董凱

【摘 要】隨著信息科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在城鎮(zhèn)集中供熱領(lǐng)域中，根據(jù)供熱網(wǎng)的不斷擴大，科學(xué)有效地控制和管理熱網(wǎng)，提高熱網(wǎng)的經(jīng)濟效益和社會效益，成為供熱企業(yè)急需解決的重要課題。集中供熱鍋爐生產(chǎn)是一個復(fù)雜的控制調(diào)節(jié)過程，是多輸入多輸出、多回路、非線性的相互關(guān)聯(lián)的對象，目前控制理論尚難以妥善解決對其的控制問題，其數(shù)學(xué)模型仍是半經(jīng)驗性的，本文就熱工燃燒自動控制進行一些論述。

【關(guān)鍵詞】集中供熱鍋爐；熱工燃燒；自動控制

1.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(fēng)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。

1.1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(biāo)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。

集中供熱鍋爐，必須裝設(shè)給水自動調(diào)節(jié)裝置。給水自動調(diào)節(jié)的任務(wù)，是使給水量跟蹤鍋爐蒸發(fā)量并維持汽包中的水位在工藝允許的范圍內(nèi)。鍋爐汽包水位的自動調(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(yīng)選用可靠性較高的儀表和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

1.2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(yīng)蒸汽負(fù)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(fù)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(fēng)量和引風(fēng)量來完成。在負(fù)荷變化的外擾作用時，則應(yīng)使燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量成比例的改變，既要適應(yīng)負(fù)荷要求，又要使三個被調(diào)量：蒸汽壓力、爐壁負(fù)壓和燃燒經(jīng)濟性指標(biāo)保持在允許的范圍內(nèi)。

2.微型計算機在鍋爐熱工燃燒自動控制上的應(yīng)用

2.1鍋爐微機自動調(diào)節(jié)

集中供熱鍋爐燃燒系統(tǒng)主要有汽包壓力、蒸汽流量、鼓風(fēng)量、給煤量、爐膛負(fù)壓、煙氣含氧量六個參量組成，調(diào)節(jié)的目的就是使燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要，需同時：（1）保證母管蒸汽壓力維持不變；（2）保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟型；（3）維持爐膛負(fù)壓在一定的范圍內(nèi)。

為完成上述任務(wù)，鍋爐的微型計算機調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用了綜合自動調(diào)節(jié)方案，即：1）根據(jù)出口壓力調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機變頻控制器頻率，從而改變鼓風(fēng)量，并且汽包壓力及蒸汽流量換算的熱量信號進行精調(diào)，為保證出口蒸汽計算準(zhǔn)確，引進了溫度和壓力補償；2）根據(jù)最佳風(fēng)煤比調(diào)節(jié)爐排轉(zhuǎn)速，也就是調(diào)節(jié)燃燒煤的供應(yīng)量和進風(fēng)量的比值，改變鍋爐燃燒的發(fā)熱量進而改變了鍋爐的蒸發(fā)量，并引進了殘氧（剩余空氣含氧量）信號加以修正，使鍋爐母管壓力保持在一定值內(nèi)，還根據(jù)爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)引風(fēng)機變頻控制器頻率，從而改變引風(fēng)量，用微分信號進行超前調(diào)節(jié)，也就是說在負(fù)荷穩(wěn)定時（蒸汽流量不變情況下）應(yīng)使燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量各保持不變；在負(fù)荷變動時（外干擾時）使燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量成比例改變。根據(jù)以上要求，就可以確定燃燒系統(tǒng)微機控制方案，畫出系統(tǒng)框圖，充分利用微機計算程序，盡可能的代替儀表單元（如函數(shù)發(fā)生器、加減器、微分器、限幅器、濾波器等等）快速對各參數(shù)進行計算。上面談了微機水位、燃燒兩個調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理，經(jīng)過微機運算處理，其輸出信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換裝置分別送到給水閥，鼓、引風(fēng)機變頻控制器，爐排和煤機等執(zhí)行機構(gòu)，用計算機直接步進調(diào)節(jié)閥位、風(fēng)量及轉(zhuǎn)速，這樣系統(tǒng)就能夠選擇最佳參數(shù)進行最佳調(diào)節(jié)。

