摘  要

由于科技的不断发展与创新，人类对节能也更加重视。锅炉是现代工业生产中的一个重要组成部分，怎样利用锅炉提高生产也异常重要。因此在工业上对它的改造也更加重视。改造锅炉控制设备和系统，可以让企业的发展更加资源化，使企业更进一步达到国家提出的资源节约，环境友好的要求。使工业生产更加的效率性。

针对这种情况，本文对燃料、空气和水三者的量进行调节，设计了基于PLC的锅炉燃烧控制系统。设计过程中，我们控制了锅炉的送风量、燃料量、引风量以及给水量，并且还有局部控制的技术更新。本文还设计出该系统的梯形图和指令表，用三菱编程软件编辑出其梯形图，得出最后满意的结果。

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第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

随着能源问题和环境污染问题的进一步突出，以及国家宏观政策的改变一经济增长要以资源节约、环境友好为前提，过去那种以牺牲环境、浪费资源来换取经济高速增长的的生产方式将逐渐被淘汰，这种趋势对工业锅炉的自动控制水平和管理要求也必将越来越高，中小型企业若不能提高其控制技术将难以适应社会要求。

目前，国内仍有很多锅炉采用原始的仪表控制方案，这些锅炉通常炉龄较长，生产状况远低于行业标准，它们消耗了大量煤炭资源的同时又排放大量的污染气体。这种陈旧的蒸汽锅炉控制系统已经远远不能满足企业生产要求和国家节能减排的号召。为了解决这一系列问题，保持工业生产能够更加有效率的就行以及国家响应的可持续发展、资源节约的要求，锅炉设备的控制系统设计就显得尤为重要。

1.2 主要研究内容和方法

本文先从研究锅炉的整体出发，之后分给水、燃烧、过热蒸汽温度控制三个方向进行逐步分析，再对三菱PLC硬件与软件进行介绍和选择，从而实现锅炉燃烧控制的系统设计^[1]。目前，基本控制系统包括以下几个方面：

• 给水控制系统

给水量的多少在锅炉燃烧系统中的作用意义重大，在锅炉燃烧给水的控制是适当调节气包中给水的流量，以控制气包中的水位维持在正常状态下，并用此来控制锅炉蒸发量的变化。在这里可以通过汽包水位、蒸汽流量、给水流量作为信号来调节。以这些信号的变化来保持系统中给水量的平衡。

• 燃烧控制系统

燃烧控制系统的功能是控制炉膛内的煤的燃烧、控制送风量及引风量，应用这三个条件来维持锅炉负荷的变化。控制炉膛内的燃烧效率，使煤在其中能够得到充分燃烧，进而满足汽包中产生的蒸汽量足够提供给外界。

• 过热蒸汽温度控制系统

就是是控制出口的蒸汽温度在可控制的范围内，因为只有这样才能保证过热器的安全。才能使锅炉系统能持续稳定的提供给外界能量。满足工业生产所需要的条件。

1.3 论文结构安排

本论文主要分四个章节综述课题内容。第一章节主要是讲述锅炉燃烧系统的背景和意义，研究方法以及论文研究的主要内容。第二章节是对锅炉的工作过程的介绍。第三章节是对锅炉燃烧控制系统的设计。第四章节是系统软件的设计。第五章为结论与展望。

第二章 锅炉燃烧的工作过程

2.1 锅炉系统的组成

锅炉可分为汽水系统和燃烧系统。燃煤蒸汽锅炉的发展历程，是一个功能不断丰富设备不断增加的过程，现在的锅炉结构虽然复杂，但概括来看可分为锅炉本体和辅助设备两大部分^[2]。

2.1.1 锅炉本体

汽水系统是将燃烧生成的热量传递给锅内工质，是一个由多种部件构成的封闭系统，主要由锅壳、汽包、水冷壁、汽水分离装置、省煤器等组成。

2.1.2 锅炉辅助设备

(1)燃料供应设备

为锅炉提供需要的燃料物质，保证锅炉的燃料供应的及时，不影响燃烧进程，使锅炉能够稳定工作。

(2)送、引风设备

送风设备给炉子的燃烧室送入空气，适量的空气保证炉内燃料的充分燃烧，燃烧生成的高温烟气经引风设备通过一系列的换热过程直至排出，送、引风量的多少同时还影响着炉内负压。

(3)除灰渣设备

燃煤锅炉在运行时会生成大量的灰尘和残渣，如不及时清理将影响炉内正常燃烧，除灰渣设备就是及时运出炉内灰渔，主要有各种除渣机、蜜斗等组成。

(4)汽、水系统设备

可分为给水、蒸汽系统。蒸汽系统的作用是将气包中所产生的合格的蒸汽输送给负荷。其设备包括蒸汽管、分汽紅等。随着汽包内的水不断蒸发汽包液位开始下降，为保证锅炉持续运行则需要给水系统往锅炉里注水，水在进入蒸发系统之前要先进行处理。

(5)烟气净化系统设备

烟气净化系统主要用来除去锅炉排放气体中的有害物质，随着国家对排放标准的不断提高，烟气净化系统已经由最初的选配变化必备设备，制作工艺和功能也在不断提高，它主要分为除尘、脱硫、脱硝等装置^[3]。

(6)仪表及自动控制系统设备

仪表及自动控制系统设备反映了一个锅炉的先进程度，也是本文重点研究对象，其主要用来是对锅炉系统进行调节控制，保证锅炉安全高效运行。仪表及自动控制系统包括微型计算机和各种传感器、变送器等信号采集仪表和自动调节阀以及控制器等。

2.2 锅炉的工作过程

锅炉的运行原理实际上就是能量转换的过程，像是燃烧煤炭的化学能，或是直接用电的电能等，都是在锅炉内完成能量转换，以另一种形式向外输出，比如以蒸汽为热载体向外输出。其工作过程主要包括煤燃烧释放化学能的过程，炉内高温烟气向汽包传热过程，热量向汽包内水传热、水的流动、蒸发、汽化过程^[4]。

• 燃烧过程首先要完成的是燃煤的输送，燃煤的输送量可以通过炉排电机调节，输送后的煤被磨成粉，煤粉通过一次风机进入煤粉室，煤的燃烧离不开空气，这部分空气由鼓风机提供，进来的自然风要先通过空气预热器，在预热器内升温后进入送风仓，然后将其和炉膛内的煤粉一起进行燃烧反应。在这个过程中，燃料与空气中的氧气进行燃烧反应后放出很多的热量，经过燃料产生的化学能会转化成为热能。在这个过程中会有一定的热量损失。

（2）水的汽化过程 水从给水泵进入，这时水温为自然温度，然后在省煤器中预热，随之到达一定的温度后变成热空气进入炉排，然后对对这部分蒸汽继续加热形成热蒸汽，这部分工作有锅炉系统的蒸汽过热器来完成，为保证蒸汽温度符合用户要求避免过高，通常还配打减温水对温度进行调节。