自动化在燃气锅炉供热和供热节能中的应用及方法

刘冰华

（天津市静海城市基础设施建设投资集团有限公司—科慧热力，天津 300000）

锅炉供热自动化是将供热系统内所有电气自动化设备和装置根据工艺需求合理组合，使用先进的计算机、控制器、通信设备按照设计者的要求，经过信号采集、分析判断、操作控制，实现对锅炉供热系统的监视、控制、保护、报警、数据记录等功能，并通过优化控制程序和控制方法达到节能的目的。

一、燃气供热系统中所包括的电气自动化设备和装置

燃气供热系统中所包括的电气自动化设备和装置主要分布在燃气管网、燃气锅炉、供热管网中，由自动化系统完成对电气设备和装置的集中控制。

（一）燃气管道中所包括的电气自动化设备和装置

根据《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）和《锅炉房设计规范》（GB50041-2008）的规定，燃气管道电气自动化设备和装置主要包括：燃气管道计量仪表，管道压力指示仪表，管道压力高，低报警装置，燃气调压间，锅炉房可燃气体浓度高报警传感器，报警控制器，燃气供气总阀，轴流风机以及每台锅炉燃气干管上应配套性能可靠的燃气阀组。

（二）燃气锅炉中所包括的电气自动化设备和装置

燃气锅炉中电气自动化设备和装置主要包括：燃烧机、锅炉控制器两大部分。其中燃烧机中还含有送风机、点火系统、火焰检测、燃气检漏装置、燃烧机程序控制器、风压开关、燃气低压开关、燃气压力开关等。

（三）供热管网中所包括的电气自动化设备和装置

供热管网是将锅炉的热量通过各种形式传递到用热用户。供热管网中所包括的电气自动化设备和装置有循环泵、温度传感器、压力传感器、液位计、泄压电磁阀、安全阀、软水器、补水箱、电气控制柜。所有设备和系统正确联动起来才能保证供热的正常运行。

二、自动化系统组成和运行原理

自动化系统由工业控制计算机IPC和可编程逻辑控制PLC组成。PLC包括电源模块、CPU模块、通信模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和特殊功能模块。PLC的数字输入模块采集数字量信号，如电气装置和设备的运行、停止、故障、开到位、关到位、过扭矩等信号。PLC的数字输出模块输出开关信号对电气装置和设备的启动、停止进行控制。PLC的模拟输入模块采集温度、压力、流量、液位、频率等信号，程序根据此数据进行工艺控制。PLC的模拟输出模块调节设备运行状态如变频器频率、调节阀开度等。IPC预装有符合现场需求的组态软件，IPC通过TCP/IP或者其他通信协议与PLC通信，操控PLC按预先设定好的程序运行，实现对现场电气设备和装置的监视、控制、报警、运行参数修改、运行数据记录等功能。

三、自动化系统对燃气管道、燃气锅炉、供热管网中电气设备和自动化装置的控制方法

（一）燃气供气的控制方法

正常需运行时在IPC上操作供气总阀打开。当PLC接收到报警传感器发来的报警信号后，关闭燃气供气总阀，打开排风机，在IPC屏幕上显示报警信息和可燃气体浓度值。

（二）燃气锅炉的控制方法

锅炉燃烧机启动前先进行燃气电磁阀检漏。压力开关P1在有燃气压力的状态下闭合，打开V2工作阀1S后关闭，泄出安全阀V1和工作阀V2之间的压力；泄压后开关P2处于断开状态，打开安全阀V11S后关闭，使有压力的燃气充满安全阀V1和工作阀V2之间；压力开关P2闭合，在一定时间内压力开关P2没有断开，说明没有泄出有压力的燃气，证明工作阀V2气密性良好。再次打开V2工作阀1S后关闭，泄出安全阀V1和工作阀V2之间的压力，在一定时间内压力开关P2没有闭合，说明没有流入有压力的燃气，证明安全阀V1气密性良好。如上述正常，触发伺服电机带动燃烧机的风门和燃气进气蝶阀开启，开到最大时凸轮触发行程开关启动风机吹扫，吹扫30S左右，伺服电机带动燃烧机的风门和燃气进气蝶阀回调关小，回调到最小后触发点火行程开关使高压线圈通电，点火电极释放火花，打开安全阀V1和工作阀V2后尝试引燃燃气，如火焰检测装置检测到火焰则发出检测到火焰的信号，说明燃烧正常，锅炉进入正常工作状态。

（三）供热管网的控制方法

锅炉供水温度控制即一次网供水温度控制，在IPC上设定锅炉供水温度，根据锅炉供水温度传感器实时温度反馈对燃烧机的风门和燃气进气蝶阀开度进行PID控制，达到控制锅炉负荷输出的目的。用热需求大时锅炉输出负荷变大，用热需求小时锅炉输出负荷变小，使供水温度与设定值相当，如锅炉负荷输出在最小值时，供水温度仍高出设定值则关闭燃烧机。PLC程序上必须设置低温防冻保护、高温保护和24小时自动重启功能。用循环泵给二次网供水加压并流经换热器与一次网进行热交换。二次网的温度控制一般采用流量控制，控制一次网供水流经换热器的流量。根据二次网供水温度传感器实时温度反馈对一次网供水调节阀的开度或者一次网循环泵频率进行PID控制，达到控制一次网供水流量的目的，使二次网出水温度保证在设定值上下。

结语

燃气锅炉的使用可显著减少PM2.5的污染，改善大气环境。电气自动化的应用，节约了资源，降低了成本，消除了安全隐患，获得了更多的经济效益和社会效益。