2.2鍋爐微機檢測系統(tǒng)

（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(yù)熱器出口風(fēng)溫、、兩側(cè)空氣預(yù)熱器出口煙溫、除塵器出口煙溫、除塵器出口煙壓、鼓引風(fēng)風(fēng)量、省煤器進口煙壓、省煤器出口煙壓、空氣預(yù)熱器出口風(fēng)壓、蒸汽流量、空氣預(yù)熱器出口煙壓、蒸汽壓力、蒸汽溫度、爐膛溫度、爐膛負(fù)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；（2）給水閥位、各種風(fēng)機頻率、爐排轉(zhuǎn)速等模擬量跟蹤信號巡檢采樣；（3）各種閥位、鼓引風(fēng)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；（4）鼓、引風(fēng)機變頻信號采樣。

2.3鍋爐熱工燃燒自動控制系統(tǒng)方案

鍋爐自動控制系統(tǒng)采用plc為主要控制元件，對鍋爐生產(chǎn)過程實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的控制，從而達(dá)到節(jié)省人力、物力，提高鍋爐熱效率和節(jié)省能源的目的，而計算機作為監(jiān)測顯示部分不參與到控制中去鍋爐自動控制系統(tǒng)在SPLC-9000系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)上采用多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，共分三層。

測控層；采用高性能的PLC可編程序控制器組成，PLC上安裝有CPU模塊、IO模塊、通訊模塊，并可以靈活擴展。PLC內(nèi)可以通過梯形圖語言進行程序編制，實現(xiàn)一臺PLC對多臺鍋爐的自動控制。通過遠(yuǎn)程擴展方案，SPLC-9000系統(tǒng)還可以滿足距離較遠(yuǎn)的多個控制室的集中控制。

操作層；采用IPC工控機作為現(xiàn)場工作站，現(xiàn)場工作主站和現(xiàn)場工作從站分別安裝在不痛的控制室內(nèi)，提供畫面顯示和數(shù)據(jù)管理功能?？紤]到PLC可靠性高，造價也高，而普通接口板可靠性較低、造價也低，為了提高監(jiān)控系統(tǒng)的性能價格比，SPLC-9000系統(tǒng)同時提供可編程序控制器信號接入方式和接口板卡信號接入方式。系統(tǒng)的輸出控制工作有PLC獨立完成，工作站只負(fù)責(zé)提供給用戶修改參數(shù)的界面，并將用戶設(shè)定的控制參數(shù)下傳到PLC以調(diào)整控制效果。

管理層；采用普通計算機作為管理機，管理人員在遠(yuǎn)離控制室的調(diào)度室里可以通過管理機看到現(xiàn)場工作站上顯示的畫面，調(diào)用工作站存儲的報表數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計的工作?？梢詫崟r準(zhǔn)確的掌握鍋爐的運行狀態(tài)，做出合理的調(diào)度。

重要數(shù)據(jù)的采集、處理及控制全部由PLC完成，由于PLC是專為工業(yè)現(xiàn)場設(shè)計的，是真正的工業(yè)計算機，所以其可靠性大大高于普通接口板和模塊。PLC的模塊化結(jié)構(gòu)和方便的擴展特性使系統(tǒng)配置靈活。上位機僅起到監(jiān)視和管理的作用，如果接口板損壞或者工作站損壞，都不會影響到系統(tǒng)的自動控制?，F(xiàn)場監(jiān)控從站和現(xiàn)場監(jiān)控主站運行的軟件是相同的，只是在數(shù)據(jù)配置上有區(qū)別，不論那個站都可以查考到全部鍋爐的數(shù)據(jù)。

綜上所述，由于鍋爐系統(tǒng)的熱慣性大，負(fù)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(dá)標(biāo)，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。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]張明亮.工業(yè)鍋爐熱工檢測與過程控制[M].天津：天津大學(xué)出版社，2008，6.

[2]獻(xiàn)勇.熱工過程自動控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010，8.