锅炉智能化控制的意义与相关技术探讨

利用微机控制系统进行燃气锅炉的进气、燃烧和水位系统的控制，是近年来开发使用的一项新型技术。

它不仅能改变目前锅炉能耗较高、浪费较大、严重污染环境的生产状态，保证锅炉系统的安全、稳定、高效的运行，更能从一定程度上减轻工作人员的劳动强度，具有长期的深远意义。

锅炉微机控制系统一般是由锅炉本体、一次仪表、手动和自动切换装置、执行机构和控制阀等部件组成。一次仪表将锅炉的各项温度、压力、流量、氧量、转速等信号转换成电压(1-5V)或电流(4-20mA)等信号，通过中间转换模块传递给微机，手动和自动切换装置方面，手动时由操作人员直接进行控制，不要微机自控的干预。

自动时是经过微机系统进行精确地逻辑运算并立即向执行机构发出操作指令，驱动各执行机进行必要的具体开关动作。微机可以对锅炉的整体运行进行检测、报警和控制，以保证其正常的运行，还可以将锅炉进水位、炉体压力报警等重要参数在设置多重报警和连锁控制，有效避免发生重大安全事故。

　　微机控制系统主要由主机箱、通道箱、CRT显示器、键盘、打印机、报警装置、低通滤波器及I/V转换板等组成，系统能够完成对给水、进气、鼓风、引风等进行自动控制，使锅炉的汽包水位、蒸汽压力处于规定的数值范围内，以保证锅炉的安全运行，平稳操作，达到降低能耗、提高蒸汽供汽质量的目的，同时对运行参数如压力、温度、流量等有流程动态模拟图、光柱模拟图等多幅画面并配有数字说明，还可对汽包水位、压力、炉温等进行越限报警，发出声光信号，并定时打印出十几种运行参数的数据，以形成生产日志和班、日产耗统计报表，有定时打印、随机打印等几种方式。

关于锅炉控制系统的硬件配置，功能较好的目前首推可编程序控制器PLC，适合于多台大中型锅炉控制，由于PLC具有输入输出光电隔离、停电保护、自诊断等功能，所以抗干扰能力强，能置于环境恶劣的工业现场中，故障率低。

PLC编程简单，易于通信和联网，多台PLC进行同位链接及计算机进行上位链接，实现一台计算机和若干台PLC构成分布式控制网络，但是，这种连接方式价格较高，如果是控制单台，资源不能充分利用，多台锅炉控制能提高性能价格比，如果从长远观点看，其寿命长，故障率低，易于维修，值得选用。另一种是16位STD总线工业控制机为主机构成的系统，由于其性价比可以考虑，所以国内应用的较多。

　　再一种是智能仪表控制，以单(双)回路可编程控制器为主，以PC机为上位机，彼此间采用RS-232连接，接受多路模拟量及开关量输入，实现复杂的运算、控制、通信及故障诊断功能，但是出于危险分散的考虑，它虽有若干路模拟量及开关量输入，但只有少数几路采用4～20mA直接信号输出，即原则上只控制少有的几个执行器，它与模拟仪表一样，可与常规仪表混合使用，作为集散控制系数的一部分，是现代自动控制、计算机及通信技术最新发展产物，该仪表编程方式采用模块化，容易掌握。

　　锅炉对系统的控制一般包括给水水位、燃烧和压力等综合系统的联锁控制，其中给水水位控制系统实际上是为了保证锅炉进出水量平衡与否的指标，通过调整进水量的多少来达到进水平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线位置附近，旨在提高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。

以燃气锅炉为例说说锅炉的检测和控制过程，它主要是通过锅炉的给水、燃烧等热工变量的自动检测和调节实现过程的控制，对安全运行和节能具有重要的意义。

汽包水位控制如果过高，将会影响到汽包内的汽水分离，饱和水蒸汽带水过多，使过热蒸汽温度降低;水位控制过低，加上负荷增大时，致使水的汽化速度会加快，汽包内的水量迅速减少，如不及时进行调整，会使汽包内的水全部汽化，危及锅炉安全。当负荷出现非常不稳定时，给水流量产生扰动，致使汽包水位有较大延迟，导致蒸汽流量发生变化，将会出现虚假水位现象，使得三冲量难以运行，因此应该先以单冲量投入运行，在工况稳定后再投入三冲量，也可以要求单冲量和三冲量两种控制方式能方便地进行无扰切换。

为了保证锅炉的安全、有效运行，必须保证锅炉汽包的水位处于一定的范围，给水系统处于可控的稳定状态。所谓三冲量在这是指汽包水位、给水流量和过热蒸汽流量。其中水位检测是主要信号，给水量是反馈信号，过热蒸汽流量是前馈信号。

当过热蒸汽流量改变时，将信号通过蒸汽流量检测装置传输给微机控制系统，进行PID运行计算同时调节给水阀门开度和蒸汽阀门流量调节阀门开度进行给水调节，当给水流量受到扰动时则能使给水流量恢复到原来值。

除了对锅炉给水系统需重点控制外，还要对正常运行时的主汽压力和温度的稳定进行控制。因为主汽压力和温度是反映机组运行情况的一个重要参数，主汽压力过高会产生锅炉本体和管道爆炸的危险，主汽温度偏高，过热器及其它设备将在更加恶劣的环境下运行，材料的使用寿命将会缩短。

相反，主汽压力偏低不满足生产使用的需要，主汽温度偏低，则运行设备达不到预定的运行效率和灭菌效果。因此，设备正常运行时要求主汽压力和温度都必须稳定。燃气锅炉主汽压力温度调节系统一般主要采用由主汽的压力、温度数值、给水量及主汽的流量等参数组成的串级控制系统。

　　把主汽温度测量的值以主调的反馈输入值形式，和主汽温度的设定值进行PID运算，然后送入副调，在副调中与减温器出口汽温进行控制运算，其结果经限幅后由控制系统输出至执行机构，调节喷水减温的控制阀门。由于主汽流量变化时，喷水量必须相应地发生变化，故在主汽温度控制方案中把主汽流量信号以前馈控制的形式引入控制系统中。

利用微型计算机现代技术进行的锅炉整体系统的控制，从给水系统、水位控制、燃烧管理、自启动管理和吹污自洁管理等等，至今应算比较成熟的实现了最优控制和管理。相对于一般仪表来说，可以节约大量安装仪表的空间和繁琐的人力劳动，比手动调节更精确且远程控制可在一定程度上有效避免突发事故对人身伤亡的影响。

一般的中小型锅炉可通过可编程控制器PLC的程序运算，它具有抗干扰能力强、算法丰富、易于扩展等特点，通过采用计算机加PLC的方式很好的完成控制功能。

大型锅炉系统可以在此基础上采用大型DCS分布式控制系统进行控制，工程造价较高但具有可靠稳定的控制效果，且也便于扩展升级。

　　结语：微机控制锅炉技术具有良好实用前景，既可节约能耗又可提高锅炉的运行管理水平，减轻环境污染，目前国内锅炉已相继采用微机控制系统，但数量还是很小得一部分，所以推广应用该技术具有十分深远的意义。另外该技术也需不断完善和提高，进一步做好降低微机控制系统的成本并与锅炉本体设备做到更加紧密融洽的配合。

　　作者：赵子恒 来源：中国科技博览 2015年23期