1、<p><b>　　大連海事大學</b></p><p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p><b>　　二○一二年六月</b></p><p>　　“育鯤”輪燃油鍋爐燃燒系統(tǒng)自動控制及點火故障分析</p><p>　　專業(yè)班級： 輪機08-7班&l

2、t;/p><p>　　姓 名： 陳長江</p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　輪機工程學院</b></p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　“育鯤”輪教學實習船SAACKE燃

3、油輔鍋爐采用的是SKVJ M18型整裝式燃燒器，本文以“育鯤”輪燃油輔鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動控制為研究對象，主要介紹了“育鯤”輪鍋爐燃油供給系統(tǒng)、燃燒自動控制HMI控制單元、安全保護控制單元FSC并分析了燃燒器的自動點火、自動停爐、燃燒強度的自動控制和鍋爐在燃燒過程中出現(xiàn)故障時的安全保護這一系列的自動控制過程。然后，結(jié)合在實習期間燃油鍋爐的點火故障進行了分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：自動控制； 燃燒系統(tǒng)； 安全

4、保護；故障</p><p>　　ABSTRACT: The SACCKE oil boiler on thetraining Ship of M/V ‘YUKUN’ is equipped withauxiliary monoblock burner,which is type of SKVJ M18.This thesischoses automatic control of the combustion sy

5、stem as the research object, mainly introduces the fuel supply system,auto control of HMI unit,fire safety controlunit(FSC),analyzesthe series auto control prosess of ignition, fire intensity and the security protection

6、triggered by fault.At last,it analyses the problem of igniton arised during the training</p><p>　　Keywords: auto control ; combustion system; security protection; trouble shooting</p><p><b&

7、gt;　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 前言1</b></p><p>　　船用鍋爐燃燒系統(tǒng)自動控制概述1</p><p>　　第二章 鍋爐燃燒系統(tǒng)的介紹1</p><p>　　2.1 鍋爐燃燒器1</p><p>　　2.2 鍋爐燃油系統(tǒng)2<

8、/p><p>　　第三章 燃油鍋爐自動控制系統(tǒng)3</p><p>　　3.1 控制單元HMI3</p><p>　　3.2 安全保護FSC單元4</p><p>　　3.3 se@vis IO系統(tǒng)4</p><p>　　3.4 執(zhí)行器FSM5</p><p>　　第四章 燃油鍋爐的燃燒自動

9、控制6</p><p>　　4.1 鍋爐的自動點火過程6</p><p>　　4.2 燃油鍋爐的自動停爐9</p><p>　　4.3 燃油鍋爐根據(jù)蒸汽壓力進行燃燒強度的自動控制9</p><p>　　第五章 “育鯤”輪鍋爐燃燒過程中的自動安全保護11</p><p>　　5.1 危險低水位時自動熄火停爐1

10、2</p><p>　　5.2 風壓過低時自動熄火停爐12</p><p>　　5.3 蒸汽壓力超壓時自動熄火停爐12</p><p>　　5.4 中途熄火安全保護12</p><p>　　第六章 “育鯤”輪燃油輔鍋爐燃燒器點不著火故障及排除13</p><p>　　6.1 故障現(xiàn)象13</p>

11、<p>　　6.2 故障原因及排除過程13</p><p>　　6.2.1 故障的可能原因分析13</p><p>　　6.2.2 故障排除過程13</p><p><b>　　第七章 結(jié)論15</b></p><p><b>　　【參考文獻】16</b></p>

12、<p>　　“育鯤”輪燃油鍋爐燃燒系統(tǒng)自動控制介紹</p><p><b>　　第一章 前言</b></p><p>　　船用鍋爐燃燒系統(tǒng)自動控制概述 </p><p>　　鍋爐是船舶動力裝置的重要組成部分之一，其主要功能是產(chǎn)生蒸汽用來加熱燃油、滑油，主機暖缸，驅(qū)動輔助機械及生活雜用等，鍋爐對船舶的安全運行起著非常重要的作用。對于

13、鍋爐而言，其最重要部分就是燃燒系統(tǒng)的運行和管理。</p><p>　　隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，船舶自動化程度越來越高，育鯤輪是自動化程度很高的船舶，鍋爐作為船舶重要的一部分，其自動控制對于整個船舶的自動控制相當重要，在鍋爐各系統(tǒng)中，燃燒系統(tǒng)尤為重要，因此鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動控制對于提高船舶和鍋爐的自動化具有很大的意義，而且提高船舶鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動化程度對于實現(xiàn)無人機艙非常重要。鍋爐燃燒系統(tǒng)自動化程度的提高與以往的人工

14、手動控制相比較而言，使得燃燒控制更加完善、燃燒過程安全性更高，在提高船舶節(jié)能和保護環(huán)境方面也有很大的作用，并且給輪機員的操作帶來了很大的便利，減少了輪機員對于鍋爐燃燒的管理工作，大大降低了輪機管理人員的工作強度。</p><p>　　第二章 鍋爐燃燒系統(tǒng)的介紹</p><p><b>　　2.1 鍋爐燃燒器</b></p><p>　　“育鯤

15、”輪燃油輔鍋爐采用的是SKVJ M18型整裝式燃燒器。其外形如圖2-1所示。</p><p>　　SKVJ M18型整裝式燃燒器適用于小型水管鍋爐或具有兩個或三個煙道的煙管鍋爐，該燃燒器具有經(jīng)濟節(jié)能，操作方便，安裝簡單，利于環(huán)保的優(yōu)點。</p><p>　　圖2-1 SKVJ M18整裝式燃燒器</p><p>　　1.風機；2.速閉閥；3.調(diào)壓閥；4.濾器；5.流

