摘要：結合工業鍋爐運行實際，分析了工業鍋爐自動控制的意義，工業鍋爐自動控制系統的組成，并給出了工業鍋爐自動控制的系統實例。關鍵詞： 自動控制；工業鍋爐 ；系統中圖分類號：TK223 文獻標識碼： B 我國現有燃煤鍋爐40多萬臺，這些鍋爐大部分采用常規儀表和人工手動控制，靠人工調節風門大小來控制鼓、引風量，大量的電能浪費在風門上，人工調節爐排速度，平均熱效率僅在65%左右，造成能源的大量浪費和環境的污染。為了適應節能和環保的需求，挖掘老設備的潛力，實現鍋爐的高效燃燒，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和變頻調速技術對燃煤鍋爐進行自動化控制。實現鍋爐系統的自動化控制后，能使鍋爐安全、可靠、經濟的運行。 1 工業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及周邊設備的運行狀態和運行參數隨時報告給人和智能控制系統，由自動調節裝置對系統的運行狀態進行調節；智能程序自動控制裝置能簡化操作步驟和減少操作數量，避免誤操作；保護裝置能使系統運行中周邊設備發生異常、運行參數如爐堂溫度、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急自動處理。 （2）可提高鍋爐運行的經濟性工業鍋爐在燃燒過程中，各項技術指標都要求限定在一定范圍內。為了確保燃燒過程的穩定、可靠和經濟運行，設計采用的變頻調速技術與計算機應用技術，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，鍋爐在佳的風、煤比下燃燒，在節能條件下運行。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、穩定、經濟運行，減輕操作人員的勞動強度。 2 工業鍋爐的自動控制系統組成 工業鍋爐自動控制系統，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、執行機構及閥、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、轉速等量轉換成電壓、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，自動時對微機發出控制信號經執行部分進行自動操作。微機對整個鍋爐的運行進行監測、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，在進行微機系統設計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數應設置常規儀表及報警裝置，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，以免鍋爐發生重大事故。 鍋爐是一個較為復雜的調節對象，它不僅調節量多，而且各種量之間相互聯系，相互影響，相互制約，鍋爐內部的能量轉換機理比較復雜，所以要對鍋爐建立一個較為理想的數學模型比較困難。為此，把鍋爐系統作了簡化處理，化分為三個相對獨立的調節系統。 當然在某些系統中還可以細分出其它系統如一次風量控制回路等。 2.1 爐膛負壓為主調量的特殊燃燒自動調節系統 鍋爐燃燒過程有三個任務：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在1.08左右、燃燒過程的經濟性、維持爐膛負壓，所以鍋爐燃燒過程的自動調節是一個復雜的問題。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；燃燒的經濟性也不做較高的要求。這樣鍋爐燃燒過程的自動調節簡化為爐膛負壓為主參數的定煤氣流量調節。 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。根據多年的人工手動調節摸索，6.5t/h鍋爐的Pf=100Pa來進行設計。調節方法是初始狀態先由人工調節空氣與煤氣比例，達到理想的燃燒狀態，在引風機全開時達到爐膛負壓100Pa，投入自動后，只調節煤氣蝶閥，使壓力波動下的高爐煤氣流量趨于初始狀態的煤氣流量，來保持燃燒中高爐煤氣與空氣比例達到佳狀態。 2.2 鍋爐水位調節單元 汽包水位是影響鍋爐安全運行的重要參數，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，增加在管壁上的結垢和影響蒸汽質量。水位過低，則會破壞水循環，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。它的被調量是汽包水位，而調節量則是給水流量，通過對給水流量的調節, 使汽包內部的物料達到動態平衡，變化在允許范圍之內，由于鍋爐汽包水位對蒸氣流量和給水流量變化的響應呈積極特性。但是在負荷(蒸氣流量)急劇增加時，表現卻為"逆響應特性"，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，實質上是維持鍋爐進出水量平衡的系統。