能源毕业论文修订版

河南农业大学

本科生毕业论文（设计）

题目生物质成型燃料链条锅炉送风引风

系统设计与研究

学院机电工程学院

专业班级农业建筑环境与能源工程10级1班

学生姓名陈浩

指导教师刘圣勇

撰写日期：2014年 5 月 21 日

摘要

目前,能源和环境问题成为人类关注的焦点,虽然天然气、石油是当前的主要燃料来源,但是随着这些来源的枯竭和环境问题的日益突显,开发利用洁净的可再生能源已经迫在眉睫。因此,生物质能作为唯一可储存和运输的可再生绿色能源,其作用和功能不容小觑。锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的需求, 同时保证锅炉的安全经济运行。送风控制一般采取串级比值控制系统, 辅之以含氧量校正信号。引风控制系统一般引入送风量前馈信号, 使送风量与引风量相匹配。锅炉送风机、引风机是锅炉系统的重要设备，对提高介质的燃烧利用率、保证锅炉的正常使用起着关键作用。本文从生物质成型燃料的优势和链条锅炉的结构总体分析,着重设计送风系统和引风系统,使燃料充分利用和燃烧,提高效率,节能环保,解决传统锅炉的诸多问题。

关键词：生物质成型燃料；送风；引风；链条锅炉

Design and Research of Straw Briquette Fuel Supply Chain Boiler Wind

System

Abstract

Nowadays, the public focus on the energy and environment problems. With the exhaustion of the main source of fuel and the increasing environment issue, it’s very important to exploit and use clear renewable energy resource, though the natural gas and oil are the today’s main source of fuel. Therefore, biomass energy, as the only r enewable green and storage and transportation energy, its role and function is very important. Boiler combustion automatic control system‘s basic task is to adapt fuel combustion heat provided to the outside world demand for boiler output of the steam load, at the same time to ensure the safe and economic operation of boilers. Air supply control generally adopts cascade ratio control system, supplemented by oxygen correction signal. Lead the wind control system generally lead air output feed forward signal, and make the supply air volume and lead air volume to match. Boiler blower induced draft fan is the important equipment of boiler system, it plays a key role in improving the combustion efficiency of the medium and ensuring the normal use of boiler. This paper based on the advantage of straw briquette fuel and overall analysis of the structure of the chain boiler, focusing on design of air supply system and air lead system, make full use of the fuel and combustion, improving efficiency, saving energy and protecting environmental to solve the problems of traditional boiler.

Key Words: Biomass Briquette; Supply Air; Lead Air; Chain-grate Boiler

目录

1.生物质成型燃料........................................................

1.1定义...............................................................

1.2产品特点...........................................................

1.3应用范围...........................................................

2.生物质成型燃料链条锅炉................................................

2.1生物质成型燃料链条锅炉优势.........................................

2.2分系统介绍.........................................................

2.2.1给料系统.......................................................

2.2.2燃烧系统.......................................................

2.2.3 吹灰系统.......................................................

2.2.4送风系统.......................................................

2.2.5自控系统.......................................................

3.锅炉燃烧过程分析......................................................

3.1一次风机工作原理...................................................

3.2送、引风机工作原理.................................................

3.3燃烧器布置.........................................................

4.燃烧过程控制任务和调节量..............................................

4.1 燃烧过程控制任务 ..................................................

4.2 燃烧过程调节量 ....................................................

4.2.1．燃料量调节....................................................

4.2.2．送风量调节....................................................

4.2.3．引风量调节....................................................

5.锅炉送、引风机风压及风量的理论计算....................................

5.1送风机风压与风量的确定.............................................

5.2引风机的风压与风量的确定...........................................

5.3送风机引风机选型...................................................

5.3.1送风机在锅炉中的作用...........................................

5.3.2送风机选型应该注意的问题.......................................

5.3.3种型式风机比较.................................................

6.锅炉燃烧过程控制基本方案及分析........................................

6.1 送风量控制系统 ....................................................

6.2 引风量控制系统 ....................................................

7.结束语................................................................ 参考文献................................................................ 致谢....................................................................

