淺議工業(yè)蒸汽鍋爐熱工燃燒自動控制

　　論文關(guān)鍵詞：蒸汽鍋爐：熱工燃燒；自動控制
　　論文摘要：鍋爐生產(chǎn)是一個復雜的控制調(diào)節(jié)過程，是多輸入多輸出、多回路、非線性的相互關(guān)聯(lián)的對象，目前控制理論尚難以妥善解決對其的控制問題，其模型仍是半經(jīng)驗性的，本文就熱工燃燒自動控制進行一些論述。
　　
　　1熱工調(diào)節(jié)
　　鍋爐熱工系統(tǒng)由給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、風系統(tǒng)等部分組成。工業(yè)鍋爐熱工燃燒控制系統(tǒng)實質(zhì)是針對這幾個系統(tǒng)的運行過程進行自動控制，其主要控制回路：鍋爐汽包水位自動控制和鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)兩部分。
　　1.1 鍋爐汽包水位自動調(diào)節(jié)
　　鍋爐汽包水是正常運行主要指標之一，汽包水位是一個十分重要的調(diào)節(jié)參數(shù)。由于汽包水位在鍋爐運行中占居首要地位，所以鍋爐自動化都是從給水自動調(diào)節(jié)開始的。
　　大于4t/h的鍋爐，必須裝設給水自動調(diào)節(jié)裝置。給水自動調(diào)節(jié)的任務，是使給水量跟蹤鍋爐蒸發(fā)量并維持汽包中的水位在工藝允許的范圍內(nèi)。鍋爐汽包水位的自動調(diào)節(jié)，是根據(jù)汽包水位的動態(tài)特性來設計的。引起水位變化的因素很多，但主要是給水量和蒸發(fā)量的階躍變化，調(diào)節(jié)器就是依據(jù)水位信號、蒸汽流量和給水流量的偏差信號進行調(diào)節(jié)的。為保證鍋爐運行安全，給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)應選用可靠性較高的儀表和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
　　20t/h以上的蒸汽鍋爐，一般采用三沖量鍋爐汽包給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。三沖量鍋爐汽包給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是以汽包水位為主調(diào)節(jié)信號，蒸汽流量為調(diào)節(jié)器的前饋信號，給水流量為調(diào)節(jié)器的反饋信號組成阿調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于采用蒸汽流量信號對給水流量進行前饋調(diào)節(jié)，克服外擾影響，用給水流量信號作為反饋信號，克服內(nèi)擾影響，使給水調(diào)節(jié)質(zhì)量波動幅度得到大大提高。
　　裝有三沖量給水自動調(diào)節(jié)裝置的鍋爐在運行時，由于引進了蒸汽流量和給水流量的調(diào)節(jié)信號，調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作及時，抗干擾能力強，當蒸汽負荷突然發(fā)生變化，蒸汽流量信號使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向動作，即如蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大。抵銷了由于虛假水位引起的反向動作，減少了給水流量的波動幅度，如果給水流量減少，則調(diào)節(jié)器立即根據(jù)給水流量減少的信號開大給水閥門，使給水流量維持不變。
　　1.2 鍋爐燃燒的自動調(diào)節(jié)
　　容量較大的鍋爐，根據(jù)節(jié)能和自動化水平的需要以及維護水平和允許時，可設置鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
