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燃气锅炉自动控制系统实现与应用研究杜天明

发表时间：2020/12/24 来源：《基层建设》2020年第24期作者：杜天明冉维忠

[导读] 摘要：目前仍有部分锅炉还在使用人工控制，存在工人安全没有保障，锅炉的热用效率低下，锅炉控制品质不佳等问题。

        中车长春轨道客车股份有限公司吉林省长春市 130062
        摘要：目前仍有部分锅炉还在使用人工控制，存在工人安全没有保障，锅炉的热用效率低下，锅炉控制品质不佳等问题。随着控制器与计算机的普及，可以用它们来控制锅炉的自动运行，这样就可以大大的减少现场工人出现事故的几率，同时提高了工作效率，减少成本支出。因此，采用 PLC 控制锅炉实现自动运行有着很大的意义。
        关键词：锅炉自动控制系统；设计原则；组态；编程；功能；稳定运行
        引言
        大部分锅炉系统存在着设备改造及老化严重，生产运行中大范围的变负荷等问题，使得机组运行工况偏离最优工况，机组普遍出现锅炉效率降低、生产成本增高的状态。国内外学者对锅炉燃烧优化理论做了深入研究，其中，通过非线性寻优和历史工况的数据挖掘，建立了一种最优操作变量决策模型，对燃气锅炉进行不同负荷下的热态试验，基于人工神经系统网络信息技术，构建燃烧优化设计模型，提出一种分析匹配得到实际工况的最佳参数值的数据挖掘方法。对最小二乘支持向量机进行研究，提出了一种燃烧模型，基于人工智能技术，对锅炉系统的燃烧优化应用进行了研究，运用模糊控制策略，对锅炉燃烧对象优化设计。对非对称神经网络方法进行研究，对锅炉系统进行建模，采用燃烧调整试验优化运行参数。对新型人工神经网络进行研究，提出了一种有学习功能的快速学习网，并且应用到了燃烧优化。
        1控制结构原理
        锅炉自动控制系统的主要任务是使燃烧器内燃烧产生的热量适应蒸汽负荷的要求，使锅炉经济燃烧和安全运行，保持蒸汽生产质量，保持锅炉燃烧效率，保持锅炉内部压力。为确保锅炉安全运行，实施锅炉联锁系统，在发生事故时实施自动消防，设计这种自动控制还需要能够查询历史趋势和历史报警，并自动记录生产报告，以便于跟踪和记录燃气消耗情况。
        2燃气锅炉自动控制存在的问题
        2.1锅炉内的温度过高消耗量大
        工业锅炉的工作效率直接受到锅炉运行时烟气温度的影响，伴随着锅炉内燃烧造成越来越多的燃气消耗，炉膛内部也随之增大了容积热负荷。所以必须对其严格地进行监控和调整，以防止出现长期过热的情况。在锅炉内部，当燃气被燃烧的时候，由于增大了炉容积热负荷，继而导致了炉内结焦的可能性被增加。在锅炉工作的过程中，锅炉里不但存在热能损耗过多的问题，也存在燃料不充分被燃烧，导致能源浪费的现象。
        2.2不完全燃烧
        一是送风量小，燃气与送风机送入的空气在锅炉燃烧器喷嘴位置混合、升温后剧烈燃烧，同时放出大量热量。若送风机送入的空气量不足或因风量调节挡板调节不良，导致锅炉送风量减小，将造成不完全燃烧。二是排烟不畅，通常情况下烟道的烟压不得大于20mbar（微正压燃烧燃气锅炉），若烟压过大，则会造成燃烧不完全。无论何种原因，造成烟气排出不畅，烟气就会在火焰周围积聚，阻碍燃气与空气充分混合，造成不完全燃烧。三是锅炉炉膛中高温烟气气流组织、运动状态不好（对于火管锅炉，燃烧火焰应为圆形），燃气和空气不能良好混合，造成不完全燃烧。四是炉膛容积不够或火焰充满度差，燃气在炉膛内停留的时间过短，没有足够的时间完成燃烧过程就被带出炉膛，造成不完全燃烧。
        2.3锅炉内流速过高的蒸发系统
        如若把锅炉蒸发系统中工作介质流量增加，就会使流动阻力随之增加，以至于产生不利因素，影响到水在锅炉蒸汽系统中的循环，所以必须将水循环不良的部件进行更精细的检测工作。除此之外，如若将锅炉过热器里工作介质的流量增大，就会导致流动阻力也直接被增大，使得过热器出口和汽包之间的压差进一步增加，从而使集管和汽包承载的压力再次被增大。

