劉 歡 岳 忠 侯歡歡

（首都經濟貿易大學，北京 100070）

SimuWorks是為大型科學計算、復雜系統(tǒng)動態(tài)特性建模研究、過程仿真培訓、系統(tǒng)優(yōu)化設計與調試、故障診斷與專家系統(tǒng)等，提供通用的、一體化的、全過程支撐的、基于微機環(huán)境的開發(fā)與運行支撐平臺。軟件采用了動態(tài)內存機器碼生成技術、分布式實時數據庫技術和面向對象的圖形化建模方法，在仿真領域處于國內領先水平。

鍋爐是一種特種設備，在實際正常運行過程中不能停爐，調整工況。鍋爐工作有兩個顯著特點：一是承受高溫高壓；二是維持連續(xù)運轉[1]。若對實體鍋爐進行研究，將會造成公司停產，對公司的經濟效益影響很大。在教學過程中，學生只能參觀鍋爐的外在設備，對其正常運行狀況以及故障狀況下實際情況不能直觀理解。另外，鍋爐操作工是特種工種，國家相關規(guī)定要求要對其進行培訓，并且憑證上崗。以前的培訓是課堂式的，而將傳統(tǒng)培訓轉化為仿真機上培訓，將會更加的形象化和整體化。

本論文通過simuworks軟件對工業(yè)鍋爐進行仿真，鍋爐實際無法操作的過程可以通過仿真機來完成，仿真機開發(fā)實驗模塊為學生學習鍋爐安全技術提供形象化的實驗平臺。因此，對工業(yè)鍋爐進行仿真是十分有必要的。

1 鍋爐系統(tǒng)概述

鍋爐設備基本參數如表1所示。

表1 鍋爐基本參數

2 系統(tǒng)仿真的建立

2.1 仿真平臺介紹

SimuWorks仿真軟件模塊的邊界即為設備的自然邊界，并指定工質在各模塊之間流經的出、入口情況。利用模塊資源管理器SimuManager對鍋爐仿真模塊的管理，可對模塊庫進行擴充，也可根據需要對模塊進行刪除和修改。利用仿真引擎SimuEngine可以獲得實時網絡數據庫，對鍋爐進行在線調試，模擬其在正常狀態(tài)和故障狀態(tài)時的運行情況。

2.2 仿真平臺的制作

仿真系統(tǒng)主界面，如圖1所示。

圖1 仿真系統(tǒng)主界面

3 仿真機的功能

3.1 正常運行

3.1.1 檢查準備

鍋爐機爐啟動前的檢查工作，注意給水壓力，啟動渣水泵、冷卻水循環(huán)泵，檢查冷卻水情況、除塵器運行情況，檢查地溝噴嘴，注意各路冷卻水暢通。

3.1.2 上水

（1）在SimuMMI下顯示的Visual Graph圖形中點擊上水按鈕會顯示關于上水的相關知識。

（2）全開Visual Graph圖形中循環(huán)泵的總門，用圖形中干路給水調節(jié)閥控制上水，點擊后會產生調節(jié)閥二級界面。上水應緩慢進行，鍋爐水位從無水到上鍋筒水位計負100mm處所需的時間，冬季不少于2小時，夏季不少于1小時，上水時不得影響運行鍋爐的給水。

（3）在上水過程中，應檢查各上鍋筒、各聯箱的手孔門及各部位的閥門、法蘭、堵頭等是否有漏水現象。當發(fā)現漏水時，應停止上水，并通知車間，進行處理。在SimuMMI中的具體表現是數字超過本身額定上水控制范圍，顯示警告。

（4）在模型中當鍋爐水位升至上鍋筒水位的負100mm處停止上水，此時停止20分鐘，水位應不變，若水位有明顯變化，應查明原因予以消除。如鍋爐原已有水，經化驗水質合格，方可使用。如水質不合格，可將爐水放掉，重新上水。

（5）需要說明的是鍋爐啟動燃燒時的配風分為三股風：第一股為燃燒風亦稱點火風，經點火風口和穩(wěn)燃器進入風道，用來滿足油燃燒需要。第二股風為混合風，經預燃室的內外筒之間進入風道內，將油燃燒產生的高溫煙氣降到啟動所需溫度，同時這股風對燃燒器壁起冷卻作用。前兩股風均為一次風機出口的冷風。第三股風為鍋爐正常運行的一次風，啟動時擋板也有一定的開度，這股風取自預熱器。在本模型中省略前兩種風的配送，以自然進入代替模擬，當顯示數據的時候僅顯示從空氣預熱器中輸出的這股風。

