论文部分内容阅读
中图分类号：TM621.2 文献标识码：A摘要：随着现代化工业的飞速发展，对能源利用率的要求越来越高，作为将一次能源转化为二次能源的重要设备之一的锅炉，其控制和管理随之要求越来越高。本文详细介绍了锅炉自动化系统的控制。
关键词：锅炉；自动化；控制一、锅炉自动控制的现状
锅炉的自动控制经历了三、四十年代单参数仪表控制，四、五十年代单元组合仪表、综合参数仪表控制，直到六十年代兴起的计算机过程控制几个阶段。尤其是近一、二十年来，随着先进控制理论和计算机技术的飞速发展，加之计算机各种性能的不断增强，价格的大幅度下降，使锅炉应用计算机控制很快得到了普及和应用。
在大型企业中，过程控制计算机正成为一种把控制和管理融为一体的综合自动化系统。自动化技术，信息技术和各种工业生产技术的基础上，通过计算机系统将工厂全部生产活动所需的信息和各种分散的自动化系统有机的集成起来，形成一个能适应生产环境不确定性和市场需求多变性总体最优的高质量、高效益、高柔性的智能生产系统，现已成当前控制领域的一个重要研究方向。在控制技术方面，近年来，为了获得更好的控制性能，把基于数学模型的控制技术和基于经验知识的控制技术相结合的集成控制技术受到了重视，获得了较广泛的研究。因此，锅炉的自动控制当前正朝着多学科结合的计算机技术的应用，管理控制一体化的趋势发展。
二、锅炉控制的工作原理
除氧水通过给水泵进入给水调节阀，控制系统利用给水调节阀的信号及其反馈进行综合分析后，对给水量控制。通过给水调节阀进入省煤器，冷水在经过省煤器时被烟气预热后进入汽包，在汽包内加热产生蒸汽，为保证最大的蒸发面，水位应保持在锅炉上汽包的中线位置，蒸汽通过主蒸汽阀输出。空气经过鼓风机进入空气预热器，被烟气预热后进入炉膛。燃料进入炉膛点燃，在燃烧过程中发出热量，以加热汽包中的水，同时产生热烟气，在引风机的抽吸作用下经过省煤气和空气预热器，以节约热能。降温后的烟气经过除尘器除尘、去硫等净化工艺后排出。
三、锅炉自动化系统
锅炉控制通常是采用人工结合热工仪表监控， 一般可取得较好效果，但较难达到最佳的结果，原因是锅炉的燃烧系统是一个多变量输入的复杂系统，影响燃烧的因素十分复杂，较正确的数学模型不易建立，故以经典的理论为基础的常规热工仪表控制很难达到最佳状态，如果靠人工手烧则要受人为因素的影响。而自动化技术提供了诸如数字滤波，积分分离PID，选择性PID，参数自整定、专家数据库等各种充分发挥计算机这一智能化、多功能的优势，是常规仪表和人力难以实现或无法实现的，是提高工业锅炉自控水平和节能的重要措施。
（一）自动化系统基本组成
锅炉运行要达到以下要求：根据负荷变化要求，使锅炉出水温度或出汽压力（流量）也随之变化，由于负荷变化而相应调整进煤量和进风量，而实现锅炉的经济燃烧。以及各种热工参数监控，提高管理水平。
根据以上要求，可以将锅炉自动化控制系统设置为：汽包液位控制回路（蒸汽锅炉）；热水锅炉系统定压控制回路；炉膛负压控制回路；燃烧调节控制回路；报警保护控制回路；远程监控系统。
（二）自动化系统控制回路描述
1.汽包液位控制回路（蒸汽锅炉）
蒸汽锅炉汽包液位稳定，是影响燃烧工况、节能、安全运行的重要因素。 连续自动给水分为单冲量、双冲量、三冲量三种调节控制系统。
单冲量调节，适用容量较小，虚假水位现象不严重的小型锅炉。双冲量调节，适用负荷变化频繁，有一定虚假水位现象的中、小型锅炉，容量在 30T/H 以下。 三冲量调节，适用虚假水位现象比较严重，多台锅炉并列运行，水位相互干扰严重的现代大、中型锅炉。
以三冲量调节系统为例，其采用双侧水位变送器，一路进行报警联锁，一路进行调节控制。为保证控制精度，采用反馈-前馈调节系统，即引入汽包液位、蒸汽流量和给水流量进行三冲量水位调节。
2.热水锅炉系统定压控制回路（热水锅炉）
热水采暖系统保证定压点的压力，对锅炉及系统安全可靠运行至关重要。 定压方式一般有，高位水箱定压、压力罐定压、变频定压三种。其中，变频定压由于采用恒压运行方式，运行中水压图稳定，系统水力工况好，加之故作率低，控制精度高，压力波动范围在0.01Mpa 以内，目前已广泛使用。