1.生物质成型燃料

1.1定义

生物质成型燃料作为可再生能源，它低碳节能,作为锅炉燃料，它的燃烧时间长，强化燃烧炉膛温度高，而且经济实惠，同时对环境无污染，是替代常规化石能源的优质环保燃料。

1.2产品特点

绿色能源、清洁环保：燃烧无烟无味、清洁环保，其含硫量、灰分，含氮量等远低于煤炭，石油等，二氧化碳零排放，是一种环保清洁能源，享有“绿煤”美誉;成本低廉、附加值高：热值高，使用成本远低于石油能源，是国家大力倡导的代油清洁能源,有广阔的市场空间;密度增大、储运方便：成型后的成型燃料体积小，比重大，密度大，便于加工转换、储存，运输与连续使用；高效节能：挥发分高，碳活性高，灰份只有煤的1/20,灰渣中余热极底,燃烧率可达98%以上；应用广泛适用性强：成型燃料可广泛应用于工农业生产[1]，发电、供热取暖、烧锅炉、做饭，单位家庭都适用。

1.3应用范围

生物质成型燃料可用于纺织、印染、造纸、食品、橡胶、塑料、化工、医药等工业产品加工工艺过程所需高温热水。并可供企业、机关、宾馆、学校、餐饮、服务性行业的取暖、洗浴、空调与生活用所需热水。

生物质固化成型法与其他方法生产相比较，具有生产工艺、设备简单，易于操作和易于实现产业化生产和大规模使用等特点。如果将农作物秸秆固化成型有效开发利用，替代原煤，对于有效缓解能源紧张，治理有机废弃物污染，保护生态环境，促进人与自然和谐发展都具有重要意义。

2.生物质成型燃料链条锅炉

2.1生物质成型燃料链条锅炉优势

生物质锅炉利用生物质能源，生物质能源是绿色、环保、可再生能源，获得较为容易，取之不尽用之不竭，归根结底是太阳能的一种，在一个循环周期内可以做到“零”碳排放，利用不受时间、气候、地域限制，污染物排放低[2]。

2.2分系统介绍

2.2.1给料系统

给料系统由料仓、振动给料器、皮带输送机、螺旋给料机、斗式提升机、料斗等部件组成。根据不同的燃料性质和锅炉类型采用不同的给料方式。在工厂中加工成型的BMF燃料通过皮带运输机转存到料仓中，然后再通过斗式提升机（螺旋给料机）把料仓中的BMF燃料供给燃烧器进行燃烧[3]。

2.2.2燃烧系统

燃烧系统的主要设备是链条炉排,相对燃煤，生物质燃料有较易着火、燃烧快的特点，故炉排减速机采用慢速电机，使炉排运行速度降低。考虑到控制炉排适应不同的锅炉不同负荷，炉排电机采用变频控制，以满足对炉排行走速度的控制。

锅炉的料层通过炉排前侧的闸板控制。优化炉膛受热面布置和前后拱结构，采用低温燃烧技术，控制炉膛燃烧温度为750~850℃之间（根据燃料灰熔点确定），有效的抑制碱金属的结渣，降低锅炉腐蚀几率[4]。

生物质的燃烧通常可以分为三个阶段，即预热起燃阶段、挥发分燃烧阶段、炭燃烧阶段。生物质在炉排上的燃烧过程分为预热干燥区、燃烧区和燃尽区，根据各区的燃烧特点，各区需要的风量有差别，预热干燥区和燃尽区的风量少一些，燃烧区的风量要大一些。风量的调节通过设置在炉排两侧的调风挡板实现。

温度控制是以炉膛内部温度为准，其温度与燃料气化时空气供给的量有关。锅炉负荷的调整通过给料量的调整来进行控制。燃烧后的烟气通过炉膛进入对流烟道进行换热，然后依次进入省煤器（节能器）、空气预热器完成整个燃烧过程，再进入除尘器进行净化处理，最后通过烟囱排入大气[5]，由于采用和省煤器和空气预热器等节能装置，降低了烟气温度，大大提高了锅炉整体效率。

2.2.3 吹灰系统

锅炉配有全自动声波吹灰装置，可以定时对炉膛和烟管进行吹扫，保证烟管表面不出现积灰，从而实现锅炉的安全高效运行。

采用声波吹灰器具有以下优点：

1)结构简单，吹灰器本体不用电，没有机械运动旋转机构，没有易损部件，不会产生机构运动旋转故障。

2)体积小，重量轻，没有伸缩机构，不存在机械卡壳现象。

3)材质耐高温，耐磨损，耐腐蚀，抗老化，使用寿命长。

4)安全可靠,不会磨薄或吹损管束，无导致爆管现象，满足人身安全和工业劳动保护条例的要求。

5)声波效能高，功率大，频带宽，清灰效果显著。

6)适应范围广，可适用于各种炉型和锅炉任何部位，包括炉膛水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器、电除尘器等；光管和螺旋翅片管均可使用，清灰无死角；