3.1.3 烘爐

新裝、遷裝、大修或長期停用的鍋爐，在點火升壓前應進行烘爐，在爐膛中用文火慢慢地烘烤爐壁，并使受熱面逐漸受熱膨脹。在SimuMMI中可直接點擊烘爐按鈕，會彈出一個二級窗口顯示烘爐的相關知識。同時在Simubuiler的后臺運行中爐膛內的溫度也將相應地有所上升，以達到烘爐目的。由于是正式運行點爐前的準備工作，本溫度數值的上升并不在Visual Graph圖形中顯示，僅在后臺運行，如需得知溫度可直接運行后臺動態(tài)查看。這時的送煤量應控制在少量，煤柴同時供應。

3.1.4 煮爐

將藥品溶化，用加藥泵注入鍋筒，加熱升溫，使鍋水沸騰，維持10-12小時之后減弱燃燒，進行排污，并保持水位；再加強燃燒12-24小時，然后?；鹄鋮s，排出鍋水，并及時用清水沖洗干凈，直至各部件水側無污物為止。在SimuMMI中可直接點擊煮爐按鈕，會彈出一個二級窗口顯示煮爐的相關知識。在煮爐過程中上鍋筒水壓保持恒壓，不用升壓，流量不變，水溫在煮爐過程中先升起，后維持平衡狀態(tài)。烘爐過程中Simubuiler會呈現溫度上升的趨勢，煮爐中無顯示，故Visual Graph圖形在上鍋筒數據方面無顯示。

3.1.5 點火與升壓

（1）點燃木柴，用自然通風燃燒（打開爐前檢查門、第一二道風門），視情況開啟吸風機，將負壓調至20～30Pa。（2）木柴燃盡后，方可逐漸開車，適當增加吸送風量，加快爐排速度，增加給煤量。（3）生火過程中，水位將逐漸變化，此時應注意上、放水，保持正確水位。（4）投自動連鎖。（5）鍋爐升壓。鍋爐升壓過程中應嚴格控制升壓速度，嚴禁急速升壓。一般從開始升壓至正常壓力，所用時間不少于2小時。

開啟主氣門前主汽母管的泄水門，上鍋筒壓力升至0.1MPa時，全開連續(xù)排污門并沖洗水位計，沖洗程序如下：①開放水門，使汽連管、水連管及玻璃管得到沖洗。②關水門，沖洗汽連管和玻璃管。③開水門，關汽門，沖洗水連管。④開汽門，關放水門，檢查水位計水位，與另一水位計比較，此時水位計很快上升，上升后水面微微波動，如水位上升緩慢，則應分析，再沖洗。進行上述工作時，操作應緩慢，并戴手套，身體不要正對水位計玻璃管。

當汽壓升至0.2Mpa時，關閉主汽母管泄水門。當汽壓升至0.3MPa時，應定期排污一次，排污時間每個不準超過30秒，汽壓升至0.4MPa時，對檢修過的閥門等，通知檢修人員熱緊螺栓。將鍋爐升至工作壓力。

3.1.6 暖管與并汽

（1）鍋爐設備運行正常，燃燒穩(wěn)定，開啟并汽爐前的疏水門進行疏水。（2）鍋爐蒸汽品質合格。（3）并汽鍋爐壓力比母管壓力低0.05～0.1MPa。（4）上鍋筒水位計維持較低水位。（5）并汽時應注意壓力表、水位計和主汽流量表的指示值。若主汽管內發(fā)生水擊現象，應立即停止并汽工作，減弱燃燒，加強主汽母管疏水，待恢復正常后，重新并汽。（6）在SimuMMI中可直接點擊暖管并汽按鈕，則會彈出一個二級窗口顯示暖管并汽的相關知識。

3.1.7 停爐

（1）分層裝置關到零位將鏈條解開，與有關爐聯系，逐漸降低負荷，相應降低爐排速度和風量，維持汽壓的穩(wěn)定，保持上鍋筒水位在正常水位范圍內。（2）改自動運行為手動運行。當煤燃盡走凈后，停止送風機運行，5分鐘后停止吸風機。打開各段放灰擋板進行自然通風，爐排繼續(xù)轉動一周，以便空氣通過爐排使其冷卻。（3）當上鍋筒水位下降時，應向鍋爐進水，當水位計升至最高水位時，停止上水，打開再循環(huán)門，關連排門。除渣機內灰渣走凈后停止運行。

3.2 故障運行

3.2.1 事故故障處理原則

對于本模型仿真的實創(chuàng)單位鍋爐系統(tǒng)，當機組發(fā)生事故時，匯報值長，應綜合分析各參數變化及設備故障現象，沉著、冷靜、迅速、準確地處理事故，力求將事故損失減到最小。

3.2.2 緊急停爐

（1）緊急停爐條件。①鍋爐嚴重滿水，在Visual Graph圖形中水位達+250mm時。②鍋爐嚴重缺水，在Visual Graph圖形中雖經補水仍不見上鍋筒水位。③鍋爐所有水位計損壞，無法監(jiān)視上鍋筒水位時。④受熱面爆管，無法維持上鍋筒水位。⑤鍋爐滅火，在VisualGraph圖形中爐膛溫度無顯示。

