淺談煤氣鍋爐控制系統

魯榮華　吳佳興

摘 要：隨著工業的飛速發展，對于能源的需求也越來越大。在工業生產中，尤其是在鋼鐵企業，煤氣鍋爐獲得了十分廣泛的應用。煤氣鍋爐所需要的燃料是煤氣，而煤氣則是較為充足的資源，且成本不高，對于環境的影響也較小。因此研究煤氣鍋爐系統的原理和過程具有非常重要的意義。通過過程控制，可以提高勞動生產率、改善勞動條件、優化技術指標，還可以節約能源、保護環境，同時創造更多的經濟效益和社會效益。文章對此進行了深入細致的分析和探討，以期為相關人士提供參考和借鑒。

關鍵詞：煤氣鍋爐；控制系統；燃料

1 鍋爐的工作原理及過程

鍋爐通過燃料的燃燒而釋放化學能，是一種具有能量轉換功能的設備。所采用的燃料有多種，如高爐煤氣等。鍋爐內的水，通過能量的傳遞進而轉變為蒸汽，而蒸汽所具有的動能則可以通過汽輪發電機轉變為電能，或者轉變為汽輪拖動的機械能。由此可見，將燃料中的化學能轉化為蒸汽的熱能則是鍋爐的主要作用。目前，國家對發電上網進行了嚴格的控制，而且結合鋼鐵企業的具體情況，鍋爐行業的大的發展趨勢是利用鍋爐產生的蒸汽，進而拖動汽輪機，并完成風機或水泵的動能的轉化，這也是行業內人士面臨的一個嚴峻的課題。

2 鍋爐的控制系統

2.1 蒸汽溫度控制系統

鍋爐是較為復雜的設備，且運行的工作環境較差。蒸汽溫度是鍋爐設備的主要參數之一，因此應嚴格控制蒸汽的溫度，減少各種干擾因素的影響，獲得在一定范圍內溫度相對恒定的蒸汽。空燃比和燃氣供應量是影響蒸汽溫度的關鍵因素，因此需要對給風量和燃氣量進行有效的控制，所采用的系統是串級比值控制系統。除此之外，引風量、蒸發量和給水量也會對蒸汽溫度造成一定的影響。同時，基于控制系統響應速度的考慮，采用了前饋比值串級控制系統來控制蒸汽的溫度。蒸汽溫度控制的前饋量由蒸發量和給水量構成，從而形成前饋控制系統。

2.2 蒸汽壓力控制系統

出口蒸汽的品質會受到鍋爐壓力的影響，因此鍋爐壓力不能過低。然而鍋爐壓力也不能太高，否則會帶來很大的安全隱患，甚至發生安全事故，如鍋爐爆炸等。因此鍋爐出口的蒸汽壓力同樣是鍋爐設備十分重要的參數，必須進行嚴格的調節和控制，使鍋爐的壓力在合理的范圍內，才能確保鍋爐運行的安全。蒸汽壓力和蒸汽溫度是相互影響的兩個參數，對于蒸汽溫度進行控制，同時也會對蒸汽壓力造成影響。壓力控制系統是鍋爐設備的重要系統，能夠對壓力進行調節和控制，使壓力在安全的基礎上保持在合理的范圍，從而確保蒸汽的品質，獲得所需壓力的蒸汽。當鍋爐壓力過高時，為了讓蒸汽壓力迅速降低，應立刻打開安全放散閥，使蒸汽壓力降到壓力極限值之下，再迅速將安全閥關閉。

2.3 燃料控制系統

煤氣壓力和煤氣流量參與鍋爐控制系統的輸出指令，是燃料控制系統的主要參數，并調節燃料量。利用調節進氣閥門擋板，可以實現對于燃料的調節。確保汽包壓力和母管壓力為給定值，而進氣閥門的控制既可以采取自動控制也可以采取手動控制，進而向送風控制回路發出相應指令。高爐煤氣的流率相對來說較為穩定，在對燃料量進行控制時，應盡量減輕其他兩種煤氣的流量擾動，主要采取調節高爐煤氣進氣量的方式來加以調節。

