區(qū)勁輝

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院佛山檢測院，廣東佛山 528000）

燃水煤漿鍋爐自動控制系統(tǒng)的探討

區(qū)勁輝

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院佛山檢測院，廣東佛山 528000）

介紹燃水煤漿鍋爐自動控制系統(tǒng)對給水、汽壓、燃燒（水煤漿、油、氣）等進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。自動控制不僅提高了鍋爐運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)效果，而且減輕了司爐人員繁重的體力勞動，改善了勞動條件，促進(jìn)了安全生產(chǎn)和文明生產(chǎn)。經(jīng)過長時間考察，決定在控制方面探討采用觸摸屏加PLC控制，替代傳統(tǒng)繼電器的控制。這種采用人機(jī)界面的操作控制方式，既增加了控制的安全和可靠性，又給維護(hù)和操作帶來了極大的方便性，真正實(shí)現(xiàn)了全智能化和無人值守。

水煤漿；鍋爐；給水；負(fù)荷；燃燒；自動控制；自動調(diào)節(jié)

0 前言

從圖1可以看到，整個鍋爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜嚴(yán)緊而又分工明確。每一部分都有相應(yīng)的計(jì)量信號或狀態(tài)反饋給司爐人員，而司爐人員要根據(jù)這些種類繁多的數(shù)據(jù)作出及時而準(zhǔn)確的控制，工作量是非常繁重的。油、氣燃料較之固體燃料容易著火，因而采用用油進(jìn)行預(yù)點(diǎn)火燃燒，從而點(diǎn)燃霧化的水煤漿，最后達(dá)到一定的溫度后熄滅油火焰，開始完全用水煤漿進(jìn)行燃燒。由于司爐人員的一時疏忽沒有完全嚴(yán)格按照操作程序點(diǎn)火而引起的事故屢見不鮮。所以，水煤漿鍋爐的啟動過程極有需要采用全自動控制。自動控制的優(yōu)劣決定一臺鍋爐的安全性、經(jīng)濟(jì)性、及鍋爐的壽命。而優(yōu)秀的自動控制系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾個條件：直觀的操作界面，無人操作的啟停系統(tǒng)，故障自診斷、自處理和歷史記錄，運(yùn)行可靠性強(qiáng)，具備強(qiáng)大的通訊和擴(kuò)展能力。

由于鍋爐是高精尖的機(jī)電一體化設(shè)備（圖2），整個系統(tǒng)涉及到非常多樣的各種技術(shù)，限于篇幅問題，在這里將聚焦到其中的自動控制系統(tǒng)部分。

1 系統(tǒng)特性

鍋爐所在的工作環(huán)境一般比較惡劣，所以鍋爐控制系統(tǒng)應(yīng)該具備較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性以保證在高溫、潮濕工作環(huán)境下的長時間穩(wěn)定工作。因此，鍋爐控制系統(tǒng)一般選用可靠性較強(qiáng)的可編程邏輯控制器PLC來搭建，使自動化程度和運(yùn)行可靠程度大大提高。并通過觸摸屏進(jìn)行操作，可實(shí)時顯示風(fēng)機(jī)、水泵、油泵、氣閥、火焰、壓力、溫度、水位等參數(shù)的狀態(tài)，使用鍋爐的操作更加簡便直觀。

圖1 燃水煤漿鍋爐機(jī)電結(jié)構(gòu)圖

圖2 機(jī)電一體化設(shè)備自動控制系統(tǒng)

其主要功能特性如下。

1.1 鍋爐全自動運(yùn)行

（1）給水方式：采用位式給水。并附加另一套變頻連續(xù)自動給水。

（2）鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)：實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)，即全自動比例、微分+積分調(diào)節(jié)。操作者可在觸摸屏上根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（3）燃燒控制：燃水煤漿鍋爐的噴漿量調(diào)節(jié)對應(yīng)有不同的回漿壓力，只能改變送風(fēng)調(diào)節(jié)擋板開合度，從而達(dá)到送風(fēng)、漿自動按比例配合。

1.2 全自動的系統(tǒng)啟停

（1）實(shí)現(xiàn)定時啟停和多種優(yōu)先級別啟停方式。

（2）工作日、休息日的預(yù)設(shè)定，自動判定運(yùn)行和不運(yùn)行的日期，實(shí)現(xiàn)無需人工干預(yù)的每日自動啟停功能。

