余热锅炉计算机控制系统设计与开发

许宁

【摘 要】余热锅炉能够回收工业生产中产生的余热，并转为他用。可以说，余热锅炉在能源节约方面起着不可估量的重大作用。但由于余热锅炉一般比较复杂，对其进行高效的控制一直是一道难题。而本研究在分析了余热锅炉特点的基础上，重点阐述了计算机控制系统的设计与应用。

【关键词】余热锅炉；计算机控制系统；设计与应用

1.余热锅炉控制要求

1.1液位控制

在余热锅炉的设计以及制造过程中，一般会给定液位参数。而在余热锅炉的使用过程中液位参数也是非常重要的检测对象。一方面，当余热锅炉的液位低于最佳液位时，其产生的蒸汽的量就会不足，从而影响到余热锅炉的工作效率，同时也会造成余热的浪费。与此同时，若液位大幅度低于最佳液位时，锅炉炉身就会直接“面对”余热的直接“烘烤”，这会损害锅炉的性能，严重降低到锅炉的使用寿命；另一方面，倘若液位高于余热锅炉的警戒液位，就会在短时间内大幅度提高锅炉的工作负担，而若得不到及时的解决，就很有可能引发危险。根据一些报道，很多余热锅炉的事故多是由液位监测不到位引起的。因此，在设计计算机控制系统时，应当把液位检测系统作为重要部分。

1.2蒸汽压控制

余热锅炉的工作原理，便是利用收集到的工业余热用于锅炉内部的水或者油的加热，从而产生蒸汽，用来驱动发电机或者将蒸汽用来加热。可以说，蒸汽是余热锅炉能量转化的介质。因此，蒸汽压力以及炉膛内部的温度控制自然非同小可。在传统情况下，蒸汽压力的检测与控制一般依靠的是一些仪表和阀门。但是，这些仪表和阀门虽然可以在一定程度上能够控制蒸汽压，不过由于人为°仪器以及关闭/开启阀门需要一定的时间，很难在短时间内排除故障。倘若事情紧急，也有可能在故障排除时间内发生蒸汽爆炸，威胁到检测人员的生命安全。因此，在设计计算机控制系统时，对蒸汽压的自动控制是重中之重。在进行具体的系统设计时，蒸汽压控制的自动化应当作为优先项目进行处理。

1.3燃烧系统控制

燃烧系统同样也是余热锅炉的重要组成部分。而所谓的锅炉燃烧系统并不同于一般的燃烧系统，其原因就在于这里的燃料既不是煤炭，也不是天然气等传统燃料，而是工业余热，如烟气、热气等。但正是这种不同寻常的“燃料”，使得锅炉燃烧系统的控制非常困难，因为工业余热如热气等的温度、流量并不恒定，其单位立方米的热值也大不相同。在加热锅炉时，很难用传统的测控仪器来完成热气的流量控制。但是，在很多情况下，余热锅炉的正常工作需要比较恒定的燃烧热，而在传统控制系统不能胜任控制工作的前提情况下，就只能另辟蹊径。故而，对燃烧控制系统的自动化改造，也是非常重要的部分。因此，在设计计算机控制系统时，燃烧控制系统应当尽快完成自动化的改造。

2.计算机控制系统的设计及其功能

2.1计算机信息化监视控制系统的系统构成

计算机信息化余热锅炉监控系统是基于PLC技术而研制的自动化监控系统。所谓PLC（英文全称：Programmable Logic Controller，汉语释义：可编程逻辑控制器）技术，主要通过编写的软件控制程序，在硬件设施的辅助下，依靠电子计算机中央处理系统来完成人类所赋予的工作。针对信息化监控系统来说，其主要构成部分有：（1）信息收集系统。这一部分是信息化控制系统的“眼睛”，它主要利用一些水位监测器（如自动水位测量仪，电子眼等）来实时的收集锅炉液位或者蒸汽压压力的变化信息。（2）信息传输系统。它是信息化监控系统的“神经纤维”，主要是依靠信息传送线路和信号转换器（例如液位信号向电子信号的转变）来完成信息传递。（3）中央信号处理系统。这部分是整个信息化监控系统的“大脑”，它的主要功能是将收集到的信号进行综合分析处理。（4）指令执行控制系统。这部分是信息化监控系统的“手臂”，主要是执行中央信息处理系统的发布的“命令”，可以执行阀门开关的开启度等，从而完成液面或者蒸汽压的调控。以上4个部分是整个信息化监控系统的主体结构，但并不是全部，而是还有很多的辅助系统。这些系统通过有机的配合，共同实现对余热锅炉系统的信息化监控。

