摘 要：在我國如今的熱力發(fā)電廠中，生產(chǎn)電力的一個(gè)主要設(shè)備就是鍋爐。工業(yè)鍋爐在運(yùn)行中會(huì)涉及燃燒燃料與熱水、輸送高壓蒸汽等，具有較高的危險(xiǎn)性，必須要重視其安全性。我國在自動(dòng)化控制工業(yè)鍋爐方面還比較落后，依然有因控制不到位而導(dǎo)致的安全事故，所以要加強(qiáng)對(duì)工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文主要對(duì)鍋爐進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，探討設(shè)計(jì)工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的原則，并分析具體的設(shè)計(jì)方案和控制方案。

關(guān)鍵詞：工業(yè)鍋爐；自動(dòng)控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TK223.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）26-0278-01

前 言

我國有較為豐富的煤炭能源，其主要特征是價(jià)格低、產(chǎn)量高等，因此一直以來煤炭都是我國最為重要的一次性能源。而轉(zhuǎn)換煤炭能源的主要設(shè)備就是工業(yè)鍋爐，其應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，在軍事、生活供暖和生產(chǎn)制作等方面對(duì)鍋爐都有較大的需求量。近幾年人們的生活水平慢慢提升，也提高了生活質(zhì)量，慢慢增加了采暖需求，也慢慢增加了鍋爐數(shù)量。

1 鍋爐的相關(guān)概述

我國超過1/3的一年原產(chǎn)煤都是應(yīng)用到鍋爐中，因此可以知道鍋爐屬于耗能較大的動(dòng)力設(shè)備。研究如何降低工業(yè)鍋爐產(chǎn)生和排放的污染物、減少耗電量和耗煤量、提升熱效率是值得研究的問題。利用能源的效率主要有鍋爐現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況所決定，我國控制鍋爐的水平不高，大部分運(yùn)行方式是間歇性的，存在管理水平偏低、自動(dòng)化水平弱等問題，工業(yè)鍋爐在生產(chǎn)狀態(tài)方面的特點(diǎn)主要是重污染、能效低、能耗高等，比如工業(yè)鍋爐在運(yùn)行中會(huì)有大量的二氧化硫和二氧化碳等氣體，導(dǎo)致溫室效應(yīng)和空氣污染[1]。另外，鍋爐是壓力容器，關(guān)系到生產(chǎn)安全和生命安全，危險(xiǎn)性比較高。鍋爐的控制系統(tǒng)能對(duì)鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行直接控制，所以控制系統(tǒng)的容錯(cuò)能力和可考性會(huì)對(duì)鍋爐運(yùn)行和生產(chǎn)的安全性造成直接影響。在自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅猛的當(dāng)前時(shí)期，工業(yè)鍋爐中也要積極設(shè)計(jì)和應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)，以提高鍋爐的工作效率和安全性。

2 設(shè)計(jì)原則

在工業(yè)鍋爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，要遵循以下幾個(gè)原則：①自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行必須有較高的安全性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)要有可行性，能夠正常轉(zhuǎn)換煤炭資源。使用要便捷化，方便是管理人員和司爐工操作。要有措施避免服務(wù)器出現(xiàn)故障，造成系統(tǒng)崩潰，提高控制系統(tǒng)可靠性[2]。②工業(yè)鍋爐要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，并且控制系統(tǒng)要有較高的可靠性。在應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)后，要使司爐工手動(dòng)操作減少，提升鍋爐運(yùn)行的效率和安全性。③實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)管工業(yè)鍋爐的目標(biāo)，提升運(yùn)行和管理鍋爐的水平。借助工業(yè)鍋爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠隨時(shí)隨地對(duì)鍋爐運(yùn)行的情況進(jìn)行查看，統(tǒng)計(jì)鍋爐績(jī)效，分析鍋爐的能效，方便進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整與遠(yuǎn)程指導(dǎo)。

3 工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制方案

3.1 工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)工業(yè)鍋爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，利用西門子PLC采集數(shù)據(jù)、對(duì)算法和輸入輸出進(jìn)行控制?，F(xiàn)代化的PLC集成內(nèi)置、豐富指令集和拓展模塊，通信能力比較強(qiáng)，能達(dá)到控制鍋爐燃燒器的要求。通過比較鍋爐設(shè)置的出水溫度和PLC所采集的熱水溫度，依據(jù)PID算法驅(qū)動(dòng)設(shè)備，操作風(fēng)機(jī)變頻和調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁康拈y門。因空氣流量和風(fēng)門開度有較好的線性匹配和較高的重復(fù)率，風(fēng)門開度和燃?xì)饬髁磕軐?duì)應(yīng)匹配，滿足工業(yè)鍋爐所需要達(dá)到的負(fù)荷狀態(tài)。