16、量計；6.伺服電機；7.負荷凸輪；8.燃油電磁閥；9.手動操作按鈕；10.火焰探測器；11.點火油頭座；12.主噴油器；13.配風器；14.火焰觀察鏡； 15.進油口；16.回油口</p><p>　　2.2 鍋爐燃油系統(tǒng)</p><p>　　鍋爐燃油系統(tǒng)包括從日用柜至鍋爐燃燒器的管系及相關(guān)設(shè)備。“育鯤”輪鍋爐燃油系統(tǒng)如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2

17、“育鯤”輪輔鍋爐燃油系統(tǒng)圖</p><p>　　1.重油日用柜；2.柴油日用柜；3.燃油泵組；4.點火油泵；5.調(diào)壓閥；6.回油三通閥；7.重/柴油轉(zhuǎn)換閥；8、9、10.濾器；A.燃油至燃燒器；B.燃燒器回油；C.柴油至點火油頭</p><p>　　目前船用輔鍋爐日常工作時多使用與主柴油機相同的重油，只有在冷爐起動或者準備停爐前才使用柴油?！坝H”輪燃油鍋爐的供油系統(tǒng)如圖2-2所示，燃油從

18、重油日用柜1或柴油日用柜2經(jīng)過重/柴油轉(zhuǎn)換閥7被燃油泵3吸入，然后經(jīng)接口A送至主燃燒器。在一般情況下，為了降低船舶的燃油費用，主油路通常燃用重油，只有在重油柜因無蒸汽加熱而溫度過低時才使用柴油，這樣的供油方式目前在世界上的船舶中使用的較多。燃油泵組3的作用是使燃油獲得一個合適的供給壓力并且對燃油進行進一步的過濾以利于燃油在燃燒器中的霧化，使燃燒質(zhì)量更好。燃油經(jīng)過加熱和過濾之后送至主燃燒器供應(yīng)鍋爐燃燒。調(diào)壓閥5用于調(diào)節(jié)A口處，也即主燃燒器

19、的供油壓力。經(jīng)調(diào)壓閥旁通出來的燃油和經(jīng)B口來的燃燒器回油一起經(jīng)過三通閥6返回重油日用柜或回到燃油泵的吸口的位置。點火用的輕柴油從柴油日用柜2經(jīng)過點火油泵4，濾器8經(jīng)過處理之后然后經(jīng)接口C送至點火油頭。當鍋爐長時間沒用時，在冷爐起動時應(yīng)將重/柴油轉(zhuǎn)換閥7轉(zhuǎn)至輕油日用柜，在鍋爐要進行長期停爐時，停止燃燒之前應(yīng)使用一段時間的柴油，以防整個燃油管系充滿重油而導(dǎo)致下次起動困難。在輕重油日用柜出口的速閉閥可以在緊急狀況下迅速切</p>

20、<p>　　第三章 燃油鍋爐自動控制系統(tǒng)</p><p>　　3.1 控制單元HMI</p><p>　　HMI是由操作面板、可編程序的控制器（PLC）和控制信號聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)組成，它安裝在控制箱中，它既是操作人員操作鍋爐的操作面板也是鍋爐的自動控制中心，是整個鍋爐自動控制的心臟。它的正面是一個觸摸屏控制面板，輪機管理人員通過這個觸摸屏控制面板可以快速和方便的調(diào)節(jié)控制單元和設(shè)定自動控

21、制數(shù)據(jù)，并從面板上可以獲得水位、壓力、溫度等參數(shù)信息。HMI控制著控制回路并且處理安全保護控制工作，報警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄和鍋爐燃燒系統(tǒng)都是HMI的一部分。HMI是燃燒器管理系統(tǒng)的控制中心，它提供了以太網(wǎng)、CAN、RS485和RS232向其控制部分傳送和接收信號。HMI具有以下功能：</p><p>　　通過觸摸屏控制燃燒器的操作。</p><p><b>　　循環(huán)系統(tǒng)的控制。<

22、;/b></p><p>　　鍋爐的起動、停止等控制功能</p><p>　　通過觸摸屏對各個系統(tǒng)的參數(shù)進行設(shè)置。</p><p>　　在觸摸屏上起動燃燒器、泵和風扇等。</p><p>　　使鍋爐操作可以遠距離控制。</p><p>　　能夠在LED屏上顯示報警信息、鍋爐狀態(tài)、水位和油溫等鍋爐參數(shù)。</p

23、><p>　　HMI系統(tǒng)的觸摸屏控制面板如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 HMI觸摸屏控制面板</p><p>　　3.2 安全保護FSC單元</p><p>　　FSC是燃燒器安全保護控制系統(tǒng)的控制中心，包含有自動點火過程的故障監(jiān)測和電子元件的控制系統(tǒng)，它連接著供油電磁閥、點火變壓器、火焰?zhèn)鞲衅骱涂諝鈮毫ΡO(jiān)視器這些重要的安全限制

24、保護監(jiān)視器。FSC控制著鍋爐整個燃燒器在點火起動和燃燒過程的安全保護，并且當出現(xiàn)故障時及時控制燃燒器動作使燃燒器停火并發(fā)出聲光報警。在鍋爐運行的整個過程中，它連續(xù)的監(jiān)視著整個系統(tǒng)并且控制燃燒器的動作以保護鍋爐系統(tǒng)的設(shè)備。FSC包含一個可編程序控制器（PLC）、IEC61131和IEC61508。</p><p>　　圖3-2所示為FSC的正面視圖</p><p>　　圖3-2 FSC正面

25、視圖</p><p>　　FSC和HMI之間的數(shù)據(jù)通過RS485接口進行傳遞，F(xiàn)SC與執(zhí)行器FSM之間通過FSC-IO進行信號的接收和數(shù)據(jù)的傳送。FSC具有12個數(shù)字信號輸入通道、8個數(shù)字信號輸出通道和一個模擬信號輸入通道，通過這些信號傳輸通道FSC分析來自安全循環(huán)回路和火焰探測器的信號，并且控制著空氣供應(yīng)、供油電磁閥的動作、點火過程和監(jiān)視著燃燒器的整個燃燒過程。</p><p>　　3.

