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淺議工業(yè)蒸汽鍋爐熱工燃燒自動(dòng)控制
論文關(guān)鍵詞：蒸汽鍋爐：熱工燃燒；自動(dòng)控制論文摘要：鍋爐生產(chǎn)是一個(gè)復雜的控制調節過(guò)程，是多輸入多輸出、多回路、非線(xiàn)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(wèn)題，其模型仍是半經(jīng)驗性的，本文就熱工燃燒自動(dòng)控制進(jìn)行一些論述。
1熱工調節
鍋爐熱工系統由給水系統、蒸汽系統、煙氣系統、風(fēng)系統等部分組成。工業(yè)鍋爐熱工燃燒控制系統實(shí)質(zhì)是針對這幾個(gè)系統的運行過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制，其主要控制回路：鍋爐汽包水位自動(dòng)控制和鍋爐燃燒自動(dòng)調節系統兩部分。
1.1 鍋爐汽包水位自動(dòng)調節
鍋爐汽包水是正常運行主要指標之一，汽包水位是一個(gè)十分重要的調節參數。由于汽包水位在鍋爐運行中占居首要地位，所以鍋爐自動(dòng)化都是從給水自動(dòng)調節開(kāi)始的。
大于4t/h的鍋爐，必須裝設給水自動(dòng)調節裝置。給水自動(dòng)調節的任務(wù)，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。鍋爐汽包水位的自動(dòng)調節，是根據汽包水位的動(dòng)態(tài)特性來(lái)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，調節器就是依據水位信號、蒸汽流量和給水流量的偏差信號進(jìn)行調節的。為保證鍋爐運行安全，給水自動(dòng)調節系統應選用可靠性較高的儀表和自動(dòng)調節系統。
20t/h以上的蒸汽鍋爐，一般采用三沖量鍋爐汽包給水自動(dòng)調節系統。三沖量鍋爐汽包給水自動(dòng)調節系統是以汽包水位為主調節信號，蒸汽流量為調節器的前饋信號，給水流量為調節器的反饋信號組成阿調節系統。由于采用蒸汽流量信號對給水流量進(jìn)行前饋調節，克服外擾影響，用給水流量信號作為反饋信號，克服內擾影響，使給水調節質(zhì)量波動(dòng)幅度得到大大提高。
裝有三沖量給水自動(dòng)調節裝置的鍋爐在運行時(shí)，由于引進(jìn)了蒸汽流量和給水流量的調節信號，調節系統動(dòng)作及時(shí)，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節閥一開(kāi)始就向正確方向動(dòng)作，即如蒸汽流量增加，給水調節閥開(kāi)大。抵銷(xiāo)了由于虛假水位引起的反向動(dòng)作，減少了給水流量的波動(dòng)幅度，如果給水流量減少，則調節器立即根據給水流量減少的信號開(kāi)大給水閥門(mén)，使給水流量維持不變。
1.2 鍋爐燃燒的自動(dòng)調節
容量較大的鍋爐，根據節能和自動(dòng)化水平的需要以及維護水平和允許時(shí)，可設置鍋爐燃燒自動(dòng)調節系統。
鍋爐燃燒系統自動(dòng)調節的基本任務(wù)，是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應蒸汽負荷的需要，同時(shí)還要保證燃燒和鍋爐的安全運行。調節的內容有三個(gè)，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。這三項調節任務(wù)是相互關(guān)聯(lián)的，它們可以通過(guò)調節燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量來(lái)完成。對于燃燒過(guò)程自動(dòng)調節在負荷穩定時(shí)，應使燃燒量、送風(fēng)量和引風(fēng)量各自保持不變，及時(shí)地補償系統內的內部擾動(dòng)，這些內部的擾動(dòng)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(fēng)量、引風(fēng)量的變化等。在負荷變化的外擾作用時(shí)，則應使燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量成比例的改變，既要適應負荷要求，又要使三個(gè)被調量：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。
2 微型在鍋爐熱工燃燒自動(dòng)控制上的應用
2.1 鍋爐微機自動(dòng)調節
2.1.1 汽包水位的自動(dòng)調節
工業(yè)鍋爐汽包水位使正常運行的重要環(huán)節，水位過(guò)高會(huì )影響汽包的汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現象，水位過(guò)低又會(huì )影響鍋爐的汽水自然循環(huán)，如不及時(shí)調節就會(huì )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(jìn)量）和蒸發(fā)量（出量）之間平衡關(guān)系的影響，同時(shí)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(dòng)等諸多因素對水位均會(huì )產(chǎn)生影響。在手動(dòng)狀態(tài)下除采用DDZ－Ⅲ型儀表進(jìn)行三沖量水位自動(dòng)調節外，還在微機自控系統中采用三沖量汽包水位微機自動(dòng)調節方式。三沖量微機調節系統的設計思想就是分析了影響水位調節對象動(dòng)態(tài)特征的基礎上，根據汽包水位這一調節對象有一定的延遲和慣性特點(diǎn)，即在蒸汽流量、給水量發(fā)生階段變化時(shí)，調節對象不可能立即跟著(zhù)做相反方向的變化，尤其在蒸汽流量發(fā)生階段變化時(shí)，汽水容積跟著(zhù)做相反方向的變化，造成“虛假水位”現象。
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另一方面分析了采用DDZ－Ⅲ型儀表所組成的調節系統對出現的“虛假水位”所采取的措施達不到滿(mǎn)意的效果，而采用微機利用其運算功能特長(cháng)，以PID調節規律為其控制方法基礎，再加上對“虛假水位”的判斷程序，選擇適當的延時(shí)環(huán)節，進(jìn)行壓力補償、壓差補償運算，就能解決好水位調節這一關(guān)鍵任務(wù)。2.１.２鍋爐燃燒系統的自動(dòng)調節