7)用气量小，动力消耗少。

8)控制系统分为自动、手动功能，可自成单元，也可接入DCS系统，实现全自动化运行。

2.2.4送风系统

锅炉送风系统与炉排进行优化布置，空气经鼓风机通过空气预热器送至炉膛，来达到输送燃料及助燃的作用，炉排下部的风仓使热风可以在炉排下侧均匀的进入炉膛，做到炉排左右两侧配风均匀，减少偏烧现象，保证燃料燃烧完全。引风除尘系统：在引风机作用下，燃烧完成后产生的高温烟气经过在烟管中的对流换热后、再依次通过省煤器、空气预热器进行换热，最后进入除尘器净化，最后经引风机由烟囱排出。

锅炉二次风的布置

二次风是指在火床上方送入炉膛的一股强烈气流（习惯上将从炉排下送入的空气称为一次风）。二次风主要作用是扰动炉内气流，使之自相混合，从而使气体不完全燃烧损失和炉膛内过量的空气系数都得以降低。一般情况下，二次风配合炉拱使用，以取得最佳效果。除扰动和混合烟气外，蒸汽锅炉加装二次风若布置恰当，它还能起多种其他的良好作用，例如，二次风能将锅炉炉内的高温烟气引带至漩涡流动，这既可延长未燃尽的飞灰颗粒在炉膛中的行程，增加其停留时间，也由于气流的漩涡分离作用，使部分飞灰摔回炉排，减少飞灰的逸出量[6]。有利于消除烟尘，降低飞灰带走的损失；充分利用高速二次风射流引带和推送烟气的作用，能使烟气流完全按照所要求的路线流动，从而达到延长烟气在炉内的行程，改善炉内气流的充满度，控制燃烧中心的位置，防止炉内局部结渣等目的；二次风射流所形成的气幕能起封锁烟气流的作用，这可以用来防止烟气流短路，使锅炉炉膛中的可燃气体和飞灰不致未经燃烧就逸出蒸汽锅炉炉膛；空气二次风可以提供一部氧气，帮助燃烧。

前、后起墙布置是一种最常用的布置方式。当二次风量不太充足和炉膛深度不大时，一般采用前墙或后墙的单面布置，以集中风力来发挥更大的扰动作用，布置也可简化。在链条炉中，由于燃料中的挥发分在火床头部放出，前墙布置二次风时的混合效果较好。但布置在后墙或后拱上的蒸汽锅炉二次风，除了起扰动作用外，还能把高温烟气适当地压向火床的头部，对新燃料的着火有所帮助。二次风的前后双面布置，可以大幅度的降低对二次风射程的要求，因而适合于容量较大的锅炉[7]。此时，锅炉二次风优先布置在前、后、拱出口的喉口处，以进一步减少其喷射距离。

2.2.5自控系统

控制系统采用高亮度、全中文显示，以名牌PLC控制系统为中央控制单元；以人

机对话方式与锅炉用户交换信息，实现BMF锅炉全自动操作运行。

3.锅炉燃烧过程分析

3.1一次风机工作原理

一次风机为前弯式离心风机, 由叶轮组、机壳、进风口、调节门、传动组组成。其工作原理为当风机运转时, 充满叶轮的气体被叶片带动一起旋转, 旋转的气体因自身的质量产生了离心力。在离心力作用下, 使气体沿叶片流道从叶轮四周出口处冲出, 获得能量, 同时, 叶轮中心形成负压。进口侧气体在大气压力作用下不断的吸入, 风机不停的旋转, 气体就不断的被吸入、排出。

3.2送、引风机工作原理

送、引风机为动叶可调轴流风机, 它的工作原理是基于机翼型理论。气体以一个攻角进入叶轮, 在翼背上产生一个升力, 同时必定在翼腹上产生一个大小相等方向相反的作用力, 使气体排出叶轮呈螺旋形沿轴向向前运动。与此同时, 风机进口处由于差压的作用, 使气体不断地被吸入。而动叶可调轴流风机, 攻角越大, 翼背的周界越大, 则升力越大, 风机的压差越大,风量则小[8]。当叶片攻角达到临界值时, 气体将离开翼背的型线而发生涡流, 此时风机压力大, 风量下降, 产生失速现象。