（2）請示停爐條件。①鍋爐主要承壓部件泄露，能基本維持上鍋筒正常水位。②鍋爐主給水調節(jié)設備損壞，經采取措施無法維持上鍋筒正常水位時。③水位計損壞，短時無法修復時。④鍋爐爐排壓力達9KPA，經多方調整無法恢復正常時。⑤當爐排溫度大于1 000℃（僅在Simubuilder中顯示），經調整無效并有上升趨勢。

（3）緊急停爐操作步驟。①在本公司仿真模型中如鍋爐主聯鎖未動作，應立即按“手動MFT”按鈕，確認各跳閘電機。②將各自動改為手動操作，視情況果斷關斷減溫水手動總門，密切注意汽溫、汽壓變化，調整上鍋筒水位，爐膛負壓正常。③若汽機已打閘，根據汽壓情況，開啟對過熱再熱空排汽閥并調整其開度或投入一、二級旁路。④若停爐后5分鐘內不具備恢復條件，應匯報值長，停運行風機。其余操作按正常停爐處理。

若具備恢復條件，有必要時，爐膛吹掃后，重新點火恢復。由于本步驟是針對緊急停爐，故不涉及畫面動態(tài)。

（4）緊急停爐注意事項。①鍋爐嚴重缺水時，短期內嚴禁向爐內進水。②發(fā)生煙道再燃燒時，緊急停爐，及時停運鼓風機及引風機，緊閉煙風系統(tǒng)。③鍋爐緊急停爐也盡可能保證床溫變化率小于100℃/h。④迅速斷絕鍋爐燃料，及時降負荷運行。⑤如果燃燒室內發(fā)生嚴重泄露，則停止向鍋爐供水，并迅速將爐排床料除掉。⑥如果對流煙道中發(fā)生泄露，應維持正常上鍋筒水位。

3.2.3 鍋爐缺水事故

（1）鍋爐缺水的現象。①水位低于最低安全水位線，或看不見水位，在Visual Graph圖形中水位表玻璃管上呈白色。②水位計呈全部氣相指示顏色。③高低水位警報器發(fā)生低水位警報信號。在Visual Graph圖形中由Simubuilder后臺指揮運行。④低水位聯鎖裝置，水位低于規(guī)定值應使送風機、引風機、爐排減速器電機停止運行。關閉VisualGraph圖形中的干路閥門。⑤過熱器汽溫急劇上升，高于正常出口汽溫。⑥鍋爐排煙溫度升高。⑦給水流量小于蒸汽流量，如若因爐管或省煤器管破裂造成缺水時，則出現相反現象。⑧缺水嚴重時，可嗅到焦味。⑨缺水嚴重時，從爐門可見到燒紅的水冷壁管。⑩缺水嚴重時，爐管可能破裂，這時可聽到有爆破聲，蒸汽和煙氣將從爐門、看火門處噴出。

（2）鍋爐缺水的處理。①通過“叫水”判為嚴重缺水時，必須緊急停爐，嚴禁盲目向鍋爐給水。②通過“叫水”判為輕微缺水時，應減少燃料，鼓風，引風，并緩慢給水。

3.2.4 鍋爐滿水事故

（1）鍋爐滿水的現象。①水位高于最高許可線，或看不見水位，水位表玻璃管內顏色發(fā)暗[2]。②雙色水位計呈全部水相指示顏色。③高低水位警報器發(fā)生高水位警報信號。④過熱蒸汽溫度明顯下降。⑤給水流量不正常地大于蒸汽流量。⑥分汽缸大量存水，疏水器劇烈動作。⑦嚴重時蒸汽大量帶水，含鹽量增加，蒸汽管道內發(fā)出水錘聲，連接法蘭處向外冒汽滴水。

（2）鍋爐滿水的處理。沖洗水位表，確定是輕微滿水還是嚴重滿水。方法：先關閉水位表，水連管旋塞，再開啟放水旋塞，如能看到水位線下降，表明是輕微滿水，停止給水，開啟排污閥，放至正常水位。嚴重滿水時，應采取緊急停爐措施。

4 結論

4.1 利用simuworks軟件對工業(yè)鍋爐進行仿真，可模擬工業(yè)鍋爐啟動、正常運行的情況。

4.2 利用simuworks軟件對工業(yè)鍋爐進行仿真，可模擬工業(yè)鍋爐故障運行狀態(tài)下的參數變化，為鍋爐事故的預防提供分析依據。

4.3 在此仿真的基礎上連接傳感器可以對工業(yè)鍋爐的過程參數和運行狀態(tài)進行顯示和處理，為實現自動化控制提供技術支持。

[1]馮維君.鍋爐壓力容器安全知識[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2005：2.

[2]劉清方，沈貞珉.鍋爐安全[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2004：261.