鍋爐自動控制

發(fā)電廠的高溫高壓汽包鍋爐自動控制系統(tǒng)是典型的工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)，它由給水自動調節(jié)系統(tǒng)、燃燒過程自動調節(jié)系統(tǒng)和過熱蒸汽溫度自動調節(jié)系統(tǒng)等組成。

鍋爐給水自動調節(jié)系統(tǒng) 　為了確保鍋爐安全運行，必須對鍋爐的水位進行控制，使汽包的水位保持在一定范圍。圖1是應用較多的三沖量給水調節(jié)系統(tǒng)。三沖量是指汽包水位、給水流量和過熱蒸汽流量。其中水位是主信號,給水量是反饋信號,過熱蒸汽量是前饋信號。當過熱蒸汽流量改變時調節(jié)器立即調節(jié)給水量，當給水流量受到擾動時則能使給水流量恢復到原來值。因此，三沖量給水調節(jié)是一個前饋、反饋調節(jié)系統(tǒng)。

燃燒過程自動調節(jié)系統(tǒng) 　由燃燒、送風和爐膛負壓三個調節(jié)回路組成(圖2)。圖中 PI1為過熱蒸汽壓力調節(jié)器(PI表示比例積分調節(jié)器)，其主信號是汽機前的過熱蒸汽壓力，當汽機負荷變化時，汽機前的蒸汽壓力也隨之變化。調節(jié)器通過改變送入鍋爐的燃料量，使其與變化后的負荷相適應，并將過熱蒸汽壓力恢復到額定數(shù)值。PI2是送風調節(jié)器,它的作用是保持進入鍋爐的空氣量與燃燒量成比例關系，以保證鍋爐的經濟燃燒，提高鍋爐熱效率。對于燃燒煤粉的鍋爐，直接測量進入鍋爐的煤粉量是困難的，因此引入熱量信號，即用過熱蒸汽流量加汽包壓力的微分信號來間接地測量當時進入鍋爐的燃料量。根據(jù)反映燃料量的熱量信號調節(jié)送風量。為了使排煙的熱損失降到最低以提高熱量的利用，在送風調節(jié)系統(tǒng)中引入煙氣含氧量校正信號，調節(jié)系統(tǒng)的輸出接至送風機的導向裝置，以校正鍋爐的送風量。PI4是爐膛負壓調節(jié)器。鍋爐在正常運行時,一般應使爐膛內保持微負壓。由鼓風機根據(jù)燃燒情況向爐膛內提供一定量的助燃風,使鍋爐燃燒效率達到最高,同時另有引風機抽走煙氣并在爐膛內形成微負壓，目的是不讓煙氣、煙灰、火苗逸出而影響鍋爐房的安全。PI4的作用就是根據(jù)輸入的爐膛負壓信號控制引風量，維持爐膛負壓為定值。 　過熱蒸汽溫度自動調節(jié)系統(tǒng) 　鍋爐裝上過熱器，可使蒸汽再一次加熱變成高于飽和蒸汽溫度的過熱蒸汽，提高蒸汽溫度而不增大蒸汽流量。在過熱器的出口，由減溫器通過噴嘴把水噴到蒸汽管道中與過熱蒸汽混合，使過熱蒸汽冷卻,保持過熱蒸汽的溫度恒定,保護過熱器管道和汽機不超過允許工作溫度。圖3是串級蒸汽溫度調節(jié)系統(tǒng)。它由主調節(jié)器PI和副調節(jié)器P組成。副調節(jié)器P直接控制減溫水量。在減溫水發(fā)生內擾的條件下,溫差電偶T2端要比T1端反應快，這時T2通過副調節(jié)器可以迅速消除內擾。主調節(jié)器的作用是通過對過熱蒸汽溫度的偏差進行比例積分(PI)調節(jié)后改變副調節(jié)器的設定值，從而使過熱蒸汽溫度保持不變。

在鍋爐自動控制系統(tǒng)中，除了應用基于反饋控制原理而設計的各種自調節(jié)器系統(tǒng)以外，程序控制系統(tǒng)應用也比較多，例如鍋爐自動點火，吹灰和定期排污等的程序控制。

70年代以來出現(xiàn)了應用微型計算機和現(xiàn)代控制技術進行鍋爐的全程調節(jié)(在鍋爐開始起動時就可投入運行)、燃燒管理的控制和鍋爐的自動起動等，以實現(xiàn)對鍋爐的最優(yōu)控制和管理。

實現(xiàn)鍋爐的自動控制，對安全運行、節(jié)能具有重要的經濟意義。依鍋爐的結構、運行方式和所用的燃料不同，控制系統(tǒng)也有差異。一般小型鍋爐只有水位調節(jié)系統(tǒng)，中型鍋爐要有燃燒和爐膛壓力調節(jié)系統(tǒng)，大型鍋爐還要有氧量校正系統(tǒng)，而供應過熱蒸汽的鍋爐還需要增加過熱蒸汽溫度調節(jié)系統(tǒng)。

