摘要：結(jié)合工業(yè)鍋爐運(yùn)行實(shí)際，分析了工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制的意義，工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成，并給出了工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制的系統(tǒng)實(shí)例。關(guān)鍵詞： 自動(dòng)控制；工業(yè)鍋爐 ；系統(tǒng)中圖分類號：TK223 文獻(xiàn)標(biāo)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(dòng)控制，靠人工調(diào)節(jié)風(fēng)門大小來控制鼓、引風(fēng)量，大量的電能浪費(fèi)在風(fēng)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(fèi)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(shí)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(dòng)化計(jì)算機(jī)技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)對燃煤鍋爐進(jìn)行自動(dòng)化控制。實(shí)現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)的自動(dòng)化控制后，能使鍋爐安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。 1 工業(yè)鍋爐的自動(dòng)控制的意義（1）可提高鍋爐運(yùn)行的安全性、可靠性通過實(shí)時(shí)檢測裝置把鍋爐系統(tǒng)及周邊設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)報(bào)告給人和智能控制系統(tǒng)，由自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)；智能程序自動(dòng)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(hù)裝置能使系統(tǒng)運(yùn)行中周邊設(shè)備發(fā)生異常、運(yùn)行參數(shù)如爐堂溫度、排煙溫度、爐堂負(fù)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(bào)警或自動(dòng)停爐等應(yīng)急自動(dòng)處理。 （2）可提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性工業(yè)鍋爐在燃燒過程中，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)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(jì)運(yùn)行，設(shè)計(jì)采用的變頻調(diào)速技術(shù)與計(jì)算機(jī)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(fù)壓、爐膛溫度、排煙溫度、氧含量等運(yùn)行物理量，通過智能控制器及變頻器控制鼓、引風(fēng)機(jī)和爐排轉(zhuǎn)速，改變鼓風(fēng)量、引風(fēng)量、給煤量，使?fàn)t膛負(fù)壓、出水壓力、汽包水位、出水溫度、蒸汽壓力控制在預(yù)定范圍內(nèi)，鍋爐在佳的風(fēng)、煤比下燃燒，在節(jié)能條件下運(yùn)行。鍋爐自動(dòng)控制裝置，能對鍋爐進(jìn)行過程的自動(dòng)檢測、自動(dòng)控制等多項(xiàng)功能，鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 2 工業(yè)鍋爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)組成 工業(yè)鍋爐自動(dòng)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(jī)、手自動(dòng)切換操作、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥、滑差電機(jī)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(jī)；手自動(dòng)切換操作部分，手動(dòng)時(shí)由操作人員手動(dòng)控制，用操作器控制滑差電機(jī)及閥等，自動(dòng)時(shí)對微機(jī)發(fā)出控制信號經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動(dòng)操作。微機(jī)對整個(gè)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測、報(bào)警、控制以鍋爐正常、可靠地運(yùn)行。除此以外為鍋爐運(yùn)行的安全，在進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，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(bào)警裝置，以水位和汽包壓力有雙重甚至三重報(bào)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(gè)較為復(fù)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(jī)理比較復(fù)雜，所以要對鍋爐建立一個(gè)較為理想的數(shù)學(xué)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(gè)相對獨(dú)立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 當(dāng)然在某些系統(tǒng)中還可以細(xì)分出其它系統(tǒng)如一次風(fēng)量控制回路等。 2.1 爐膛負(fù)壓為主調(diào)量的特殊燃燒自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 鍋爐燃燒過程有三個(gè)任務(wù)：給煤控制，給風(fēng)控制，爐膛負(fù)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(jì)性、維持爐膛負(fù)壓，所以鍋爐燃燒過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)是一個(gè)復(fù)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(yùn)行，對蒸汽壓力不做嚴(yán)格要求；燃燒的經(jīng)濟(jì)性也不做較高的要求。這樣鍋爐燃燒過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)簡化為爐膛負(fù)壓為主參數(shù)的定煤氣流量調(diào)節(jié)。 爐膛負(fù)壓Pf的大小受引風(fēng)量、鼓風(fēng)量與煤氣量（壓力）三者的影響。爐膛負(fù)壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設(shè)備與運(yùn)行人員的安全。負(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增加，排煙損失增加，引風(fēng)機(jī)電耗增加。根據(jù)多年的人工手動(dòng)調(diào)節(jié)摸索，6.5t/h鍋爐的Pf=100Pa來進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(dá)到理想的燃燒狀態(tài)，在引風(fēng)機(jī)全開時(shí)達(dá)到爐膛負(fù)壓100Pa，投入自動(dòng)后，只調(diào)節(jié)煤氣蝶閥，使壓力波動(dòng)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(dá)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(yùn)行的重要參數(shù)，水位過高，會(huì)破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)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(huì)破壞水循環(huán)，引起水冷壁管的破裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(dá)到動(dòng)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(fù)荷(蒸氣流量)急劇增加時(shí)，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(fù)荷增加時(shí)，導(dǎo)致汽包壓力下降，使汽包內(nèi)水的沸點(diǎn)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(shí)質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)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(biāo)，通過調(diào)整進(jìn)水量的多少來達(dá)到進(jìn)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(gè)設(shè)有自平衡能力的被控對象，運(yùn)行中存在虛假水位現(xiàn)象，實(shí)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(jì)算機(jī)中要完成以下功能： 