26、3 se@vis IO系統(tǒng)</p><p>　　Se@vis IO系統(tǒng)是鍋爐自動控制系統(tǒng)的信號輸入輸出系統(tǒng) 。圖3-3所示為燃油鍋爐自動控制IO系統(tǒng)集成模塊外觀圖。</p><p>　　圖3-3 IO集成模塊外觀圖</p><p>　　這個IO集成模塊使控制系統(tǒng)所有獨立的IO模塊根據(jù)控制系統(tǒng)的要求集成一塊，使控制系統(tǒng)體積更小，維護更方便。通過IO模塊，火焰探測器、

27、溫度和壓力檢測器等元件的信號輸入PLC中，PLC又通過IO模塊將控制信號輸入到電磁閥、風機、FSM等元件去控制燃燒器、泵及鍋爐的工作。</p><p>　　IO集成模塊上各獨立模塊的描述如表3-1所示</p><p><b>　　表3-1 </b></p><p>　　3.4 執(zhí)行器FSM</p><p>　　FSM是伺

28、服電機，它通過以太網(wǎng)和安全保護控制系統(tǒng)相連接，用于控制燃燒器的風油供給。自動控制系統(tǒng)通過FSM來控制風門擋板開度和供油電磁閥的開關(guān)。通過以太網(wǎng)，F(xiàn)SM接受到來自安全保護控制中心FSC的信號，然后轉(zhuǎn)換為機械信號，控制風門擋板、供油電磁閥的位置。 </p><p>　　鍋爐燃燒控制系統(tǒng)圖如圖3-4所示</p><p>　　圖3-4 鍋爐燃燒系統(tǒng)控制簡圖</p><p>

29、　　鍋爐的自動控制單元HMI、FSC、IO系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)線路都集中放置在鍋爐旁邊的控制箱中，這樣可以使控制系統(tǒng)占用體積小、可靠性更高、維護管理更加方便，在平時的操作中主要通過HMI觸摸屏控制面板進行各種操作。</p><p>　　第四章 燃油鍋爐的燃燒自動控制</p><p>　　4.1 鍋爐的自動點火過程</p><p>　　鍋爐的自動點火是指輪機管理人員在HM

30、I觸摸屏控制面板上依次按下Operation->Burner Start之后，鍋爐能夠自動的按照預(yù)設(shè)的程序進行預(yù)掃風、點火和轉(zhuǎn)入正常燃燒以及故障判斷等一系列的過程。圖4-1所示為SKVJ M18型燃燒器的系統(tǒng)流程</p><p>　　圖4-1 SKVJ M18型整裝式燃燒器系統(tǒng)圖</p><p>　　1.溫控器；2.調(diào)壓閥；3.濾器；4.油壓監(jiān)測器（高）；5.壓力表；6.伺服電機；7

31、.負荷凸輪；8.油量調(diào)節(jié)器；9.流量計；10.旁通閥；11.速閉閥；12/13/29/30.電磁閥；14/33.泄油電磁閥（常開）；15.油溫監(jiān)測器（低）；16.油溫監(jiān)測器（高）；17.主噴油器（轉(zhuǎn)杯）；18.電機；19.風機；20.風壓監(jiān)測器（低）；21.一次風擋板；22.二次風擋板；23.風箱溫度監(jiān)測器（高）；24.一次風壓差監(jiān)測器（低）；25.節(jié)流孔；26.溫度表；27.截止閥；28.壓力表；29.點火電磁閥1；30.點火電磁閥2

32、；31.火焰探測器；32.點火油頭及電極；33.燃燒器連鎖開關(guān)；A.進油；B.回油；C.點火柴油進；D.泄放油出</p><p>　　圖4-2所示為SKVJ M18型整裝式燃燒器自動控制系統(tǒng)圖</p><p>　　圖4-2 SKVJ M18型整裝式燃燒器自動控制系統(tǒng)圖</p><p>　　2T1. 點火變壓器；2Y1. 點火電磁閥1；2Y2.點火電磁閥2；2Y3.泄

33、油電磁閥；3Y1. 供油電磁閥1；3Y2.供油電磁閥2；3A1. 整流器；3Y5. 泄油電磁閥；5E1. 燃油霧化加熱器；5E3. 供油管加熱器；5E4.供油閥加熱器；5E5.油阻加熱器；5E6.加熱中心；6Y1.伺服電機；9E2. 點火油頭及電極；16A1. 應(yīng)急操作箱；17F1. 一次風壓差監(jiān)測器（低）；17F2. 風壓監(jiān)測器（低）；18F1.油溫監(jiān)測器（低）；18F2. 油溫監(jiān)測器（高）；18F3. 風箱溫度監(jiān)測器（高）；18F4

34、. 油壓監(jiān)測器（高）；19S1. 燃燒器連鎖開關(guān)；19S4.轉(zhuǎn)換開關(guān)1；19S5.轉(zhuǎn)換開關(guān)2,；40B1.火焰探測器1；40B2.火焰探測器2；49M1. 轉(zhuǎn)杯霧化電機 </p><p>　　圖4-1 SKVJ M18型整裝式燃燒器系統(tǒng)圖與圖4-2 SKVJ M18型整裝式燃燒器自動控制系統(tǒng)圖中的元件對應(yīng)關(guān)系如表4-1所示</p><p><b>　　表4-1</b>