鍋爐燃燒系統主要有汽包壓力、蒸汽流量、鼓風(fēng)量、給煤量、爐膛負壓、煙氣含氧量六個(gè)參量組成，調節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(shí)：（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。
為完成上述任務(wù)，鍋爐的微型調節系統采用了綜合自動(dòng)調節方案，即：（1）根據出口壓力調節鼓風(fēng)機變頻控制器頻率，從而改變鼓風(fēng)量，并且汽包壓力及蒸汽流量換算的熱量信號進(jìn)行精調，為保證出口蒸汽計算準確，引進(jìn)了溫度和壓力補償；（2）根據最佳風(fēng)煤比調節爐排轉速，也就是調節燃燒煤的供應量和進(jìn)風(fēng)量的比值，改變鍋爐燃燒的發(fā)熱量進(jìn)而改變了鍋爐的蒸發(fā)量，并引進(jìn)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，還根據爐膛負壓調節引風(fēng)機變頻控制器頻率，從而改變引風(fēng)量，用微分信號進(jìn)行超前調節，也就是說(shuō)在負荷穩定時(shí)（蒸汽流量不變情況下）應使燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量各保持不變；在負荷變動(dòng)時(shí)（外干擾時(shí)）使燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量成比例改變。根據以上要求，就可以確定燃燒系統微機控制方案，畫(huà)出系統框圖，充分利用微機計算程序，盡可能的代替儀表單元（如函數發(fā)生器、加減器、微分器、限幅器、濾波器等等）快速對各參數進(jìn)行計算。
上面談了微機水位、燃燒兩個(gè)調節系統的原理，經(jīng)過(guò)微機運算處理，其輸出信號經(jīng)過(guò)D／A轉換裝置分別送到給水閥，鼓、引風(fēng)機變頻控制器，爐排和煤機等執行機構，用計算機直接步進(jìn)調節閥位、風(fēng)量及轉速，這樣系統就能夠選擇最佳參數進(jìn)行最佳調節。
2.２鍋爐微機檢測系統
1）可對汽包水位、給水流量、給水壓力、省煤器進(jìn)口水溫車(chē)器出口水溫、省煤器進(jìn)口煙溫、兩側省煤器出口煙溫、兩側空氣預熱器出口風(fēng)溫、、兩側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(fēng)風(fēng)量、省煤器進(jìn)口煙壓、省煤器出口煙壓、空氣預熱器出口風(fēng)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、含氧量等現場(chǎng)信號巡檢采樣，汽包水位并具有彩色閉路監視裝置；2）給水閥位、各種風(fēng)機頻率、爐排轉速等模擬量跟蹤信號巡檢采樣；3）各種閥位、鼓引風(fēng)機、爐排電機、分煤器啟/停狀態(tài)及各個(gè)閉合調節回路的手動(dòng)/自動(dòng)等開(kāi)關(guān)量信號巡檢采樣顯示；4）鼓、引風(fēng)機變頻信號采樣。
2.３ 鍋爐熱工燃燒自動(dòng)控制系統方案
鍋爐自動(dòng)控制系統采用plc為主要控制元件，對鍋爐生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現快速、準確的控制，從而達到節省、物力，提高鍋爐熱效率和節省能源的目的，而計算機作為監測顯示部分不參與到控制中去鍋爐自動(dòng)控制系統在SPLC－9000系統硬件結構上采用多層網(wǎng)絡(luò )結構，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內可以通過(guò)梯形圖進(jìn)行程序編制，實(shí)現一臺PLC對多臺鍋爐的自動(dòng)控制。通過(guò)遠程擴展方案，SPLC－9000系統還可以滿(mǎn)足距離較遠的多個(gè)控制室的集中控制。
操作層；采用IPC工控機作為現場(chǎng)工作站，現場(chǎng)工作主站和現場(chǎng)工作從站分別安裝在不痛的控制室內，提供畫(huà)面顯示和數據功能�？紤]到PLC可靠性高，造價(jià)也高，而普通接口板可靠性較低、造價(jià)也低，為了提高監控系統的性能價(jià)格比，SPLC－9000系統同時(shí)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。系統的輸出控制工作有PLC獨立完成，工作站只負責提供給用戶(hù)修改參數的界面，并將用戶(hù)設定的控制參數下傳到PLC以調整控制效果。
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度室里可以通過(guò)管理機看到現場(chǎng)工作站上顯示的畫(huà)面，調用工作站存儲的報表數據，完成數據的工作�？梢詫�(shí)時(shí)準確的掌握鍋爐的運行狀態(tài)，做出合理的調度。
重要數據的采集、處理及控制全部由PLC完成，由于PLC是專(zhuān)為現場(chǎng)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的模塊化結構和方便的擴展特性使系統配置靈活。上位機僅起到監視和管理的作用，如果接口板損壞或者工作站損壞，都不會(huì )影響到系統的自動(dòng)控制�，F場(chǎng)監控從站和現場(chǎng)監控主站運行的軟件是相同的，只是在數據配置上有區別，不論那個(gè)站都可以查考到全部鍋爐的數據。
3.４ 效果分析
由于鍋爐系統的熱慣性大，負荷變化劇烈，操作人員只憑感觀(guān)參數控制鍋爐運行，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(dòng)控制系統投運后，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(dòng)方法控制鍋爐運行造成的能源浪費，節省人力、物力，降低運行，提高了鍋爐運行的可靠性。
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