鍋爐自動控制技術，對工業(yè)鍋爐的燃燒狀況及關鍵運行參數(shù)，采用電子技術進行自動控制，以保證鍋爐經濟可靠運行的技術措施。

鍋爐的安全性是電廠安全生產管理的重要方面，全面總結和深入研究鍋爐自動控制系統(tǒng)的安全運行技術，對保障電力系統(tǒng)安全生產具有重要意義。

《電廠鍋爐自動控制系統(tǒng)技術及安全性研究》將對電廠鍋爐自動控制系統(tǒng)運行及安全性進行探討研究。具體內容包括直流鍋爐自動控制系統(tǒng)、循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)、汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)、汽包鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)、汽輪機自動控制系統(tǒng)、單元機組協(xié)調控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)的功能和組成原則等方面。

總體上，《電廠鍋爐自動控制系統(tǒng)技術及安全性研究》強調理論聯(lián)系實際，注重原理分析與工程實際相結合，可供高校能源與動力工程類專業(yè)的師生使用，也可供相關科技人員參考。

鍋爐是船上最早實現(xiàn)自動控制的裝置之一，其控制項目包括：水位自動控制、燃燒自動控制、鍋爐點火及燃燒時序自動控制和自動安全保護 。

（1）水位自動控制的目的是保持鍋爐的正常水位，即控制給水泵的起?；蚪o水閥的開度，從而控制給水量與鍋爐的蒸發(fā)量相當，以適應鍋爐負荷的變化。

在蒸發(fā)量較小、蒸汽壓力較低的輔鍋爐中，大多數(shù)采用雙位水位自動控制，即當鍋爐水位達到水位下限時，自動起動給水泵向鍋爐供水；當水位達到上限水位時，自動停止給水泵的工作。因此，這種鍋爐工作時水位在一定范圍內波動而不會穩(wěn)定在某一給定值上。

在大型的油輪上，輔鍋爐的蒸發(fā)量一般很大，汽壓較高，它要求水位穩(wěn)定在給定值上。所以，控制給水一般通過改變調節(jié)閥的開度來實現(xiàn)，即根據(jù)水位的偏差信號來控制給水閥的開度，從而使給水量適合蒸汽流量的變化。

（2）在燃燒自動控制系統(tǒng)中，被控量是鍋爐的蒸汽壓力，在單沖量控制系統(tǒng)中，控制器根據(jù)汽壓的高低自動改變進入爐膛的燃油量和送風量，維持鍋爐汽壓恒定或在允許范圍內波動，并維持一定的風油比，以保證獲得較高的經濟效益。

對于貨輪輔鍋爐，燃燒控制系統(tǒng)要求簡單、可靠，而且對鍋爐的經濟性要求不是很嚴格，因此大多數(shù)采用雙位控制。在油輪輔鍋爐中，要求汽壓穩(wěn)定，同時對鍋爐的經濟性要求也比較高，這就要求控制系統(tǒng)在不同的負荷下保證一個最佳的風油比，所以通常采用比例積分控制或更好的控制算法。油輪的燃燒自動控制系統(tǒng)通常由兩個回路組成。其中一個回路根據(jù)汽壓的偏差信號經比例積分的蒸汽壓力調節(jié)器來控制燃油調節(jié)閥的開度，即改變向爐膛的噴油量。噴油量的改變必須同時改變送風量，所以另一回路就是根據(jù)燃油量的多少來改變送風量，以達到最佳的風油比，從而獲得較高的經濟效益。

（3）輔鍋爐點火及燃燒時序控制是指給鍋爐一個起動信號后，按時序的先后進行預掃風、預點火、噴油點火，點火成功后對鍋爐進行預熱，接著轉入正常燃燒的負荷控制階段，同時對鍋爐進行一系列的安全保護。一般情況下，輔鍋爐的點火及燃燒時序控制包括以下步驟：

起動前的準備：檢查是否具備啟動條件。比如手動燃油速閉閥是否打開；燃油閥是否關閉；鍋爐水位是否正常：燃油壓力和溫度是否在正常的范圍內。

（1）預掃風 ：為了防止鍋爐內殘余的油氣在點火時發(fā)生冷爆，在點火前應進行預掃風。此時應起動風機和燃油泵，使燃油在鍋爐外打循環(huán)，將風門開到最大，以大量風吹去殘余油氣。預掃風時間根據(jù)鍋爐的結構形式不同而異，一般在20~60s之間。

（2）點火：預掃風完畢后，打開輔電磁閥使點火油頭投入工作，同時打開點火變壓器，點燃從點火油頭噴出的輕油，然后點燃工作油頭。

（3）預熱：點火成功后，進入預熱階段，此時燃油控制應處于手動控制，使鍋爐緩慢的加熱至一定的壓力后，將燃油控制轉為自動控制，進入正常燃燒階段，此時，控制系統(tǒng)根據(jù)鍋爐的負荷調整噴入爐膛的燃油量或改變油頭投入燃燒的數(shù)目。

（4）鍋爐自動化系統(tǒng)的另一個重要任務是對鍋爐進行自動保護。自動保護包括：安全保護和自動連鎖。對于全自動化的鍋爐為達到鍋爐安全、可靠的運行和無人管理的目的，當鍋爐在點火、升汽以及正常運行的過程中產生異常情況，聲光報警，這就是安全保護的任務，鍋爐的安全保護一般包括極低水位自動保護、蒸汽壓力過高自動保護、異常熄火自動保護、油壓過低自動保護、油溫過高/過低自動保護和低風壓自動保護等。自動連鎖是指當某些特定的條件成立后，才能對一些設備進行操作，比如只有當風機運轉建立風壓以后，才允許開動燃油泵和開起燃油電磁閥。