淺談鍋爐自動(dòng)化控制

中圖分類號(hào)：TM621.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A摘要：隨著現(xiàn)代化工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)能源利用率的要求越來越高，作為將一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源的重要設(shè)備之一的鍋爐，其控制和管理隨之要求越來越高。本文詳細(xì)介紹了鍋爐自動(dòng)化系統(tǒng)的控制。

關(guān)鍵詞：鍋爐；自動(dòng)化；控制一、鍋爐自動(dòng)控制的現(xiàn)狀

鍋爐的自動(dòng)控制經(jīng)歷了三、四十年代單參數(shù)儀表控制，四、五十年代單元組合儀表、綜合參數(shù)儀表控制，直到六十年代興起的計(jì)算機(jī)過程控制幾個(gè)階段。尤其是近一、二十年來，隨著先進(jìn)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，加之計(jì)算機(jī)各種性能的不斷增強(qiáng)，價(jià)格的大幅度下降，使鍋爐應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制很快得到了普及和應(yīng)用。

在大型企業(yè)中，過程控制計(jì)算機(jī)正成為一種把控制和管理融為一體的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。自動(dòng)化技術(shù)，信息技術(shù)和各種工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將工廠全部生產(chǎn)活動(dòng)所需的信息和各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)的集成起來，形成一個(gè)能適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境不確定性和市場需求多變性總體最優(yōu)的高質(zhì)量、高效益、高柔性的智能生產(chǎn)系統(tǒng)，現(xiàn)已成當(dāng)前控制領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。在控制技術(shù)方面，近年來，為了獲得更好的控制性能，把基于數(shù)學(xué)模型的控制技術(shù)和基于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的控制技術(shù)相結(jié)合的集成控制技術(shù)受到了重視，獲得了較廣泛的研究。因此，鍋爐的自動(dòng)控制當(dāng)前正朝著多學(xué)科結(jié)合的計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，管理控制一體化的趨勢發(fā)展。

二、鍋爐控制的工作原理

除氧水通過給水泵進(jìn)入給水調(diào)節(jié)閥，控制系統(tǒng)利用給水調(diào)節(jié)閥的信號(hào)及其反饋進(jìn)行綜合分析后，對(duì)給水量控制。通過給水調(diào)節(jié)閥進(jìn)入省煤器，冷水在經(jīng)過省煤器時(shí)被煙氣預(yù)熱后進(jìn)入汽包，在汽包內(nèi)加熱產(chǎn)生蒸汽，為保證最大的蒸發(fā)面，水位應(yīng)保持在鍋爐上汽包的中線位置，蒸汽通過主蒸汽閥輸出?？諝饨?jīng)過鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入空氣預(yù)熱器，被煙氣預(yù)熱后進(jìn)入爐膛。燃料進(jìn)入爐膛點(diǎn)燃，在燃燒過程中發(fā)出熱量，以加熱汽包中的水，同時(shí)產(chǎn)生熱煙氣，在引風(fēng)機(jī)的抽吸作用下經(jīng)過省煤氣和空氣預(yù)熱器，以節(jié)約熱能。降溫后的煙氣經(jīng)過除塵器除塵、去硫等凈化工藝后排出。

三、鍋爐自動(dòng)化系統(tǒng)

鍋爐控制通常是采用人工結(jié)合熱工儀表監(jiān)控， 一般可取得較好效果，但較難達(dá)到最佳的結(jié)果，原因是鍋爐的燃燒系統(tǒng)是一個(gè)多變量輸入的復(fù)雜系統(tǒng)，影響燃燒的因素十分復(fù)雜，較正確的數(shù)學(xué)模型不易建立，故以經(jīng)典的理論為基礎(chǔ)的常規(guī)熱工儀表控制很難達(dá)到最佳狀態(tài)，如果靠人工手燒則要受人為因素的影響。而自動(dòng)化技術(shù)提供了諸如數(shù)字濾波，積分分離PID，選擇性PID，參數(shù)自整定、專家數(shù)據(jù)庫等各種充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)這一智能化、多功能的優(yōu)勢，是常規(guī)儀表和人力難以實(shí)現(xiàn)或無法實(shí)現(xiàn)的，是提高工業(yè)鍋爐自控水平和節(jié)能的重要措施。

（一）自動(dòng)化系統(tǒng)基本組成

鍋爐運(yùn)行要達(dá)到以下要求：根據(jù)負(fù)荷變化要求，使鍋爐出水溫度或出汽壓力（流量）也隨之變化，由于負(fù)荷變化而相應(yīng)調(diào)整進(jìn)煤量和進(jìn)風(fēng)量，而實(shí)現(xiàn)鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒。以及各種熱工參數(shù)監(jiān)控，提高管理水平。

根據(jù)以上要求，可以將鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)置為：汽包液位控制回路（蒸汽鍋爐）；熱水鍋爐系統(tǒng)定壓控制回路；爐膛負(fù)壓控制回路；燃燒調(diào)節(jié)控制回路；報(bào)警保護(hù)控制回路；遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

