浅谈煤气锅炉控制系统

鲁荣华　吴佳兴

摘 要：随着工业的飞速发展，对于能源的需求也越来越大。在工业生产中，尤其是在钢铁企业，煤气锅炉获得了十分广泛的应用。煤气锅炉所需要的燃料是煤气，而煤气则是较为充足的资源，且成本不高，对于环境的影响也较小。因此研究煤气锅炉系统的原理和过程具有非常重要的意义。通过过程控制，可以提高劳动生产率、改善劳动条件、优化技术指标，还可以节约能源、保护环境，同时创造更多的经济效益和社会效益。文章对此进行了深入细致的分析和探讨，以期为相关人士提供参考和借鉴。

关键词：煤气锅炉；控制系统；燃料

1 锅炉的工作原理及过程

锅炉通过燃料的燃烧而释放化学能，是一种具有能量转换功能的设备。所采用的燃料有多种，如高炉煤气等。锅炉内的水，通过能量的传递进而转变为蒸汽，而蒸汽所具有的动能则可以通过汽轮发电机转变为电能，或者转变为汽轮拖动的机械能。由此可见，将燃料中的化学能转化为蒸汽的热能则是锅炉的主要作用。目前，国家对发电上网进行了严格的控制，而且结合钢铁企业的具体情况，锅炉行业的大的发展趋势是利用锅炉产生的蒸汽，进而拖动汽轮机，并完成风机或水泵的动能的转化，这也是行业内人士面临的一个严峻的课题。

2 锅炉的控制系统

2.1 蒸汽温度控制系统

锅炉是较为复杂的设备，且运行的工作环境较差。蒸汽温度是锅炉设备的主要参数之一，因此应严格控制蒸汽的温度，减少各种干扰因素的影响，获得在一定范围内温度相对恒定的蒸汽。空燃比和燃气供应量是影响蒸汽温度的关键因素，因此需要对给风量和燃气量进行有效的控制，所采用的系统是串级比值控制系统。除此之外，引风量、蒸发量和给水量也会对蒸汽温度造成一定的影响。同时，基于控制系统响应速度的考虑，采用了前馈比值串级控制系统来控制蒸汽的温度。蒸汽温度控制的前馈量由蒸发量和给水量构成，从而形成前馈控制系统。

2.2 蒸汽压力控制系统

出口蒸汽的品质会受到锅炉压力的影响，因此锅炉压力不能过低。然而锅炉压力也不能太高，否则会带来很大的安全隐患，甚至发生安全事故，如锅炉爆炸等。因此锅炉出口的蒸汽压力同样是锅炉设备十分重要的参数，必须进行严格的调节和控制，使锅炉的压力在合理的范围内，才能确保锅炉运行的安全。蒸汽压力和蒸汽温度是相互影响的两个参数，对于蒸汽温度进行控制，同时也会对蒸汽压力造成影响。压力控制系统是锅炉设备的重要系统，能够对压力进行调节和控制，使压力在安全的基础上保持在合理的范围，从而确保蒸汽的品质，获得所需压力的蒸汽。当锅炉压力过高时，为了让蒸汽压力迅速降低，应立刻打开安全放散阀，使蒸汽压力降到压力极限值之下，再迅速将安全阀关闭。

2.3 燃料控制系统

煤气压力和煤气流量参与锅炉控制系统的输出指令，是燃料控制系统的主要参数，并调节燃料量。利用调节进气阀门挡板，可以实现对于燃料的调节。确保汽包压力和母管压力为给定值，而进气阀门的控制既可以采取自动控制也可以采取手动控制，进而向送风控制回路发出相应指令。高炉煤气的流率相对来说较为稳定，在对燃料量进行控制时，应尽量减轻其他两种煤气的流量扰动，主要采取调节高炉煤气进气量的方式来加以调节。

2.4 汽包水位控制系统

蒸汽的质量在一定程度上还会受到汽包液位的影响。汽包液位过低会导致锅炉被烧坏，造成巨大的安全隐患，甚至发生爆炸，危害人们的生命安全。同样，汽包液位过高也会对蒸汽质量造成影响，或者水满而溢出，进而造成事故。主给水流量和蒸汽流量是影响汽包液位的两个关键的变量。在其他条件不变的前提下，液位随着给水量的增加而升高，随着蒸发量的增加而降低。实际的需要决定了蒸汽流量的大小，而给水则具有维持汽包液位的作用，因此在对汽包液位进行控制时，选择给水量作为操纵量。此外，基于系统的快速性和稳定性的考虑，采用前/后馈的控制机制，在使用串级控制的基础上，将蒸汽流量作为补偿。

由以往的经验可知，汽包液位的调节，可以通过给水流量来实现，使得汽包内的物料达到科学而合理的平衡点，汽包水位在可以控制的范围内进行波动。通常来讲，对于蒸汽流量和给水流量的变化，锅炉汽包水位会对此作出积极的响应。然而，也有可能出现“虚假水位”的现象，即在主蒸汽量快速增加时，表现出来的特性却是逆向响应，从而使得蒸汽压力下降，汽包水位升高，而实际水量却减少了。对于该现象进行分析可知，其原因在于：汽包外送的蒸汽量随着用户需求量的增加而增加，从而导致汽包内的蒸汽压力也随之迅速下降。压力下降导致水的沸点降低，汽包内的水“开锅”得更加剧烈，更加频繁、速度更快。因此形成大量的气泡，而这些气泡将水位抬高，从而导致操作人员误认为汽包水位升高。

通过分析汽包水位控制系统的原理可知，汽包水位控制系统，以水位作为主控量，将蒸汽流量和主给水量作为辅助量。该系统的作用是将汽包水位维持在一定的范围内，需要对进入汽包的主给水流量进行调节，其目的则是使主给水流量与锅炉输出的蒸汽量相适应。为了使汽包水位维持在汽水分界线，平衡汽包内的两相介质，可以采用提高主给水流量的方式来实现，通过这种方式，不仅能够保证锅炉运行的安全，还可以在一定程度上提高锅炉的出力。对于汽包水位控制系统中可能出现的虚假水位现象，这是由于控制系统采用汽包水位作为主控量。因此在实际应用的过程中，结合具体的情况，可以将被控量选为汽包水位，实行单冲量水位控制。或者采用双冲量水位控制，被控量选为汽包水位和蒸汽流量，又或者采用三冲量水位控制，即被控量选为汽包水位、主给水量和蒸汽流量。目前，汽包水位三冲量调节系统获得了较为广泛的应用，并且具有较好的调节效果。

2.5 炉膛负压控制系统

如果炉膛负压太小，甚至为正，则炉膛内烟气过多，甚至烟气向外冒，影响设备和操作人员的安全；反之，炉膛负压过大，会使冷空气漏进炉膛内，从而使热量损失增加，降低燃烧效率。所以必须对炉膛的压力进行控制。影响炉膛压力的主要变量有燃气量、给风量以及抽风量等，而其中燃气量和给风量是由蒸汽温度、压力以及蒸发量等因素决定的，所以要想使炉膛压力在一定范围内保持不变就只有改变抽风量，亦即通过调节抽风量以达到控制炉膛压力的目的。另外，考虑到系统响应的快速性，同时，又因为给风量和给煤量成一定的比例关系，为了提高控制品质以及简化控制系统的结构，将给煤量引入前馈通道参与了炉膛压力的控制。

3 结束语

锅炉控制系统是计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物。对于提高操作管理水平，减轻劳动强度，保证锅炉稳定运行，提高运行效率，以及防止环境污染等发挥着非常重要的作用。

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