2.4 汽包水位控制系統

蒸汽的質量在一定程度上還會受到汽包液位的影響。汽包液位過低會導致鍋爐被燒壞，造成巨大的安全隱患，甚至發生爆炸，危害人們的生命安全。同樣，汽包液位過高也會對蒸汽質量造成影響，或者水滿而溢出，進而造成事故。主給水流量和蒸汽流量是影響汽包液位的兩個關鍵的變量。在其他條件不變的前提下，液位隨著給水量的增加而升高，隨著蒸發量的增加而降低。實際的需要決定了蒸汽流量的大小，而給水則具有維持汽包液位的作用，因此在對汽包液位進行控制時，選擇給水量作為操縱量。此外，基于系統的快速性和穩定性的考慮，采用前/后饋的控制機制，在使用串級控制的基礎上，將蒸汽流量作為補償。

由以往的經驗可知，汽包液位的調節，可以通過給水流量來實現，使得汽包內的物料達到科學而合理的平衡點，汽包水位在可以控制的范圍內進行波動。通常來講，對于蒸汽流量和給水流量的變化，鍋爐汽包水位會對此作出積極的響應。然而，也有可能出現“虛假水位”的現象，即在主蒸汽量快速增加時，表現出來的特性卻是逆向響應，從而使得蒸汽壓力下降，汽包水位升高，而實際水量卻減少了。對于該現象進行分析可知，其原因在于：汽包外送的蒸汽量隨著用戶需求量的增加而增加，從而導致汽包內的蒸汽壓力也隨之迅速下降。壓力下降導致水的沸點降低，汽包內的水“開鍋”得更加劇烈，更加頻繁、速度更快。因此形成大量的氣泡，而這些氣泡將水位抬高，從而導致操作人員誤認為汽包水位升高。

通過分析汽包水位控制系統的原理可知，汽包水位控制系統，以水位作為主控量，將蒸汽流量和主給水量作為輔助量。該系統的作用是將汽包水位維持在一定的范圍內，需要對進入汽包的主給水流量進行調節，其目的則是使主給水流量與鍋爐輸出的蒸汽量相適應。為了使汽包水位維持在汽水分界線，平衡汽包內的兩相介質，可以采用提高主給水流量的方式來實現，通過這種方式，不僅能夠保證鍋爐運行的安全，還可以在一定程度上提高鍋爐的出力。對于汽包水位控制系統中可能出現的虛假水位現象，這是由于控制系統采用汽包水位作為主控量。因此在實際應用的過程中，結合具體的情況，可以將被控量選為汽包水位，實行單沖量水位控制。或者采用雙沖量水位控制，被控量選為汽包水位和蒸汽流量，又或者采用三沖量水位控制，即被控量選為汽包水位、主給水量和蒸汽流量。目前，汽包水位三沖量調節系統獲得了較為廣泛的應用，并且具有較好的調節效果。

2.5 爐膛負壓控制系統

如果爐膛負壓太小，甚至為正，則爐膛內煙氣過多，甚至煙氣向外冒，影響設備和操作人員的安全；反之，爐膛負壓過大，會使冷空氣漏進爐膛內，從而使熱量損失增加，降低燃燒效率。所以必須對爐膛的壓力進行控制。影響爐膛壓力的主要變量有燃氣量、給風量以及抽風量等，而其中燃氣量和給風量是由蒸汽溫度、壓力以及蒸發量等因素決定的，所以要想使爐膛壓力在一定范圍內保持不變就只有改變抽風量，亦即通過調節抽風量以達到控制爐膛壓力的目的。另外，考慮到系統響應的快速性，同時，又因為給風量和給煤量成一定的比例關系，為了提高控制品質以及簡化控制系統的結構，將給煤量引入前饋通道參與了爐膛壓力的控制。

3 結束語

鍋爐控制系統是計算機軟件、硬件、自動控制、鍋爐節能等幾項技術緊密結合的產物。對于提高操作管理水平，減輕勞動強度，保證鍋爐穩定運行，提高運行效率，以及防止環境污染等發揮著非常重要的作用。

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