2.2信息化余热锅炉监控系统的工作流程

在介绍信息化余热锅炉监控系统的工作流程，为了简便起见，笔者使用了一个简单的例子来进行说明。例如，因某种原因，导致余热锅炉炉内的液位在短时间内超过警戒液位，液位监测仪器及时的“捕获”到了液位的升高信息，并将液位信息通过信号转化装置转变为电流信号，通过信号传递线路传递给中央信息处理系统，中央信息处理系统马上对收到的信号进行综合分析，并作出了“增大排水阀门开启度、减小进水阀门开启度”的命令，并通过信息传递装置将命令下达给阀门控制系统，阀门控制系统接到命令后，就利用自身的自动控制器自动增加或者减小阀门的开启度，以调整锅炉内的液位。以上便是整个系统的主要工作流程。

3.电子计算机控制系统地开发应用

3.1液位（汽包水位）自动控制系统

对锅炉汽包水位的监测可选用电磁液位计进行测量，该流量计安装简单，维护工作量小"电磁液位计选型时除了考虑锅炉给水流量、压力外，还要注意根据给水温度选择合适的里衬材料和结构形式。同时，该液位监控器通过信号转换器与电子计算机中央处理系统相连，一旦液位低于或者高于最佳液位，监控器就可以将信号传输给中央处理器，使之作出相应的反应。而这种调节模式时自动化的，无需派遣人员到现场操作，大大提高了调节的快捷性与安全性。

3.2压力与温度自控系统

压力检测采用集中检测，本系统采用压力变送器检测，主要检测炉膛负压、烟道负压，其测量选用差压变送器，以保证必要的测量精確度。而温度检测采用热电偶，安装在水一汽系统管道上的测温元件，连接方式采用固定螺纹连接方式。这两种测控仪器的内部，均装有信号转换器。而且，为了能够将压力与温度信号均顺利传输出去，应当采用信号传输分置的形式，使之不会相互干扰。与此同时，这两种测控仪器长期工作在比较恶劣的环境之中，应注意日常的维护与检修。

3.3预热锅炉汽包压力控制系统

汽包压力是反映锅炉运行安全和蒸汽质量的重要指标。余热锅炉产汽量和压力受制于工艺系统所能提供的余热，汽包蒸汽压力通过调节输出蒸汽的流量来维持稳定，产多少蒸汽就只能用多少蒸汽，可以不考虑负荷的变化。蒸汽负荷的平衡一般通过输出管网中、下游环节的调节来实现。而调节方式主要依靠被电子计算机控制的阀门来实现，当蒸汽超出或者低于工作设定值使，电子计算机便会根据收集到的信息，作出恰当的反应，从而实现自动化调控。

3.4信号报警与事故联锁系统

将温度与压力警报器与锅炉内的压力、温度测控仪器相连接，一旦在很短的时间内，因锅炉的故障而导致电子计算机无法有效调控压力和温度的急剧变化时，就会通过警报器发出警报，提醒人员迅速撤离并尽快采取紧急处置措施。这种警报系统大大提高了锅炉车间的安全性。

4.结束语

余热锅炉的电子计算机控制系统地设计虽然并不是非常复杂和困难，但有很多的细节需要注意，且要求控制系统能够做到面面俱到。此外，还应加强对系统的维护检修工作，以保证其工作的有效性。 [科]

【参考文献】

[1]赵兆.浅谈余热锅炉的检测控制[J].自动化与仪器仪表，2008（2）：88-90.

[2]梁毅.余热锅炉与补给水箱自动上水控制系统的应用[J].玻璃，2012（3）：30-32.