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        3优化燃气锅炉自动控制的实现途径
        3.1完善锅炉运行控制系统
        锅炉应根据相关理论，结合锅炉运行，调整和优化锅炉的受控内容，提高锅炉的效率和能源质量。例如，某地区电厂使用2003年生产的400mm锅炉。为保证锅炉正常运行，提高工厂效率，近年来逐步更换了锅炉控制FSSS控制系统，引入了锅炉在线监测、锅炉处置和更新规划控制等监控手段。此外锅炉燃烧器得到了显著改进，使其在低氮情况下也能够维持额定工况燃烧要求。修改后的设计是增加上部减震器的升力，充分燃烧燃气，增加锅炉主供热。锅炉控制的改进和锅炉系统设备的技术革新可以大大提高锅炉运行效率。
        3.2燃烧器自动点火
        燃烧条件不符合禁止点火的规定。当选择轴电压类型设置为自动时，在角点灭火的锁定保护中，首先打开手动门，点击点火屏幕，自动启动点火，打开角点下方的气体调节器，保持角点下方的气体调节器到位，打开调节阀大于30%，启动点火，同时打开角点处气体下方的两个快速阀进行点火。点火持续10至15秒钟，在点火开始后没有检测到无线电信号，点火失败，点火锁定启动，迅速关闭角室燃气舱口下方的调节阀和两个快速阀，发出“在一角点火失败”的警告。操作人员可以继续下一个点火枪，并在确定故障原因之前防止重复。对于这两个点火枪中的每一个都不能连续点火两次。如果两个点火枪中有一个连续两次失败，将发出“点火失败”消息，所有燃气控制阀，快速阀将立即关闭。如果在点火开始15秒后检测到无线电信号，就会发出“在一角点火成功”信号。
        3.3加强设备维检修信息监测
        设备维检修信息监测功能主要辅助解决调压箱易损件定期更换的问题。随着城市燃气公司运营的调压箱数量越来越多，安排调压箱定期检修、维护备品备件库存等工作越来越复杂。该功能通过录入调压箱各部件与易损件的型号、生产厂家、检修期限、库存量等信息，从而能够配合运行单位安排检修计划、调整库存，降低燃气运行单位的工作量。
        3.4主蒸汽的压力调节
        主蒸汽压力的高低直接关系着火电机组是否可以进行安全运行的关键参数，工厂机组的负荷调节操作是需要进行对主蒸汽压力的监测，这是重要的检测依据，而且通过对这一数据的监测可以很好地进行锅炉内汽包的能量平衡判断。传统工厂调节主蒸汽压力是通过锅炉燃烧系统进行的。主要是分成了引风、送风和燃气三个小的调节子系统，三者涉及的调节量和被调节量包括引风量、锅炉炉膛压力、送风量和含氧量以及燃气量和主蒸汽压力。进行主蒸汽压力调节时，经实践发现主要有两种方法进行效果比较不错，分别是基于能量平衡或者给定值对主蒸汽压力进行调节，本文主要介绍分析的是后一种调节策略。
        结束语
        基于智能预测控制的燃气锅炉系统，采用智能预测方法对燃气锅炉进行供热，控制效果良好，在保证锅炉持续、平稳供热的基础上，节约了燃料损耗。同时，延长了锅炉的使用寿命，具有较好的社会意义和经济意义。
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