冯冰冰
唐山钢铁集团高强汽车板有限公司 河北省唐山市 06300
【摘要】蒸汽锅炉属于唐钢高强汽车板公司重大要害的动力设备，其作用是向冷轧高强汽车板生产线供给合格的蒸汽，为了使锅炉产生的蒸汽参数满足生产负荷的需要，锅炉的生产运行过程中的各个主要参数必须严格控制。
文中介绍了唐钢高强汽车板公司的中温中压蒸汽锅炉燃烧自动控制系统，并讨论了该锅炉燃烧系统的整体构成方案，完成了锅炉燃烧自动控制系统设计。因为锅炉汽包水位控制系统、锅炉炉膛燃烧控制系统和锅炉过热器蒸汽（主蒸汽）温度控制系统决定着整个锅炉燃烧系统的控制效果，而且在传统的人工操作与目前唐钢公司及其他工业锅炉的现有控制方式很难达到较高的控制精度，所以本文从实际工作角度出发，将可编程序控制器（PLC）、组态软件与工业控制计算机相结合，制作出更加完善的计算机控制方法和更加精细的参数控制手段，替代了传统的控制方法。根据这种锅炉燃烧自动控制系统体现出的方法，不但锅炉燃烧过程中的水位调节控制、炉膛燃烧控制和过热蒸汽（主蒸汽）参数控制将可以更加容易的被实现，而且将达到具有良好的安全性、稳定性、流畅性的控制效果，并且本锅炉燃烧控制系统更考虑到职工操作的便利性和高效性。总之，本设计将传统的锅炉控制系统改进成以可编程序控制器（PLC）为基础的具有更加全面性的锅炉燃烧控制系统,实现了锅炉燃烧自动系统的安全、稳定、高效运行。
【关键词】 锅炉；燃烧自动控制系统；可编程序控制器；组态软件
唐钢高强度汽车板项目是河北钢铁集团唐钢公司进行深化改革方案中的一个重大产品升级换代项目，完全采用国际化模式组织项目建设和生产运营，代表着当今世界冷轧高强度汽车板技术的最高水平。产品定位为国际一流水平的高强汽车板、深冲板和家电板，设计年生产成品150万吨，已于2014年12月投产。该项目中设计了两台30t/h中温中压全燃煤气的蒸汽锅炉，为冷轧生产线供应合格参数的蒸汽
全燃煤气锅炉是目前钢铁行业生产过程中必不可少的重要的动力设备。唐钢回收利用在高炉生产过程中产生的高炉煤气、转炉炼钢过程中产生的转炉煤气以及炼焦生产过程中产生的焦炉煤气，在满足像高炉热风炉、烧结、轧钢等自用煤气的生产设备需求后，将富余煤气当作燃料提供给全燃煤气的蒸汽锅炉使用，或通过产生蒸汽带动高炉鼓风机节约电能，或带动汽轮发电机产生电能，也有部分全燃煤气锅炉产生的蒸汽直接供给生产线使用。既减少了煤气直接对空排放后含有对人体有害的CO及其它污染性气体污染大气，严重影响周围环境，解决环境污染问题；又能充分利用二次能源，节约能耗，创出效益，符合国家相关的环保、节能政策。本文中主要阐述了两台30t/h中温中压全燃煤气的蒸汽锅炉及锅炉供水、配风等配套辅助设施。全燃煤气锅炉生产运行属于安全性要求高，控制复杂的连续生产工艺，煤气的有毒性、供应不稳定，负荷调整频繁的特点，对自动控制系统提出了苛刻要求，要求控制系统对各种参数的监控实时，操作必须保证准确安全可靠，不仅能及时根据煤气供应的变化，进行燃烧状态和负荷的调整，还应对锅炉系统本身最主要的水位控制调整的及时、准确，同时还要保证供给生产的蒸汽品质达到生产要求。
1、汽包水位自动控制系统的实现
锅炉汽包水位自动调节功能的任务是维持汽包水位在设定值。汽包水位是锅炉运行的重要监控参数，它间接的表示了锅炉负荷与给水的平衡关系，汽包水位过高或过低都影响锅炉的安全运行。
汽包水位的干扰量主要有蒸汽流量、给水流量。对象特点是有延迟、有惯性、没有自平衡能力。有虚假水位现象，虚假水位与锅炉参数及蒸汽负荷变化大小有关。
分析水位的干扰特性，我们采用了三冲量调节的控制方式以克服蒸汽流量、给水流量的干扰。在程序中汽包水位目标值作为串级调节主控制器的设定值，与水位测量值的偏差经过PID运算后的输出和主蒸汽流量的比例前馈作为副控制器的设定值，该设定值与给水总流量的偏差经PID运算输出作为给水阀门的控制信号。由于给水泵故障造成给水压力突然变化时，会影响给水阀门流量变化，影响调节，我们对传统三冲量调节方案进行了修改，加入了给水压力控制副回路比例参数P的变比例三冲量控制。实际给水压力与常用给水压力的偏差（P实-P设）大于预设值时，偏差进行比例运算，运算结果作为副回路的比例参数，小于预设值，比例参数复位。通过变比例参数，修正了给水压力变化造成的阀门流量特性变化。三冲量调节程序中加入了给水流量、汽包水位、蒸汽流量故障时自动转手动功能。水位自动调节结构功能如图1。