3.3燃烧器布置

自然循环煤粉炉采用四角布置切圆燃烧方式的直流式摆动燃烧器。在炉膛下由八层二次风喷嘴、五层一次风喷嘴和两层三次风喷嘴组成。

4.燃烧过程控制任务和调节量

4.1 燃烧过程控制任务

?满足机组负荷要求，维持主蒸汽压力稳定；

?燃烧过程控制任务与机组运行方式有关；

?证燃烧过程经济性；

?使燃料得以充分燃烧；

?保证燃烧过程稳定性；

?维持锅炉炉膛压力稳定。

4.2 燃烧过程调节量

根据控制任务，主要调节以下三个物理量：

4.2.1．燃料量调节

调节燃料量使入炉燃料燃烧所产生的量能与锅炉外部负荷需求的量能相适应。

4.2.2．送风量调节

燃料量改变时，送风量也应改变，以保证燃料的完全燃烧和排烟热损失最小。调节送风量的目的是保证锅炉燃烧过程的经济性。

4.2.3．引风量调节

调节引风量的目的是使引风量与送风量相适应[9]，以保持炉膛压力在要求范围内，以保证燃烧过程稳定性。

5.锅炉送、引风机风压及风量的理论计算

锅炉送风机、引风机是锅炉系统的重要设备，对提高介质的燃烧利用率、保证锅炉的正常使用起着关键作用。送风机以控制锅炉进风量为目标；引风机是以控制炉内压力为目标，通常为控制炉膛负压。因此，对锅炉风量、压力受控制参数的调节极其重要。

5.1送风机风压与风量的确定

按理论要求，在锅炉房的烟风系统中，送风机的风压用于克服从风道入口到进入炉膛（包括通过空气预热器、燃烧设备和燃料层）的全部阻力。

送风机风压值可按下式表示：

H=1.1(h1+h2+h3-h4-h5) (1) 式中h1———燃烧设备和燃烧层的阻力；

h2———空气预热器空气侧的阻力；

h3———送风道的阻力（包括摩擦阻力和局部阻力）；

h4———风道自生风；

h5———炉膛入口处真空度；

1.1———风压储备系数。

在（1）式中，h1值变化范围较大，它受燃煤特性、燃煤厚度、燃煤粒度的影响。其次与锅炉操作人员管理水平有关。

?送风机风量可按下式确定：

V=1.05abc(273+t)/273X101325/d (2) 式中a———炉膛过量空气系数；

1.05———风量储务系数；

b———计算燃煤量；

c———理论空气量；

d———当地大气压；

101325———标准大气压；

t———冷空气温度。

由（2）式可知，影响风量大小的因素主要是燃煤特性、锅炉负荷、炉膛过量空气等因素[8]。

5.2引风机的风压与风量的确定

引风机用于克服从炉膛出口到烟囱出口（包括炉膛出口负压、锅炉防渣管以后的各部分受热面和除尘设备）的全部烟道阻力。

?引风机的风压值可按下式确定：

H=1.2（h1+h2+h3+h4+h5-h6） (3) 式中h1———炉膛负压值；

h2———锅炉阻力，DC；

h3———除尘器阻力；

h4———烟道阻力；

h5———烟囱阻力；

h6———烟道自生风。

在上式中，各项阻力值的变化范围与锅炉的容量、结构形式有关，其中h2、h3是主要因素[9]。当锅炉结构不同时h2值不同；当除尘器结构不同时h3不同。

?引风机风量可按下式确定：

V=1.1B(V1-aV2) (4) 式中B———计算燃煤量；

V2———锅炉尾部受热面后的排烟容积；

a———锅炉尾部受热面后烟道的漏风系数；

1.1———风量储备系数。

综上所述，应该按照锅炉系统的有关阻力和保证锅炉正常运行所需空气量，来确定锅炉送、引风机的风量、风压，同时考虑一定的储备系数。特别指出的是，对风机采用常规的风阀调节风量法，虽然风量减小了，但系统阻力却增加了。风机所需功率没有减小或减小的很少，电机的能耗没有节省，不能达到节能的目的。而且可能因为满足了炉膛负压值要求而不能满足风量要求，进而造成锅炉出力不足的结果。采用变频调速控制风量，不仅可以调节风机的风量和风压，减小系统的噪声，而且可以达到节能的目的。变频调速控制风量法是一种有效的节能控制方法[10]。

