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工业蒸汽锅炉自动化控制初探

浏览161次时间：2017年6月26日 09:49

【摘要】计算机技术的快速发展使自动化成为现代工业发展的主要方向，自动化技术在工业蒸汽锅炉中的应用可以提升蒸汽锅炉运行的安全性和稳定性，有利于实现节能减排目标。目前我国工业中使用的蒸汽锅炉有多种类型，传统的热工仪表手动控制方法难以对锅炉运行状态进行实时监控，导致工业蒸汽锅炉生产效率低，能耗高，污染排放超标。在生态环境形势日益严峻的当下，使用自动化控手段提高工业锅炉的生产效率、降低能耗和污染排放量十分必要。本文将对蒸汽锅炉的自动化控制技术进行探究。

【关键词】工业；蒸汽锅炉；自动化控制

前言

工业蒸汽锅炉在运行过程中的调节控制是一项繁琐的工作，需要多个线路的共同配合，而对工业锅炉进行有效控制意义重大，是安全生产和高效生产的前提，因此工业蒸汽锅炉运行状态控制是工业生产的重点和难点任务。随着科技进步和计算机技术的快速发展，工业蒸汽锅炉的自动化控制技术在工业生产中的应用可以实现对蒸汽锅炉运行状态的有效控制，能够有效提高生产效率、降低生产成本，同时也符合节能减排的绿色发展要求。本文将首先对工业蒸汽锅炉自动化控制系统的组成结构和工作原理进行分析。

一、系统组成结构

工业蒸汽锅炉的微机控制系统主要由显示器、工控机、手操器、打印机、报警装置等部分组成，能够对蒸汽锅炉运行过程中的给煤、给水、鼓风、引风等各个环节进行自动化控制。微机控制系统主要分为手动控制和自动控制两个部分，可以通过手动自动切换装置进行切换。在手动控制状态下，操作人员可以对锅炉进行手动控制，通过操作器控制变频器[1]。

在自动控制状态下，微机会自动发出信号对锅炉设备进行控制，并对蒸汽锅炉的运行状态进行监测，一旦发现运行状态异常，就会发出警报，以便工作人员及时排查故障隐患，避免影响蒸汽锅炉的正常运行。微机控制系统还能够定时打印运行参数数据，自动形成生产日志，减少人员工作负担。在工业生产中，保证工业蒸汽锅炉的安全、稳定运行具有重要意义，锅炉一旦出现故障，容易引发重大安全事故，造成人员伤亡，给工业生产带来不可挽回的损失。因此设计人员进行自动化控制系统设计时，一定要谨慎设计好报警参数，确保自动化控制系统能够锅炉运行状态进行有效监控，及时发出报警，尽早消除安全隐患[2]。

二、工作原理

工业蒸汽锅炉自动化控制的实现主要是通过将除氧水送入水泵调节阀中，在省煤器处理下变成温水，再经过汽包的加热使水体沸腾，从而产生蒸汽。为保证蒸汽面积的最大化，水位应位于锅炉汽包的中间位置，使蒸汽从蒸汽阀排出。同时空气会快速进入空气预热器内部，经过加工处理后出现延期预热现象，形成热空气。煤炭落到炉排上后，炉排开始匀速转动，煤炭被炉膛前的火苗点燃，在其燃烧过程中可以挥发大量水分，产生热烟气，最后通过引风机将预热传导分别输送到锅炉的水和空气里，从而提高锅炉生产效率，减少热能浪费[3]。

三、给水调节系统

节水调节系统主要是对给水流量进行控制，使其适应锅炉蒸发量，控制汽包水位维持在允许范围内，保持给水稳定。汽包水位是控制回路的被调参数，给水调节阀是主要调节机构，水流量就是调节量。给水调节系统中的汽包水位调节主要受蒸发量、燃料量、积水量影响。由于给水调节对象存在一定的滞后性，而且不具备自平衡能力，所以在蒸汽锅炉的自动化控制系统中汽包液位回路采用闭环三冲量调节系统。该系统将给水流量、蒸汽流量和汽包水位通过运算后传递给水阀调节系统[4]。

给水压力回路也是锅炉积水调节系统中的重要组成部分，由于汽包内压力高，对锅炉进行补水时必须提供更高的压力。积水压力回路的主要作用就是提高给水的压力，使其能够顺利进入汽包。蒸汽流量没有达到满负荷前，给水流量的需求不高，老师锅炉系统一般采用水泵以工频方式运转，利用回流阀降低水压，防止爆管。在自动化控制系统中，采用变频器进行恒压供水，对水压进行控制和调节。系统下达指令后，第一台泵通过变频器的作用自动启动运行，由系统对给水管水压进行自动检测。变频器的频率达到工频后，如果给水管的水压仍未达到预先设定值，系统会控制第一台电机切换到工频直供电，由变频器拖动第二台水泵开始运行。待变频器达到工频状态后，在检测供水管水压，如果母管水压仍未达到预先设定值，系统再将第二台水泵切换到工频直供电，并通过变频器启动第三台水泵开始运行，以此类推，直到给水管压力达到设定值为止。再次过程中，如果锅炉的需水量减少，也可以通过变频控制系统自动降低变频器运行频率，频率减到零时如果仍然不能满足要求，就切换至前一台水泵继续减频，以此类推，指导满足要求为止。变频控制系统始终利用一台变频器对水泵转速进行调节，可以保证管网压力的动态恒定。但是变频器报警停机或发生其他故障，容易造成水泵停止运行从而造成锅炉缺水，所以还需要加装反馈装置，为变频器的正常运行提供保障[5]。

此外，锅炉供水系统的自动化控制还包括除氧器的压力和水位控制。除氧器压力控制的主要目的是保证除氧器口的蒸汽压力足够用于将软化水除氧，其控制回路是单闭环回路，除氧器的压力是其输入参数，器输出参数控制除氧器进气阀。对除氧器水位进行控制的主要目的是保证除氧器中由足够的水提供给锅炉。这也是个单闭环控制回路，输入参数是除氧器水位，输出参数控制穿氧气进水阀。

四、燃烧控制系统

蒸汽锅炉的燃烧自动化控制系统与燃烧种类、燃烧方式、供给系统、锅炉与负荷联接方式等有关，其自动控制的主要任务分为三个方面，一是维持锅炉内的气压恒定，二是保证燃烧过程的经济性，三是对引风量和送风量进行调节，维持炉膛压力不变。如果锅炉内的气压发生了变化没说明蒸汽量与负荷耗气量不相适应，需要改变燃料量，从而改变锅炉蒸汽量。燃料量发生改变后，也需要相应的调节风量，使其与燃料量匹配，保证燃料的充分燃烧。汽压、炉膛负压、烟气含氧量是燃烧控制系统的主要被调参数。主要调节量也有三个，分别是燃料量、引风量和送风量。燃料量调节一般通过炉排电机或燃料阀进行，引风量和送风量的调节一般通过变频器和挡板执行机构进行。各种自动控制回路都具备手动和自动控制两种模式，在系统中引入控制对象的反馈值，可以实现手动控制与自动控制的无扰动切换。