热电厂锅炉先进控制系统的设计及实现探析

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摘 要 锅炉系统是电热厂的核心，它的控制水平的高低与整个电热厂的经济效益和社会效益有着密不可分的关系。锅炉控制系统主要包括燃烧系统、蒸汽系统、蒸汽过热系统这三个方面，面对这样一个复杂的操作对象，它的控制系统必须设计巧妙且先进。提高电热厂锅炉控制系统的设计水平对于掌控其他复杂的回路和提高电热厂的生产效益有着极大的帮助。
关键词 锅炉；控制系统；设计
中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）16-0044-01
1 锅炉控制系统概述
锅炉是现代电热厂常用的也是基本的能量转化设备，它主要包括汽水系统和燃烧系统和蒸汽过热系统者三个组成部分，其主要的工作原理就是通过燃烧燃料释放放学能，换句话说，也就是将热能转化成化学能。而锅炉控制系统是控制水液位、主蒸汽的温度、主蒸汽的压力燃烧、炉膛负压引风、氧量送风、除氧器的液位和压力、减压器的温度和压力、锅炉房自用汽的压力等回路系统的总称。
1）控制系统在锅炉中的运用。锅炉系统中主要需要控制的因素包括汽包水位和主汽温度，同时它们也是最具有参考价值的参数。在当今社会生产条件下，有很多国家都研制出了完善的控制系统。汽包水位是一个至关重要也是难以掌控的因素，水位不同则压力不同，所以水位过高或过低都不行，否则将引发锅炉停止运作，所以汽包水位必须控制在一个合理的范围之内。主汽温度是保障电热厂经济安全运作的保障之一，温度是高还是低，是平稳或起伏变动大，这些看似微小的因素有与电热厂的经济效益息息相关。这些难以控制的因素所带来的问题都先后得到了国内外专家的解决，控制系统在当代锅炉中的运用普遍且重要。
2）锅炉控制系统的效益。锅炉控制系统系统的效益主要可以从社会效益和经济效益两个方面进行分析。随着我国工业化进程的加快，经济飞速发展的同时，环境也在不断地恶化，所以在走可持续发展的道路的号召下，实现锅炉控制系统的优化可以减少废弃物体的排放，实现我国经济又好又快地发展。实施先进的控制系统可以减少机器设备的损耗，减缓社会老化的速度，同时也可以提高燃料资源的使用效率。实现先进的控制系统之后将由工作人员的手动变成机器自动调节，可以提高整个电热厂的工作效率和发掘劳动力的使用价值。
2 锅炉控制系统的设计及实现
由于锅炉控制系统的复杂性，所以我们在设计时一定要从多方面入手，将各种可以优化的因素都考虑进去，同时还要考虑到实际的可实现性。
1）多变量控制系统。锅炉控制系统的组成部分复杂且繁多，而每个因素都有着“牵一发而动全身”的重要作用，所以我们在设计控制系统时要转化之前的单一变量的想法，实现多变量控制。也就是说实现多变量动态风煤比控方式。
之前电热厂常用的是单变量风煤比控，即将锅炉的控制系统单纯地分为蒸汽压力和烟气氧含量两个单变量，这样的话不能自动调节风煤，所以可能带来很多问题，比如当煤的质地发生改变时，那么它的燃烧风量将过多或过少，进行造成资源的极大浪费，还有就是手动调节将降低设备自动调节的水平，不利于发展。而多变量动态风量和煤量比控则可实现自动调节，解决单变量调节所带来的各种问题，同时可以取得良好的控制效果。一个二变量控制系统图，两个子系统可以保证自动实现锅炉系统的风量和煤量的比例。
2）燃烧系统自动控制。燃烧系统的自动控制就是在安全经济运行的基础上，使燃料燃烧的能量满足蒸汽的需求。主要包括稳定蒸汽母管的压力，维持锅炉燃烧的最佳状态，控制炉膛压力这三个方面。
稳定蒸汽母管的压力就是要保证蒸汽的燃烧量与消耗量实现自我满足，这也是燃烧系统自动控制的基本要求，如果比例出现失调的情况，则表示锅炉和各个设备将无法正常工作。一个蒸汽母管上通常同时连接着几个锅炉，所以在设计的时候要分配好各个锅炉设备的负荷，以实现平衡和谐地发展和运作。
维持锅炉燃烧的最佳状态即要保证燃料燃烧量与空气量的比值稳定，否则就会导致燃料燃烧不充分或燃料不足等问题的出现，只有保证这个比值稳定才能给电热厂带来最大的经济效益，虽然经济效益不可在生产过程中直接体现，但却是生产的最终目标。
控制炉膛压力即要将炉膛的压力维持在一个合理的范畴内，因为炉膛压力的变化将直接导致引风量与送风量的变化，进行影响锅炉的工作和继续运行。通常这个合理的范畴是在20～40Pa之间。压力多大将会导致损耗量过多，压力过小则会使炉膛内的火往外冒，危及机器设备和工作人员的安危。
实现燃料系统的自动控制主要从这三个方面入手，既能保证机器设备的安全运行又能实现电热厂经济利益的最大化。
3）氧含量控制。从前文中我们可以知道风量与煤量的比例是影响锅炉控制的一个关键因素，可在煤的质地或参数无法确定的情况下，要控制这个比例是非常困难的。所以我们必须从另外一个方面下手，即控制氧的含量。氧是使燃料燃烧的必要条件，但对于它的含量控制却是一件复杂的工作。氧的含量过高，则说明送风量过大，会导致延迟着火，同时在燃烧过程中还会产生大量的有害的化合物。氧的含量过低，则说明送风量过小，而氧是燃烧的必要充分条件，所以将会导致燃烧不充分，一氧化碳的排放量也会急剧增加。所以控制氧的含量是一件至关重要的事情，同时也是实现控制系统的一项必要工作。
3 总结
采用先进的控制系统后，锅炉的燃烧过程将会实现自动化管理，母管的压力和炉膛的压力都将得到控制，锅炉也将一直维持在最佳的燃烧状态，机组将更加稳定、安全。从目前的状况来看，先进控制系统对于锅炉来说是一件迫在眉睫的工作，因为它的实现不仅可以提高工作效率和煤的燃烧率，对于社会来说也是一种资源节约和爱护环境的表现。在未来相当一段长的时间内，我国的火力发电比例将远远超过电力和风力放电的比例，这是由我国当前的经济发展水平决定的，所以优化锅炉的控制系统对于我国的经济发展和环境保护都有着极为重要的作用。未来，我国锅炉的控制系统将会发展地越来越好。
参考文献
[1]徐世许.可编程控制器[M].北京：中国科学技术大学出版社，2002：88-89.
[2]王慧.计算机控制系统[M].北京：化学工业出版社，2000.
[3]吴正毅.测试技术与测试信号处理[M].北京：清华大学出版社，2001.
作者简介
温志杰（1977-），男，汉族，河南洛阳人，工程师，研究方向：热电厂运行与管理。
齐雅丽（1981-），女，汉族，河南开封人，工程师，研究方向：热电厂运行与管理。