（二）自動(dòng)化系統(tǒng)控制回路描述

1.汽包液位控制回路（蒸汽鍋爐）

蒸汽鍋爐汽包液位穩(wěn)定，是影響燃燒工況、節(jié)能、安全運(yùn)行的重要因素。 連續(xù)自動(dòng)給水分為單沖量、雙沖量、三沖量三種調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

單沖量調(diào)節(jié)，適用容量較小，虛假水位現(xiàn)象不嚴(yán)重的小型鍋爐。雙沖量調(diào)節(jié)，適用負(fù)荷變化頻繁，有一定虛假水位現(xiàn)象的中、小型鍋爐，容量在 30T/H 以下。 三沖量調(diào)節(jié)，適用虛假水位現(xiàn)象比較嚴(yán)重，多臺(tái)鍋爐并列運(yùn)行，水位相互干擾嚴(yán)重的現(xiàn)代大、中型鍋爐。

以三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例，其采用雙側(cè)水位變送器，一路進(jìn)行報(bào)警聯(lián)鎖，一路進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。為保證控制精度，采用反饋-前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即引入汽包液位、蒸汽流量和給水流量進(jìn)行三沖量水位調(diào)節(jié)。

2.熱水鍋爐系統(tǒng)定壓控制回路（熱水鍋爐）

熱水采暖系統(tǒng)保證定壓點(diǎn)的壓力，對(duì)鍋爐及系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。 定壓方式一般有，高位水箱定壓、壓力罐定壓、變頻定壓三種。其中，變頻定壓由于采用恒壓運(yùn)行方式，運(yùn)行中水壓圖穩(wěn)定，系統(tǒng)水力工況好，加之故作率低，控制精度高，壓力波動(dòng)范圍在0.01Mpa 以內(nèi)，目前已廣泛使用。

3.爐膛負(fù)壓控制回路

爐膛負(fù)壓的大小對(duì)于節(jié)能影響很大。 負(fù)壓大，被煙氣帶走的熱量多，熱損失增加。 理想運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)在微負(fù)壓狀態(tài)，它能明顯增加懸浮煤顆粒在爐膛內(nèi)的滯留時(shí)間，增加沉降，減少飛灰，使煤充分燃燒提高熱效率。

4.燃燒調(diào)節(jié)控制回路

在優(yōu)化各種鍋爐燃燒的過程中，通常認(rèn)為科學(xué)的方法是根據(jù)煙氣含氧量來控制鼓風(fēng)量。例如已確定某種鍋爐的煙氣含氧量為 X%時(shí)燃燒效率最高，則當(dāng)實(shí)測煙氣含氧量大于 X%時(shí)計(jì)算機(jī)控制鼓風(fēng)系統(tǒng)減少鼓風(fēng)量；當(dāng)實(shí)測煙氣含氧量小于X%時(shí)，計(jì)算機(jī)控制鼓風(fēng)系統(tǒng)增加鼓風(fēng)量。

這種方法過去在燃煤鍋爐自動(dòng)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)踐證明，這種理論上科學(xué)的方法對(duì)于燃油、燃?xì)饧懊悍蹱t比較實(shí)用，而對(duì)層燃爐來說卻事與愿違，最終絕大多數(shù)都以失敗而告終，調(diào)查分析主要是這種方法不能夠適應(yīng)煤質(zhì)變化的需要。

層燃爐與燃油、燃?xì)狻⒚悍蹱t不同，燃油、燃?xì)馀c煤粉爐的燃料成分比較穩(wěn)定，而層燃爐使用的煤多數(shù)只經(jīng)簡單的篩分破碎處理或不處理直接使用，煤的顆粒度極不均勻。當(dāng)爐排上出現(xiàn)大顆粒煤較多時(shí)，若要正常燃燒，則必然空氣過量系數(shù)較大，即煙氣含氧量較高；當(dāng)爐排上出現(xiàn)顆粒度較小且顆粒度均勻時(shí)，若要燃燒效率較高，則必然空氣過量系數(shù)相對(duì)要低一些。

而利用風(fēng)與煤的比值自動(dòng)控制鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使負(fù)荷不斷變化中的層燃爐始終處于良好的燃燒狀態(tài)，在實(shí)踐中證明了這種控制方法具有很好的實(shí)用性。

5.報(bào)警保護(hù)控制回路

在報(bào)警保護(hù)控制回路中，一般根據(jù)安全需要設(shè)置相應(yīng)報(bào)警、保護(hù)回路，但按照葉蒸規(guī)曳、葉熱規(guī)曳要求，必須有熱水鍋爐超溫和蒸汽鍋爐超壓報(bào)警及自動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)回路。熱水鍋爐一般還應(yīng)有循環(huán)水泵自控回路，具有多臺(tái)循環(huán)水泵故障報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)（故障后備用自啟）、停爐超溫自啟等實(shí)用功能。

四、結(jié)束語

采用計(jì)算機(jī)控制鍋爐系統(tǒng)是行業(yè)趨勢。鍋爐控制系統(tǒng)中周到的安全機(jī)制，才能保證鍋爐穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。而且利用計(jì)算機(jī)來提高鍋爐自動(dòng)化水平對(duì)節(jié)能、環(huán)保安全等方面有著深遠(yuǎn)的意義。

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