燃水煤浆锅炉自动控制系统的探讨

区劲辉

（广东省特种设备检测研究院佛山检测院，广东佛山 528000）

燃水煤浆锅炉自动控制系统的探讨

区劲辉

（广东省特种设备检测研究院佛山检测院，广东佛山 528000）

介绍燃水煤浆锅炉自动控制系统对给水、汽压、燃烧（水煤浆、油、气）等进行自动调节。自动控制不仅提高了锅炉运行的安全、经济效果，而且减轻了司炉人员繁重的体力劳动，改善了劳动条件，促进了安全生产和文明生产。经过长时间考察，决定在控制方面探讨采用触摸屏加PLC控制，替代传统继电器的控制。这种采用人机界面的操作控制方式，既增加了控制的安全和可靠性，又给维护和操作带来了极大的方便性，真正实现了全智能化和无人值守。

水煤浆；锅炉；给水；负荷；燃烧；自动控制；自动调节

0 前言

从图1可以看到，整个锅炉系统结构非常复杂严紧而又分工明确。每一部分都有相应的计量信号或状态反馈给司炉人员，而司炉人员要根据这些种类繁多的数据作出及时而准确的控制，工作量是非常繁重的。油、气燃料较之固体燃料容易着火，因而采用用油进行预点火燃烧，从而点燃雾化的水煤浆，最后达到一定的温度后熄灭油火焰，开始完全用水煤浆进行燃烧。由于司炉人员的一时疏忽没有完全严格按照操作程序点火而引起的事故屡见不鲜。所以，水煤浆锅炉的启动过程极有需要采用全自动控制。自动控制的优劣决定一台锅炉的安全性、经济性、及锅炉的寿命。而优秀的自动控制系统应具备以下几个条件：直观的操作界面，无人操作的启停系统，故障自诊断、自处理和历史记录，运行可靠性强，具备强大的通讯和扩展能力。

由于锅炉是高精尖的机电一体化设备（图2），整个系统涉及到非常多样的各种技术，限于篇幅问题，在这里将聚焦到其中的自动控制系统部分。

1 系统特性

锅炉所在的工作环境一般比较恶劣，所以锅炉控制系统应该具备较强的环境适应性以保证在高温、潮湿工作环境下的长时间稳定工作。因此，锅炉控制系统一般选用可靠性较强的可编程逻辑控制器PLC来搭建，使自动化程度和运行可靠程度大大提高。并通过触摸屏进行操作，可实时显示风机、水泵、油泵、气阀、火焰、压力、温度、水位等参数的状态，使用锅炉的操作更加简便直观。

图1 燃水煤浆锅炉机电结构图

图2 机电一体化设备自动控制系统

其主要功能特性如下。

1.1 锅炉全自动运行

（1）给水方式：采用位式给水。并附加另一套变频连续自动给水。

（2）锅炉的负荷调节：实现PID调节，即全自动比例、微分+积分调节。操作者可在触摸屏上根据需要进行调节。

（3）燃烧控制：燃水煤浆锅炉的喷浆量调节对应有不同的回浆压力，只能改变送风调节挡板开合度，从而达到送风、浆自动按比例配合。

1.2 全自动的系统启停

（1）实现定时启停和多种优先级别启停方式。

（2）工作日、休息日的预设定，自动判定运行和不运行的日期，实现无需人工干预的每日自动启停功能。

（3）蒸汽压力超高时的待机功能和压力低时的自启动功能。

（4）水位超高级排烟温度高时自动报警；故障消失后，自动报警。

1.3 联锁保护功能

（1）单个电机均有短路、过载和缺相保护；

（2）超高、超低水位联锁保护；

（3）超压停炉联锁保护；

（4）排烟温度高联锁保护；

（5）燃烧器纤维保护；

（6）风道无风保护；

（7）异常熄火保护；

（8）浆压压力过高、过低保护；

（9）回油压力过高保护装置；

（10）雾化介质压力过高、过低保护；

（11）给水故障保护；

（12）失电保护；

（13）点火失败保护。

1.4 故障和历史记录

（1）自动记录故障发生的时间和原因；

（2）累积记录总点火次数、风机、水泵和燃烧器运行时间；

（3） 模块化及丰富的扩展能力，预留充足的端口和积木式的扩展模块，方便以后实现群控、远程监控和楼宇控制。端口包括RS232、RS422、以太网、电话拨号网络Modem。