3.炉膛负压控制回路
炉膛负压的大小对于节能影响很大。 负压大，被烟气带走的热量多，热损失增加。 理想运行状态应在微负压状态，它能明显增加悬浮煤颗粒在炉膛内的滞留时间，增加沉降，减少飞灰，使煤充分燃烧提高热效率。
4.燃烧调节控制回路
在优化各种锅炉燃烧的过程中，通常认为科学的方法是根据烟气含氧量来控制鼓风量。例如已确定某种锅炉的烟气含氧量为 X%时燃烧效率最高，则当实测烟气含氧量大于 X%时计算机控制鼓风系统减少鼓风量；当实测烟气含氧量小于X%时，计算机控制鼓风系统增加鼓风量。
这种方法过去在燃煤锅炉自动控制中得到了广泛的应用。实践证明，这种理论上科学的方法对于燃油、燃气及煤粉炉比较实用，而对层燃炉来说却事与愿违，最终绝大多数都以失败而告终，调查分析主要是这种方法不能够适应煤质变化的需要。
层燃炉与燃油、燃气、煤粉炉不同，燃油、燃气与煤粉炉的燃料成分比较稳定，而层燃炉使用的煤多数只经简单的筛分破碎处理或不处理直接使用，煤的颗粒度极不均匀。当炉排上出现大颗粒煤较多时，若要正常燃烧，则必然空气过量系数较大，即烟气含氧量较高；当炉排上出现颗粒度较小且颗粒度均匀时，若要燃烧效率较高，则必然空气过量系数相对要低一些。
而利用风与煤的比值自动控制鼓风机电机转速，使负荷不断变化中的层燃炉始终处于良好的燃烧状态，在实践中证明了这种控制方法具有很好的实用性。
5.报警保护控制回路
在报警保护控制回路中，一般根据安全需要设置相应报警、保护回路，但按照叶蒸规曳、叶热规曳要求，必须有热水锅炉超温和蒸汽锅炉超压报警及自动联锁保护回路。热水锅炉一般还应有循环水泵自控回路，具有多台循环水泵故障报警、联锁保护（故障后备用自启）、停炉超温自启等实用功能。
四、结束语
采用计算机控制锅炉系统是行业趋势。锅炉控制系统中周到的安全机制，才能保证锅炉稳定、安全、经济地运行，减轻操作人员的劳动强度。而且利用计算机来提高锅炉自动化水平对节能、环保安全等方面有着深远的意义。
参考文献：
[1]田丽.工业蒸汽锅炉自动化控制的探析［J］.现代商贸工业，2008( 6)
[2]陈小辉.工业蒸汽锅炉自动化控制分析［J］.中国科技纵横，2011( 9)
关键词：锅炉；自动化；控制一、锅炉自动控制的现状
锅炉的自动控制经历了三、四十年代单参数仪表控制，四、五十年代单元组合仪表、综合参数仪表控制，直到六十年代兴起的计算机过程控制几个阶段。尤其是近一、二十年来，随着先进控制理论和计算机技术的飞速发展，加之计算机各种性能的不断增强，价格的大幅度下降，使锅炉应用计算机控制很快得到了普及和应用。
在大型企业中，过程控制计算机正成为一种把控制和管理融为一体的综合自动化系统。自动化技术，信息技术和各种工业生产技术的基础上，通过计算机系统将工厂全部生产活动所需的信息和各种分散的自动化系统有机的集成起来，形成一个能适应生产环境不确定性和市场需求多变性总体最优的高质量、高效益、高柔性的智能生产系统，现已成当前控制领域的一个重要研究方向。在控制技术方面，近年来，为了获得更好的控制性能，把基于数学模型的控制技术和基于经验知识的控制技术相结合的集成控制技术受到了重视，获得了较广泛的研究。因此，锅炉的自动控制当前正朝着多学科结合的计算机技术的应用，管理控制一体化的趋势发展。
二、锅炉控制的工作原理
除氧水通过给水泵进入给水调节阀，控制系统利用给水调节阀的信号及其反馈进行综合分析后，对给水量控制。通过给水调节阀进入省煤器，冷水在经过省煤器时被烟气预热后进入汽包，在汽包内加热产生蒸汽，为保证最大的蒸发面，水位应保持在锅炉上汽包的中线位置，蒸汽通过主蒸汽阀输出。空气经过鼓风机进入空气预热器，被烟气预热后进入炉膛。燃料进入炉膛点燃，在燃烧过程中发出热量，以加热汽包中的水，同时产生热烟气，在引风机的抽吸作用下经过省煤气和空气预热器，以节约热能。降温后的烟气经过除尘器除尘、去硫等净化工艺后排出。
三、锅炉自动化系统
