摘要：結(jié)合工業(yè)鍋爐運行實際，分析了工業(yè)鍋爐自動控制的意義，工業(yè)鍋爐自動控制系統(tǒng)的組成，并給出了工業(yè)鍋爐自動控制的系統(tǒng)實例。關(guān)鍵詞： 自動控制；工業(yè)鍋爐 ；系統(tǒng)中圖分類號：TK223 文獻標識碼： B 我國現(xiàn)有燃煤鍋爐40多萬臺，這些鍋爐大部分采用常規(guī)儀表和人工手動控制，靠人工調(diào)節(jié)風門大小來控制鼓、引風量，大量的電能浪費在風門上，人工調(diào)節(jié)爐排速度，平均熱效率僅在65%左右，造成能源的大量浪費和環(huán)境的污染。為了適應(yīng)節(jié)能和環(huán)保的需求，挖掘老設(shè)備的潛力，實現(xiàn)鍋爐的高效燃燒，降低能耗，是我們所迫切需要解決的問題，采用智能自動化計算機技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)對燃煤鍋爐進行自動化控制。實現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)的自動化控制后，能使鍋爐安全、可靠、經(jīng)濟的運行。 1 工業(yè)鍋爐的自動控制的意義（1）可提高鍋爐運行的安全性、可靠性通過實時檢測裝置把鍋爐系統(tǒng)及周邊設(shè)備的運行狀態(tài)和運行參數(shù)隨時報告給人和智能控制系統(tǒng)，由自動調(diào)節(jié)裝置對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行調(diào)節(jié)；智能程序自動控制裝置能簡化操作步驟和減少操作數(shù)量，避免誤操作；保護裝置能使系統(tǒng)運行中周邊設(shè)備發(fā)生異常、運行參數(shù)如爐堂溫度、排煙溫度、爐堂負壓、汽包水位、蒸汽壓力、出水溫度、出水壓力超過允許值提供聲光報警或自動停爐等應(yīng)急自動處理。 （2）可提高鍋爐運行的經(jīng)濟性工業(yè)鍋爐在燃燒過程中，各項技術(shù)指標都要求限定在一定范圍內(nèi)。為了確保燃燒過程的穩(wěn)定、可靠和經(jīng)濟運行，設(shè)計采用的變頻調(diào)速技術(shù)與計算機應(yīng)用技術(shù)，鍋爐燃燒過程智能控制裝置通過檢測出水壓力、出水溫度、蒸汽壓力、汽包水位、室外溫度、爐膛負壓、爐膛溫度、排煙溫度、氧含量等運行物理量，通過智能控制器及變頻器控制鼓、引風機和爐排轉(zhuǎn)速，改變鼓風量、引風量、給煤量，使爐膛負壓、出水壓力、汽包水位、出水溫度、蒸汽壓力控制在預定范圍內(nèi)，鍋爐在佳的風、煤比下燃燒，在節(jié)能條件下運行。鍋爐自動控制裝置，能對鍋爐進行過程的自動檢測、自動控制等多項功能，鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，減輕操作人員的勞動強度。 2 工業(yè)鍋爐的自動控制系統(tǒng)組成 工業(yè)鍋爐自動控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、一次儀表、微機、手自動切換操作、執(zhí)行機構(gòu)及閥、滑差電機等部分組成。一次儀表將鍋爐的溫度、壓力、流量、氧量、轉(zhuǎn)速等量轉(zhuǎn)換成電壓、電流等送入微機；手自動切換操作部分，手動時由操作人員手動控制，用操作器控制滑差電機及閥等，自動時對微機發(fā)出控制信號經(jīng)執(zhí)行部分進行自動操作。微機對整個鍋爐的運行進行監(jiān)測、報警、控制以鍋爐正常、可靠地運行。除此以外為鍋爐運行的安全，在進行微機系統(tǒng)設(shè)計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報警裝置，以水位和汽包壓力有雙重甚至三重報警裝置，這是必不可少的，以免鍋爐發(fā)生重大事故。 鍋爐是一個較為復雜的調(diào)節(jié)對象，它不僅調(diào)節(jié)量多，而且各種量之間相互聯(lián)系，相互影響，相互制約，鍋爐內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換機理比較復雜，所以要對鍋爐建立一個較為理想的數(shù)學模型比較困難。為此，把鍋爐系統(tǒng)作了簡化處理，化分為三個相對獨立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 當然在某些系統(tǒng)中還可以細分出其它系統(tǒng)如一次風量控制回路等。 2.1 爐膛負壓為主調(diào)量的特殊燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 鍋爐燃燒過程有三個任務(wù)：給煤控制，給風控制，爐膛負壓控制。保持煤氣與空氣比例使空氣過剩系數(shù)在1.08左右、燃燒過程的經(jīng)濟性、維持爐膛負壓，所以鍋爐燃燒過程的自動調(diào)節(jié)是一個復雜的問題。