田媛

（中冶东方工程技术有限公司，山东 青岛 266555）

1 概述

锅炉是一种产生蒸汽的热交换设备。它通过煤、油或气等燃料的燃烧过程释放出热能，并通过传热设备把热量传递给水，将水转变为过热蒸汽，过热蒸汽直接供给工业、生活等生产中所需要的热能。武汉钢铁集团鄂钢公司富裕煤气发电项目新建2台150t/h燃气锅炉，锅炉燃烧产生的过热蒸汽部分送至汽轮机用于发电，部分送至外网满足其它用户生产、生活需要。

锅炉控制系统分为燃烧系统、汽水系统、烟风系统及减温减压系统，控制系统主要完成设备操作、设备状态及生产参数的监控功能，汽包水位自动控制调节功能，炉膛负压控制调节功能，锅炉送风风量控制调节功能及热风烧嘴和煤气烧嘴控制调节功能，锅炉上位系统实现了画面显示、设备操作、报警、历史趋势记录及报表打印等功能。

2 系统介绍

2.1 燃烧系统

锅炉燃烧介质由高炉煤气及焦炉煤气组成，分三层，每层四路进入锅炉本体混合一定量的热风参与燃烧过程。每个烧嘴处设计有火焰监视器，共12个，用于监视炉膛火焰的持续性及大小，在上层及下层各烧嘴处设计有点火器共8个，每条高炉煤气、焦炉煤气及热风管道上均设计有气动调节阀，通过调节调节阀阀门开度来控制炉膛温度，并在锅炉本体设计有热电偶用于监测炉温。

2.2 汽水系统

锅炉汽水系统流程如下：除氧器→高压给水泵→省煤器预热→锅炉汽包→生成不饱和蒸汽→Ⅰ级过热器→Ⅰ级过热器集箱→喷水减温器→ⅠⅠ级过热器→ⅠⅠ级过热器集箱→生成饱和的过热蒸汽→用户。

2.3 烟风系统

空气由送风机送至空气预热器进行预热成为热风，热风送至烧嘴与煤气混合燃烧，生成高温烟气，烟气由引风机牵引经过过热器、省煤器、预热器至烟囱排放，并将锅炉燃烧产生的不饱和蒸汽加热成高温高压饱和蒸汽。

3 系统配置

锅炉控制系统分为上位和下位两类系统组成，下位控制系统实现了L0级（现场控制设备级）与L1级（基础自动化系统级）间的网络连接，并预留L2级（过程控制计算机系统级），上位控制系统实现现场显示、储存、报警、打印等功能。

4 控制功能

4.1 燃烧控制系统

锅炉燃烧自动调节的基本任务，是使燃料燃烧产生的热量，适应蒸汽负荷的要求，且要保证燃烧经济和锅炉运行安全，为此合理的风煤比才能维持汽包内或出口蒸汽压力在需要的范围内。

4.1.1 对空气和燃料的控制

锅炉用水经省煤器预热后，注入锅炉内，在进水管道内，进行流量、温度、压力测量，送至调节器。在这一调节器中，通过减法器计算出温度差，将前面所测得的流量乘以温差，即可求得进水管道中所注入的水所需的热量。而出口测的热水温度信号送给温度调节电路，温度调节电路将它在与人工设定值水平SP之间进行控制计算，将输出信号作为结果输出，将前面原料加热所需要的热量加到该输出信号中，作为燃料流量的设定值，与燃料流量这一小闭环所检测出此时燃料的流量值，做一差值计算，从而调节燃料控制阀的大小，进而进行热量控制。

4.1.2 燃烧双交叉控制

图 双交叉限幅燃烧自动控制系统图

双交叉燃烧控制是以维持合适的空气、燃烧比值为手段，达到燃烧时始终维持低过剩空气系数，从而保证了较高的燃烧效率，同时也减少了排烟对环境的污染。

双交叉燃烧控制实际上是以炉温调节为主回路，以燃烧流量和空气流量调节并列为副回路的串级调节系统，加上高、低信号选择器组成的带有逻辑功能的比值调节系统。它的主要作用是当炉子负荷变化，以维持炉温在给定值上，而且使燃烧工况始终处于低过剩空气系数的经济合理状况。

4.2 汽包水位控制

锅炉汽包水位控制常用的有位式调节和连续调节两种方式。位式调节是根据汽包水位高、低两个位置进行控制的，适用于蒸汽量小于4t/h的燃气锅炉。本锅炉采用三冲量水位自动调节系统。汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成。汽包水位信号是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变化，改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量信号是前馈信号，其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量；蒸汽流量和给水流量两个信号配合，可消除系统的静态偏差。当给水流量变化时，测量孔板前后的差压变化很快并及时反应给水流量的变化，所以给水流量信号作为介质反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。