锅炉控制通常是采用人工结合热工仪表监控， 一般可取得较好效果，但较难达到最佳的结果，原因是锅炉的燃烧系统是一个多变量输入的复杂系统，影响燃烧的因素十分复杂，较正确的数学模型不易建立，故以经典的理论为基础的常规热工仪表控制很难达到最佳状态，如果靠人工手烧则要受人为因素的影响。而自动化技术提供了诸如数字滤波，积分分离PID，选择性PID，参数自整定、专家数据库等各种充分发挥计算机这一智能化、多功能的优势，是常规仪表和人力难以实现或无法实现的，是提高工业锅炉自控水平和节能的重要措施。
（一）自动化系统基本组成
锅炉运行要达到以下要求：根据负荷变化要求，使锅炉出水温度或出汽压力（流量）也随之变化，由于负荷变化而相应调整进煤量和进风量，而实现锅炉的经济燃烧。以及各种热工参数监控，提高管理水平。
根据以上要求，可以将锅炉自动化控制系统设置为：汽包液位控制回路（蒸汽锅炉）；热水锅炉系统定压控制回路；炉膛负压控制回路；燃烧调节控制回路；报警保护控制回路；远程监控系统。
（二）自动化系统控制回路描述
1.汽包液位控制回路（蒸汽锅炉）
蒸汽锅炉汽包液位稳定，是影响燃烧工况、节能、安全运行的重要因素。 连续自动给水分为单冲量、双冲量、三冲量三种调节控制系统。
单冲量调节，适用容量较小，虚假水位现象不严重的小型锅炉。双冲量调节，适用负荷变化频繁，有一定虚假水位现象的中、小型锅炉，容量在 30T/H 以下。 三冲量调节，适用虚假水位现象比较严重，多台锅炉并列运行，水位相互干扰严重的现代大、中型锅炉。
以三冲量调节系统为例，其采用双侧水位变送器，一路进行报警联锁，一路进行调节控制。为保证控制精度，采用反馈-前馈调节系统，即引入汽包液位、蒸汽流量和给水流量进行三冲量水位调节。
2.热水锅炉系统定压控制回路（热水锅炉）
热水采暖系统保证定压点的压力，对锅炉及系统安全可靠运行至关重要。 定压方式一般有，高位水箱定压、压力罐定压、变频定压三种。其中，变频定压由于采用恒压运行方式，运行中水压图稳定，系统水力工况好，加之故作率低，控制精度高，压力波动范围在0.01Mpa 以内，目前已广泛使用。
3.炉膛负压控制回路
炉膛负压的大小对于节能影响很大。 负压大，被烟气带走的热量多，热损失增加。 理想运行状态应在微负压状态，它能明显增加悬浮煤颗粒在炉膛内的滞留时间，增加沉降，减少飞灰，使煤充分燃烧提高热效率。
4.燃烧调节控制回路
在优化各种锅炉燃烧的过程中，通常认为科学的方法是根据烟气含氧量来控制鼓风量。例如已确定某种锅炉的烟气含氧量为 X%时燃烧效率最高，则当实测烟气含氧量大于 X%时计算机控制鼓风系统减少鼓风量；当实测烟气含氧量小于X%时，计算机控制鼓风系统增加鼓风量。
这种方法过去在燃煤锅炉自动控制中得到了广泛的应用。实践证明，这种理论上科学的方法对于燃油、燃气及煤粉炉比较实用，而对层燃炉来说却事与愿违，最终绝大多数都以失败而告终，调查分析主要是这种方法不能够适应煤质变化的需要。
层燃炉与燃油、燃气、煤粉炉不同，燃油、燃气与煤粉炉的燃料成分比较稳定，而层燃炉使用的煤多数只经简单的筛分破碎处理或不处理直接使用，煤的颗粒度极不均匀。当炉排上出现大颗粒煤较多时，若要正常燃烧，则必然空气过量系数较大，即烟气含氧量较高；当炉排上出现颗粒度较小且颗粒度均匀时，若要燃烧效率较高，则必然空气过量系数相对要低一些。
而利用风与煤的比值自动控制鼓风机电机转速，使负荷不断变化中的层燃炉始终处于良好的燃烧状态，在实践中证明了这种控制方法具有很好的实用性。
5.报警保护控制回路
在报警保护控制回路中，一般根据安全需要设置相应报警、保护回路，但按照叶蒸规曳、叶热规曳要求，必须有热水锅炉超温和蒸汽锅炉超压报警及自动联锁保护回路。热水锅炉一般还应有循环水泵自控回路，具有多台循环水泵故障报警、联锁保护（故障后备用自启）、停炉超温自启等实用功能。
四、结束语
采用计算机控制锅炉系统是行业趋势。锅炉控制系统中周到的安全机制，才能保证锅炉稳定、安全、经济地运行，减轻操作人员的劳动强度。而且利用计算机来提高锅炉自动化水平对节能、环保安全等方面有着深远的意义。
参考文献：
[1]田丽.工业蒸汽锅炉自动化控制的探析［J］.现代商贸工业，2008( 6)
[2]陈小辉.工业蒸汽锅炉自动化控制分析［J］.中国科技纵横，2011( 9)