35、</p><p>　　燃油鍋爐的自動點火過程：</p><p>　　來自管道A的燃油進入燃燒器前，經(jīng)過蒸汽或電加熱器進行預(yù)熱，加熱溫度由溫控器1控制，以使燃油獲得較好的粘度以利于燃油霧化和燃燒。根據(jù)燃油規(guī)格的不同，其溫度應(yīng)當控制在60～90℃的范圍之內(nèi)，以控制燃油具有合適的黏度，合適的黏度有利于燃燒器的工作和燃油的燃燒。調(diào)壓閥2用于控制供油壓力以使供入霧化轉(zhuǎn)杯的燃油壓力合適；流量計9則可連

36、續(xù)記錄鍋爐的燃油消耗量。預(yù)熱后的燃油經(jīng)壓力控制閥后經(jīng)過濾器3，濾器3將對燃油進行進一步的過濾，過濾后的燃油進入裝有電磁閥12、13、14的管路段，經(jīng)PLC控制進入燃燒器進行霧化燃燒。其燃燒控制過程如下。</p><p>　　在鍋爐停用時，主油路電磁閥12、13和點火油路電磁閥29、30均處于斷電關(guān)閉狀態(tài)，轉(zhuǎn)杯17和點火油頭32都不供油。</p><p><b>　　預(yù)掃風階段&l

37、t;/b></p><p>　　當PLC接到點火信號后，輸出控制信號完成以下動作：</p><p>　　自動控制風機19起動，向爐膛進行1min的預(yù)掃風，預(yù)掃風的作用是將爐膛里的可能存有的可燃氣體排出，以防止鍋爐點火時發(fā)生爆炸。此時PLC輸出控制信號控制伺服電機6Y1的動作從而控制負荷凸輪7來控制風門22使供風達到最大。</p><p>　　PLC控制轉(zhuǎn)杯霧化

38、電機49M1通電運轉(zhuǎn)，帶動轉(zhuǎn)杯17空轉(zhuǎn)，可以將轉(zhuǎn)杯和管路能中可能存在的殘油甩干凈，防止點火時爐膛內(nèi)可燃氣體濃度過高而發(fā)生“冷爆”。</p><p>　　PLC輸出控制信號使燃油泵起動并且使重油供油電磁閥3Y2和輕油點火電磁閥2Y2斷電關(guān)閉，泄油電磁閥3Y5和2Y3通電打開，以使得燃油在管路中循環(huán)，為鍋爐的點火做準備。</p><p><b>　　預(yù)點火階段</b>&l

39、t;/p><p>　　在預(yù)掃風結(jié)束后，PLC輸出控制信號控制伺服電機6Y1的動作從而控制負荷凸輪7來控制風門22、21開度使供風達到最小。</p><p>　　PLC輸出控制信號使點火變壓器2T1供給高壓電使點火電極9E2通電發(fā)火。</p><p><b>　　點火階段</b></p><p>　　PLC控制點火油路中的點火

40、電磁閥2Y1、2Y2通電打開，泄油電磁閥2Y3斷電關(guān)閉將回油通道關(guān)閉，輕油便從進口C進入點火油頭32并在噴入爐膛后被電極9E2點燃。此時火焰探測器40B1、40B2檢測點火是否成功，如果檢測到點火成功，則將該信號送到PLC中，然后PLC輸出一個控制信號使供油電磁閥3Y1、3Y2通電打開，同時泄油電磁閥3Y5斷電關(guān)閉切斷回油通道，從燃油泵而來的經(jīng)過預(yù)處理的燃油經(jīng)進口A進入轉(zhuǎn)杯17，燃油在高速旋轉(zhuǎn)的離心力作用下形成油膜后被甩入爐膛；同時，P

41、LC通過伺服電機6Y1控制負荷凸輪7來控制霧化風擋板21的開度大小，以使燃燒器獲得適量的一次風，霧化風從轉(zhuǎn)杯的外緣吹入，將油膜吹散成細小油粒。于是，從轉(zhuǎn)杯噴入爐膛的燃油在點火油頭的作用下被引燃。</p><p><b>　　點火成功</b></p><p>　　如果火焰探測器40B1和40B2都檢測到爐膛點火成功（在自動控制過程時，40B1和40B2必須都檢測到火焰信

42、號），爐膛內(nèi)火焰穩(wěn)定，則向PLC輸送一個信號，PLC在接到此信號之后發(fā)出控制信號使得點火電磁閥2Y1、2Y2斷電關(guān)閉，伺服電機6Y1通過控制負荷凸輪7開大風門擋板22使得用于保證燃燒的大量空氣進入爐膛,從而燃燒器進入正常的燃燒。</p><p><b>　　點火失敗</b></p><p>　　若火焰探測器40B1、40B2檢測到點火失敗，此信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換后將送到安全保

43、護單元FSC中，此時FSC中的PLC將會暫時不動作，若在延時大約10秒之后火焰探測器40B1、40B2若仍未感受到爐膛火焰，則安全保護單元FSC中的PLC輸出控制信號使點火電磁閥2Y1、2Y2斷電關(guān)閉，停止向爐膛內(nèi)噴油，并且控制油泵停轉(zhuǎn)，同時PLC輸出控制信號控制伺服電機6Y1的動作從而控制負荷凸輪7來控制風門擋板22使供風達到最大，風機19進行約60秒的后掃風之后斷電停轉(zhuǎn)，然后FSC輸出信號發(fā)出聲光報警提示輪機人員。在第一次點火失敗時

