周建军

西安经发新能源有限责任公司 陕西 西安 710000

引言

链条式锅炉是应用最为广泛、应用历史较长的一种锅炉。虽然有众多的科研及工程技术人员致力于链条式锅炉控制技术的研究和实践工作，但是，目前国内该行业的自动化技术应用的普及率较低，自动化程度也较低，其原因是多方面的。锅炉的燃烧系统是一个多参数对象、多扰动，各参数交叉影响的系统。链条式锅炉存在较大的不确定性、复杂性、不稳定性，以及较大的容量滞后和较长的滞后时间。因此，采用常规的PID调节很难达到控制要求，甚至无法投入自动运行[1]。

1 锅炉自动控制系统结构

锅炉燃烧系统调节的主要任务是保证水温的稳定，同时保证锅炉的安全运行。除此之外，关键在于如何保证经济燃烧，这也是热水锅炉节能降耗的关键所在，众所周知，经济燃烧问题，实质上就是进煤量和进风量的配比问题，如果能保证适当的风-煤比，就可以实现最高的燃烧效率，实现经济燃烧。如果空气量不足造成不完全燃烧，产生CO，这种情况除污染环境外还造成严重的热能损失；反之，当空气量过多时，一方面使炉膛温度低，另一方面也是最重要的是使烟气换热损失增加。由于现阶段的检测手段和检测设备尚不能方便地测得精确的进煤量和进风量，给整个风-煤比的自动控制造成一定的难度，但进煤量与炉排转速、煤层厚度存在着一一对应的函数关系，而进风量同样与鼓风机的转速存在同样的关系，这可以巧妙地避开这一难题。使风-煤比在整个运行过程中始终保持在最佳或次最佳状态，还存在另一个难题，由于煤质的变化同样会造成风-煤比比值的漂移，那么一个定值控制系统是无法适应煤质变化这一干扰的，所以在这里我们加入了自寻优控制方案，初次投运时，可根据经验和摸索初步设定调风-煤比的给定值，系统投入自动并稳定后，定时启动自寻优功能，根据炉膛温度的变化和烟气含氧量的变化自动微调风-煤比至最佳或次最佳，达到经济燃烧[2]。该锅炉系统自动控制原理如图1所示。

图1 锅炉自动控制原理结构图

2 炉膛与水泵压力控制器设计

炉膛负压一般通过控制引风量来保持在一定范围内，但对锅炉负荷变化较大时，采用单回路控制系统就比较难于保持，因为负荷变化后，炉排及鼓风调节控制燃烧量和鼓风量与负荷变化相适应，由于鼓风量变化时，引风量只有在炉膛负压产生偏差，才由引风调节控制去调节，这样引风量的变化落后于鼓风量，必然造成炉膛负压的较大波动。为此，我们设计了炉膛负压前馈-反馈控制系统，用鼓风调节输出作为前馈信号，这样可使引风量随着鼓风量的变化提前作相应的调整，使炉膛负压始终保持在一定负压上，维持整个燃烧系统的稳定性[3]。炉膛压力控制回路如图2所示。

图2 炉膛压力控制回路

补水泵和循环水泵控制是保证正常、稳定供热的重要环节，补水泵和循环水泵控制均采用定值调节。根据定压点的压力，通过变频器调节补水泵转速，及时补充水量，防止系统缺水，保证系统安全运行。通过循环水泵调节，保持系统供回水压力稳定，为系统正常供热提供保障。水泵压力控制回路如图3所示。

图3 水泵压力控制回路

3 锅炉燃烧热量值核算

上面的锅炉燃烧是在环境温度没有变化的理想状态下的调节，它所克服的干扰仅是风量的变化、煤质的变化，风的温度的变化及锅炉负荷小的变化。但是，我们的热水锅炉是用来冬季供热的，因此在整个冬季室外环境温度是差别是很大的。有的年份初冷期与深冷期的室外环境温度差可达到20℃。甚至一天24小时的温差也可达到10℃左右。这样就提出了锅炉必须按不同的环境温度提供不同的热量，同时在一天24小时根据不同的时间段提供相应的热量[4]。锅炉供水热量公式为：

Q=K×F×(T供-T回)

公式中，Q表示热量，F表示出水流量，表示K：系数

当锅炉回水温度变化被控制在很小时，我们如果改变锅炉供水温度，即使锅炉出口水温度随着室外环境温度的不同作相应调整变化，就可使热量达到所需热量。但人为的随意改动锅炉出口水温度的设定值，不仅缺乏依据和实时性，而且也会给系统带入较大的人为干扰，也不利于节能降耗。

根据实际情况，结合本地历年冬季室外环境温度数据和经验，我们可以制定出锅炉出口水温度随室外温度变化的曲线，使DCS自控系统根据室外温度的变化自动调整锅炉出口水温度的给定值，即做到了实时调整，又避免了人为修改给定值给系统带来的较大扰动，同时节约能源。另外，考虑到在冬季初冷期和深冷期，白天和晚上所需的热量（负荷）不同，因此，我们考虑，可使DCS自控系统自动跟踪室外温度变化24小时以改变锅炉出口水温度的给定值，致使锅炉提供出的热量与所需热量保持一致[5]。

4 锅炉报警及联锁功能

锅炉安全运行报警参数主要包括：锅炉出水压力上下限报警；锅炉出水温度上下限报警；炉膛温度上限报警；系统回水压力上下限报警；系统供水压力上下限报警；系统供水温度上下限报警；炉膛负压上下限报警；补水水箱水位上下限报警；锅炉供水流量下限报警；

锅炉控制联锁功能：供水温度过高报警、超高联锁停炉；供水压力过低报警、超低联锁停炉；锅炉出水流量过低报警、超低联锁；回水压力过低报警。

为保证热水锅炉系统安全，在锅炉启动时必须首先启动热水循环泵，后按顺序启动引风、鼓风，除渣、炉排给煤。停止时亦应首先停止炉排给煤、除渣、鼓风、引风等锅炉辅机，最后停止热水循环泵。如热水循环泵因故停机或不能启动时，整个热水锅炉系统将联锁停机或不能启动。锅炉辅机的工作顺序：锅炉投入“联锁”状态时，辅机的工作顺序：启动：循环水泵、引风、鼓风、除渣、炉排等；停止：炉排、除渣、鼓风、引风、循环水泵等[6]。

5 结束语

目前锅炉自动控制系统和热水锅炉的控制难点包括：链条式热水锅炉从给煤量的变化到其燃烧产生的热量，并使锅炉出口水温度发生变化需要较长的时间，即锅炉出口水温度纯滞后时间长、容量滞后大，用简单的PID控制很难获得理想的效果。煤质的变化，造成风-煤比的改变，采用一般的定值控制系统无法使系统始终运行在最佳或次最佳的燃烧状态。燃烧过程机理复杂，影响燃烧工况的因素较多，对象变化较大，很难准确地建立单一的控制模型。文中提出的控制方案大幅度提升了系统响应速度，提高了燃料燃烧效率，保证温度控制稳定的基础上，实现了节能减排的目的。