（3）蒸汽壓力超高時的待機(jī)功能和壓力低時的自啟動功能。

（4）水位超高級排煙溫度高時自動報警；故障消失后，自動報警。

1.3 聯(lián)鎖保護(hù)功能

（1）單個電機(jī)均有短路、過載和缺相保護(hù)；

（2）超高、超低水位聯(lián)鎖保護(hù)；

（3）超壓停爐聯(lián)鎖保護(hù)；

（4）排煙溫度高聯(lián)鎖保護(hù)；

（5）燃燒器纖維保護(hù)；

（6）風(fēng)道無風(fēng)保護(hù)；

（7）異常熄火保護(hù)；

（8）漿壓壓力過高、過低保護(hù)；

（9）回油壓力過高保護(hù)裝置；

（10）霧化介質(zhì)壓力過高、過低保護(hù)；

（11）給水故障保護(hù)；

（12）失電保護(hù)；

（13）點(diǎn)火失敗保護(hù)。

1.4 故障和歷史記錄

（1）自動記錄故障發(fā)生的時間和原因；

（2）累積記錄總點(diǎn)火次數(shù)、風(fēng)機(jī)、水泵和燃燒器運(yùn)行時間；

（3） 模塊化及豐富的擴(kuò)展能力，預(yù)留充足的端口和積木式的擴(kuò)展模塊，方便以后實(shí)現(xiàn)群控、遠(yuǎn)程監(jiān)控和樓宇控制。端口包括RS232、RS422、以太網(wǎng)、電話撥號網(wǎng)絡(luò)Modem。

2 系統(tǒng)規(guī)劃

根據(jù)上述特性，規(guī)劃出鍋爐控制系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)（如圖3），從圖3可見此系統(tǒng)具有中央邏輯處理、存儲器、輸入輸出接口以及系統(tǒng)總線和其他輔助模塊，已經(jīng)構(gòu)成一個完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

圖3 鍋爐自動控制系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)圖

模塊化設(shè)計(jì)是此系統(tǒng)特點(diǎn)，每一個模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)，再根據(jù)不同的需要組合成適合各種規(guī)格水煤漿鍋爐使用的控制系統(tǒng)。而其中的存儲器、輸入輸出接口及系統(tǒng)總線和其他輔助模塊基本相同。最大區(qū)別在于中央邏輯處理內(nèi)部各模塊。如圖3所示，中央邏輯處理包含了幾個主要組成部分：

（1）主模塊；

（2）水位控制模塊；

（3）負(fù)荷控制模塊；

（4）燃燒控制模塊；

（5）歷史記錄模塊；

（6）自動啟停模塊。

主模塊負(fù)責(zé)各功能模塊之間的協(xié)調(diào)和連動。而其中較重要的功能模塊為水位控制模塊、負(fù)荷控制模塊和燃燒模塊。

圖4 位式給水示意圖

3 模塊規(guī)劃

3.1 水位控制模塊

3.1.1 水位控制模塊的感應(yīng)點(diǎn)和流程圖

根據(jù)《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》第40條款規(guī)定，來看看位式給水的原理，圖4所示為位式給水調(diào)節(jié)閥圖中分別有5個感應(yīng)點(diǎn)（如圖5）。

圖5 感應(yīng)點(diǎn)自定義

根據(jù)鍋爐啟動時水位控制的需要，繪制出位式給水系統(tǒng)的流程圖，如圖6。

3.1.2 水位模塊偽語言的編寫

根據(jù)水位模塊的控制流程，編寫出偽語言如下：

Function water()

Dim wok As Boolean

Do While wok=False

If e＜e2 And e＞e2’Then Wok=True

停止水泵

圖6 位式給水啟動流程圖

Else

Wok=False

If e＞e2 Then排水

If e＜e2’Then給水

End If

Loop

Return True

End Function

水位控制模塊的其他事件如下：

Sub E1_高于()

聯(lián)鎖停爐

聲光報警

End Sub

Sub E1_低于()

解除聯(lián)鎖停爐

解除聲光報警

End Sub

Sub E2_高于()

停止水泵

End Sub

Sub E2_低于()

啟動水泵

End Sub

Sub E3_高于()

解除聯(lián)鎖停爐

解除聲光報警

End Sub

Sub E3_低于于()

聲光報警

End Sub

Sub E4_低于()

聯(lián)鎖停爐

聲光報警

End Sub

位式給水適用于小型、水容量較大和負(fù)荷較穩(wěn)定的鍋爐，亦稱作單沖量給水。對負(fù)荷變化較大的鍋爐一般采用雙沖量給水。單沖量只采用水位一個指標(biāo)對自身進(jìn)行調(diào)節(jié)。而雙沖量采蒸汽流量和水位兩個指標(biāo)調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)荷出現(xiàn)變化時，首先是出現(xiàn)蒸汽流量的變化，所以在引起水位大幅度波動，蒸汽流量信號起著超前的作用。它可以在水位還未出現(xiàn)波動時提前使給水調(diào)節(jié)閥動作，從而減少水位的波動，改善調(diào)節(jié)功能。然而雙沖量給水雖然比單沖量給水有了很大改變，但仍然不能滿足負(fù)荷多變及給水壓力波動頻繁的要求。因此根據(jù)鍋筒水位、給水流量和蒸汽流量去改變給水調(diào)節(jié)閥開度的三沖量給水系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。由于雙沖量及三沖量給水系統(tǒng)較為復(fù)雜，限于篇幅問題在此不作討論。

3.2 負(fù)荷控制系統(tǒng)

3 t/h以下鍋爐負(fù)荷控制采用分段調(diào)節(jié)（圖7），其中△P1、△P2可根據(jù)用戶需求在控制系統(tǒng)上設(shè)定。

4 t/h及以上鍋爐負(fù)荷控制采用比例調(diào)節(jié)，鍋爐壓力更加穩(wěn)定（圖8），其中SP1、HYS1、HYS3可根據(jù)用戶需求在控制系統(tǒng)上設(shè)定。

