黑龙江工程学院
第1章 引 言
1.1 PLC控制燃油锅炉的目的和意义
锅炉是一次性能源煤炭、石油、天然气转换成二次能源蒸汽量的重要动力设备。据有关数据统计，目前我国有各类工业锅炉约25万。每年耗煤量占全国产量的1/3，同时还消耗大量的石油和天然气。工业锅炉是生产过程中重要的动力设备。在石油化工领域，它的主要作用是向生产装置提供所需的合格蒸汽，其控制质量的优劣不仅关系到锅炉自身运行的效果，而且还将直接影响到相关装置生产过程的稳定性。现代燃油燃烧机多为自动控制的燃烧机，一般采用工业程序控制器、火焰检测器以及温度传感器等组成自动控制系统。
燃油锅炉随着城市的发展而越来越多地被应用。以前使用燃煤锅炉由于其在燃烧时产生大量的CO2和粉尘污染环境而逐渐被淘汰，相对应的用燃油锅炉来代替燃煤锅炉已被广泛用于酒店、大型商场等建筑。由PLC组成的燃油锅炉控制系统适用于配用各种进口及国产燃烧器的燃油锅炉，对锅炉实行全自动控制，包括锅炉水位、蒸汽压力、燃烧系统的参数检测、指示、调节等进行控制。
1.2 PLC控制燃油锅炉的设计内容
本设计采用可编程序控制器PLC控制燃油锅炉的稳定可靠运行。通过PLC的选型和扩展电机及驱动控制、检测元件选型、低压电器选型、电源设计完成燃油锅炉的硬件设计部分。通过组态软件以及仿真软件的模拟和调试完成燃油锅炉的软件设计。
1.3 预期实现的目标
实现燃油锅炉的自动控制，不但能很好的控制锅炉的水位和蒸汽压力等参数，还能很方便的加水和排水，基于PLC的控制很容易实现工业化。我国目前运行的很多锅炉控制系统自动化水平不高、安全性低，工作效率普遍低于国家标准，因此实现燃油锅炉的自动控制对能源消耗来说很重要。
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第2章 系统总体设计方案
2.1 燃油锅炉的基本组成部分
燃油锅炉主要组成部分：
燃油预热器：锅炉启动前，将锅炉燃烧用的燃油加热到适当温度以达到良好雾化，保证锅炉的正常燃烧。
汽包：由上下锅筒和三簇沸水管组成，水在管内受管外烟气加热，在管簇内发生自然的循环流动，并逐渐汽化，产生的饱和蒸汽聚集在上锅筒里边。下锅筒作为连接沸水管之用，同时储存水和水垢。
炉膛：是使燃料充分燃烧并放出热能的设备，由供油系统和油枪组成。 引风设备：包括引风机，烟囱，烟道几部分，用它将锅炉中的烟气连续排除。 送风设备：由鼓风机和风道组成，用它来供应燃料燃烧所需要的空气。 燃料供给设备：包括供油管路和油枪等。
2.2 燃油锅炉的工作过程
锅炉工作时燃料在炉膛内进行燃烧，将其化学能转化为热能，高温的燃烧产物—烟气通过汽包受热面将热能传递给汽包内温度较低的水，水被加热进而沸腾汽化，生成蒸汽。
燃料在燃烧时，油由油泵从储油罐中抽出，经燃油预热器预热，由喷油电磁阀经喷油口打入锅炉进行燃烧。燃烧时，鼓风机送风，喷油电磁阀喷油，点火变压器接通（子火燃烧），瓦斯阀打开（母火燃烧），将燃油点燃。点火完毕后，关闭点火，继续送风、喷油，使燃烧持续。
2.3 燃油锅炉系统控制要求
由PLC组成的燃油锅炉控制系统适用于配用各种进口及国产燃烧器的燃油锅炉，对锅炉实行全自动控制，包括锅炉水位、蒸汽压力、燃烧系统的参数检测、指示、调节等进行控制。
1. 燃油锅炉控制要求
(1) 按下起动按钮，燃油首先通过燃油预热器预热，1min后，接通点火变压器，打开瓦斯阀门，同时由鼓风机送风，持续3S后，喷油泵喷油，持续3S后，点火变压器和瓦斯阀门同时关闭。
