蒸汽锅炉的控制系统探讨

【摘 要】 某区的发电厂有蒸汽锅炉，也有燃汽轮机带的余热锅炉，余热锅炉的控制系统比蒸汽锅炉的简单，下面就以蒸汽锅炉控制锅炉为例。最基本的工艺流程是用锅炉产生蒸汽，推动汽轮机运转，进而带动发电机发电，锅炉是全厂提供动力的重要设备，其任务是提供合格稳定的蒸汽，以满足汽轮机发电的需要。为了产生合格的蒸汽，需要对锅炉进行控制，以提高锅炉产生的蒸汽品质。下面我们对蒸汽锅炉的控制系统进行简单的探讨。

【关键词】 蒸汽锅炉 控制系统

锅炉设备是一个比较复杂的控制对象，主要输入变量有负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风量。主要输出变量有汽包水位、过热蒸汽温度及压力、烟气含氧量和炉膛负压等。如果负荷发生变化，会引起汽包水位、蒸汽压力和温度等变化。燃料量的变化会影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负、汽包水位等的变化。

1 锅炉的控制系统的划分

在锅炉控制系统方面将控制系统划分为以下几个控制系统，主要的控制系统如下：（1）锅炉汽包水位的控制。被控变量主要是汽包水位，操纵变量是给水流量，维持汽包水位在给定的范围内是保证锅炉，保证锅炉和汽轮机正常安全运行的必要条件之一，是锅炉正常运行的重要指标。（2）锅炉燃烧系统的控制。其控制目的是使燃料所产生的热量适应蒸汽负荷的需要：为了达到控制目的，采用的方法控制对象有三个，燃料量、送风量和引风量。（3）过热蒸汽系统的控制。维持过热器出口温度在允许的范围内，并保证管壁温度不超过允许的工作温度。控制对象一般是减温水的水量。

2 控制系统的实现

2.1 锅炉汽包水位的控制方法

汽包水位是锅炉运行的重要指标。如果水位太低，则由于汽包内的水量较少，负荷变化很大，水的汽化速度又快，因而汽包内的水量变化速度很快，如不及时控制，就会烧干锅炉，严重时导致锅炉烧坏或者爆炸：水位过高，就会影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带液现象，损坏汽轮机叶片，影响运行安全。汽包水位过高过低的对安全生产影响很大，所以对汽包的水位控制很重要。在运行过程中由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高，形成虚假水位。

（1）锅炉水位单冲量控制系统。汽包水位的控制手段是控制给水，基于这一原理可以设计出单冲量控制系统。单冲量指的是汽包的水位，这种控制系统是典型的单回路控制系统，当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于假水位现象，控制器不但不能开打给水阀增加给水量，以维持锅炉的水位，而是关小控制阀的开度，减少给水量。等到假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而减少，将使水位严重下降，波动很厉害，严重时甚至会使汽包水位降到危险程度以致发生事故。由于小型锅炉，由于汽包停留时间较长，在蒸汽负荷变化时，假水位现象并不显著，配上一些连锁报警装置，也可以保证安全操作，所以小型锅炉采用这种单冲量控制系统可以满足生产要求。我们厂的锅炉蒸发量为20吨每小时，在实际运行中采用的单冲量控制系统就可以满足控制需要（如图1）。（2）锅炉水位双冲量控制系统。在汽包水位的控制中，最主要的扰动是负荷的变化，如果根据蒸汽流量来起校正作用，就可以纠正虚假水位引起的误动作，而且使控制阀的动作十分及时，从而减少水位的波动，改善控制品质。将蒸汽流量信号引入，就构成双冲量控制系统。在这里双冲量控制系统实际上就是一个前馈控制加上一个单回路反馈控制的复合控制系统（如图2）。

2.2 燃烧控制系统

锅炉燃烧控制系统的基本任务是使燃料产生的热量能够适应锅炉的需要，同时还要保证锅炉的安全经济运行。主要完成的任务有：

主蒸汽压力的变化反映了锅炉生产的蒸汽量和汽轮机消耗的蒸汽量相适应，因此需要设计蒸汽的压力控制系统，当负荷变化时，通过控制燃料量使蒸汽的压力稳定。当燃料改变时，必须控制相适应的送风量，以保证燃烧的经济性。炉膛压力的高低关系着锅炉的安全运行，燃烧控制系统必须控制引风量保证炉膛压力为一定值，安全性。燃料的控制系统：用蒸汽负荷来控制燃料量的多少，同时也控制进风量的大小。为了提高控制效果他们的控制各自采用串级控制系统。为了控制燃烧的经济性，所以要控制排气氧含量，氧含量的控制通过控制进风量的大小从而控制氧含量的大小，氧含量的控制采用变比值控制方法（如图3）。如果控制要求还要考虑到环保的问题，则再控制系统中加入选择控制，就可以满足环保控制要求（如图4）。

炉膛负压控制系统，则采用单回路控制系统就可以满足控制要求，将炉膛负压控制系统和上面的控制系统结合起来就形成了完整的锅炉燃烧系统控制系统了。

2.3 过热蒸汽温度控制

现代锅炉的过热器在高温条件下工作，过热器出口温度是全厂蒸汽温度要求的最高点，也是金属壁温的最高处，在过热器正常运行时已接近材料允许的最高温度。如果过热蒸汽温度过高，容易烧坏过热器，也会影响安全运行：温度过低则满足不了生产工艺的要求。此控制方案采用串级控制方案，可以得到比较满意的控制效果（如图5）。

2.4 锅炉的联锁系统

为了提高汽轮机和锅炉的安全性，需要为锅炉加入联锁系统。锅炉的水位太高太低会影响锅炉的安全，水位太高可以和紧急排水联锁。水位太低可以和燃调阀联锁起来。锅炉的压力太高可以和锅炉的紧急排气联锁起来。可以根据锅炉的实际运行情况加入其他的联锁装置，其目的就是为了保护锅炉汽轮机的正常安全运行。例如我们厂的余热锅炉中低压水位高于66%时，紧急放水电动门自动打开。中低压水位低于58%时，紧急放水电动门自动关闭。中压水位高于84%或低于16%时，烟气挡板门自动关闭。

2.5 锅炉的报警系统

为了保证锅炉汽轮机正常运行和安全，保证蒸汽的品质可，以根据运行情况设置一些需要的报警。以便提醒运行人员及时的进行调整处理。

锅炉在现代工业生产中也有很重要的作用，本文对锅炉的控制进行简单的探讨，在实际运行中实现的方法会有所不同，但原理基本一致。

参考文献：

[1]王树青.工业过程控制过程.化学工业出版社.

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