相关计算表格[11]

表5-1 风机风压与风量的计算

5.3送风机引风机选型

在锅炉中,锅炉送风机主要是用来克服风道系统(包括燃烧设备)的通风阻力,向锅炉提供燃料燃烧所需要的空气[12]。送风机输送的空气温度不高,所含的灰尘极少,在空气预热器漏风变化不大的情况下,风量、风压比较稳定。在正压通风方式的锅炉烟风系统中,外界冷空气经送风机升压后送至空气预热器,在空气预热器内被烟气加热成热空气。一部分热空气送至磨煤机,用于干燥和输送煤粉,这部分热空气称为一次风。另一部分热空气直接经燃烧器送至炉膛,这部分热空气称为二次风。二次风在炉膛内与已燃烧的煤粉气流混合,并参与燃烧反应[13]。在不采用一、二次空气分仓的空气预热器时,送风机兼作二次风机用。

1)风量和风压的富裕量

风量和风压是风机的两个最重要的基本参数,风机选型要求必须满足系统所需要的最大风量和风压,并在此基础上留有一定的富裕量。我国现行的火力发电厂设计技术规程规定,火电厂锅炉送风机的富裕度为5%~10%(比转数小时取大值),风压的富裕度为10%~15%(比转数大时取大值)[14]

2)电动机功率的富裕量

合理选择电动机的额定功率,也是在送风机选型工作中应该注意的一个问题。

电动机的额定功率是电动机铭牌上标定的功率,风机轴功率是电动机输送到风机轴上的功率,也是风机的输入功率。为了电动机运行的安全,电动机的额定功率必须满足风机在最大出力时的需要,即

上式中为电动机的额定功率,k;Ps为送风机的轴功率, K为机械储备系数,送风机为1.15;ka为温度修正系数,空气温度为25?时取1.1,空气温度为30?时取1.08;kh 为海拔修正系数,当电动机用于海拔1000m及以下地区时,kh=1;用于海拔1000m以上地区时,应按具体情况予以修正[15]。

离心风机、静叶可调轴流风机、动叶可调轴流风机都可以作为火电厂锅炉送风机使用。风机调节方式比较：

风机的型式不同,运行调节方式不同。锅炉送风机可以选择的调节方式主要有:

(1)动叶可调轴流风机,液压动叶安装角调节,定速电动机驱动;

(2)静叶可调轴流风机,前置导叶调节,定速电动机驱动;

(3)离心风机通常有5种组合方式。%进口导叶调节,定速电动机驱动;&进口挡板调节,定速电动机驱动;?进口导叶调节,双速电动机驱动;(液力耦合器调节,定速电动机驱动;)变频器调节,变速电动机驱动[16]。离心风机的5种组合方式可以概括为进口调节(进口导流器或进口挡板)和变速调节两种方式。进口调节是以损失能量为代价的,特别是进口挡板调节,会使电动机的相当一部分能量损失在克服管路阻力上,但进口调节结构简单,操作简便,在小型机组配套的送风机上还经常采用。大型机组选用的离心式送风机大都采用进口导叶调节加双速电动机驱动的运行调节方式,部分调峰用机组离心式送风机也有采用变频器调节方式的。新颁发的电力行业标准DL/T468-2004?电站锅炉风机选型和使用导则+对离心式风机调节方式作了明确的规定[2]。标准规定:200MW及以上机组的送风机宜采用进口导流器加双速电动机,且风机在低速挡运行时,能满足锅炉风机额定负荷的要求;对调峰机组的送风机可采用变速调节,但采用何种变速调节装置必须进行详细技术经济比较后方可确定。

静叶可调轴流风机是借助其静叶在一定范围内调节来改变风机的内特性。由于风机的正、负旋绕都能改变风机的性能,即能实现双向调节,因而该风机具有较宽的调节范围,且可以获得较高的平均计权效率[17]。因此,静叶可调轴流风机的调节性能优于进口挡板调节的离心风机,其调节效果与进口导叶加双速电动机驱动的离心风机或变频器调节的离心风机接近,但低于动叶可调轴流风机。