對于3×6.5t/h鍋爐來說燃燒放散高爐煤氣，要求是大限度地利用放散的高爐煤氣，故可按鍋爐的大出力運行，對蒸汽壓力不做嚴格要求；燃燒的經(jīng)濟性也不做較高的要求。這樣鍋爐燃燒過程的自動調(diào)節(jié)簡化為爐膛負壓為主參數(shù)的定煤氣流量調(diào)節(jié)。 爐膛負壓Pf的大小受引風量、鼓風量與煤氣量（壓力）三者的影響。爐膛負壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設(shè)備與運行人員的安全。負壓太大，爐膛漏風量增加，排煙損失增加，引風機電耗增加。根據(jù)多年的人工手動調(diào)節(jié)摸索，6.5t/h鍋爐的Pf=100Pa來進行設(shè)計。調(diào)節(jié)方法是初始狀態(tài)先由人工調(diào)節(jié)空氣與煤氣比例，達到理想的燃燒狀態(tài)，在引風機全開時達到爐膛負壓100Pa，投入自動后，只調(diào)節(jié)煤氣蝶閥，使壓力波動下的高爐煤氣流量趨于初始狀態(tài)的煤氣流量，來保持燃燒中高爐煤氣與空氣比例達到佳狀態(tài)。 2.2 鍋爐水位調(diào)節(jié)單元 汽包水位是影響鍋爐安全運行的重要參數(shù)，水位過高，會破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴重時會導致蒸汽帶水增多，增加在管壁上的結(jié)垢和影響蒸汽質(zhì)量。水位過低，則會破壞水循環(huán)，引起水冷壁管的破裂，嚴重時會造成干鍋，損壞汽包。所以其值過高過低都可能造成重大事故。它的被調(diào)量是汽包水位，而調(diào)節(jié)量則是給水流量，通過對給水流量的調(diào)節(jié), 使汽包內(nèi)部的物料達到動態(tài)平衡，變化在允許范圍之內(nèi)，由于鍋爐汽包水位對蒸氣流量和給水流量變化的響應(yīng)呈積極特性。但是在負荷(蒸氣流量)急劇增加時，表現(xiàn)卻為"逆響應(yīng)特性"，即所謂的"虛假水位"，造成這一原因是由于負荷增加時，導致汽包壓力下降，使汽包內(nèi)水的沸點溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高。 汽包水位控制系統(tǒng)，實質(zhì)上是維持鍋爐進出水量平衡的系統(tǒng)。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標，通過調(diào)整進水量的多少來達到進出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面大的汽包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，生產(chǎn)安全。由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個設(shè)有自平衡能力的被控對象，運行中存在虛假水位現(xiàn)象，實際應(yīng)用中可根據(jù)情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙重量和水位、蒸汽量、給水量三沖量的控制系統(tǒng)。 除氧器壓力和水位調(diào)節(jié)：除氧器部分均采用單沖量控制方案，單回路的PID調(diào)節(jié)。 2.3監(jiān)控管理系統(tǒng) 以上控制系統(tǒng)一般由PLC或其它硬件系統(tǒng)完成控制，而在上位計算機中要完成以下功能： 實時準確檢測鍋爐的運行參數(shù)：為全面 掌握整個系統(tǒng)的運行工況，監(jiān)控系統(tǒng)將實時監(jiān)測并采集鍋爐有關(guān)的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、以及設(shè)備的運行狀態(tài)等。系統(tǒng)具有豐富的圖形庫，通過組態(tài)可將鍋爐的設(shè)備圖形連同相關(guān)的運行參數(shù)顯示在畫面上；除此之外，還能將參數(shù)以列表或分組等形式顯示出來。綜合分析及時發(fā)出控制指令：監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的鍋爐運行數(shù)據(jù)，按照設(shè)定好的控制策略，發(fā)出控制指令，調(diào)節(jié)鍋爐系統(tǒng)設(shè)備的運行，從而鍋爐高效、可靠運行。 診斷故障與報警管理：主控中 心可以顯示、管理、傳送鍋爐運行的各種報警信號，從而使鍋爐的安全防爆、安全運行等級大大的提高。同時，對報警的檔案管理可使業(yè)主對于鍋爐運行的各種問題、弱點等了如指掌。為 鍋爐系統(tǒng)安全、可靠地運行，監(jiān)控系統(tǒng)將根據(jù)所監(jiān)測的參數(shù)進行故障診斷，一旦發(fā)生故障，監(jiān)控系統(tǒng)將及時在操作員屏幕上顯示報警點。