浅谈锅炉自动化控制

刘汉邦

[摘 要]文章分析了大中型钢厂中烟气余热再利用的可行性，从自动控制角度出发，阐述了利用烟气余热发生蒸汽的锅炉自动控制系统

[关键词]余热锅炉；自动化控制

[中图分类号]TP273；TK227

[文献标识码]A

[文章编号]1672—5158（2013）05—0469—01

目前我国在能源利用上客观存在着许多不合理的现象，从而导致能源大量浪费。如在钢铁生产过程中，烧结工序能耗约占总能耗的10%，仅次于炼铁工序，位居第二。而在烧结工序消耗的总能量中，有近50%的热能以烧结机烟气和冷却机废气的显热形式排人大气。由于烧结冷却机废气的温度不高，其热能回收利用并未引起人们的重视。然而烧结废气数量大，可供回收的热量也大，如此部分热量直接排放到大气中，不仅造成了很大的能量浪费，而且还污染了环境。

余热锅炉作为一种能量回收并有效利用的装置，不仅具有运行可靠，不影响原有工艺的特点，而且产生的蒸汽可直接进行发电或成为其它设备的动力源。

1余热锅炉系统

目前被广泛使用的余热锅炉系统由一体化的管箱受热器、汽水系统、双通道烟气系统、双压蒸汽供给系统和除氧器以及分气缸等附属设备组成。

（1）管箱受热器：以管箱式结构来确保了蒸汽与水进行充分热传递所需的受热面积，大大提高了余热的再利用率。

（2）双通道进气系统：可广泛利用不同温度余热的废气，对于不同废气出口温度的余热具有良好的适应性，实现了烟气的分级回收和梯级利用。

（3）双压蒸汽供给系统：双压蒸汽系统能更充分地利用烟气各能级的热能，产生不同压力等级的产品压力，更方便于蒸汽的再利用。

（4）汽水系统：由除氧水箱、软水箱、汽包极其附属设备等组成。维持用于与余热气体进行热交换所需工业用水的水位，以便稳定产生蒸汽，保证生产的安全性。

2余热锅炉微机显示控制系统

微机显示及控制系统对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，以免锅炉发生重大事故。

（1）检测系统：检测系统包括一次仪表、二次仪表、信号处理装置（PLC）、显示报警装置和附属设备。一次仪表将锅炉的温度、压力、流量等量转换成电压或电流经信号处理装置后送人微机，再经数据处理后供现场控制人员参考控制。同时这些数据配有流程动态模拟图画面而且有相应的数字说明，还可对汽包水位、压力、炉温等进行越限报警，发出声光信号，还可定时打印出十几种运行参数的数据。以形成生产日志和班、日产耗统计报表，有定时打印、随机打印、自定义时间段打印等几种方式。

（2）控制系统：控制系统由控制器（PLC）、输出设备、变频器、给水泵、软水泵、滑差电机及阀等组成。包括手动和自动操作部分，手动控制时由操作人员手动控制，在微机上控制变频器、滑差电机及阀等，自动控制时根据检测装置所检测的数据，围绕所控制的参数的理想值对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。

3汽水系统中各控制回路

汽水控制系统，一般有蒸汽压力、汽包液位、除氧器水位、除氧器压力等控制系统。

（1）汽包给水控制回路：给水自动调节的任务是使给水流量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在允许的范围内。给水自动调节的另一个任务是保持给水稳定。在整个控制回路中要全面考虑这两方面的任务。在控制回路中被调参数是汽包水位，调节机构是给水调解阀或给水泵变频器。

由于给水调节对象没有自平衡能力，又存在滞后。为消除产生的误差，在一般锅炉控制系统中汽包液位回路采用闭环三冲量调节系统。所谓三冲量调节系统就是把给水流量，汽包水位，蒸汽流量三个变量通过运算后调节给水阀的调节系统。

（2）锅炉给水系统中还有一个比较重要的控制回路是给水压力回路，因为汽包内压力较高，要给锅炉补水必须提供更高的压力，给水压力回路的作用是提高水压，使水能够正常注入汽包。但在蒸汽流量未达到满负荷时，对给水流量的要求也不高。在老式的锅炉系统中一般采用给水泵一直以工频方式运转，用回流阀降低水压防止爆管，现在一般采用通过变频器恒压供水的方式控制水压。具体实现方式是：系统下达指令由变频器自动启动第一台泵运行，系统检测给水管的水压，当变频器频率上升到工频时，如水压未达到设定的压力值，系统自动将第一台电机切换至工频直供电，并由变频器拖动第二台水泵运行，如变频器运行到工频状态时供水母管压力仍未达到设定压力值系统自动将第二台水泵切换至工频直供电，再由变频器拖动第三台运行，依次类推，直至压力达到设定值。若锅炉需要的给水量减少，变频控制系统可自动降低变频器的运行频率，如变频器的频率到零仍不能满足要求，则变频器自动切换至前一台水泵进行变频运行，依次类推。变频恒压供水控制系统的实质是：始终利用一台变频器自动调整水泵的转速，切换时间以管网的实际压力和设定压力的差值决定，同时保证管网的压力动态恒定。值得注意的是为了防止变频器报警停机或其他故障造成水泵不转引起锅炉缺水，应该加反馈装置确保变频器正常工作。

除此之外，锅炉的供水系统中还包括除氧器压力控制和除氧器水位控制。除氧器压力控制主要是为了保证除氧器口有足够的蒸汽压力用于将软化水除氧，这是一个单闭环控制回路，输入参数是除氧器压力输出参数控制除氧器进汽阀。除氧器水位控制主要是为了保证除氧器内有足够的水流供给锅炉，这是一个单闭环控制回路输人参数是除氧器水位输出参数控制除氧器进水阀。

系统各回路中都设置了手动、自动两种操作方式，为了实现无扰动切换，系统引入了各控制对象的反馈值，在手动操作时PLC输出会自动跟踪控制对象的反馈，当切换到自动状态时可以进行无扰动切换，使系统平稳的过渡到自动状态。

4结束语

综上所述，余热锅炉自动控制具有很好的市场发展空间，值得广泛推广。它不仅能够通过自动化控制技术实现安全生产的目的，使生产余热废弃排放更环保，也是余热利用行业发展的大势所趋，更是一项利国利民的发展方向。