动叶可调轴流风机是通过液压调节驱动装置来改变动叶片的安装角度,以获得风机风量和风压的变化。由于动叶安装角的改变,使得该风机冲击损失较小、效率较高,

并且具有调节幅度深和非常宽的调节范围,因此该风机调节性能好,可在较大的变工况范围内保持高效率运行。

通过比较可知,从调节性能来看,动叶可调轴流风机优于其他型式的风机及其调节方式。3.2 机效率的比较

风机效率是风机在单位时间内输出空气所获得的能量(有效功率)与电动机所输入的能量(轴功率)之比,即

式中为风机效率;Q为风机的风量,p 为风机的全压,Pa;为机械传动效率,联轴器传动为0.98,三角皮带传动为0.95;Ps为风机轴功率,kW[18]。

选择送风机,要在满足最大风量和风压的前提下,优先选择最高效率高且高效率区宽的风机。双速电动机驱动的离心风机,当锅炉负荷为额定负荷时采用低速挡,此时风机的效率最高;当负荷降低时配以进口调节(导叶调节或挡板调节)。当锅炉负荷降低时,所需空气量减少,风机的工作点向小流量方向移动,采用进口调节,管路性能曲线上扬,能量损失增加,效率下降,并且效率下降明显,风机将在低效率区内运行。

动叶可调轴流风机的等效率曲线近似一椭圆,其长轴方向与阻力线接近平行,最高效率区域位置适中且范围较宽,可调节范围较大。在选型时,它有可能使锅炉设计点(TB 点)与最大连续工况点(100%MCR点)同时落在风机的高效率区域内。

静叶可调轴流风机的等效率线近似一圆形,其高效率区域靠近曲线上部导叶的大开度位置。以静叶可调轴流风机作为锅炉送风机,若满足锅炉设计点和100%MCR点同时落在高效率区较难办到。它与动叶可调轴流风机相比,变工况运行效率下降较快,风机运行的平均效率低于动叶可调轴流风机[21]。

所以,从运行效率的角度看,动叶可调轴流风机最佳,静叶可调轴流风机次之,离心风机较差。

综合上述研究，本次送风机设计采用动叶可调轴流风机，系统简图及实体图见下。

图5-1 系统简图

图5-2 实体图

轴流风机动叶调节原理（TLT结构）

轴流送风机利用动叶安装角的变化，使风机的性能曲线移位。性能曲线与不同的动叶安装角与风道性能曲线，可以得出一系列的工作点。若需要流量及压头增大，只

需增大动叶安装角；反之只需减少动叶安装角。

轴流送风机的动叶调节，调节效率高，而且又能使调节后的风机处于高效率区内工作。采用动叶调节的轴流送风机还可以避免在小流量工况下落在不稳定工况区内。轴流送风机动叶调节使风机结构复杂，调节装置要求较高，制造精度要求亦高。

改变动叶安装角是通过动叶调节机构来执行的，它包括液压调节装置和传动机构。液压缸内的活塞由轴套及活塞轴的凸肩被轴向定位的，液压缸可以在活塞上左右移动，但活塞不能产生轴向移动。为了防止液压缸在左、右移动时通过活塞与液压缸间隙的泄漏，活塞上还装置有两列带槽密封圈。当叶轮旋转时，液压缸与叶轮同步旋转，而活塞由于护罩与活塞轴的旋转亦作旋转运动。所以风机稳定在某工况下工作时，活塞与液压缸无相对运动[19]。

活塞轴的另一端装有控制轴，叶轮旋转时控制轴静止不动，但当液压缸左右移动时会带动控制轴一起移动。控制头等零件是静止并不作旋转运动的。

叶片装在叶柄的外端，每个叶片用6个螺栓固定在叶柄上，叶柄由叶柄轴承支撑，平衡块与叶片成一规定的角度装设，二者位移量不同，平衡块用于平衡离心力，使叶片在运转中成为可调。

动叶调节机构被叶轮及护罩所包围，这样工作安全，避免脏物落入调节机构，使之动作灵活或不卡涩。当轴流送风机在某工况下稳定工作时，动叶片也在相应某一安装角下运转，那么伺服阀将油道①与②的油孔堵住，活塞左右两侧的工作油压不变，动叶安装角自然固定不变。

