并炉蒸汽母管压力控制方案研究

摘要： 随着经济的发展和科技的进步，工业企业的发展势如破竹，在新的工业发展形势下，作为企业动力源的锅炉控制系统也需要跟随时代进行改进。本文对锅炉蒸汽压力的控制过程进行了描述，并对单炉和并炉系统的工作过程进行了介绍，以并炉的运行系统作为研究对象，发现了原始锅炉蒸汽压力控制方案中存在的问题，并针对此，进行了新的锅炉蒸汽母管控制方案的设计，对于锅炉系统的高效运行有着重要的推动作用。

Abstract： With the development of economy and the progress of science and technology， the development of industrial enterprises is very fast. Under the new industrial development situation， the boiler control system， as the power source of enterprise also needs to follow the step of the era. In this paper， the boiler steam pressure control process are described， and the working process of the system of single boiler and parallel boiler are introduced. Taking the operating system of the parallel as the research object， the problems existing in the original boiler steam pressure control method is found， and according to this， a new header pressure control method is designed， which is greatly helpful for the efficient operation of the boiler system.

关键词： 锅炉；蒸汽压力；母管压力控制

Key words： boiler；steam pressure；header pressure control

中图分类号：TK223.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）36-0045-02

0 引言

锅炉在日常生活和工业生产中应用广泛，而且起着至关重要的作用，锅炉的安全运行是锅炉设备控制的关键。在一般的工业用炉中大多都是多炉并用，由于在当前科学技术水平下，我国工业锅炉的控制能力依然比较落后，对于多炉并用的安全要求更高。本文中选取两台旋风煤粉锅炉和两台汽轮机发电机组设备进行跟踪观察，在设备运行控制过程中发现，原来的设计方案不够完善，尤其是锅炉蒸汽母管压力控制方案的设计存在缺陷。因此，本文针对锅炉蒸汽母管控制方案进行改进，并经过实践发现，改进后的锅炉在工作效率和安全性能方面有了很大的提升。在本文中总是假设锅炉燃烧中的风量足以使得锅炉中的燃料充分燃烧，且为了研究方便，在不违背基本原理的情况下，本文中的SAMA图中对标度转换、符合转移等过程不予考虑。

1 锅炉蒸汽压力的控制过程

锅炉中蒸汽压力的高与低与锅炉装置中的输入热量和输出热量的大小有关。当输入热量大于输出热量时，炉内蒸汽压力会有剩余；当输入热量小于输出热量时，炉内蒸汽压力则有亏损；当总输入热量等于总输出热量时，炉内蒸汽压力保持平衡不变。因此，炉内热量的盈余大小决定着蒸汽压力平衡状态的变化。

在锅炉装置系统运行过程中，炉内输入的总热量既包括锅炉中燃料燃烧所产生的热量，也包括燃料、空气和水接触时所产生的热量—物理热（显热）。炉内输出的总热量既包括蒸汽散发出去的主要热量，也包括锅炉烟气排放散发的热量、炉内燃料得不到充分燃烧损失的热量和通过锅炉壁等散发到炉外的热量，这三种热量的散失被称为热损。一般情况下，总输入量中的显热占总输入热量的比重和总输出量中的热损占总输出热量的比重均很小，而且变化幅度也不明显，对热量的总体平衡状态的影响较小。所以，影响炉内热量平衡的关键要素是燃料燃烧产生的热量和蒸汽散发出去的热量。由于燃料燃烧产生的热量发生变化所引起的总热量平衡状态的失调被称为“内扰”，由于蒸汽散发出去的热量的波动引起的总热量平衡状态的失调被称为“外扰”。为了避免内扰和外扰对锅炉蒸汽压力平衡状态的影响，以保持系统内部的热量平衡，我们首先必须保证，单个锅炉中的蒸汽压力控制系统中，进入到锅炉内的燃料燃烧所散发的热量变化必须与蒸汽热的变化同步。然后，还需要根据蒸汽压力与系统设定值之间的差异，对炉内燃料进行增加或者减少，使炉内的蒸汽压力增加或减小，以保证炉内蒸汽压力的平衡。因为外扰产生于蒸汽量的变化，内扰产生于炉内燃料总量的变化。要想实现对锅炉内蒸汽压力平衡的控制，不但需要对被控制锅炉进行“蒸汽压力”的测量，还要对反应内扰变化的燃料总量和反应外扰变化的蒸汽总量进行全面测量。由蒸汽压力控制器和燃料控制器共同组成的前馈串级控制系统。在系统中，主环蒸汽压力控制器的作用是通过蒸汽压力与系统设定值的差异对炉内燃料总量进行调节，控制炉内压力的平衡；系统中的副环燃料控制器的作用是通过主环控制器的输出信号和外扰前馈信号的合成指令，对炉内的燃料输入量进行控制，并且副环燃料控制器本身具有克服炉内燃料总量变化的能力。

以上只对单个锅炉的蒸汽压力系统控制进行了分析。对于多个锅炉并行的情况来说，如果只是复制性的利用单锅炉蒸汽压力控制方案，就会发生多个锅炉“抢负荷”的情况，即在总体蒸汽负荷保持恒定的状态下，由于锅炉内燃料燃烧程度的不同，导致其中一台锅炉的气泡压力增加，那么，该锅炉中的供汽量会增加。在这个过程中因为蒸汽母管具有耦合作用，它会对其他锅炉蒸汽的输出过程产生抑制作用，使其他锅炉的蒸汽输出总量减少。这些锅炉的控制系统又会将外扰信号反馈给燃料控制器，使炉内燃料输入量减少，最后形成各个锅炉的蒸汽负荷量分布不均的状态。为了避免出现并炉之间“抢负荷”的情况，并炉之间一般会使用同一个“母管压力控制器”，输出量会根据一定的比例均衡地分配给各个锅炉的燃料控制器，以其为信号，然后将各个锅炉的信号组合成综合信号，反馈给燃料控制器，以克服并炉之间发生内扰。