44、，必須在排除故障后進行手動復(fù)位后才能再次起動，手動復(fù)位的操作是在HMI觸摸屏控制面板上依次按下 Operation->Message Acknowledge可復(fù)位本地報警，每按兩次復(fù)位一個報警，復(fù)位之后的起動控制過程與上述一樣。</p><p>　　當燃燒器的自動控制系統(tǒng)故障時，還可以轉(zhuǎn)至手動模式，用位于燃燒器頂部的應(yīng)急操作箱16A1上的一系列按鈕進行手動點火以及負荷調(diào)節(jié)操作。在緊急情況下可用速閉閥11迅速

45、切斷燃油供給。</p><p>　　4.2 燃油鍋爐的自動停爐</p><p>　　“育鯤”輪的燃油鍋爐采用的是蒸汽壓力雙位控制，當蒸汽壓力到達輪機員設(shè)定上限并且燃燒強度不能再降低時，HMI將控制燃油鍋爐將自動停止燃燒。假如輪機員設(shè)定的蒸汽壓力上限是0.7MPa，當鍋爐的蒸汽壓力檢測裝置檢測到鍋爐的蒸汽壓力到達0.7MPa時，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后將該信號送到HMI自動控制系統(tǒng)中，延時一段時間之后若蒸

46、汽壓力檢測裝置檢測到鍋爐的蒸汽壓力仍在上升，那么PLC接受到該信號之后向燃燒控制系統(tǒng)輸出一個控制信號使主油路電磁閥3Y1、3Y2斷電關(guān)閉，燃油鍋爐就會自動的斷油停爐，然后PLC輸出控制信號控制伺服電機6Y1的動作從而控制負荷凸輪7來控制風門擋板22使供風達到最大，進行大約1min的后掃風將爐膛內(nèi)的可燃氣體吹出，以免再次起動時發(fā)生爆炸，然后停風機。</p><p>　　4.3 燃油鍋爐根據(jù)蒸汽壓力進行燃燒強度的自動

47、控制</p><p>　　燃燒強度的自動控制就是使鍋爐氣壓維持在規(guī)定值或者是在規(guī)定的允許范圍內(nèi)，同時為了保證燃燒良好，必須使供風量與供油量相互適應(yīng)。由于“育鯤”輪燃油鍋爐的蒸汽僅用于加熱燃油、滑油以及日常生活使用，它的蒸發(fā)量小、蒸汽壓力低，對蒸汽壓力的波動要求不高，因此燃油輔鍋爐的蒸汽壓力采用的是雙位控制，而不是定值控制。燃油鍋爐蒸汽壓力的雙位控制是指根據(jù)蒸汽壓力變化控制燃燒器的燃燒強度從而使鍋爐的蒸汽壓力維持在

48、輪機員設(shè)定的壓力范圍之內(nèi)，其實質(zhì)是燃燒強度的自動控制。燃燒強度控制是以蒸汽壓力為被控量，而在單沖量控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)根據(jù)鍋爐蒸汽壓力的高低而自動改變進入爐膛的燃油量和供風量，從而獲得一個合適的風油比，保證鍋爐蒸汽壓力維持在一個恒定的范圍內(nèi)或者在適當?shù)姆秶鷥?nèi)變化，從而獲得較高的經(jīng)濟效益。 “育鯤”輪燃油輔鍋爐燃燒的自動控制是根據(jù)鍋爐的蒸汽壓力變化，采用se@vis®鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，其控制設(shè)備采用的是可靠的PLC來完成的，通過

49、伺服電機帶動負荷凸輪同時改變向爐膛的噴油量和供風量，調(diào)節(jié)合適的風油比來控制鍋爐的燃燒強度，幾乎可以使鍋爐燃燒強度隨鍋爐蒸汽壓力的變化實現(xiàn)接近無級調(diào)節(jié)。輪機員可以通過HMI控制單元的</p><p>　　圖4-3所示為燃燒強度控制流程圖</p><p>　　圖4-3 燃燒強度控制流程圖</p><p>　　燃燒強度的控制過程如下：</p><p&

50、gt;　　當蒸汽壓力傳感器檢測到鍋爐內(nèi)蒸汽壓力下降到設(shè)定范圍時，該信號經(jīng)過汽壓變送器轉(zhuǎn)換之后送到HMI控制單元中，經(jīng)過處理之后PLC輸出控制信號作用在伺服電機6Y1上，伺服電機6Y1通過負荷凸輪7同時做出兩個動作：（1）負荷凸輪開大油量調(diào)節(jié)器8增加供油量以增加燃燒強度；（2）負荷凸輪調(diào)節(jié)風門擋板21、22開度，加大供入爐膛的送風量，以滿足燃燒的要求。</p><p>　　當蒸汽壓力傳感器檢測到鍋爐內(nèi)蒸汽壓力上升到

51、設(shè)定范圍時，該信號經(jīng)過汽壓變送器轉(zhuǎn)換之后送到HMI控制單元中，經(jīng)過處理之后PLC輸出控制信號作用在伺服電機6Y1上，伺服電機6Y1通過負荷凸輪7同時做出兩個動作：（1）負荷凸輪減小油量調(diào)節(jié)器8以減小供油量使燃燒強度降低；（2）負荷凸輪調(diào)節(jié)風門擋板21、22開度，減小供入爐膛的送風量，使送風量合適。如果當燃燒強度降到最低程度之后，鍋爐的蒸汽壓力還在繼續(xù)升高，并且超過了鍋爐HMI中設(shè)定的上限值，HMI就會輸出控制信號使得鍋爐斷油停爐。<