当锅炉工况变化需要减小调节风量时，电信号传至伺服马达使控制轴发生旋转，控制轴的旋转带动拉杆向右移动。此时由于液压缸只随叶轮作旋转运动，而调节杆(定位轴)及与之相连的齿条是静止不动的。于是齿套是以B点为支点，带动与伺服阀相连的齿条往右移动，使压力油口与油道②接通，回油口与油道①接通。压力油从油道②不断进入活塞右侧的液压缸容积内，使液压缸不断向右移动。与此同时活塞左侧的液压缸容积内的工作油从油道①通过回油孔返回油箱。

由于液压缸与叶轮上每个动叶片的调节杆相连，当液压缸向右移动时，动叶的安装角减小，轴流送风机输送风量和压头也随之降低。

当液压缸向右移动时，调节杆(定位轴)亦一起往右移动，但由于控制轴拉杆不动，所以齿套以A为支点，使伺服阀上齿条往左移动，从而使伺服阀将油道①与②的油孔堵住，则液压缸处在新工作位置下(即调节后动叶角度)不再移动，动叶片处在关小的

新状态下工作。这就是反馈过程。在反馈过程中，定位轴带动指示轴旋转，使它将动叶关小的角度显示出来[20]。

若锅炉的负荷增大，需要增大动叶角度，伺服马达使控制轴发生旋转，于是控制轴上拉杆以定位轴上齿条为支点，将齿套向左移动，与之啮合齿条(伺服阀上齿条)也向左移动，使压力油口与油道①接通，回油口与油道②接通。压力油从油道①进入活塞的左侧的液压缸容积内，使液压缸不断向左移动，而与此同时活塞右侧的液压缸容积内的工作油从油道②通过回油孔返回油箱。此时动叶片安装角增大、锅炉通风量和压头也随之增大。当液压缸向左移动时，定位轴也一起往左移动。以齿套中A为支点，使伺服阀的齿条往右移动，直至伺服阀将油道①与②的油孔堵住为止，动叶在新的安装角下稳定工作[22]

6.锅炉燃烧过程控制基本方案及分析

锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的要求，同时还要保证锅炉安全经济运行。一台锅炉的燃料量、送风量和引风量三者的控制任务是不可分开的，但彼此之间应互相协调，才能可靠工作。对给定出水温度的情况，则需要调节鼓风量与给煤量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态。同时应使炉膛内存在一定的负压，以维持锅炉热效率、避免炉膛过热向外喷火，保证了人员的安全和环境卫生。

燃料与空气按照一定比例送入锅炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，形成过热蒸汽，再汇集到蒸汽母管。过热蒸汽经负荷设备控制，供给负荷设备用，与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风送往烟囱，排入大气。

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。当燃料流量和蒸汽负荷变动较小时，可采用利用蒸汽压力来调节燃料量的单回路控制系统；当燃料流量波动较大时，可采用蒸汽压力对燃料流量的串级控制系统。主蒸汽压力控制系统的主要目的是维持主蒸汽压力恒定，因此主蒸汽压力能否准确测量直接关系到控制质量的优劣。合理的选择压力变送器在设计中有关键作用。

控制原理图

常见的锅炉系统如图6-1所示。首先除氧水通过给水泵进入给水调节阀，通过给水调节阀进入省煤器，冷水在经过省煤器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成温

水进入汽包，在汽包内加热至沸腾产生蒸汽，为了保证有最大的蒸发面因此水位要保持在锅炉上汽包的中线位置，蒸汽通过主蒸汽阀输出。空气经过鼓风机进入空气预热器，在经过空气预热器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成热空气进入炉膛。煤经过煤斗落在炉排上，在炉排的缓慢转动下煤进入炉膛被前面的火点燃，在燃烧过程中发出热量加热汽包中的水，同时产生热烟气。在引风机的抽吸作用下经过省煤气和空气预热器，把预热传导给进入锅炉的水和空气。通过这种方式使锅炉的热能得到节约。降温后的烟气经过除尘器除尘，去硫等一系列净化工艺通过烟囱排出[23]。

控制原理图见下图

图6-1 控制原理图

TT－温度变送器；PT－压力变送器；FT－流量变送器；LT－液位变送器；M－电动调节阀；AI－模拟量输入；DI－数字量输入；AO－模拟量输出；DO－数字量输出

6.1 送风量控制系统

送风控制子系统的作用是通过调节总送风量, 保证燃烧过程中总的风- 煤比值。该系统中被调量是烟气含氧量, 调节量是各台送风机的送风量, 反馈量是各台送风机的风量信号与一次风总风量信号相加, 构成串级控制系统。送风量控制子系统由总风量测量回路、烟气含氧量校正回路、送风量调节回路构成。总风量回路提供风量的反馈信号。烟气含氧量校正回路的作用是根据烟气含氧量与给定值之间的偏差对送风量进行校正, 以保证最佳的过剩空气。送风量调节回路的作用是根据校正后的总风量与给定值之间的偏差, 调节送风量, 使副回路构成随动控制系统。燃料量与送风量的关系如图6-2。