圖7分段式負(fù)荷控制

圖8比例式負(fù)荷控制

負(fù)荷調(diào)節(jié)即壓力調(diào)節(jié)，而壓力調(diào)節(jié)是以調(diào)節(jié)燃料量為主，燃燒的自動調(diào)節(jié)就是在控制鍋爐出口的蒸汽壓力為一定值的前提下調(diào)節(jié)燃料量。為了達(dá)到合理的燃燒，還必須對燃燒的品質(zhì)加以控制，即可根據(jù)鍋爐排煙處的煙氣含氧量來控制通風(fēng)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)通風(fēng)量，以保持適量的控制過剩系數(shù)，減少鍋爐的熱損失。因此，一個完整的燃料調(diào)節(jié)，實(shí)際上包括鍋爐蒸汽壓力調(diào)節(jié)，燃料設(shè)備燃燒量調(diào)節(jié)、空氣量的調(diào)節(jié)、爐膛負(fù)壓的調(diào)節(jié)和鼓、引風(fēng)機(jī)的控制。

3.3 燃燒控制模塊

鍋爐的燃燒控制，是控制通過燃燒器火焰的大小和風(fēng)門的大小來實(shí)現(xiàn)的。

燃燒控制主要分為以下幾個部分。

3.3.1 啟動附機(jī)（圖9）

圖9 啟動附機(jī)流程圖

3.3.2 啟動點(diǎn)火（圖10）

柴油點(diǎn)火全自動控制；當(dāng)爐膛內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定的溫度值后，自動引燃煤漿；當(dāng)爐膛內(nèi)部的溫度達(dá)到一定值時，油火自動熄滅，全漿燃燒運(yùn)行。

圖10 啟動點(diǎn)火流程圖

3.3.3 停爐控制（圖11）

停爐后自動用水和壓縮空氣沖洗噴槍，防止堵塞。

3.3.4 異常燃燒控制

鍋爐在啟動后如點(diǎn)火不成功，則停爐、報警，出現(xiàn)點(diǎn)火失敗。在正常運(yùn)行中出現(xiàn)鍋爐突然熄火時，則停爐、報警，并需要人工復(fù)位系統(tǒng)。

圖11 停爐控制流程圖

4 結(jié)論

采用計(jì)算機(jī)控制具有精度高、功能強(qiáng)、數(shù)據(jù)采集處理迅速準(zhǔn)確、體積小等特點(diǎn)。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行鍋爐燃燒自動控制，可以進(jìn)行鼓風(fēng)量、引風(fēng)量、燃料量、水位、連續(xù)排污量、主氣門等自動調(diào)節(jié)，并能進(jìn)行對鼓風(fēng)量、爐膛負(fù)壓、鍋爐水位、蒸汽壓力、蒸汽流量、煙氣含氯量、給水溫度、給水量、排污量、爐膛溫度、空氣預(yù)熱器前后煙氣溫度、熱風(fēng)溫度和省煤器前后煙氣溫度的瞬時值及累計(jì)值，各個參數(shù)的閥門位置的自動檢測與分析處理。同時還能記錄鍋爐運(yùn)行日報表，對鍋爐缺水、故障能自動報警。對嚴(yán)重缺水、熄火等危及鍋爐安全的情況適時采取停爐措施。因此值得大力推廣。

［1］中華人民共和國勞動部.蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，1996.

［2］遼寧省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局鍋爐壓力容器安全檢查處.司爐讀本［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2001.

［3］廣東省佛山市南海區(qū)特種設(shè)備協(xié)會.水煤漿蒸汽鍋爐司爐工讀本：試用版［Z］.2006.

［4］電氣控制與PLC原理及應(yīng)用［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

［5］馮騰飛，潘曉飛.基于PLC的船舶輔鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2013（1）：49-54.

Automatic Control System Discussion of Burning Coal Boiler

OU Jin-hui
（Special Equipment Inspection and Research Institute，Guangdong Province，F(xiàn)oshan Inspection Institute，F(xiàn)oshan528000，China）

This article describes the burning coal boiler automatic control system for water supply，steam pressure，combustion (coal-water slurry，oil，gas)，etc.automatic adjustment.Automatic control of boiler operation not only improved security，economic effects，and reducing the heavy manual labor fireman personnel，improved working conditions，and promoted the safe production and civilized production.After a long investigation，decided to explore the use of touch-screen control and PLC control，instead of the traditional relay control.The man-machine interface operation control，both to increase the safety and reliability of the control，maintenance and operation with great convenience，realized the full intelligence and unattended indeed.

coal water slurry；boiler；water supply；load；combustion；automatic control；automatic adjustment

TP273

A

1009－9492(2014)03－0063－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.03.019

區(qū)勁輝，男，1990年生，廣東佛山人，大學(xué)本科。研究領(lǐng)域：鍋爐、壓力容器、電梯、起重機(jī)械等特種設(shè)備檢驗(yàn)。

(編輯：向 飛)

2013－09－18