　　鍋爐燃燒系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的基本任務，是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應蒸汽負荷的需要，同時還要保證燃燒和鍋爐的安全運行。調(diào)節(jié)的內(nèi)容有三個，即維持蒸汽母管壓力不變；保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟性；維持爐膛負壓在一定范圍內(nèi)。這三項調(diào)節(jié)任務是相互關(guān)聯(lián)的，它們可以通過調(diào)節(jié)燃料量、送風量和引風量來完成。對于燃燒過程自動調(diào)節(jié)在負荷穩(wěn)定時，應使燃燒量、送風量和引風量各自保持不變，及時地補償系統(tǒng)內(nèi)的內(nèi)部擾動，這些內(nèi)部的擾動包括燃料的質(zhì)量變化，以及由于電網(wǎng)頻率變化引起燃料量、送風量、引風量的變化等。在負荷變化的外擾作用時，則應使燃料量、送風量和引風量成比例的改變，既要適應負荷要求，又要使三個被調(diào)量：蒸汽壓力、爐壁負壓和燃燒經(jīng)濟性指標保持在允許的范圍內(nèi)。
　　
　　2 微型在鍋爐熱工燃燒自動控制上的應用
　　2.1 鍋爐微機自動調(diào)節(jié)
　　2.1.1 汽包水位的自動調(diào)節(jié)
　　工業(yè)鍋爐汽包水位使正常運行的重要環(huán)節(jié)，水位過高會影響汽包的汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，水位過低又會影響鍋爐的汽水自然循環(huán)，如不及時調(diào)節(jié)就會使汽包水全部氣化，可能導致鍋爐燒壞和發(fā)生爆炸事故。鍋爐汽包水位不僅受給水量（進量）和蒸發(fā)量（出量）之間平衡關(guān)系的影響，同時還受到汽水循環(huán)管路，汽水容積變化影響，還有燃料量的變化，汽包壓力的變化，給水、蒸汽量的擾動等諸多因素對水位均會產(chǎn)生影響。在手動狀態(tài)下除采用DDZ－Ⅲ型儀表進行三沖量水位自動調(diào)節(jié)外，還在微機自控系統(tǒng)中采用三沖量汽包水位微機自動調(diào)節(jié)方式。三沖量微機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計思想就是分析了影響水位調(diào)節(jié)對象動態(tài)特征的基礎上，根據(jù)汽包水位這一調(diào)節(jié)對象有一定的延遲和慣性特點，即在蒸汽流量、給水量發(fā)生階段變化時，調(diào)節(jié)對象不可能立即跟著做相反方向的變化，尤其在蒸汽流量發(fā)生階段變化時，汽水容積跟著做相反方向的變化，造成“虛假水位”現(xiàn)象。

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另一方面分析了采用DDZ－Ⅲ型儀表所組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)對出現(xiàn)的“虛假水位”所采取的措施達不到滿意的效果，而采用微機利用其運算功能特長，以PID調(diào)節(jié)規(guī)律為其控制方法基礎，再加上對“虛假水位”的判斷程序，選擇適當?shù)难訒r環(huán)節(jié)，進行壓力補償、壓差補償運算，就能解決好水位調(diào)節(jié)這一關(guān)鍵任務。
　　2.１.２鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)
　　鍋爐燃燒系統(tǒng)主要有汽包壓力、蒸汽流量、鼓風量、給煤量、爐膛負壓、煙氣含氧量六個參量組成，調(diào)節(jié)的目的就是使燃燒所產(chǎn)生的熱量適應蒸汽負荷的需要，需同時：（1）保證母管蒸汽壓力維持不變；（2）保持鍋爐燃燒的型；（3）維持爐膛負壓在一定的范圍內(nèi)。
　　為完成上述任務，鍋爐的微型調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用了綜合自動調(diào)節(jié)方案，即：（1）根據(jù)出口壓力調(diào)節(jié)鼓風機變頻控制器頻率，從而改變鼓風量，并且汽包壓力及蒸汽流量換算的熱量信號進行精調(diào)，為保證出口蒸汽計算準確，引進了溫度和壓力補償；（2）根據(jù)最佳風煤比調(diào)節(jié)爐排轉(zhuǎn)速，也就是調(diào)節(jié)燃燒煤的供應量和進風量的比值，改變鍋爐燃燒的發(fā)熱量進而改變了鍋爐的蒸發(fā)量，并引進了殘氧（剩余空氣含氧量）信號加以修正，使鍋爐母管壓力保持在一定值內(nèi)，還根據(jù)爐膛負壓調(diào)節(jié)引風機變頻控制器頻率，從而改變引風量，用微分信號進行超前調(diào)節(jié)，也就是說在負荷穩(wěn)定時（蒸汽流量不變情況下）應使燃料量、送風量、引風量各保持不變；在負荷變動時（外干擾時）使燃料量、送風量、引風量成比例改變。根據(jù)以上要求，就可以確定燃燒系統(tǒng)微機控制方案，畫出系統(tǒng)框圖，充分利用微機計算程序，盡可能的代替儀表單元（如函數(shù)發(fā)生器、加減器、微分器、限幅器、濾波器等等）快速對各參數(shù)進行計算。