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(2) 按下停止按钮，燃油预热器关闭，喷油泵关闭，鼓风机继续送风持续15S后送风停止。
(3) 锅炉燃烧过程中，当出现异常情况时（即蒸汽压力超过允许值或水位通过上限或低于下限L能自动关K；异常情况消失后，又能自动接起燃烧程序重新点火燃烧。
(4) 锅炉水位控制，锅炉工作起动后，当水位低于下限时，进水阀打开，排水阀关闭，当水位高于上限时，排水阀打开，进水阀关闭。
2. 燃油锅炉的系统示意图如图2.1所示。
图2.1 燃油锅炉系统示意图
2.4 燃油锅炉控制系统
优良的燃油锅炉控制系统对燃油锅炉的应用有着极为重要的意义。燃油锅炉的控制系统主要包括燃烧器控制、锅炉水位控制等。 2.4.1 燃烧过程控制
燃烧装置包括：鼓风机、油泵、引风机、点火装置、喷油电磁阀等。
在燃烧启动前，燃油首先通过燃油预热器预热后，接通点火变压器，点火变压器投入工作，当点火变压器打开后，可燃油雾立即被高压电火花点燃产生点火火焰。打开瓦斯阀门，同时由鼓风机送风，一段时间后，喷油泵喷油，持续一段时间后，点火变压器和瓦斯阀门同时关闭。按下停止按钮，燃油预热器关闭，喷油泵关闭，鼓风机继续送风一段时间后送风停止。
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2.4.2 水位高低控制
锅炉水位的高低对锅炉的安全运行极为重要。水位太高，会使蒸汽大量带水，降低品质，甚至会发生满水事故。水位偏低，会造成锅筒各部分的温度偏差，形成热应力，极限情况下会出现裂纹。水位过低，则容易发生缺水事故。在负荷变化时，锅炉水位也会快速变化，因此必须采用自动控制来维持水位在规定的范围内。维持汽包水位在给定范围内是保证锅炉安全运行的必要条件之一，是锅炉正常运行的重要指标。
2.5 燃油锅炉系统工艺流程
燃油锅炉控制系统是由PLC来控制燃油锅炉的起动、停止以及出现异常情况时能暂停且异常情况消失后能自动按起燃顺序重新工作的供热系统。
燃油锅炉控制系统工艺流程图如图2.2所示。
接通点火变压器关闭点火变压器启动燃烧预热1min后打开瓦斯阀门3s后喷油泵喷油3s后鼓风机送风关闭瓦斯阀门异常情况消失后自动关K燃烧预热器关闭喷油泵关闭鼓风机继续送风持续15s后停止启动进水阀，关闭排水阀出现异常燃烧按下停止按钮水位低于下限启动排水阀，关闭进水阀水位高于上限
图2.2 燃油锅炉控制系统工艺流程图
2.6 确定燃油锅炉的设计方案
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可编程序控制器PLC作为锅炉控制器，通过对燃油预热器、喷油电磁阀、点火变压器、瓦斯阀、鼓风机、油泵和进水阀、出水阀等部件的控制，实现燃油锅炉的给水、点火程序、风油调节和蒸汽压力的自动控制。采用压力传感器和温度传感器对水温、汽温、炉温进行检测，并通过PLC实现自动调节，维持它们在规定的范围内。
燃油锅炉控制系统由燃油预热器、点火变压器、瓦斯阀、引风机、油泵、进水阀、出水阀、水位上限开关、水位下限开关、各种检测仪表及监控设备组成。
系统原理框图如图2.3所示。
图2.3 燃油锅炉系统原理框图
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