摘要：近年來,工業(yè)研究領(lǐng)域中對于蒸汽鍋爐熱工燃燒的問題廣泛關(guān)注,尤其是在自動控制方面的研究更加深入,這對于工業(yè)技術(shù)的更新改進有促進作用。自動化是現(xiàn)代技術(shù)發(fā)的重要趨勢,分析這一問題有助于燃燒過程的順利進行。

關(guān)鍵詞：蒸汽鍋爐：熱工燃燒;自動控制

1鍋爐熱工控制的研究及應用前景

近年來鍋爐熱工過程先進控制理論的研究工作已經(jīng)為其在電站中的應用奠定了應有的理論基礎(chǔ)。控制計算機的普及與提高也為先進控制的應用提供了強有力的硬件和軟件平臺�？v觀這些研究成果，仍然存在一些不足，今后熱工自動化的研究方向應該注意以下幾個方面的研究與開發(fā)：

1.1實際控制工程中，要求控制器簡單，計算時間短，而目前研究的先進控制策略往往結(jié)構(gòu)復雜，計算時間長，且大部分研究成果仍處于實驗室仿真階段，如何將其推向熱工控制實際應用是今后的努力方向。

1.2目前的先進控制策略大都是從某一熱工過程出發(fā)，滿足這一過程的特殊控制要求，沒有考慮對其他過程，乃至全局的影響。因此電廠單元機組控制的進一步整體化、智能化研究十分重要。如何在先進控制策略的基礎(chǔ)上，將生產(chǎn)調(diào)度、計劃、優(yōu)化經(jīng)營管理與決策等內(nèi)容加入到控制與優(yōu)化系統(tǒng)中，是今后的研究方向。

1.3優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)以狀態(tài)計算、分析和診斷為基礎(chǔ)，涉及電廠的安全和經(jīng)濟兩個方面，包括機組偏差能損分析，優(yōu)化燃燒，鍋爐、汽機及其輔機故障診斷等，應積極開發(fā)先進的優(yōu)化監(jiān)控軟件和系統(tǒng)。

1.4針對鍋爐設(shè)備和熱工過程的特點，開發(fā)鍋爐成套專用控制軟件和裝置，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景和廣闊的市場容量，是國內(nèi)外自動化高技術(shù)的發(fā)展方向之一。

1.5先進控制策略能否成功地應用到實際，關(guān)鍵在于對現(xiàn)場運行情況的深入了解及在理論上的提升。因此，應加強電站鍋爐運行過程理論建模以及基于運行數(shù)據(jù)庫的非參數(shù)建模，把專家經(jīng)驗和知識應用于先進控制策略。

2熱工調(diào)節(jié)

鍋爐熱工系統(tǒng)由給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、風系統(tǒng)等部分組成。工業(yè)鍋爐熱工燃燒控制系統(tǒng)實質(zhì)是針對這幾個系統(tǒng)的運行過程進行自動控制，其主要控制回路：鍋爐汽包水位自動控制和鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)兩部分。

2.1鍋爐汽包水位自動調(diào)節(jié)

鍋爐汽包水是正常運行主要指標之一，汽包水位是一個十分重要的調(diào)節(jié)參數(shù)。由于汽包水位在鍋爐運行中占居首要地位，所以鍋爐自動化都是從給水自動調(diào)節(jié)開始的。

給水自動調(diào)節(jié)：是根據(jù)汽包水位的動態(tài)特性來設(shè)計的。引起水位變化的因素很多，但主要是給水量和蒸發(fā)量的階躍變化，調(diào)節(jié)器就是依據(jù)水位信號、蒸汽流量和給水流量的偏差信號進行調(diào)節(jié)的。為保證鍋爐運行安全，給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)應選用可靠性較高的儀表和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

蒸汽鍋爐汽包給水自動調(diào)節(jié)，一般采用三沖量鍋爐汽包給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。裝有三沖量給水自動調(diào)節(jié)裝置的鍋爐在運行時，由于引進了蒸汽流量和給水流量的調(diào)節(jié)信號，調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作及時，抗干擾能力強，當蒸汽負荷突然發(fā)生變化，蒸汽流量信號使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向動作，即如蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大。抵銷了由于虛假水位引起的反向動作，減少了給水流量的波動幅度，如果給水流量減少，則調(diào)節(jié)器立即根據(jù)給水流量減少的信號開大給水閥門，使給水流量維持不變。

2.2鍋爐燃燒的自動調(diào)節(jié)

