一路与微分控制阀的微分部分输出信号相加后再送入高压选择阀。因此， 当锅炉负荷从一个平衡位置突然增加时，燃油控制阀的输入信号也随之突然增加，此时微分控 制阀的微分部分也将随突然增加的燃油控制阀输入信号而有一个较大的输出信号，然后与函数 发生器的输出信号相加（由于函数发生器具有一阶延迟特性，此时输出的变化量是较小的）后 送入高压选择阀，高压选择阀的作用是自动地选择这两个信号中的较大者作为输出，从而使空 气压力控制回路有一个突然增加的设定空气量信号。由于设定空气量信号及时调到函数发生器 延迟后应输出的信号，使过量空气优先于喷油量增加而进入炉内，从而维持了稳定的燃烧。当 锅炉负荷突然减小时，送到燃油控制阀的信号也突然减小，这时，用高压选择阀切除微分控制 阀和函数发生器输出相加一路信号，并选用函数发生器输出信号。最后，用一阶延迟方式使它 减少供给炉内空气量处于燃油量减少之后。总之，使炉内处于空气过剩状态
送入炉膛的实际空气量是用风道与炉内的压差来反映的，经差压变送器输出一个代表送入 锅炉空气量实际值的气压信号与高压选择阀送出的给定值相比较，得到空气量的偏差信号，经 比例积分的空气量调节器控制风门调整机构以改变向炉膛的送风量。
该系统统中使用的蒸汽压力调节器和空气量调节器的类型与水位控制系统中的调节器完 全相同。蒸汽压力变送器、油量变送器及风压差变送器的工作原理、调零、调量程的方法与测 量水位用的差压变送器是相同的，只是在结构上略有差异，故不再重述。
3.0 控制系统常见故障分析及管理要点
3.1 常见故障分析
（1）锅炉负荷处于稳定状态，但蒸汽压力出现振荡 主要原因可能是：燃油控制阀振荡；燃油泵输送压力振荡；蒸汽压力变送器本身振荡或节流不当；主控制器的灵敏度太高等。
（2）锅炉负荷处于稳定状态，但检测的蒸汽压力与设定值不符，主要原因可能是：主控制．器的调整不正确或蒸汽压力变送器调整不当等。
（3）尽管风道和炉内压力处于稳定状态，但燃烧器前风压振荡主要原因可能是：风门驱 动装置振荡；空气差压变送器本身振荡或输出管路节流不当；燃油压力变送器或函数发生器振 荡；空气差压变送器的灵敏度太高等。
（4）锅炉在突然增加负荷时，大量冒黑烟和燃烧不稳定原因可能是：当喷油器数增加时， 燃油压力降低；空气量控制器灵敏度太高；风门调节机构动作迟缓；微分控制阀的灵敏度低；空气量控制器灵敏度低等。
（5）锅炉燃烧器进口供给空气不足原因可能是：空气差压变送器的零点偏高或量程偏小 等。
3.2 管理要点
（1）在锅炉运行期间，如要对蒸汽压力自动控制系统进行手动～自动切换，必须注意做到 无扰动切换。
（2）要经常检查蒸汽压力等变送器的输出信号与输入的实际压力是否．相符，并检查其工作是否正常。
（3）要经常检查燃油控制阀动作和工作是否平稳，填料压盖有没有漏泄，它是否按设计的 输入信号工作等。
（4）蒸汽压力等变送器和各调节器的放大器、节流部件、喷嘴、检测管吹通和清洗，每年进行一次。
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