图6-2 燃料量与送风量的关系

其中对空气和燃料的控制: 锅炉用水经省煤器预热后,注入锅炉内,在进水管道内,用一流量传感器检测到流量信号后,,经流量变松器把流量信号这一物理量变换成相应的统一的标准信号,送入仪表、运算器、调节器中,其中为了使仪表的输出信号同流量信号呈线形关系,我们在中间加入一个开方器,同时,在进水端检测出它的进水温度(预热后),送给调节器,然后,再从出水端检测出出水温度,也送给调节器.在这一调节器中,用一减法器计算出温度,将前面所测得的流量乘以(乘法器)温差,即可求得进水管道中所注入的水所需的热量.而出口测的热水温度信号送给温度调节电路,温度调节电路将它在与人工设定值水平SP之间进行控制计算,将输出信号作为结果输出,将前面原料加

热所需要的热量加到该输出信号中,作为燃料流量的设定值,与燃料流量这一小闭环所

检测出此时燃料的流量值,做一差值计算,从而调节燃料控制阀的大小,进而进行热量

控制.

燃烧过程的经济与否可以通过剩余空气系数是否合适来衡量，过剩空气系数通常

用烟气的含氧量来间接表示。实现经济燃烧最基本的方法是使风量与燃料量成一定的

比例。送风量控制子系统的任务就是使锅炉的送风量与燃料量相协调，可以达到锅炉

的最高热效率，保证机组的经济性，但由于锅炉的热效率不能直接测量，故通常通过

一些间接的方法来达到目的。如图6-3所示，以实测的燃料量B作为送风量调节器的

给定值，使送风量V和燃料量B成一定的比例。

图6-2 燃料量与送风量的关系

在稳态时，系统可保证燃料量和送风量间满足 B=αvV 选择αv使送风量略大于B完全燃烧所需要的理论空气量。这个系统的优点是实现

简单，可以消除来自负荷侧和燃料侧的各种扰动。

6.2 引风量控制系统

引风控制子系统的作用是保持炉膛压力稳定在给定值。该系统的被调量是炉膛压

力, 调节量是引风量, 前馈信号是送风量, 构成前馈- 反馈控制系统。引入送风量前

馈信号是协调送风和引风之间的关系, 克服送风量对炉膛压力的扰动。PI 调节器构成

的调节系统可以消除其他扰动对炉膛压力的影响, 静态时炉膛压力等于给定值。炉膛

压力直接影响炉膛内燃料的燃烧质量和锅炉的安全性。炉膛压力控制系统的基本任务

是通过控制两台引风机动叶或入口挡板的开度, 使引风量与送风量相适应, 从而保证

炉膛压力在允许范围内, 以稳定燃烧, 减少污染, 保障安全。一般采用单回路调节系

统并加以前馈的方法进行控制，

图6-3引风量控制系统

如图6-3所示引风量控制子系统

图中rs为炉膛负压给定值，S为实测的炉膛负压，Q为引风量，V为送风量。由于

炉膛负压实际上决定于送风量和引风量的平衡，故利用送风量作为前馈信号，以改善

系统的调节性能。另外，由于调节对象相当于一个比例环节，被调量反应过于灵敏，

为了防止小幅度偏差引起引风机挡板的频繁动作，可设置调节器的比例带自动修正环

节，使得在小偏差时增大调节器的比例带。对于负压S的测量信号，也需进行低通滤

波，以抑制测量值的剧烈波动。

7.结束语

本设计计方向主要设是生物质成型燃料链条锅炉的送风引风部分，经过实际考察和效率计算，送风机设计采用动叶可调轴流风机是最优化方案，动叶可调轴流风机选型满足系统所需要的最大风量和风压，在满足最大风量和风压的前提下,优先选择最高效率高且高效率区宽的风机。综上所述，本次设计动叶可调轴流风机，并经过计算与机械设计，完成了本次设计。但由于个人能力有限，设计仍然有许多不足与值得改进的地方，望老师加以指正。

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