容量較大的鍋爐，根據(jù)節(jié)能和自動化水平的需要以及維護水平和投資允許時，可設(shè)置鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 鍋爐燃燒系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的基本任務(wù)，是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應蒸汽負荷的需要，同時還要保證經(jīng)濟燃燒和鍋爐的安全運行。調(diào)節(jié)的內(nèi)容有三個，即維持蒸汽母管壓力不變;保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟性;維持爐膛負壓在一定范圍內(nèi)。這三項調(diào)節(jié)任務(wù)是相互關(guān)聯(lián)的，它們可以通過調(diào)節(jié)燃料量、送風量和引風量來完成。對于燃燒過程自動調(diào)節(jié)在負荷穩(wěn)定時，應使燃燒量、送風量和引風量各自保持不變，及時地補償系統(tǒng)內(nèi)的內(nèi)部擾動，這些內(nèi)部的擾動包括燃料的質(zhì)量變化，以及由于電網(wǎng)頻率變化引起燃料量、送風量、引風量的變化等。在負荷變化的外擾作用時，則應使燃料量、送風量和引風量成比例的改變，既要適應負荷要求，又要使三個被調(diào)量：蒸汽壓力、爐壁負壓和燃燒經(jīng)濟性指標保持在允許的范圍內(nèi)。

2.3鍋爐燃燒控制

維持汽壓穩(wěn)定，保證燃燒過程的經(jīng)濟性和爐膛負壓的穩(wěn)定，控制系統(tǒng)可分為三個回路：燃料量、送風和引風。燃料流量包括焦爐煤氣與高爐煤氣。燃料與空氣采取比值控制方式和氧量校正方案，并用煙氣含氧量進行微調(diào)，風/煤交叉聯(lián)鎖邏輯保證鍋爐在任何負荷時都處于安全燃燒的“富氧”工況。即控制任何燃燒工況下的鍋爐奉均大于燃料量。在靜態(tài)時，風量指令為鍋爐指令和鍋爐燃料總量的高選信號;而燃料指令為鍋爐指令與總風量的低選信號。在負荷變化時，則通過先加風，后加燃料;先減燃料，后減風來實現(xiàn)動態(tài)補償。過�？諝庀禂�(shù)校正回路也保證了鍋爐在任何負荷時，都處于安全燃燒的“富氧”工況。在低負荷試，為了保證穩(wěn)定燃燒，過�？諝庀禂�(shù)較大。在高負荷時，為了獲得較高的燃燒經(jīng)濟性，必須維持較低的過�？諝庀禂�(shù)。

3鍋爐微機控制系統(tǒng)組成

一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、一次儀表、控制系統(tǒng)、上位機、手自動切換操作、執(zhí)行機構(gòu)及閥、電機等部分組成，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�？刂葡到y(tǒng)包括手動和自動操作部分，手動控制時由操作人員手動控制，用操作器控制變頻器、滑差電機及閥等，自動控制時對微機發(fā)出控制信號經(jīng)執(zhí)行部分進行自動操作。微機對整個鍋爐的運行進行監(jiān)測、報警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運行，除此以外為保證鍋爐運行的安全，在進行微機系統(tǒng)設(shè)計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應設(shè)置常規(guī)儀表及報警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報警裝置，以免鍋爐發(fā)生重大事故。

3.1鍋爐微機檢測系統(tǒng)

3.1.1可對汽包水位、給水流量、給水壓力、省煤器進口水溫車器出口水溫、省煤器進口煙溫、兩側(cè)省煤器出口煙溫、兩側(cè)空氣預熱器出口風溫、、兩側(cè)空氣預熱器出口煙溫、除塵器出口煙溫、除塵器出口煙壓、鼓引風風量、省煤器進口煙壓、省煤器出口煙壓、空氣預熱器出口風壓、蒸汽流量、空氣預熱器出口煙壓、蒸汽壓力、蒸汽溫度、爐膛溫度、爐膛負壓、給煤量、含氧量等現(xiàn)場信號巡檢采樣，汽包水位并具有彩色閉路監(jiān)視裝置;

3.1.2給水閥位、各種風機頻率、爐排轉(zhuǎn)速等模擬量跟蹤信號巡檢采樣;

3.1.3各種閥位、鼓引風機、爐排電機、分煤器啟/停狀態(tài)及各個閉合調(diào)節(jié)回路的手動/自動等開關(guān)量信號巡檢采樣顯示;

3.1.4鼓、引風機變頻信號采樣。

3.2鍋爐溫度檢測控制系統(tǒng)

工業(yè)鍋爐是重要的動力設(shè)備，它把燃料的化學能轉(zhuǎn)化成熱能，使進入鍋爐的給水加熱而產(chǎn)生一定壓力和溫度的熱水或蒸汽。工業(yè)鍋爐實現(xiàn)自動控制可提高燃燒效率、節(jié)約能源、減少煙氣對大氣的污染、確保工業(yè)鍋爐安全可靠運行。工業(yè)鍋爐自控系統(tǒng)可分為兩大部分。