52、;/p><p>　　油量調(diào)節(jié)的同時必須根據(jù)供油量比例的調(diào)節(jié)供風量，爐膛供風不足將導(dǎo)致燃油燃燒不完全，供風過多又會使鍋爐的排煙損失增大，二者都會降低燃燒效率，增加耗能。</p><p>　　根據(jù)以上該燃燒器自動控制過程分析，可以繪制燃油輔鍋爐燃燒流程圖如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 燃油輔鍋爐燃燒流程圖</p><p>　　第五章

53、“育鯤”輪鍋爐燃燒過程中的自動安全保護</p><p>　　在燃油鍋爐運行過程中，為了達到安全、可靠、無人值班的目的，必須對各種危險工況采取安全保護措施。當設(shè)置安全保護后，一旦在鍋爐的點火和運行過程中發(fā)生異常情況，相應(yīng)的感受元件就能檢測故障發(fā)生的原因，發(fā)出聲光報警，迫使鍋爐熄火以免產(chǎn)生更嚴重的事故，導(dǎo)致鍋爐及各種設(shè)備的損壞以及造成人員傷亡。鍋爐在運行過程中主要有以下幾種保護環(huán)節(jié)：危險低水位時自動熄火停爐、風壓過低

54、時自動熄火停爐、蒸汽壓力超壓時自動熄火停爐和中途熄火安全保護。</p><p>　　5.1 危險低水位時自動熄火停爐</p><p>　　鍋爐水位低于最低危險水位時，鍋爐的受熱面將會有一部分進入干燒狀態(tài)，此時燃燒器若繼續(xù)運行，那么鍋爐的受熱面將會因為過熱而損壞，甚至導(dǎo)致整個鍋爐表面損壞。因此在燃燒器運行期間必須對水位進行連續(xù)的檢測，一旦發(fā)現(xiàn)水位低于危險低水位時安全保護單元應(yīng)自動控制燃燒器停

55、止?！坝H”輪燃油鍋爐危險水位的自動保護過程如下：當鍋爐的水位傳感器檢測到鍋爐水位低于最低危險水位74mm時，水位傳感器將此信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后送到HMI控制單元中，然后HMI控制單元將處理后的信號送到FSC單元中，F(xiàn)SC輸出控制信號使得供油電磁閥3Y1、3Y2斷電停油，燃燒器熄火，同時發(fā)出聲光報警提示輪機員。然后轉(zhuǎn)入停爐后的程序，后掃風、停風機和油泵的過程與點火失敗相同。</p><p>　　5.2 風壓過低時自動

56、熄火停爐</p><p>　　霧化后的燃油在燃燒之前首先被加熱蒸發(fā)成油蒸汽，再和空氣混合直到被點燃，當風機風壓過低時，由于供風不足會引起爐膛內(nèi)局部或整個爐膛火焰熄滅，如果此時再繼續(xù)向高溫的爐膛內(nèi)供入燃油，蒸發(fā)了的油蒸汽在缺少空氣的情況下很容易造成爐膛爆炸，因此燃燒自動控制系統(tǒng)應(yīng)能自動檢測并使燃燒器斷油熄火以防事故的發(fā)生。風壓過低時的自動熄火安全保護包括兩個方面，二次風供風壓力低于設(shè)定值和一次風與霧化風壓力差低于設(shè)

57、定值時，F(xiàn)SC控制單元就輸出控制信號關(guān)閉燃燒器。</p><p>　　當FSC單元接受到燃燒器上的風壓監(jiān)測器20檢測到風機供風風壓低于設(shè)定值的信號時，在經(jīng)過PLC處理之后就會輸出控制信號使得供油電磁閥3Y1、3Y2斷電停油，燃燒器熄火，同時發(fā)出聲光報警提示輪機員。然后轉(zhuǎn)入停爐后的程序，后掃風、停風機和油泵的過程與點火失敗相同。</p><p>　　當FSC控制單元接受到燃燒器上的一次風壓差

58、監(jiān)測器24檢測到一次風和霧化風壓力差低于設(shè)定值的信號時，經(jīng)過PLC處理后會輸出控制信號使燃燒器上的供油電磁閥3Y1、3Y2斷電停油，燃燒器熄火，同時發(fā)出聲光報警提示輪機員。然后轉(zhuǎn)入停爐后的程序，后掃風、停風機和油泵的過程與點火失敗相同。</p><p>　　5.3 蒸汽壓力超壓時自動熄火停爐</p><p>　　鍋爐實質(zhì)上是一個壓力容器，所以當蒸汽壓力超過一定值時就會對鍋爐本體造成危害甚至

59、發(fā)生爆炸，因此為了保護鍋爐本體，在蒸汽壓力超壓時燃燒自動控制系統(tǒng)應(yīng)能自動停止燃燒器燃燒。當鍋爐的蒸汽壓力持續(xù)上升，而此時燃燒器的燃燒強度已經(jīng)降到最低之后，鍋爐的蒸汽壓力仍在上升并且超過了鍋爐蒸汽壓力最大的設(shè)定值0.88MPa時，那么FSC單元在接受到此信號之后經(jīng)過PLC處理后就會輸出控制信號使得供油電磁閥3Y1、3Y2斷電停油，燃燒器熄火，同時發(fā)出聲光報警提示輪機員。然后轉(zhuǎn)入停爐后的程序，后掃風、停風機和油泵的過程與點火失敗相同。如果在

