控制系统的基本组成(浅析工业锅炉控制系统的研究与节能应用)

目前，与对，其他先进国家相比，我国工业锅炉的自动化运行水平还比较低，只有一些基本的功能来保证锅炉的安全运行，如介质温度的监测和保护、锅炉水位的安全监测等。然而，工业锅炉燃烧工况的自动化调节还不是很先进，这使得工业锅炉的运行效率难以提高。此外，根据相关调查，工业锅炉的能耗相对较大，在全国工业部门的能耗排名第二。因此，加强对工业锅炉控制系统的研发，实现工业锅炉控制的自动化、智能化和节能化至关重要。

1.工业锅炉控制系统分析

在中国的相关规定中，对锅炉具体解释为一种利用电能、煤燃料或其他能源加热对，充入的液体达到一定参数，并在对以外输出热能的机械设备，在规定范围内一般有三种锅炉，即额定功率0.1MW、出口水压0.1Mpa的有机热载体锅炉、最高安全水位时储水容积30L的承压蒸汽锅炉等。一般来说，工业锅炉主要包括八个部分，即汽包、炉排、炉膛、引风机、省煤器、给水泵、鼓风机和空气预热段。

2.工业锅炉控制系统的设计与实现

工业锅炉控制系统必须测试对，的各种参数，包括锅炉入口的压力和水温、出口的压力和水温、空气预热期间入口的负压、鼓风机的气压、炉膛负压和排气温度等。在这些参数中，有些参数必须实时观察，并通过控制系统传输到控制台，显示在工人面前。

2.1工业锅炉控制系统设计

工业锅炉是一个极其复杂的控制系统，具有多输出、多输入、多回路和非线性相关性。调节参数和被调节参数之间存在着许多极其复杂的相互关系，这使得对的调节非常困难。一般来说，人们将锅炉系统控制分为若干个闭环控制系统，即炉膛负压控制、汽包液位控制、给煤控制、送风控制等。以下作者将解释所有这些闭环控制系统。

(1)炉膛负压控制：炉膛负压说明了进风和送风之间的关系，炉膛负压控制的主要目的是保证锅炉在运行过程中保持轻微负压的稳定状态，从而保证锅炉运行的安全性和可靠性。

(2)汽包液位控制：工业锅炉给水自动调节的主要目的是保证给水与锅炉的蒸发量一致，并保证汽包液位始终在工艺允许的范围内。一般来说，汽包液位控制下有三种情况。即单冲量控制(水位是信号调节的唯一单回路单参数控制系统)、双冲量控制(以蒸汽流量为辅助信号的双参数控制系统)、三冲量控制(以主蒸汽流量和给水流量为辅助信号的三参数控制系统)、对三冲量控制系统，也可分为三冲量串级调节和三冲量单级调节[2]。

(3)给煤控制：锅炉给煤燃烧与锅炉形式、燃烧设备和燃烧类型密切相关。燃烧过程的控制必须满足以下三个要求：保证出口蒸汽压力的稳定，对的燃料量可根据负荷标准自动增减；保持良好的燃烧和供气条件；确保锅炉运行安全。确保炉膛内有一定的负压。如果负压过低，炉内的热烟气会向外冒出，危及现场工人和其他设备的安全；如果负压过高，就会造成锅炉中的冷空气流向进入，进而增加热量损失。

一般来说，给煤控制方法有三种，即炉膛负压控制、炉膛含氧量控制和主蒸汽压力控制。如下图1所示，主蒸汽压力通过调节供气量和燃料量来控制，炉膛内的含氧量通过调节对，的燃料和空气输入来控制，炉膛内的负压通过调节对引风机的供气量来控制。

模糊自适应PID

图1给煤控制电路示意图

(4)供气控制：空气和煤的调节是利用负荷调节调节器达到控制目的，即在减负荷过程中，先减煤后减风量，在增负荷过程中，先增风量后增煤。供气控制系统应与给煤控制系统相结合，协调统一，将空燃比控制在一定范围内，使锅炉燃烧始终保持在最理想的状态。

(5)过热蒸汽出口温度控制：对蒸汽过热系统的主要目的是保证过热蒸汽出口温度始终控制在正常范围内，对过热器受到保护，保证过热器管壁温度不超过正常允许范围[3]。通过上述各控制系统的设计，实现了锅炉控制系统的总体控制目标，各子系统的控制器由PID调节器进行调节。

2.2锅炉自动保护系统

在工业锅炉控制系统中，保护系统是一个不可忽视的极其关键的部分和环节。锅炉保护的主要内容由锅炉设备的结构、技术特点、容量和运行方式决定。一般来说，锅炉保护系统将提供汽包水位保护、连锁保护、空气压力保护、锅炉灭火保护和紧急停机保护等。

2.3MCGS配置软件

工作人员应充分接触对C Builder编程的特点和锅炉控制系统的设计要求，在锅炉控制软件中采用MCGS组态软件。该软件集成了数据库、图形技术、控制技术和通信技术等多种技术。MCGS组态软件是基于Windows平台的系统软件，用于快速构建和形成上位机监控系统。其主要工作是现场采集和检测各种数据，并对前端数据进行处理和控制。该软件具有操作简单、功能齐全、可视性好的优点。软件与其他相关硬件设备有机集成，可有效应用于现场采集和数据处理设备的开发。只要模块配置简单，用户就可以构建所需的应用系统。

3.锅炉控制系统的系统测试及节能分析

2010年6月25日至6月28日，某公司在对三台实施了20T工业锅炉控制系统的技术改造，具体锅炉型号为SZL 20-2.5-A 。对，控制系统改造后，对控制系统于7月1日至5日调试完毕，并于7月6日正式投入试运行。试运行期间，锅炉运行稳定，出口压力变化范围控制在(2.140.02)Mpa。锅炉试运行期间，锅炉运行人员反映，对锅炉改造后，锅炉运行更加简化，劳动强度降低。

对工业锅炉采用自动化技术后，锅炉运行效率明显提高，节约燃煤5% ~ 8%。若按节煤5%和对节能效益计算，根据公司满负荷运行情况，预计锅炉煤耗约为5.7万吨，年节煤量为5.7 和5%=28.5万吨。如果每吨煤的价格是850元，每年节约的成本是242.25万元。可见，对工业锅炉控制系统的自动化和智能化改造，不仅可以有效提高锅炉运行效率，减轻锅炉操作人员的劳动强度，还可以减少非燃料消耗量，达到节能的目的。

4.结束语

综上所述，工业锅炉是一个极其复杂和典型的热力系统。对对锅炉控制系统进行了有效的开发和研究，从而完善了系统功能，提高了锅炉性能，满足了当前社会工业锅炉生产发展的需要，具有极其广阔的发展前景和极高的研发价值。对工业锅炉控制系统的研究不仅可以在一定程度上提高锅炉系统的自动化水平，实现节能减排，而且可以提高锅炉使用的安全性和可靠性，具有重要的现实意义。