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淺析工業(yè)鍋爐控制系統的研究與節能應用
前言
當前，相對于其他先進(jìn)國家而言，我國工業(yè)鍋爐的自動(dòng)化運作水平還比較低，只有部分確保鍋爐安全運作的基本功能，比如介質(zhì)溫度監測保護、鍋爐水位安全監測等功能，而在工業(yè)鍋爐燃燒工況的自動(dòng)化調節方面，還不是很先進(jìn)，進(jìn)而導致工業(yè)鍋爐運行的效率難以提升。另外，依據有關(guān)調查發(fā)現，工業(yè)鍋爐在能源消耗上比較大，在全國工業(yè)行業(yè)能源消耗上居于第二位。因此，加強對工業(yè)鍋爐控制系統的研究與開(kāi)發(fā)，實(shí)現工業(yè)鍋爐控制的自動(dòng)化、智能化以及節能化，是極為關(guān)鍵的。
1.工業(yè)鍋爐控制系統的分析
在我國的有關(guān)條例當中，對鍋爐的具體解釋為：運用電能、煤炭燃料或者是其它能源，對裝滿(mǎn)的液體進(jìn)行加熱，且達到一定的參數，并進(jìn)行對外輸出熱能的一種機械設備。在規定范圍以?xún)鹊腻仩t一般有三種，分別是有機熱載體鍋爐、額定功率≥0.1MW且出口水壓≥0.1Mpa的承壓熱水鍋爐、處于最高安全水位時(shí)存水容積≥30L的承壓蒸汽鍋爐等[1]。一般情況下，工業(yè)鍋爐主要包括八個(gè)部分，分別是鍋筒、爐排、爐膛、引風(fēng)機、省煤器、給水泵、鼓風(fēng)機以及空氣預熱期等等。
2.工業(yè)鍋爐控制系統的設計與實(shí)現
工業(yè)鍋爐控制系統必須對各個(gè)參數進(jìn)行檢測，其中主要包含鍋爐入口處的壓力與水溫、出口處的壓力與水溫、空氣預熱期入口處的負壓、鼓風(fēng)機的風(fēng)壓、爐膛的負壓以及排煙溫度等等。在這些參數當中，有部分參數必須實(shí)時(shí)進(jìn)行觀(guān)察，且利用控制系統傳送到控制操作臺中，顯示在工作人員的眼前。
2.1工業(yè)鍋爐控制系統的設計
工業(yè)鍋爐是一種極為復雜的控制系統，具有多輸出、多輸入、多回路以及非線(xiàn)性的互相關(guān)聯(lián)性，在被調節參數和調節參數彼此間，存在諸多極為復雜的交叉關(guān)聯(lián)，在對其進(jìn)行調節的過(guò)程中有一定的難度。一般情況下，人們會(huì )將鍋爐系統控制分成若干個(gè)閉環(huán)控制系統，即爐膛負壓控制、汽包液位控制、給煤控制以及送風(fēng)控制等等。以下筆者將都這些閉環(huán)控制系統加以闡述。
(1)爐膛負壓控制：爐膛負壓說(shuō)明了引風(fēng)量和送風(fēng)量?jì)烧咧g的關(guān)系，爐膛負壓控制的主要目的就是為了確保鍋爐在運轉時(shí)，可以一直維持在微負壓的平穩狀態(tài)之下，從而保障鍋爐運轉的安全性和可靠性。
(2)汽包液位控制：工業(yè)鍋爐進(jìn)行給水自動(dòng)調節，其主要的目的是確保給水量與鍋爐的蒸發(fā)量相符，且保證汽包液位始終維持在工藝允許的范疇之內。一般情況下，汽包液位控制有三種情況，即單沖量控制(水位是唯一信號調節的單回路、單參數控制系統)、雙沖量控制(用蒸汽流量當作補充信號的一種雙參數控制系統)、三沖量控制(將主蒸汽流量與給水流量當作補充信號的三參數控制系統)，對三沖量控制系統進(jìn)行細化，還能夠分成三沖量串及調節、三沖量單級調節[2]。
(3)給煤控制：鍋爐給煤燃燒和鍋爐的形式、燃燒的設備以及燃燒的種類(lèi)等方面有著(zhù)極為緊密的聯(lián)系。燃燒過(guò)程的控制，必須滿(mǎn)足以下三大要求，即①應該確保出口蒸汽壓力的穩定性，且可以依據負荷標準，對燃料量進(jìn)行自動(dòng)的增加或減少;②維持良好的燃燒狀況和供氣狀況;③確保鍋爐運行的安全性。確保爐膛中有一定負壓，倘若負壓過(guò)低，將導致?tīng)t膛中的熱煙氣朝外冒出，進(jìn)而危及現場(chǎng)工作人員以及其他設備的安全;而負壓過(guò)高，將造成冷空氣進(jìn)入鍋爐中，進(jìn)而將加大熱量的損耗。
給煤控制的手段一般有三種，分別是爐膛負壓的控制、爐膛內含氧量的控制以及主蒸汽壓力的控制。如下圖1所示，經(jīng)由送風(fēng)量與燃料量的調節，達到控制主蒸汽壓力的目標，而經(jīng)由對燃料與空氣輸入的調節，使其構成一定的比例，進(jìn)而達到控制爐膛內含氧量的目標，經(jīng)由對引風(fēng)機引風(fēng)量的調節，達到控制爐膛負壓的目的。