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標，通過調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，以提高鍋爐的蒸發效率，生產安全。由于鍋爐水位系統是一個設有自平衡能力的被控對象，運行中存在虛假水位現象，實際應用中可根據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。 除氧器壓力和水位調節：除氧器部分均采用單沖量控制方案，單回路的PID調節。 2.3監控管理系統 以上控制系統一般由PLC或其它硬件系統完成控制，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：為全面 掌握整個系統的運行工況，監控系統將實時監測并采集鍋爐有關的工藝參數、電氣參數、以及設備的運行狀態等。系統具有豐富的圖形庫，通過組態可將鍋爐的設備圖形連同相關的運行參數顯示在畫面上；除此之外，還能將參數以列表或分組等形式顯示出來。綜合分析及時發出控制指令：監控系統根據監測到的鍋爐運行數據，按照設定好的控制策略，發出控制指令，調節鍋爐系統設備的運行，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主對于鍋爐運行的各種問題、弱點等了如指掌。為 鍋爐系統安全、可靠地運行，監控系統將根據所監測的參數進行故障診斷，一旦發生故障，監控系統將及時在操作員屏幕上顯示報警點。報警相關的顯示功能使用戶定義的顯示畫面與每個點聯系起來，這樣，當報警發生時，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急措施進行處理。 歷史記錄運行參數：監控系統的實時數據庫將維護鍋爐運行參數的歷史記錄，另外監控系統還。設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。歷史記錄的數據根據操作人員的要求，系統可以顯示為瞬時值，也可以為某一段時間內的平均值。歷史記錄的數據可有多種顯示方式，例如曲線、特定圖形、報表等顯示方式；此外歷史記錄的數據還可以由以網絡為基礎的多種應用軟件所應用。 計算運行參數：鍋爐運行的某些運行參數不能夠直接測量，如年運行負荷量、蒸汽耗量、補水量、冷凝水返回量、設備的累積運行時間等。監控系統提供了豐富的標準處理算法，根據所測得的運行參數，將這些導出量計算出來。 3 工業鍋爐自動控制系統實例 3．1燃煤鍋爐手動調無級變頻調速控制系統該系統包括以下功能：運行參數數字顯示: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; 　 運行狀態指示:爐排、鼓風機、引風機、系統循環泵運行指示和故障指示; 　 超溫報警:出水溫度達到設定溫度時自動停爐并聲光報警; 超壓報警:出水壓力達到設定壓力時自動停爐并聲光報警; 循環泵故障報警:當系統未循環時鍋爐不能啟動，鍋爐處于運行中循環泵因故停止或系統循環中斷鍋爐自動停止并聲光報警。　給煤量控制:通過控制柜面板爐排轉速調節器調節爐排轉速控制給煤量,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速調節器調節鼓風機轉速,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節引風機轉速,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　系統包括的功能有：運行參數數字顯示: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; 　運行狀態指示：爐排、鼓風機、引風機、系統循環泵運行指示和故障指示; 　超溫報警:出水溫度達到設定溫度時自動停爐并聲光報警; 　超壓報警:出水壓力達到設定壓力時自動停爐并聲光報警; 　循環泵故障報警:當系統未循環時鍋爐不能啟動，鍋爐處于運行中循環泵因故停止或系統循環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出水溫度目標值和出水溫度實測值進行比較經處理后輸出控制信號至爐排變頻器自動調節爐排轉速控制給煤量,使出水溫度控制在目標范圍; 　鼓風量自動控制:依據給煤量的實測值經智能分析后實時自動調節鼓風機變頻器的運行頻率控制鼓風量. 　爐堂負壓自動調節:依據爐堂負壓實測值經智能分析后實時自動調節引風機變頻器控制引風機轉速,使爐堂負壓處于目標值范圍。　智能自動化燃煤熱水鍋爐控制系統同時具備各項手動調節功能。具備標準通訊口,可與供熱系統工業計算機過程監控系統連接,實現整個生產過程的控制和系統管理、數據采集、控制運算、控制輸出、實時數據處理與顯示、歷史數據查詢、遠程通信、設備管理、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。