2 系统规划

根据上述特性，规划出锅炉控制系统主要结构（如图3），从图3可见此系统具有中央逻辑处理、存储器、输入输出接口以及系统总线和其他辅助模块，已经构成一个完整的计算机系统。

图3 锅炉自动控制系统主要结构图

模块化设计是此系统特点，每一个模块单独设计，再根据不同的需要组合成适合各种规格水煤浆锅炉使用的控制系统。而其中的存储器、输入输出接口及系统总线和其他辅助模块基本相同。最大区别在于中央逻辑处理内部各模块。如图3所示，中央逻辑处理包含了几个主要组成部分：

（1）主模块；

（2）水位控制模块；

（3）负荷控制模块；

（4）燃烧控制模块；

（5）历史记录模块；

（6）自动启停模块。

主模块负责各功能模块之间的协调和连动。而其中较重要的功能模块为水位控制模块、负荷控制模块和燃烧模块。

图4 位式给水示意图

3 模块规划

3.1 水位控制模块

3.1.1 水位控制模块的感应点和流程图

根据《蒸汽锅炉安全技术监督规程》第40条款规定，来看看位式给水的原理，图4所示为位式给水调节阀图中分别有5个感应点（如图5）。

图5 感应点自定义

根据锅炉启动时水位控制的需要，绘制出位式给水系统的流程图，如图6。

3.1.2 水位模块伪语言的编写

根据水位模块的控制流程，编写出伪语言如下：

Function water()

Dim wok As Boolean

Do While wok=False

If e＜e2 And e＞e2’Then Wok=True

停止水泵

图6 位式给水启动流程图

Else

Wok=False

If e＞e2 Then排水

If e＜e2’Then给水

End If

Loop

Return True

End Function

水位控制模块的其他事件如下：

Sub E1_高于()

联锁停炉

声光报警

End Sub

Sub E1_低于()

解除联锁停炉

解除声光报警

End Sub

Sub E2_高于()

停止水泵

End Sub

Sub E2_低于()

启动水泵

End Sub

Sub E3_高于()

解除联锁停炉

解除声光报警

End Sub

Sub E3_低于于()

声光报警

End Sub

Sub E4_低于()

联锁停炉

声光报警

End Sub

位式给水适用于小型、水容量较大和负荷较稳定的锅炉，亦称作单冲量给水。对负荷变化较大的锅炉一般采用双冲量给水。单冲量只采用水位一个指标对自身进行调节。而双冲量采蒸汽流量和水位两个指标调节，当负荷出现变化时，首先是出现蒸汽流量的变化，所以在引起水位大幅度波动，蒸汽流量信号起着超前的作用。它可以在水位还未出现波动时提前使给水调节阀动作，从而减少水位的波动，改善调节功能。然而双冲量给水虽然比单冲量给水有了很大改变，但仍然不能满足负荷多变及给水压力波动频繁的要求。因此根据锅筒水位、给水流量和蒸汽流量去改变给水调节阀开度的三冲量给水系统应运而生。由于双冲量及三冲量给水系统较为复杂，限于篇幅问题在此不作讨论。