實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測鍋爐的運(yùn)行參數(shù)：為全面 掌握整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行工況，監(jiān)控系統(tǒng)將實(shí)時(shí)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(yùn)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(yùn)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(shí)發(fā)出控制指令：監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的鍋爐運(yùn)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(yùn)行，從而鍋爐高效、可靠運(yùn)行。 診斷故障與報(bào)警管理：主控中 心可以顯示、管理、傳送鍋爐運(yùn)行的各種報(bào)警信號，從而使鍋爐的安全防爆、安全運(yùn)行等級大大的提高。同時(shí)，對報(bào)警的檔案管理可使業(yè)主對于鍋爐運(yùn)行的各種問題、弱點(diǎn)等了如指掌。為 鍋爐系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行，監(jiān)控系統(tǒng)將根據(jù)所監(jiān)測的參數(shù)進(jìn)行故障診斷，一旦發(fā)生故障，監(jiān)控系統(tǒng)將及時(shí)在操作員屏幕上顯示報(bào)警點(diǎn)。報(bào)警相關(guān)的顯示功能使用戶定義的顯示畫面與每個(gè)點(diǎn)聯(lián)系起來，這樣，當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)，操作員可立即訪問該報(bào)警點(diǎn)的詳細(xì)信息和按照所推薦采取的應(yīng)急措施進(jìn)行處理。 歷史記錄運(yùn)行參數(shù)：監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫將維護(hù)鍋爐運(yùn)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(bào)警事件日志，用以記錄報(bào)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(shí)值，也可以為某一段時(shí)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(bào)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(jì)算運(yùn)行參數(shù)：鍋爐運(yùn)行的某些運(yùn)行參數(shù)不能夠直接測量，如年運(yùn)行負(fù)荷量、蒸汽耗量、補(bǔ)水量、冷凝水返回量、設(shè)備的累積運(yùn)行時(shí)間等。監(jiān)控系統(tǒng)提供了豐富的標(biāo)準(zhǔn)處理算法，根據(jù)所測得的運(yùn)行參數(shù)，將這些導(dǎo)出量計(jì)算出來。 3 工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例 3．1燃煤鍋爐手動(dòng)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(yùn)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(fù)壓顯示; 　 運(yùn)行狀態(tài)指示:爐排、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、系統(tǒng)循環(huán)泵運(yùn)行指示和故障指示; 　 超溫報(bào)警:出水溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)自動(dòng)停爐并聲光報(bào)警; 超壓報(bào)警:出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)自動(dòng)停爐并聲光報(bào)警; 循環(huán)泵故障報(bào)警:當(dāng)系統(tǒng)未循環(huán)時(shí)鍋爐不能啟動(dòng)，鍋爐處于運(yùn)行中循環(huán)泵因故停止或系統(tǒng)循環(huán)中斷鍋爐自動(dòng)停止并聲光報(bào)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(biāo)范圍; 鼓引風(fēng)量連鎖控制: 通過控制柜面板鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,把鼓風(fēng)量控制在目標(biāo)值范圍,引風(fēng)量隨著爐堂負(fù)壓值的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,使鍋爐處于微負(fù)壓下運(yùn)行。 3.2智能自動(dòng)化燃煤熱水鍋爐控制系統(tǒng)　系統(tǒng)包括的功能有：運(yùn)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(fù)壓顯示、氧含量顯示; 　運(yùn)行狀態(tài)指示：爐排、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、系統(tǒng)循環(huán)泵運(yùn)行指示和故障指示; 　超溫報(bào)警:出水溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)自動(dòng)停爐并聲光報(bào)警; 　超壓報(bào)警:出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)自動(dòng)停爐并聲光報(bào)警; 　循環(huán)泵故障報(bào)警:當(dāng)系統(tǒng)未循環(huán)時(shí)鍋爐不能啟動(dòng)，鍋爐處于運(yùn)行中循環(huán)泵因故停止或系統(tǒng)循環(huán)中斷鍋爐自動(dòng)停止并聲光報(bào)警。給煤量自動(dòng)控制:智能自動(dòng)化燃煤熱水鍋爐控制器依據(jù)出水溫度目標(biāo)值和出水溫度實(shí)測值進(jìn)行比較經(jīng)處理后輸出控制信號至爐排變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)爐排轉(zhuǎn)速控制給煤量,使出水溫度控制在目標(biāo)范圍; 　鼓風(fēng)量自動(dòng)控制:依據(jù)給煤量的實(shí)測值經(jīng)智能分析后實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)變頻器的運(yùn)行頻率控制鼓風(fēng)量. 　爐堂負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié):依據(jù)爐堂負(fù)壓實(shí)測值經(jīng)智能分析后實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)變頻器控制引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,使?fàn)t堂負(fù)壓處于目標(biāo)值范圍?！≈悄茏詣?dòng)化燃煤熱水鍋爐控制系統(tǒng)同時(shí)具備各項(xiàng)手動(dòng)調(diào)節(jié)功能。具備標(biāo)準(zhǔn)通訊口,可與供熱系統(tǒng)工業(yè)計(jì)算機(jī)過程監(jiān)控系統(tǒng)連接,實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程的控制和系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集、控制運(yùn)算、控制輸出、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理與顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、遠(yuǎn)程通信、設(shè)備管理、運(yùn)行記錄報(bào)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(yàn)。