　　上面談了微機水位、燃燒兩個調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理，經(jīng)過微機運算處理，其輸出信號經(jīng)過D／A轉(zhuǎn)換裝置分別送到給水閥，鼓、引風機變頻控制器，爐排和煤機等執(zhí)行機構(gòu)，用計算機直接步進調(diào)節(jié)閥位、風量及轉(zhuǎn)速，這樣系統(tǒng)就能夠選擇最佳參數(shù)進行最佳調(diào)節(jié)。
　　2.２鍋爐微機檢測系統(tǒng)
　　1）可對汽包水位、給水流量、給水壓力、省煤器進口水溫車器出口水溫、省煤器進口煙溫、兩側(cè)省煤器出口煙溫、兩側(cè)空氣預熱器出口風溫、、兩側(cè)空氣預熱器出口煙溫、除塵器出口煙溫、除塵器出口煙壓、鼓引風風量、省煤器進口煙壓、省煤器出口煙壓、空氣預熱器出口風壓、蒸汽流量、空氣預熱器出口煙壓、蒸汽壓力、蒸汽溫度、爐膛溫度、爐膛負壓、給煤量、含氧量等現(xiàn)場信號巡檢采樣，汽包水位并具有彩色閉路監(jiān)視裝置；2）給水閥位、各種風機頻率、爐排轉(zhuǎn)速等模擬量跟蹤信號巡檢采樣；3）各種閥位、鼓引風機、爐排電機、分煤器啟/停狀態(tài)及各個閉合調(diào)節(jié)回路的手動/自動等開關(guān)量信號巡檢采樣顯示；4）鼓、引風機變頻信號采樣。
　　2.３ 鍋爐熱工燃燒自動控制系統(tǒng)方案
　　鍋爐自動控制系統(tǒng)采用plc為主要控制元件，對鍋爐生產(chǎn)過程實現(xiàn)快速、準確的控制，從而達到節(jié)省、物力，提高鍋爐熱效率和節(jié)省能源的目的，而計算機作為監(jiān)測顯示部分不參與到控制中去鍋爐自動控制系統(tǒng)在SPLC－9000系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)上采用多層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，共分三層。
　　測控層；采用高性能的PLC可編程序控制器組成，PLC上安裝有CPU模塊、I∕O模塊、通訊模塊，并可以靈活擴展。PLC內(nèi)可以通過梯形圖進行程序編制，實現(xiàn)一臺PLC對多臺鍋爐的自動控制。通過遠程擴展方案，SPLC－9000系統(tǒng)還可以滿足距離較遠的多個控制室的集中控制。
　　操作層；采用IPC工控機作為現(xiàn)場工作站，現(xiàn)場工作主站和現(xiàn)場工作從站分別安裝在不痛的控制室內(nèi)，提供畫面顯示和數(shù)據(jù)功能�？紤]到PLC可靠性高，造價也高，而普通接口板可靠性較低、造價也低，為了提高監(jiān)控系統(tǒng)的性能價格比，SPLC－9000系統(tǒng)同時提供可編程序控制器信號接入方式和接口板卡信號接入方式。系統(tǒng)的輸出控制工作有PLC獨立完成，工作站只負責提供給用戶修改參數(shù)的界面，并將用戶設定的控制參數(shù)下傳到PLC以調(diào)整控制效果。
　　管理層；采用普通計算機作為管理機，管理人員在遠離控制室的調(diào)度室里可以通過管理機看到現(xiàn)場工作站上顯示的畫面，調(diào)用工作站存儲的報表數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的工作�？梢詫崟r準確的掌握鍋爐的運行狀態(tài)，做出合理的調(diào)度。
　　重要數(shù)據(jù)的采集、處理及控制全部由PLC完成，由于PLC是專為現(xiàn)場設計的，是真正的工業(yè)計算機，所以其可靠性大大高于普通接口板和模塊。PLC的模塊化結(jié)構(gòu)和方便的擴展特性使系統(tǒng)配置靈活。上位機僅起到監(jiān)視和管理的作用，如果接口板損壞或者工作站損壞，都不會影響到系統(tǒng)的自動控制。現(xiàn)場監(jiān)控從站和現(xiàn)場監(jiān)控主站運行的軟件是相同的，只是在數(shù)據(jù)配置上有區(qū)別，不論那個站都可以查考到全部鍋爐的數(shù)據(jù)。
　　3.４ 效果分析
　　由于鍋爐系統(tǒng)的熱慣性大，負荷變化劇烈，操作人員只憑感觀參數(shù)控制鍋爐運行，隨意性很大，難以保證鍋爐運行的最佳狀態(tài)，而鍋爐熱工燃燒自動控制系統(tǒng)投運后，提高了鍋爐運行熱效率，煤層燃燒充分，排放污染物達標，能源利用率提高，減少人工手動方法控制鍋爐運行造成的能源浪費，節(jié)省人力、物力，降低運行，提高了鍋爐運行的可靠性。

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