(4)送風(fēng)控制：風(fēng)煤調節，是利用負荷規則調節器達到控制目的的，即在減負荷的過(guò)程中，先減煤然后再減少風(fēng)量，在增加負荷的過(guò)程中，先增加風(fēng)量然后再增加煤。送風(fēng)控制系統應當和給煤控制系統相結合，協(xié)調統一，以便使風(fēng)煤比例控制在一定的范疇內，進(jìn)而使鍋爐的燃燒始終保持在最理想的狀態(tài)下。
(5)過(guò)熱蒸汽出口溫度控制：對蒸汽過(guò)熱系統加以調節，其主要的目的是為了確保過(guò)熱蒸汽出口溫度始終控制在正常的范圍之內，且對過(guò)熱器進(jìn)行保護，以確保過(guò)熱器的管壁溫度不會(huì )超過(guò)正常的允許范圍[3]。通過(guò)上述各個(gè)控制系統的設計，來(lái)達到鍋爐控制系統總體的控制目標，而各個(gè)子系統的控制器均是采取PID調節器來(lái)進(jìn)行調節的。
2.2鍋爐自動(dòng)保護系統
在工業(yè)鍋爐控制系統當中，保護系統是一個(gè)極為關(guān)鍵且不可忽視的部分與環(huán)節。鍋爐設備的結構、技術(shù)特點(diǎn)、容量以及運行方式等，決定鍋爐保護的主要內容，一般情況下，在鍋爐保護系統中會(huì )設置汽包水位的保護、連鎖保護、氣壓的保護、鍋爐滅火的保護以及緊急停爐等等。
2.3MCGS組態(tài)軟件
工作人員應當充分聯(lián)系C++Builder面向對象編程的特征與鍋爐控制系統的設計要求，在鍋爐控制軟件當中采取MCGS組態(tài)軟件。該軟件將多種技術(shù)合為一體，例如數據庫、圖形技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)等等。MCGS組態(tài)軟件是一個(gè)建立在Windows平臺之上的，用在迅速建造與形成上位機監控系統的系統軟件，主要的工作是收集和檢測現場(chǎng)的各種數據，并處理和控制前端數據。該軟件具有操作簡(jiǎn)便、功能齊全、可視性好等優(yōu)點(diǎn)。將該軟件和其它有關(guān)的硬件設備有機融合，能夠有效的對應用在現場(chǎng)采集、數據處理的設備進(jìn)行開(kāi)發(fā)。只要進(jìn)行簡(jiǎn)單的模塊組態(tài)，用戶(hù)就能夠建立所需的運用系統。
3.鍋爐控制系統運用的系統測試和節能分析
某公司于2010年6月25日至28日對三臺20T工業(yè)鍋爐實(shí)行了控制系統技術(shù)改造，具體的鍋爐型號是SZL20-2.5-AⅡ。在對控制系統進(jìn)行改革之后，于7月1日到5日對控制系統實(shí)行調試，6日正式試運行。在試運行的過(guò)程中，鍋爐運轉穩定，出口壓力變化幅度控制在(2.14±0.02)Mpa。在鍋爐試運行階段，鍋爐操作人員反應在對鍋爐進(jìn)行改造之后，操作鍋爐更加的簡(jiǎn)單化，勞動(dòng)強度也隨之降低。
對工業(yè)鍋爐采用自動(dòng)化技術(shù)之后，鍋爐運行的效率得到了明顯的提升，且節約了5%～8%的煤燃料。倘若以5%的節煤，對節能效益進(jìn)行計算，依據公司滿(mǎn)負荷運作預估鍋爐耗煤量大約在5.7萬(wàn)噸，那每年節約煤的數量為：5.7×5%=0.285萬(wàn)噸。倘若每噸煤的價(jià)格為850元，那么每年節約的成本就是242.25萬(wàn)元。由此可見(jiàn)，對工業(yè)鍋爐控制系統進(jìn)行自動(dòng)化、智能化改造，不但能夠有效提高鍋爐運行的效率，降低鍋爐操作人員的勞動(dòng)強度，且可以減少沒(méi)燃料消耗的數量，達到節約能源的目標。
4.結束語(yǔ)
綜上，工業(yè)鍋爐是一種極為復雜且典型的熱工系統，對鍋爐控制系統進(jìn)行有效的開(kāi)發(fā)與研究，進(jìn)而實(shí)現系統功能的完善，且提升鍋爐的性能，符合當前社會(huì )工業(yè)鍋爐生產(chǎn)發(fā)展的需求，擁有極為寬廣的發(fā)展前景與極高的研發(fā)價(jià)值。對工業(yè)鍋爐的控制系統進(jìn)行研究，不但能夠在一定程度上提升鍋爐系統的自動(dòng)化水平，實(shí)現節能減排，同時(shí)還能夠提升鍋爐使用的安全性與可靠性，具有極為重大且現實(shí)的意義。
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