在工业生产中，锅炉是发电、炼油及化工等工业部门的重要能源和热源动力设备。锅炉的种类很多，通常分为燃煤锅炉、燃油锅炉和燃气锅炉。虽然不同类型的锅炉的燃料种类和工艺条件各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统的工作原理是基本相同的。本实验以燃煤蒸汽锅炉为被控对象，其在生产中的作用是向相关生产装置提供符合工艺生产要求的合格蒸汽。
常见的蒸汽锅炉的组成和结构如附图C-1所示。
由附图C-1可以看出，蒸汽锅炉主要由汽锅、炉子、减温器、省煤器以及一些辅助性设备如送引风设备、除尘设备等组成。
汽锅：附图C-1中所示的汽包部分，它是蒸汽锅炉的主要设备，工业用蒸汽就在这里产生，由上锅筒、下锅筒和沸水管组成，水受烟气加热，在管内汽化，产生饱和蒸汽，这些饱和蒸汽自然地聚集到上锅筒中。上锅筒内所聚集的饱和蒸汽中所含的水分较多，为了得到干度大的饱和蒸汽，一般会在上锅筒中装设汽水分离设备。
炉子：附图C-1中所示的炉膛部分，它是燃料燃烧从而释放出热能的设备。由吹煤机将煤粉运送至炉膛，送风机将一定量的空气引至炉膛，从而满足燃烧条件。燃料在炉膛内充分燃烧，产生高温烟气，烟气再将热量传送给汽锅内的水使之汽化。
省煤器：利用烟气余热预加热锅炉给水和炉膛所需空气的设备。这样做可以充分利用废烟气的温度，既节省燃料降低了成本，又有利于环境保护。
送引风设备：附图C-1中所示的鼓风机部分，可提供燃料燃烧所需要的空气。送引风设备调节的目标是保证空气量随燃料量的变化而变化，为实现经济燃烧做好准备。
给水设备：由给水泵、省煤器、储水箱和给水管路等装置组成。首先对水进行软化，软化之后的水进入储水箱，再由给水泵经给水管和省煤器进入锅炉汽包。
除了上述这些设备之外，还有其他一些配套设备以及用于显示或者控制的传感器、仪器仪表等。例如，流量、温度、压力和液位等用来采集锅炉实时工作信息的传感器和变送器，以及用来显示这些值的仪表；蒸汽、水流量、温度、压力、液位指示、给燃料、送风等机械及自动调节装置，它们和锅炉的其他部分共同构成了整个蒸汽锅炉的控制系统，可以实现锅炉的自动检测、程序控制、自动保护和自动调节。
附图C-1 蒸汽锅炉结构图
燃煤蒸汽锅炉的工作过程总体上包括燃烧过程和汽化过程两个重要部分。燃料在炉膛内燃烧，将化学能转换为热能；通过高温烟气将能量传递给汽锅内温度比较低的水，水被加热后生成蒸汽。从上所述可知，锅炉的工作过程共包括三个同时进行的过程：燃料燃烧过程、烟气与水之间的传热过程和水的汽化过程，如附图C-2所示。
附图C-2 蒸汽锅炉工作流程示意图
第一个过程，即燃料燃烧过程，是最基本的过程。首先将燃料送入锅炉炉膛内。要在炉膛内燃烧，除了燃料以外还需要空气，这部分空气由鼓风机提供，炉膛内的风量和燃料量必须成比例，只有这样才能高效燃烧。这样的一个完整过程就称为燃烧过程。燃烧过程的完善进行，是保证锅炉正常运行的基本条件。燃烧过程中，要保证空气量、燃料量、负荷蒸汽量有一定的比例关系，这就要根据实际生产中所需要的蒸汽量来控制送风量和燃烧量，同时还必须结合引风设备来调节炉膛内的烟气量，以便控制炉膛负压。
第二个过程，即烟气与水之间的传热过程，此过程的惯性最大，所需时间也最长。燃料燃烧所释放的热量在炉内进行极其强烈的热辐射，将燃烧所产生的热传递给管内的水，使其气化。辐射之后，炉内烟气在引风机引力的影响下向炉膛的上方移动，烟气的温度沿途不断降低，最后进入烟道的尾部，此后这些温度稍低的烟气将进入省煤器和减温器，利用废烟气的热量预加热二者内部的工质，最终使其以经济的更低温度的烟气排出锅炉，从而达到节省燃料的目的。(www.xing528.com)
第三个过程，即水的汽化过程，该过程将产生目标产物——过热蒸汽。蒸汽的产生主要包括两个过程：水循环过程和汽水分离过程，如附图C-3所示。
附图C-3 汽包内水的汽化过程
被控对象的设备列表、检测点列表、执行机构列表和开关阀列表分别见附表C-1～附表C-4。
附表C-1 设备列表
附表C-2 检测仪表
附表C-3 执行机构
附表C-4 开关阀
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。除氧的目的是防止自然循环锅炉给水中溶解有氧气和二氧化碳，对自然循环锅炉造成腐蚀。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的自然循环锅炉上水走管程，一方面对最终产品（过热蒸汽）的温度起到微调（减温）的作用，另一方面也能对自然循环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，与管内的自然循环锅炉上水换热，回收烟气中的余热并使自然循环锅炉上水进一步预热。
被烟气加热成饱和水的自然循环锅炉上水全部进入汽包V1102，再经过对流管束和下降管进入自然循环锅炉水冷壁，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。自然循环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自然循环锅炉上水预热，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。
燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101的燃烧器；空气经由变频鼓风机K1101送入燃烧器。燃料与空气在燃烧器混合燃烧，产生热量使自然循环锅炉水汽化。燃烧产生的烟气带有大量余热，对省煤器E1102中的自然循环锅炉上水进行预热。
蒸汽锅炉工艺流程示意图如附图C-4所示。
附图C-4 蒸汽锅炉工艺流程示意图
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