60、蒸汽壓力超過0.88MPa時，由于自動控制系統(tǒng)的故障而使得燃燒器沒有停止工作，鍋爐的蒸汽壓力將會繼續(xù)上升直到鍋爐的安全閥開啟。</p><p>　　5.4 中途熄火安全保護</p><p>　　在燃燒過程中，如果因為某些故障導(dǎo)致中途熄火，那么就應(yīng)該停止向爐膛內(nèi)噴油，否則將可能因為爐膛可燃氣體含量超過極限在溫度很高的爐膛內(nèi)發(fā)生爆炸。在燃燒過程中，當火焰探測器40B1、40B2檢測到爐膛內(nèi)熄火

61、，就會將該信號傳送到安全保護中心FSC控制單元中，F(xiàn)SC控制單元將暫時不動作，若在延時10秒之后，火焰探測器40B1、40B2仍沒有檢測到爐膛內(nèi)的火焰，那么PLC就會輸出控制信號做出以下三個動作：（1）供油電磁閥3Y1、3Y2斷電關(guān)閉，停止向爐膛內(nèi)噴油，并且使油泵停轉(zhuǎn)。（2）控制伺服電機6Y1的動作從而控制負荷凸輪7來控制風門擋板22使供風達到最大，進行大約1分鐘的后掃風，然后風機19斷電停轉(zhuǎn)（3）安全保護單元FSC輸出信號發(fā)出聲光報警

62、提示輪機人員。</p><p>　　第六章 “育鯤”輪燃油輔鍋爐燃燒器點不著火故障及排除</p><p><b>　　6.1 故障現(xiàn)象</b></p><p>　　“育鯤”輪燃油鍋爐在四月份期間經(jīng)常出現(xiàn)燃燒器點不著火的現(xiàn)象。具體現(xiàn)象是在HMI觸摸屏控制面板上依次按下Operation->Burner Start之后，鍋爐在進行了正常的預(yù)掃

63、風之后不能進行正常的點火燃燒或者在鍋爐蒸汽壓力降到下限的時候燃燒器不能正常點火起動。</p><p>　　6.2 故障原因及排除過程</p><p>　　6.2.1 故障的可能原因分析</p><p>　　電點火器方面的故障： ⑴點火變壓器損壞 ⑵點火變壓器原邊無電 ⑶點火電極與點火變壓器接觸不良 ⑷點火電極絕緣損壞導(dǎo)致點火電極短路 ⑸點火電極間距離不當 ⑹點火電極

64、表面臟 ⑺點火電極與噴油器相對位置不當。 </p><p>　　油方面的故障： ⑴油中有氣 ⑵油中有水 ⑶油中雜質(zhì)多 ⑷供油溫度不當 ⑸供油壓力不當 ⑹供油電磁閥故障。</p><p>　　風方面的故障： ⑴一次風太小使油霧化不好 ⑵一次風太大使點火電極點不著火 ⑶二次風太大使火焰剛點著就熄滅。</p><p>　　火焰探測器方面的故障：當爐膛有火焰的時候火焰探測器

65、不能檢測到火焰信號導(dǎo)致燃燒器點著火后自動控制系統(tǒng)誤動作。</p><p>　　程序自動控制方面的故障： ⑴系統(tǒng)安全回路有故障報警沒有進行復(fù)位 ⑵PLC對傳感器輸送過來的信號讀取有誤導(dǎo)致誤操作 ⑶程序中對某些參數(shù)的設(shè)置不當導(dǎo)致自動控制系統(tǒng)的誤動作。</p><p>　　6.2.2 故障排除過程</p><p>　　經(jīng)過以上對故障原因的分析以及前面對鍋爐燃燒器自動點火過

66、程的分析，我們開始逐一檢查排除：</p><p>　　首先將鍋爐的自動點火轉(zhuǎn)為手動點火以檢查程序自動控制方面是否出了故障。在進行手動點火時鍋爐仍然會出現(xiàn)點不著火，說明程序自動控制方面出現(xiàn)故障的可能性很小，可以先排除</p><p>　　通過燃燒器上的應(yīng)急操作盒16A1，我們可以進行手動點火。點火之前必須進行充分的預(yù)掃風，風機運行后按【加負荷】按鈕開大風門進行約一分鐘的預(yù)掃風。在點火之前按下

67、【減負荷】按鈕使風門減小，然后按下【點火】按鈕，通過火焰觀察鏡我們可以看到點火火焰，因此可以排除電點火器方面的故障，而且在應(yīng)急操作盒16A1上的火焰指示燈亮，可以判斷火焰探測器沒有故障。</p><p>　　然后同時按住【點火】按鈕和【油閥】按鈕進行供油點火發(fā)現(xiàn)點火的時候冒黑煙，不久，火焰熄滅，因此可以推斷出是油和風出現(xiàn)故障，并且可以排除供油電磁閥故障，同時在按下【油閥】按鈕的時候通過油壓表和溫度表上的讀數(shù)可以知

68、道供油的油壓和溫度都在正常范圍之內(nèi)，因此可以排除供油溫度和供油壓力不當?shù)墓收稀?lt;/p><p>　　我們對燃油進行了水含量的測試發(fā)現(xiàn)燃油中的水含量在正常范圍之內(nèi)，因此可以排除油中有水這個故障。然后再次進行了手動點火以判斷油中是否有氣，如果有氣的話當同時按下【點火】和【油閥】按鈕時，通過火焰觀察鏡可以看到點火的時候火焰斷斷續(xù)續(xù)，并且過一會之后火焰會穩(wěn)定，但是當我們同時按下【點火】和【油閥】時沒有出現(xiàn)此現(xiàn)象，因此可以