報警相關(guān)的顯示功能使用戶定義的顯示畫面與每個點聯(lián)系起來，這樣，當報警發(fā)生時，操作員可立即訪問該報警點的詳細信息和按照所推薦采取的應(yīng)急措施進行處理。 歷史記錄運行參數(shù)：監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫將維護鍋爐運行參數(shù)的歷史記錄，另外監(jiān)控系統(tǒng)還。設(shè)有專門的報警事件日志，用以記錄報警／事件信息和操作員的變化等。歷史記錄的數(shù)據(jù)根據(jù)操作人員的要求，系統(tǒng)可以顯示為瞬時值，也可以為某一段時間內(nèi)的平均值。歷史記錄的數(shù)據(jù)可有多種顯示方式，例如曲線、特定圖形、報表等顯示方式；此外歷史記錄的數(shù)據(jù)還可以由以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的多種應(yīng)用軟件所應(yīng)用。 計算運行參數(shù)：鍋爐運行的某些運行參數(shù)不能夠直接測量，如年運行負荷量、蒸汽耗量、補水量、冷凝水返回量、設(shè)備的累積運行時間等。監(jiān)控系統(tǒng)提供了豐富的標準處理算法，根據(jù)所測得的運行參數(shù)，將這些導出量計算出來。 3 工業(yè)鍋爐自動控制系統(tǒng)實例 3．1燃煤鍋爐手動調(diào)無級變頻調(diào)速控制系統(tǒng)該系統(tǒng)包括以下功能：運行參數(shù)數(shù)字顯示:出回水溫度顯示、排煙溫度顯示、爐堂溫顯示、出回水壓力顯示、爐堂負壓顯示; 　 運行狀態(tài)指示:爐排、鼓風機、引風機、系統(tǒng)循環(huán)泵運行指示和故障指示; 　 超溫報警:出水溫度達到設(shè)定溫度時自動停爐并聲光報警; 超壓報警:出水壓力達到設(shè)定壓力時自動停爐并聲光報警; 循環(huán)泵故障報警:當系統(tǒng)未循環(huán)時鍋爐不能啟動，鍋爐處于運行中循環(huán)泵因故停止或系統(tǒng)循環(huán)中斷鍋爐自動停止并聲光報警?！〗o煤量控制:通過控制柜面板爐排轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)爐排轉(zhuǎn)速控制給煤量,使出水溫度控制在目標范圍; 鼓引風量連鎖控制: 通過控制柜面板鼓風機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)鼓風機轉(zhuǎn)速,把鼓風量控制在目標值范圍,引風量隨著爐堂負壓值的變化自動調(diào)節(jié)引風機轉(zhuǎn)速,使鍋爐處于微負壓下運行。 3.2智能自動化燃煤熱水鍋爐控制系統(tǒng)　系統(tǒng)包括的功能有：運行參數(shù)數(shù)字顯示:出回水溫度顯示、排煙溫度顯示、爐堂溫顯示、出回水壓力顯示、爐堂負壓顯示、氧含量顯示; 　運行狀態(tài)指示：爐排、鼓風機、引風機、系統(tǒng)循環(huán)泵運行指示和故障指示; 　超溫報警:出水溫度達到設(shè)定溫度時自動停爐并聲光報警; 　超壓報警:出水壓力達到設(shè)定壓力時自動停爐并聲光報警; 　循環(huán)泵故障報警:當系統(tǒng)未循環(huán)時鍋爐不能啟動，鍋爐處于運行中循環(huán)泵因故停止或系統(tǒng)循環(huán)中斷鍋爐自動停止并聲光報警。給煤量自動控制:智能自動化燃煤熱水鍋爐控制器依據(jù)出水溫度目標值和出水溫度實測值進行比較經(jīng)處理后輸出控制信號至爐排變頻器自動調(diào)節(jié)爐排轉(zhuǎn)速控制給煤量,使出水溫度控制在目標范圍; 　鼓風量自動控制:依據(jù)給煤量的實測值經(jīng)智能分析后實時自動調(diào)節(jié)鼓風機變頻器的運行頻率控制鼓風量. 　爐堂負壓自動調(diào)節(jié):依據(jù)爐堂負壓實測值經(jīng)智能分析后實時自動調(diào)節(jié)引風機變頻器控制引風機轉(zhuǎn)速,使爐堂負壓處于目標值范圍?！≈悄茏詣踊济簾崴仩t控制系統(tǒng)同時具備各項手動調(diào)節(jié)功能。具備標準通訊口,可與供熱系統(tǒng)工業(yè)計算機過程監(jiān)控系統(tǒng)連接,實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的控制和系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集、控制運算、控制輸出、實時數(shù)據(jù)處理與顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、遠程通信、設(shè)備管理、運行記錄報表打印。 作者簡介：周永恒（1966-），男，江蘇啟東人，工程師，主要從事鍋爐及壓力容器檢驗。