淺談鍋爐自動化控制

劉漢邦

[摘 要]文章分析了大中型鋼廠中煙氣余熱再利用的可行性，從自動控制角度出發，闡述了利用煙氣余熱發生蒸汽的鍋爐自動控制系統

[關鍵詞]余熱鍋爐；自動化控制

[中圖分類號]TP273；TK227

[文獻標識碼]A

[文章編號]1672—5158（2013）05—0469—01

目前我國在能源利用上客觀存在著許多不合理的現象，從而導致能源大量浪費。如在鋼鐵生產過程中，燒結工序能耗約占總能耗的10%，僅次于煉鐵工序，位居第二。而在燒結工序消耗的總能量中，有近50%的熱能以燒結機煙氣和冷卻機廢氣的顯熱形式排人大氣。由于燒結冷卻機廢氣的溫度不高，其熱能回收利用并未引起人們的重視。然而燒結廢氣數量大，可供回收的熱量也大，如此部分熱量直接排放到大氣中，不僅造成了很大的能量浪費，而且還污染了環境。

余熱鍋爐作為一種能量回收并有效利用的裝置，不僅具有運行可靠，不影響原有工藝的特點，而且產生的蒸汽可直接進行發電或成為其它設備的動力源。

1余熱鍋爐系統

目前被廣泛使用的余熱鍋爐系統由一體化的管箱受熱器、汽水系統、雙通道煙氣系統、雙壓蒸汽供給系統和除氧器以及分氣缸等附屬設備組成。

（1）管箱受熱器：以管箱式結構來確保了蒸汽與水進行充分熱傳遞所需的受熱面積，大大提高了余熱的再利用率。

（2）雙通道進氣系統：可廣泛利用不同溫度余熱的廢氣，對于不同廢氣出口溫度的余熱具有良好的適應性，實現了煙氣的分級回收和梯級利用。

（3）雙壓蒸汽供給系統：雙壓蒸汽系統能更充分地利用煙氣各能級的熱能，產生不同壓力等級的產品壓力，更方便于蒸汽的再利用。

（4）汽水系統：由除氧水箱、軟水箱、汽包極其附屬設備等組成。維持用于與余熱氣體進行熱交換所需工業用水的水位，以便穩定產生蒸汽，保證生產的安全性。

2余熱鍋爐微機顯示控制系統

微機顯示及控制系統對整個鍋爐的運行進行監測、報警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運行，除此以外為保證鍋爐運行的安全，在進行微機系統設計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數設置常規儀表及報警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報警裝置，以免鍋爐發生重大事故。

（1）檢測系統：檢測系統包括一次儀表、二次儀表、信號處理裝置（PLC）、顯示報警裝置和附屬設備。一次儀表將鍋爐的溫度、壓力、流量等量轉換成電壓或電流經信號處理裝置后送人微機，再經數據處理后供現場控制人員參考控制。同時這些數據配有流程動態模擬圖畫面而且有相應的數字說明，還可對汽包水位、壓力、爐溫等進行越限報警，發出聲光信號，還可定時打印出十幾種運行參數的數據。以形成生產日志和班、日產耗統計報表，有定時打印、隨機打印、自定義時間段打印等幾種方式。

（2）控制系統：控制系統由控制器（PLC）、輸出設備、變頻器、給水泵、軟水泵、滑差電機及閥等組成。包括手動和自動操作部分，手動控制時由操作人員手動控制，在微機上控制變頻器、滑差電機及閥等，自動控制時根據檢測裝置所檢測的數據，圍繞所控制的參數的理想值對微機發出控制信號經執行部分進行自動操作。

3汽水系統中各控制回路

汽水控制系統，一般有蒸汽壓力、汽包液位、除氧器水位、除氧器壓力等控制系統。

（1）汽包給水控制回路：給水自動調節的任務是使給水流量適應鍋爐的蒸發量，以維持汽包水位在允許的范圍內。給水自動調節的另一個任務是保持給水穩定。在整個控制回路中要全面考慮這兩方面的任務。在控制回路中被調參數是汽包水位，調節機構是給水調解閥或給水泵變頻器。

由于給水調節對象沒有自平衡能力，又存在滯后。為消除產生的誤差，在一般鍋爐控制系統中汽包液位回路采用閉環三沖量調節系統。所謂三沖量調節系統就是把給水流量，汽包水位，蒸汽流量三個變量通過運算后調節給水閥的調節系統。

（2）鍋爐給水系統中還有一個比較重要的控制回路是給水壓力回路，因為汽包內壓力較高，要給鍋爐補水必須提供更高的壓力，給水壓力回路的作用是提高水壓，使水能夠正常注入汽包。但在蒸汽流量未達到滿負荷時，對給水流量的要求也不高。在老式的鍋爐系統中一般采用給水泵一直以工頻方式運轉，用回流閥降低水壓防止爆管，現在一般采用通過變頻器恒壓供水的方式控制水壓。具體實現方式是：系統下達指令由變頻器自動啟動第一臺泵運行，系統檢測給水管的水壓，當變頻器頻率上升到工頻時，如水壓未達到設定的壓力值，系統自動將第一臺電機切換至工頻直供電，并由變頻器拖動第二臺水泵運行，如變頻器運行到工頻狀態時供水母管壓力仍未達到設定壓力值系統自動將第二臺水泵切換至工頻直供電，再由變頻器拖動第三臺運行，依次類推，直至壓力達到設定值。若鍋爐需要的給水量減少，變頻控制系統可自動降低變頻器的運行頻率，如變頻器的頻率到零仍不能滿足要求，則變頻器自動切換至前一臺水泵進行變頻運行，依次類推。變頻恒壓供水控制系統的實質是：始終利用一臺變頻器自動調整水泵的轉速，切換時間以管網的實際壓力和設定壓力的差值決定，同時保證管網的壓力動態恒定。值得注意的是為了防止變頻器報警停機或其他故障造成水泵不轉引起鍋爐缺水，應該加反饋裝置確保變頻器正常工作。

除此之外，鍋爐的供水系統中還包括除氧器壓力控制和除氧器水位控制。除氧器壓力控制主要是為了保證除氧器口有足夠的蒸汽壓力用于將軟化水除氧，這是一個單閉環控制回路，輸入參數是除氧器壓力輸出參數控制除氧器進汽閥。除氧器水位控制主要是為了保證除氧器內有足夠的水流供給鍋爐，這是一個單閉環控制回路輸人參數是除氧器水位輸出參數控制除氧器進水閥。

系統各回路中都設置了手動、自動兩種操作方式，為了實現無擾動切換，系統引入了各控制對象的反饋值，在手動操作時PLC輸出會自動跟蹤控制對象的反饋，當切換到自動狀態時可以進行無擾動切換，使系統平穩的過渡到自動狀態。

4結束語

綜上所述，余熱鍋爐自動控制具有很好的市場發展空間，值得廣泛推廣。它不僅能夠通過自動化控制技術實現安全生產的目的，使生產余熱廢棄排放更環保，也是余熱利用行業發展的大勢所趨，更是一項利國利民的發展方向。