锅炉自控锅炉自动控制系统节能改造的实现

锅炉是化工产品工业生产、炼油、发电等过程中不可缺少的能源设备。为此，必须严格控制生产过程的所有主要参数。由于我国工业锅炉的控制还处于简单的手动操作和模拟仪表操作的状态，很容易造成运行事故。在这种情况下，利用计算机技术控制锅炉生产过程的自动控制具有重要意义。随着计算机控制技术的普及，工业锅炉的自动控制将得到更广泛的应用。

一、工作原理

作为重要的动力设备，锅炉控制的基本要求是提供合格的蒸汽，使锅炉的蒸发量满足要求。为此，必须严格控制生产过程的所有主要参数。工业锅炉作为调节对象，是一个互联、多输入、多输出、多回路、互联的对象。所有这些特性都取决于锅炉本身的特性。因此，理想的锅炉自动控制系统应该是多回路调节系统。这样，当锅炉的运行状态发生变化或受到某种程度的干扰时，系统会同时改变其调节量，使所有的调节量都具有一定的调节精度。然而，这种调整非常复杂，难以实现。

二、主要调整任务

(1)锅炉供汽量满足负荷变化或维持一定负荷的需要；

(2)锅炉供汽设备的蒸汽压力应保持在一定范围内；

③过热器蒸汽温度保持在一定范围内；

(4)保持汽包水位在一定范围内；

⑤保持锅炉燃烧的经济性和安全性；

⑥炉内负压保持在一定范围内。

为了执行上述调整任务，锅炉设备的控制分为几个控制系统。主要控制系统如下:

2.1锅炉汽包水位控制系统

受控变量是汽包水位，运行变量是给水流量。主要考虑汽包内的物料平衡，保证汽包水位在工艺允许范围内，是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件之一。

2.2锅炉燃烧控制系统

蒸汽压力、烟气含氧量和锅炉负压是三个控制因素。还有三个操纵变量，燃油量，供气量，供气量。燃烧气体的蒸气压或烟气成分反映了燃料经济性指标和炉膛负压。控制的目的是使燃料燃烧产生的热量满足蒸汽负荷的需要。一般采用蒸汽压力作为控制变量来维持燃料与空气体之间的一定关系，正常燃烧烟气中的氧含量是提高燃烧效率的控制变量。

2.3过热器蒸汽温度控制系统

被控变量为过热器输出温度，运行变量为减温器喷水量。过热蒸汽温度是锅炉生产过程中的一个重要参数。过热器控温的任务是将离开汽包的饱和蒸汽加热到一定温度，形成过热蒸汽，然后送入工作汽轮机。过热蒸汽温度过高会影响过热管道的使用寿命，甚至损坏蒸汽温度。如果温度过低，会直接影响设备的运行，所以过热器出口温度必须保持在允许范围内。

三、控制原理及实现

锅炉的运行必须满足以下要求:锅炉的出口温度或蒸汽压力也会因负荷和温度的变化而变化。根据上述要求，锅炉控制系统可配置汽包位置控制回路、锅炉恒压供水系统水控制回路和输出蒸汽压力控制回路，分别控制锅炉供水、锅炉供水、锅炉引风量、锅炉供风量和锅炉给煤量。

3.1汽包水位调节和控制系统(热水锅炉没有这种系统)

为了锅炉的安全运行，系统采用双面水位变送器，并对报警联锁进行全程调节和控制。为了保证控制精度，采用了反馈控制系统，即采用三个脉冲水位来引入蒸汽流量和给水流量。

3.2锅炉恒压补水调节控制系统(循环水恒压补水控制回路)

锅炉循环水(直接供水)或水循环(间隔供水)过程中，滞水量小于供水量，因此滞水压降低，系统必须实施补水措施，保证供水平衡和回水压力。为了使系统平稳安全运行，采用变频器自动补水。

3.3负压调控系统

炉膛负压对节能有很大影响。负压大，散发热量大，热损失增加，煤耗增加。理想的运行状态应该是微负压状态。能显著增加悬浮碳粒在炉内的停留时间，增加沉降，使煤完全燃烧，从而提高热效率。但由于负荷变化，炉内负压波动，系统中的鼓风信号会提前调节引风机。

3.4负荷调节控制系统

为了达到锅炉的最佳燃烧效果，采用了负荷控制系统。由于外部温度的变化，负载需求发生变化。以这种方式，可以在不降低室内热量的情况下避免外部温度的升高，从而在环境温度保持恒定的同时降低外部温度。有五种不同的温度曲线供用户选择。随着负荷需求的变化，锅炉出口温度也随之变化。首先，调整链条速度以改变燃料量和空气供应量。然后，通过安装在烟道中的氧气探测器测量烟气的氧气含量，并调节供气量，以达到更好的空燃比。由于烟气含氧量不是固定值，锅炉满负荷运行时含氧量较低，低负荷运行时含氧量较高。因此，将氧含量设置为自动修正的状态，以保证空燃比达到良好的状态，实现锅炉的经济燃烧。

四.系统组成

控制系统的上位机为工控机，下位机为PLC可编程逻辑控制器。可编程控制器抗干扰能力强、可靠性高、通信管理能力强，实现了锅炉自动化控制水平。配置两台S7-300现场控制单元和一台工业控制计算机，控制两台锅炉和辅助换热设备。S7-300现场控制单元控制各锅炉及其辅助系统、控制器和工控机之间的通信，监控锅炉运行状态，利用工控机优化运行状态。

系统结构模块化，通用性强。其他模块可以用来扩展PLC，很容易适应未来的扩展和系统变化。自动仪表检测现场工艺参数，将检测信号转换成标准的4-20 mA信号，发送给PLC，PLC通过MPI通信接口与计算机交换数据。

PLC可以通过开关量输入输出模块监控锅炉电气设备的运行状态，在锅炉处于事故状态时进行自动联锁控制。