2 原始控制方案的设计及存在问题

2.1 原始控制方案的设计原理 本文对控制SAMA可以看出在该方案中，外扰信号来源于两台机器的输入的蒸汽流量，内扰信号来源于机器的输出蒸汽流量和气泡压力变化率的加和。此系统中有三个蒸汽压力控制器，为了使系统中的锅炉不只能在“母管制”方式下运作，还能在“单元制”方式下运作，当有一个母管制运行时，使用“母管制压力器”，当有两个“单元制压力器”运行时，采用“气泡压力控制器”。燃料控制器的设定值信号根据系统运行方式切换开关，对符合指令的来源进行选择。单元制运行方式下，燃料控制器的指令来源于“气泡压力控制器”，母管制运行情况下，燃料控制器的指令来源于“母管压力控

制器”。

2.2 原始控制方案存在的问题 在锅炉系统的实际应用中，我们发现了原始控制方案中存在以下几方面的

问题：

①发电过程消耗的蒸汽负荷和系统运行过程中消耗的蒸汽负荷共同构成了锅炉系统的实际负荷。系统运行过程中消耗的蒸汽负荷比例占系统总蒸汽负荷的六成左右，并且具有波动性大的特点，所以，选取锅炉系统输入蒸汽流量作为外扰信号是不合理的。

②从理论上来讲，表示内扰的热量信号是可行的，即Q=q+CdpB/dt。其中Q表示输入进锅炉的热量；q表示输出蒸汽的流量，C表示气泡蓄热系数，pB表示气泡压力。但是在实际的操作过程中，输入锅炉的热量Q值不稳定，不能反应实际热量值，更重要的是参数C不确定。因此，出现了理论与实践的不和现象，进而导致系统的运行出现

问题。

③在锅炉系统的运行过程中，在“单元制”方式和“母管制”方式之间进行切换前，需要先进“对针”，之后才可以进行切换操作，因此，系统的操作较复杂，需要进行简化。

3 改进后的控制方案设计及其优点

3.1 改进后的控制方案设计 通过对原始方案进行分析，我们发现了原始方案存在的问题，因此，针对这些问题，我们进行了改进方案的设计。

首先，不管是“单元制”运行方式，还是“母管制”运行方式，外扰信号都为各个锅炉的输出蒸汽流量的加和。这样可以避免由于锅炉之间的燃料燃烧剧烈程度的不同造成的假外扰。

其次，将煤粉机的转动速度所显示的信号表示为输入锅炉的热量。虽然该信号只是表示煤粉的总体体积流量，但是，在正常工作状态下，煤粉是干燥且细密的，而且煤粉的密度变化较小，煤粉的热量数值的变化也不明显。因此，煤粉机转速信号还是相当真实稳定的。

最后，因为锅炉系统中的控制器和功能模块的实现是通过DCS上的内部软件组态实现的。DCS除了有类似于PID的控制区模块之外，还包含关于“手动”或“自动”功能模块状态信号，还有根据实际情况和信号强度强制执行的逻辑处理作用。当两台锅炉均在“单元制”运行状态下时，母管压力控制器的输出跟踪两个气泡压力控制器的平均输出值；当两台锅炉均在“母管制”状态下时，它的气泡压力控制器的输出量会根据母管压力控制器的运行来执行系统指令。

3.2 改进后的控制方案的优点 我们对改进后的系统进行了三年的实时跟踪，通过将“双炉母管制”运行方式和“一个恒负荷，一个母管制”运行方式的比较，我们发现，“双炉母管制”下的运行方式可以实现使多个并列锅炉共同承担负荷的变化，从而加强了锅炉系统的对负荷波动的承受能力，有利于锅炉工作系统效率的提高。

4 结论

本文首先通过对单炉运行和多炉同步运行的系统运行原理进行了比较分析，并对工业中所用的锅炉蒸汽压力控制系统进行了详细的介绍。然后对原始系统控制方案原理进行了分析，并发现了原始控制系统中存在的问题，在此基础上对系统的控制方案进行了改进设计，并对改进后的控制方案的优点进行介绍。改进后的并炉控制蒸汽系统有着优于传统控制系统的负荷承受能力和高于原始控制系统的工作效率，对工业锅炉的高效运行有着重要的促进作用。

参考文献：

[1]范利明，曹志凯，江青茵.循环流化床锅炉蒸发区动态简化数学模型[J].化工时刊，2008（06）.

[2]毛金星，矫飞，田珊义.锅炉蒸汽压力模糊控制器的设计[J].锅炉制造，2011（02）.

[3]王杰，吴强.锅炉烟气含氧量的混合Fuzzy-PI+PD控制[J].锅炉技术，2009（06）.

[4]王霞，王洪瑞，唐予军，梅建宏.基于鲁棒自适应Smith预估器的电阻炉温控制[J].微计算机信息，2010（01）.

[5]汪洋.锅炉热控新纪元“DCS”的应用[J].黑龙江科技信息，2011（02）.

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