3.2 负荷控制系统

3 t/h以下锅炉负荷控制采用分段调节（图7），其中△P1、△P2可根据用户需求在控制系统上设定。

4 t/h及以上锅炉负荷控制采用比例调节，锅炉压力更加稳定（图8），其中SP1、HYS1、HYS3可根据用户需求在控制系统上设定。

图7分段式负荷控制

图8比例式负荷控制

负荷调节即压力调节，而压力调节是以调节燃料量为主，燃烧的自动调节就是在控制锅炉出口的蒸汽压力为一定值的前提下调节燃料量。为了达到合理的燃烧，还必须对燃烧的品质加以控制，即可根据锅炉排烟处的烟气含氧量来控制通风系统，调节通风量，以保持适量的控制过剩系数，减少锅炉的热损失。因此，一个完整的燃料调节，实际上包括锅炉蒸汽压力调节，燃料设备燃烧量调节、空气量的调节、炉膛负压的调节和鼓、引风机的控制。

3.3 燃烧控制模块

锅炉的燃烧控制，是控制通过燃烧器火焰的大小和风门的大小来实现的。

燃烧控制主要分为以下几个部分。

3.3.1 启动附机（图9）

图9 启动附机流程图

3.3.2 启动点火（图10）

柴油点火全自动控制；当炉膛内的温度达到设定的温度值后，自动引燃煤浆；当炉膛内部的温度达到一定值时，油火自动熄灭，全浆燃烧运行。

图10 启动点火流程图

3.3.3 停炉控制（图11）

停炉后自动用水和压缩空气冲洗喷枪，防止堵塞。

3.3.4 异常燃烧控制

锅炉在启动后如点火不成功，则停炉、报警，出现点火失败。在正常运行中出现锅炉突然熄火时，则停炉、报警，并需要人工复位系统。

图11 停炉控制流程图

4 结论

采用计算机控制具有精度高、功能强、数据采集处理迅速准确、体积小等特点。利用计算机进行锅炉燃烧自动控制，可以进行鼓风量、引风量、燃料量、水位、连续排污量、主气门等自动调节，并能进行对鼓风量、炉膛负压、锅炉水位、蒸汽压力、蒸汽流量、烟气含氯量、给水温度、给水量、排污量、炉膛温度、空气预热器前后烟气温度、热风温度和省煤器前后烟气温度的瞬时值及累计值，各个参数的阀门位置的自动检测与分析处理。同时还能记录锅炉运行日报表，对锅炉缺水、故障能自动报警。对严重缺水、熄火等危及锅炉安全的情况适时采取停炉措施。因此值得大力推广。

［1］中华人民共和国劳动部.蒸汽锅炉安全技术监察规程［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，1996.

［2］辽宁省质量技术监督局锅炉压力容器安全检查处.司炉读本［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2001.

［3］广东省佛山市南海区特种设备协会.水煤浆蒸汽锅炉司炉工读本：试用版［Z］.2006.

［4］电气控制与PLC原理及应用［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2008.

［5］冯腾飞，潘晓飞.基于PLC的船舶辅锅炉控制系统的设计［J］.机电工程技术，2013（1）：49-54.

Automatic Control System Discussion of Burning Coal Boiler

OU Jin-hui
（Special Equipment Inspection and Research Institute，Guangdong Province，Foshan Inspection Institute，Foshan528000，China）

This article describes the burning coal boiler automatic control system for water supply，steam pressure，combustion (coal-water slurry，oil，gas)，etc.automatic adjustment.Automatic control of boiler operation not only improved security，economic effects，and reducing the heavy manual labor fireman personnel，improved working conditions，and promoted the safe production and civilized production.After a long investigation，decided to explore the use of touch-screen control and PLC control，instead of the traditional relay control.The man-machine interface operation control，both to increase the safety and reliability of the control，maintenance and operation with great convenience，realized the full intelligence and unattended indeed.

coal water slurry；boiler；water supply；load；combustion；automatic control；automatic adjustment

TP273

A

1009－9492(2014)03－0063－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.03.019

区劲辉，男，1990年生，广东佛山人，大学本科。研究领域：锅炉、压力容器、电梯、起重机械等特种设备检验。

(编辑：向 飞)

2013－09－18