4.3 炉膛负压调节

炉膛负压自动控制是通过调节引风机入口风门开度，保持炉膛负压在-20～-10pa的微负压状态，保证锅炉安全燃烧。引风机停止后，其风门执行机构需自动关闭。

4.4 锅炉送风自动控制

送风自动控制的目的是：使锅炉所投入的燃料在炉膛中燃烧时，自动投入合适的风量，以保证锅炉的经济燃烧。通过煤气压力调节送风压力，进而达到最高的锅炉热效率，烟气含氧量作为总风量的修正值，通过调节送风机变频器频率来调节送风压力。

4.5 锅炉过热蒸汽温度自动调节

过热蒸汽温度自动调节的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围之内，并保护过热器使其管壁温度不超过允许的工作温度。锅炉过热蒸汽温度调节采用自制冷凝水喷水减温装置，通过调节减温水调节阀门开度来控制集汽集箱和减温器出口蒸汽温度，保证集汽集箱中蒸汽温度在430～450℃范围内。

4.6 锅炉炉膛安全监控系统

锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）是锅炉安全运行必不可少的设备，负责燃烧器管理和燃料安全。它能在锅炉启动、停止和正常工作等运行方式下，对锅炉燃烧器的主要参数进行连续监测和管理，通过联锁程序使燃烧设备按照既定的合理程序完成必要的动作以保护锅炉炉膛及燃烧系统的安全。

4.6.1 炉膛吹扫

在任何燃料点火发生以前（冷启动或锅炉燃料跳闸指令发出之后），锅炉吹扫是必须完成的。要开始炉膛吹扫，必须满足和维持下列许可条件：a.风量＞30%额定负荷风量；b.系统电源正常；c.汽包水位正常；d.任一送风机运行；e.任一引风机运行；f.火检无火；g.所有燃气阀关闭；h.无锅炉跳闸指令。

当所有的炉膛吹扫许可条件满足后，吹扫允许指示灯亮，按下炉膛吹扫按钮，将开始5分钟吹扫。如果在吹扫过程中有任一个吹扫条件不满足，吹扫自动停止，吹扫中断指示灯亮。如所有吹扫许可条件一直满足，则5分钟后炉膛吹扫完成。一旦吹扫完成后，MFT信号复位。

①主燃料跳闸（MFT）及首次主燃料跳闸原因指示

当下列任何一个主燃料跳闸条件（严重且紧急的情况）出现，发出的锅炉主燃料跳闸指令，将所有锅炉燃料切断。在CRT监控画上将有首次燃料跳闸原因显示。a.引风机全停；b.送风机全停；c.手动紧急停炉；d.炉膛压力高-高（三取二）；e.炉膛压力低-低（三取二）；f.汽包水位高（三取二）；g.汽包水位低（三取二）；h.全炉膛火焰丧失；i.燃料丧失。

②全炉膛灭火

全炉膛灭火是指给燃气停止供应5S后，且下列条件均满足：a.底层：火检没有火焰（4取3）；b.中层：火检没有火焰（4取3）；c.顶层天然气层：火检没有火焰（3取2）。

③燃气母管快关阀开关控制

在正常点火前，或当MFT跳闸继电器复位后，在程控方式、燃气压力正常、所有燃气角快关阀以及角点火快关阀全关闭的前提下，可以开启燃气母管快关阀。在下列条件下，将取消“开燃气母管快关阀”指令，并且自动关闭燃气母管快关阀：a.MFT跳闸；b.按下“关”按钮；c.燃气压力低超过5秒且有燃气角快关阀开。

④燃气点火允许条件：a.燃气母管快关阀开到位；b.无MFT；c.燃气压力正常；d.燃气角快关阀关位；e.点火快关阀关位；f.火检冷却风压正常。

5 监控功能

该工程上位控制系统通过浙大中控DCS控制软件实现，在画面上可显示锅炉生产设备的温度、压力、流量，历史趋势，报警、完成各阀门、设备的操作，完成煤气、助燃空气的调节阀的操作，各系统的手自动切换、操作。

6 应用效果

通过本系统的成功投运，有效的提高了能源的利用率，保证系统的安全运行，出水温度稳定，升温速度快，调节及时，超调小，波动小。

[1]郭吉仁，李萌，谢明祚，王蕾，程明永，霍新华.燃气锅炉自动点火与炉膛安全监控系统自动控制系统[R].天津市工业自动化仪表研究所2006.