3.2.1檢測報警

指壓力、溫度、水位、流量及煙氣成分分析等參數(shù)的檢測與報警。例如，測量蒸汽壓力、爐膛負壓、送風風壓及上水壓力等;溫度測量有過熱蒸汽溫度、爐膛出口溫度、省煤器進出口水溫及煙氣溫度等;蒸汽流量、給水流量有瞬時指示和積算。對于蒸汽壓力、汽包水位直接影響安全操作參數(shù)，應有越限報警，或?qū)⑦@些信號接入連鎖保護系統(tǒng)。

4鍋爐微機自動調(diào)節(jié)

4.1汽包水位的自動調(diào)節(jié)

鍋爐汽包水位不僅受給水量(進量)和蒸發(fā)量(出量)之間平衡關(guān)系的影響，同時還受到汽水循環(huán)管路，汽水容積變化影響，還有燃料量的變化，汽包壓力的變化，給水、蒸汽量的擾動等諸多因素對水位均會產(chǎn)生影響。在手動狀態(tài)下除采用DDZ-Ⅲ型儀表進行三沖量水位自動調(diào)節(jié)外，還在微機自控系統(tǒng)中采用三沖量汽包水位微機自動調(diào)節(jié)方式。三沖量微機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計思想就是分析了影響水位調(diào)節(jié)對象動態(tài)特征的基礎(chǔ)上，根據(jù)汽包水位這一調(diào)節(jié)對象有一定的延遲和慣性特點，即在蒸汽流量、給水量發(fā)生階段變化時，調(diào)節(jié)對象不可能立即跟著做相反方向的變化，尤其在蒸汽流量發(fā)生階段變化時，汽水容積跟著做相反方向的變化，造成“虛假水位”現(xiàn)象。

4.2鍋爐風量的調(diào)節(jié)

當外界負荷變化需要調(diào)節(jié)鍋爐出力時，隨著燃料量的改變，對鍋爐的風量也需做相應的調(diào)解。

在實際運行中，從運行的經(jīng)濟方面來看，在一定的范圍內(nèi)，隨著爐內(nèi)過剩空氣系數(shù)的增加，可以改變?nèi)剂吓c空氣的接觸和混合，有利于完全燃燒，使化學未完全燃燒損失和機械未完全燃燒損失降低。但是，當過剩空氣系數(shù)過大時，則爐膛溫度的降低和燃燒時間的縮短(由于煙氣流速加快)，可能使不完全燃燒損失反而有所增加。而排煙帶走的熱損失則總是隨著過�？諝庀禂�(shù)的增大而增加，所以當過�？諝膺^大時，總的熱損失就要增加。此外，隨著爐內(nèi)過剩空氣系數(shù)的增大，使煙氣容積也相應增大，煙氣流速也提高，因而使送、引風機的耗電量也增加。從鍋爐的安全方面來看，若爐內(nèi)過�？諝庀禂�(shù)過小，則會使燃料燃燒不完全，造成煙氣中含有較多的一氧化碳等可燃氣體，降低了灰分的溶點因而引起水冷壁結(jié)渣。這將會導致鍋爐運行惡化，嚴重時會被迫停爐。由于飛灰對受熱面的磨損量與煙氣流速三次方成正比，所以當過�？諝庀禂�(shù)過大時，將使受熱面管子和引風機葉片的磨損加劇，影響設(shè)備的使用壽命。此外，過�？諝庀禂�(shù)增大時，由于過剩氧量的相應增加，將使燃料中的硫分易于形成三氧化硫，煙氣露點溫度響應提高，從而使尾部煙道的空氣預熱器遭到腐蝕。

5控制調(diào)節(jié)

指汽包水位自動控制、燃燒系統(tǒng)自動控制、爐膛負壓自動控制及過熱蒸汽自動控制等。另外，還有電氣動力控制，即鼓風機、爐排電機、水泵等的啟動、聯(lián)鎖、保護;各風門的遙控;電氣部分的順序控制等。

6結(jié)語

由于鍋爐系統(tǒng)的熱慣性大，負荷變化劇烈，操作人員只憑感觀參數(shù)控制鍋爐運行，隨意性很大，難以保證鍋爐運行的最佳狀態(tài)，而鍋爐熱工燃燒自動控制系統(tǒng)投運后，提高了鍋爐運行熱效率，煤層燃燒充分，排放污染物達標，能源利用率提高，減少人工手動方法控制鍋爐運行造成的能源浪費，節(jié)省人力、物力，降低運行成本，提高了鍋爐運行的可靠性。

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