图1 水位自动调节结构功能图
水位控制分组上位机画面如图2截图画面所示：
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图2 锅炉水位控制画面截图
2、炉膛负压自动控制系统的实现
炉膛负压调节是锅炉经济燃烧配风调节的配套调节，主要靠调节引风量实现。燃煤气锅炉对负压的干扰主要有鼓风量和煤气压力。其中剧烈煤气压力波动的干扰，是燃煤气锅炉独有的特征。在使用的PID调解中，系统经常产生振荡。分析在系统系统响应动态过程中，PID控制作用应跟随系统状态变化而变化。图3给出了跟踪：
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图3 锅炉负压变化的动态响应分析
为了避免出现振荡，我们改进了炉膛负压控制，以调节引风量为主，采用基于Fuzzy推理的变参数PID控制器，如图4。其中煤气压力和鼓风量的变化作为前馈，组成带前馈的炉膛负压PID调节，针对炉膛负压偏差的范围和变化速度自动调整PID的比例参数和积分参数。由于项目中使用了2台引风机，当炉膛负压调节自动运行时，为了使2台风机的出口风量一致，系统使用了负荷平衡措施，自动调节一台风机的引风量，另一台风机使用随动跟随，同时，利用风压的偏差进行PID调节，修正随动风机的控制，使出风量一致。
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图4 基于Fuzzy推理的变参数PID控制器
炉膛负压控制分组上位机画面如图5截图画面所示：
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图5 锅炉炉膛负压控制画面截图
3 锅炉主蒸汽温度自动控制系统的实现
主蒸汽温度自动调节功能的作用是使锅炉主蒸汽运行在一定温度范围内。本项目使用喷水减温的方式调整汽温，程序采用了带前馈的PID调节。主蒸汽温度作为PID调节量，由于主蒸汽温度具有滞后性，程序使用减温汽前温度做为前馈，来克服滞后的影响。
主蒸汽温度控制分组上位机画面如图6截图画面所示：
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图6 锅炉主蒸汽温度控制画面截图
由于钢铁企业中的工业锅炉燃烧控制自动化程度普遍不高，基本上其操作都还停留在手工和简单模拟仪表操作的水平，锅炉操作运行人员不仅工作强度大，操作频繁，而且还容易造成生产运行事故。鉴于此种情况，利用可编程序控制器（PLC）、组态软件与工业控制计算机相结合对锅炉燃烧系统的生产过程进行自动控制有着很大的重要性。该锅炉燃烧自动控制系统的优越性在于：首先，由于工业锅炉耗煤气量大，每提高1％的燃烧热效率都会创造巨大的经济效益。通过有效控制锅炉的燃烧运行过程，使煤气燃烧的空燃比更加的合理，可以大幅提升锅炉燃料的的燃烧效率。其次，锅炉燃烧系统控制过程中的自动化处理调节以及监控软件优秀的人机界面实现了锅炉运行参数在计算机显示器上的集中监测，操作人员在监控计算机上能直观的观察到锅炉运行参数反映出来的自动控制效果并且能够快速及时的再出现事故后进行人工干预，这样能有效地减少操作人员的工作强度，缓解职工的疲劳、困怠状态，提高锅炉生产运行过程的流畅性、简便性、实时性和安全性。随着计算机自动化控制应用技术的普及、可靠性的提高及价格的下降，钢铁企业中燃气锅炉的燃烧自动控制必将得到更加广泛的应用。
参考文献
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