69、排除油中有氣的故障可能。</p><p>　　因為在自動點火的時候一次風和二次風的風量是程序自動控制的，在之前的自動點火時都沒有故障，而且通過第一步我們知道程序自動控制方面沒有問題，再結(jié)合上面的分析我們將故障原因鎖定在燃油中雜質(zhì)多和配風器上面，如果配風器損壞，當依然按照原來的程序控制風門大小時，一次風和二次風的風量就會發(fā)生變化，因此為了進一步確定是否因為配風器損壞，我們將燃燒器從鍋爐本體上拆解下來，發(fā)現(xiàn)配風器的擋

70、風罩前沿已經(jīng)被燒壞，損壞的擋風罩圖片如圖6-1所示，新的擋風罩圖片如圖6-2所示</p><p>　　圖6-1 圖6-2</p><p>　　由圖6-1和圖6-2的對比可知擋風罩前沿已經(jīng)在長時間使用的過程中被嚴重燒壞，由于配風器的很重要的一個作用是使空氣的氣流擴張角小于燃油霧化角，這樣空氣才能以較高的速度進入油霧中使油霧在燃燒

71、器出口與空氣的混合良好，因為擋風罩前沿已經(jīng)在長時間使用的過程中被嚴重燒壞，從而導(dǎo)致氣流擴張角大于燃油霧化角，這樣就使得燃油與空氣的早期混合不好，導(dǎo)致點火油頭點著火后不能使用重油燃燒就馬上熄滅而且會冒黑煙，從而使燃燒器不能轉(zhuǎn)入正常的點火燃燒。除此之外，由于擋風罩前沿被嚴重燒壞，使得空氣的氣流在進入爐膛的擴張角變大了很多，導(dǎo)致燃燒過程中燃油被吹到點火油頭上，燃油在高溫下裂解成炭焦，堵住了點火油頭，因此在燃燒器第二次點火時就會出現(xiàn)點火油頭點不

72、著火的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在點火時也出現(xiàn)過數(shù)次。</p><p>　　除了配風器的擋風罩被燒壞之外，我們還發(fā)現(xiàn)燃燒器的轉(zhuǎn)杯處有較多的油渣，因此我們推斷燃油中有較多的雜質(zhì)也是導(dǎo)致燃燒器點不著火的一個原因，燃油中的雜質(zhì)在長時間使用過程中堆積在轉(zhuǎn)杯處使燃油在轉(zhuǎn)杯處霧化不夠好，再加上配風器擋風罩被燒壞，使得燃油的霧化更加不好，從而出現(xiàn)燃燒器點不著火并有黑煙冒出的故障。</p><p>　　我們對燃燒器的

73、轉(zhuǎn)杯進行了徹底的清潔，并更換了新的擋風罩，然后再進行手動點火，燃燒器點火正常并轉(zhuǎn)入了正常的燃燒，無黑煙冒出。然后又進行了自動點火試驗，證明自動點火正常。由于燃油中雜質(zhì)多，因此我們在以后的工作中縮短了對燃燒器轉(zhuǎn)杯的清潔間隔時間。在接下來的實習中燃燒器不再出現(xiàn)點火故障的現(xiàn)象。</p><p><b>　　第七章 結(jié)論</b></p><p>　　輔鍋爐是遠洋運輸船舶必不可

74、少的輔機設(shè)備，而鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動控制對于現(xiàn)代化船舶實現(xiàn)無人機艙和提高船舶經(jīng)濟性非常重要。鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)基本要求是：系統(tǒng)簡單、工作可靠。“育鯤”輪燃油輔鍋爐燃燒控制采用PLC控制，使控制系統(tǒng)更加簡單，操作更加方便，可靠性更高。</p><p>　　通過在船上為期四個月的實習，我對“育鯤”輪燃油鍋爐進行了深入的了解，尤其是對鍋爐的燃燒系統(tǒng)進行了深入的學習。本文主要介紹了“育鯤”輪燃油鍋爐燃燒器、供油系統(tǒng)

75、、鍋爐自動控制的組成單元，并以鍋爐的燃燒自動控制為研究對象，著重分析了燃油鍋爐的燃燒自動控制和安全保護過程，并且根據(jù)自己的分析理解繪出燃燒自動控制流程圖。然后結(jié)合在實習期間燃燒器發(fā)生的點火故障，分析了如何排除故障，由此提醒我們在輪機管理過程中，應(yīng)該結(jié)合鍋爐的使用說明書和實際的使用過程對燃燒系統(tǒng)進行定期的維護和檢查，盡量避免故障發(fā)生。當設(shè)備發(fā)生故障時，可以考慮以故障樹的方式進行故障分析，做到故障排查過程中不漏不亂。</p>

76、<p><b>　　【參考文獻】</b></p><p>　　陳海泉主編. 船舶輔機. 大連：大連海事大學出版社，2010年</p><p>　　趙殿禮 張春來編. 船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng). 大連：大連海事大學出版社，2009年</p><p>　　李世臣主編. 輪機海上實習. 大連: 大連海事大學出版社,2010年</p>

77、<p>　　林葉錦主編. 輪機自動化. 大連: 大連海事大學出版社, 2009年</p><p>　　滿一新主編. 船機維修技術(shù).大連：大連海事大學出版社.2008年.</p><p>　　張毅剛 彭喜元等編. 新編MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社.2003年</p><p>　　楊鐵勇 楊波.FTA在船舶鍋爐燃燒供風系統(tǒng)中的應(yīng)用

78、.機電設(shè)備2000年第3期</p><p>　　方怡冰 黃義新.船舶燃油鍋爐微機控制系統(tǒng).廈門.集美大學</p><p>　　Monoblock burner SKVJ-M operating instructions. SAACKE GmbH.2006.</p><p>　　se@vis Burber management online. SAACKE GmbH&