3.2 控制方案

3.2.1 設(shè)計(jì)燃燒控制系統(tǒng)的配置選型

燃燒控制系統(tǒng)的組成主要有兩個(gè)部分：①燃燒控制器，能使用的PLC模塊是AB或西門子。②執(zhí)行部分，也就是被控制的元器件，包括出水溫度的變送器、風(fēng)機(jī)變頻、燃?xì)饬髁坑?jì)、調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁康拈y門等。在執(zhí)行部門中，關(guān)鍵性工作就是選擇具有較好穩(wěn)定性、量程比大、帶有溫壓補(bǔ)償和較高精度的燃?xì)饬髁坑?jì)。如今，選擇使用差壓型流量計(jì)和渦街在安全性和可靠性上能達(dá)到使用的效果。

3.2.2 設(shè)計(jì)連續(xù)控制燃燒的程序

控制出水溫度屬于大滯后系統(tǒng)，和燃?xì)饬髁肯啾?，出水溫度的回路變化比較慢[3]。調(diào)節(jié)出水溫度是主回路，而調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁渴禽o回路，利用串級(jí)調(diào)節(jié)方式，內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)流量的回路能對(duì)出水溫度發(fā)生的變化進(jìn)行快速響應(yīng)，而外環(huán)溫度回路則依照爐溫變化加以調(diào)節(jié)。在控制策略上不同于常規(guī)化的鍋爐燃燒器，增加了用于協(xié)調(diào)控制的流量計(jì)，連接風(fēng)燃比模塊和燃?xì)饬髁?，?duì)送風(fēng)量進(jìn)行直接跟蹤。也就是在燃燒過程的細(xì)化中，增加了幾個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，在運(yùn)行中燃?xì)饬髁磕芫_對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)變頻，也就是時(shí)刻匹配空氣流量和燃?xì)饬鞒蹋_保其合理。如今，計(jì)量燃?xì)獾目煽糠绞街饕菧u輪和渦街等，借助流量調(diào)節(jié)閥的特性曲線對(duì)流量計(jì)的狀態(tài)進(jìn)行間接性判定，假如流量計(jì)精度出現(xiàn)偏差或本身出現(xiàn)故障，會(huì)和流量調(diào)節(jié)閥的特性曲線有較大的偏離，此時(shí)就要及時(shí)報(bào)警。

3.2.3 設(shè)計(jì)安全系統(tǒng)

在鍋爐水位偏高或者是氣壓偏高的時(shí)候，為確保鍋爐能安全運(yùn)行，需要設(shè)計(jì)兩個(gè)電磁閥，一個(gè)電磁閥安裝到鍋爐最高極限水位的上方，第二個(gè)電磁閥安裝到鍋爐最低極限水位的下方。假如鍋爐內(nèi)部是高壓高溫狀態(tài)，就將第一個(gè)電磁閥打開，釋放出一定量的蒸汽。在鍋爐內(nèi)壓力回到安全狀態(tài)后，系統(tǒng)自動(dòng)化控制電磁閥將其關(guān)閉。假如鍋爐內(nèi)水位已經(jīng)在最高極限水位的上方，就將第二電磁閥打開，排放一定量水，在水位恢復(fù)到正常范圍后，及時(shí)關(guān)閉第二個(gè)電磁閥。鍋爐正常工作的時(shí)候，兩個(gè)電磁閥自動(dòng)設(shè)置的狀態(tài)都是閉合狀態(tài)。

3.2.4 設(shè)計(jì)工業(yè)鍋爐的節(jié)能方案

在設(shè)計(jì)工業(yè)鍋爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，要考慮到節(jié)能減排問題。比如在設(shè)計(jì)控制空氣量和燃料量的比值時(shí)，為確保充分燃燒燃料：①要提高負(fù)荷；②要是增加空氣量與燃料量。另外，要對(duì)煙氣含氧量采取閉環(huán)控制，對(duì)爐膛采取負(fù)壓控制，以提高資源利用率，降低資源污染。

4 總 結(jié)

在設(shè)計(jì)工業(yè)鍋爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，利用PLC一方面更加方便快捷，另一方面能使工業(yè)企業(yè)成本得到大幅度降低，企業(yè)生產(chǎn)能力得到有效提升。在設(shè)計(jì)中尤其要注意燃燒控制系統(tǒng)、連續(xù)控制燃燒的程序、安全系統(tǒng)和節(jié)能系統(tǒng)，以確保工業(yè)鍋爐自動(dòng)化控制的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-8-7

作者簡(jiǎn)介：席 斌，工程師，研究方向?yàn)闊峥亍?/p>