淺談鍋爐自動(dòng)化控制

劉漢邦

[摘 要]文章分析了大中型鋼廠中煙氣余熱再利用的可行性，從自動(dòng)控制角度出發(fā)，闡述了利用煙氣余熱發(fā)生蒸汽的鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)

[關(guān)鍵詞]余熱鍋爐；自動(dòng)化控制

[中圖分類號(hào)]TP273；TK227

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1672—5158（2013）05—0469—01

目前我國(guó)在能源利用上客觀存在著許多不合理的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致能源大量浪費(fèi)。如在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，燒結(jié)工序能耗約占總能耗的10%，僅次于煉鐵工序，位居第二。而在燒結(jié)工序消耗的總能量中，有近50%的熱能以燒結(jié)機(jī)煙氣和冷卻機(jī)廢氣的顯熱形式排人大氣。由于燒結(jié)冷卻機(jī)廢氣的溫度不高，其熱能回收利用并未引起人們的重視。然而燒結(jié)廢氣數(shù)量大，可供回收的熱量也大，如此部分熱量直接排放到大氣中，不僅造成了很大的能量浪費(fèi)，而且還污染了環(huán)境。

余熱鍋爐作為一種能量回收并有效利用的裝置，不僅具有運(yùn)行可靠，不影響原有工藝的特點(diǎn)，而且產(chǎn)生的蒸汽可直接進(jìn)行發(fā)電或成為其它設(shè)備的動(dòng)力源。

1余熱鍋爐系統(tǒng)

目前被廣泛使用的余熱鍋爐系統(tǒng)由一體化的管箱受熱器、汽水系統(tǒng)、雙通道煙氣系統(tǒng)、雙壓蒸汽供給系統(tǒng)和除氧器以及分氣缸等附屬設(shè)備組成。

（1）管箱受熱器：以管箱式結(jié)構(gòu)來(lái)確保了蒸汽與水進(jìn)行充分熱傳遞所需的受熱面積，大大提高了余熱的再利用率。

（2）雙通道進(jìn)氣系統(tǒng)：可廣泛利用不同溫度余熱的廢氣，對(duì)于不同廢氣出口溫度的余熱具有良好的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)了煙氣的分級(jí)回收和梯級(jí)利用。

（3）雙壓蒸汽供給系統(tǒng)：雙壓蒸汽系統(tǒng)能更充分地利用煙氣各能級(jí)的熱能，產(chǎn)生不同壓力等級(jí)的產(chǎn)品壓力，更方便于蒸汽的再利用。

（4）汽水系統(tǒng)：由除氧水箱、軟水箱、汽包極其附屬設(shè)備等組成。維持用于與余熱氣體進(jìn)行熱交換所需工業(yè)用水的水位，以便穩(wěn)定產(chǎn)生蒸汽，保證生產(chǎn)的安全性。

2余熱鍋爐微機(jī)顯示控制系統(tǒng)

微機(jī)顯示及控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)、報(bào)警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運(yùn)行，除此以外為保證鍋爐運(yùn)行的安全，在進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)設(shè)置常規(guī)儀表及報(bào)警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報(bào)警裝置，以免鍋爐發(fā)生重大事故。

（1）檢測(cè)系統(tǒng)：檢測(cè)系統(tǒng)包括一次儀表、二次儀表、信號(hào)處理裝置（PLC）、顯示報(bào)警裝置和附屬設(shè)備。一次儀表將鍋爐的溫度、壓力、流量等量轉(zhuǎn)換成電壓或電流經(jīng)信號(hào)處理裝置后送人微機(jī)，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理后供現(xiàn)場(chǎng)控制人員參考控制。同時(shí)這些數(shù)據(jù)配有流程動(dòng)態(tài)模擬圖畫(huà)面而且有相應(yīng)的數(shù)字說(shuō)明，還可對(duì)汽包水位、壓力、爐溫等進(jìn)行越限報(bào)警，發(fā)出聲光信號(hào)，還可定時(shí)打印出十幾種運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)。以形成生產(chǎn)日志和班、日產(chǎn)耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表，有定時(shí)打印、隨機(jī)打印、自定義時(shí)間段打印等幾種方式。

（2）控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)由控制器（PLC）、輸出設(shè)備、變頻器、給水泵、軟水泵、滑差電機(jī)及閥等組成。包括手動(dòng)和自動(dòng)操作部分，手動(dòng)控制時(shí)由操作人員手動(dòng)控制，在微機(jī)上控制變頻器、滑差電機(jī)及閥等，自動(dòng)控制時(shí)根據(jù)檢測(cè)裝置所檢測(cè)的數(shù)據(jù)，圍繞所控制的參數(shù)的理想值對(duì)微機(jī)發(fā)出控制信號(hào)經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動(dòng)操作。

3汽水系統(tǒng)中各控制回路

汽水控制系統(tǒng)，一般有蒸汽壓力、汽包液位、除氧器水位、除氧器壓力等控制系統(tǒng)。

（1）汽包給水控制回路：給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)是使給水流量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的另一個(gè)任務(wù)是保持給水穩(wěn)定。在整個(gè)控制回路中要全面考慮這兩方面的任務(wù)。在控制回路中被調(diào)參數(shù)是汽包水位，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是給水調(diào)解閥或給水泵變頻器。

由于給水調(diào)節(jié)對(duì)象沒(méi)有自平衡能力，又存在滯后。為消除產(chǎn)生的誤差，在一般鍋爐控制系統(tǒng)中汽包液位回路采用閉環(huán)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所謂三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是把給水流量，汽包水位，蒸汽流量三個(gè)變量通過(guò)運(yùn)算后調(diào)節(jié)給水閥的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

（2）鍋爐給水系統(tǒng)中還有一個(gè)比較重要的控制回路是給水壓力回路，因?yàn)槠鼉?nèi)壓力較高，要給鍋爐補(bǔ)水必須提供更高的壓力，給水壓力回路的作用是提高水壓，使水能夠正常注入汽包。但在蒸汽流量未達(dá)到滿負(fù)荷時(shí)，對(duì)給水流量的要求也不高。在老式的鍋爐系統(tǒng)中一般采用給水泵一直以工頻方式運(yùn)轉(zhuǎn)，用回流閥降低水壓防止爆管，現(xiàn)在一般采用通過(guò)變頻器恒壓供水的方式控制水壓。具體實(shí)現(xiàn)方式是：系統(tǒng)下達(dá)指令由變頻器自動(dòng)啟動(dòng)第一臺(tái)泵運(yùn)行，系統(tǒng)檢測(cè)給水管的水壓，當(dāng)變頻器頻率上升到工頻時(shí)，如水壓未達(dá)到設(shè)定的壓力值，系統(tǒng)自動(dòng)將第一臺(tái)電機(jī)切換至工頻直供電，并由變頻器拖動(dòng)第二臺(tái)水泵運(yùn)行，如變頻器運(yùn)行到工頻狀態(tài)時(shí)供水母管壓力仍未達(dá)到設(shè)定壓力值系統(tǒng)自動(dòng)將第二臺(tái)水泵切換至工頻直供電，再由變頻器拖動(dòng)第三臺(tái)運(yùn)行，依次類推，直至壓力達(dá)到設(shè)定值。若鍋爐需要的給水量減少，變頻控制系統(tǒng)可自動(dòng)降低變頻器的運(yùn)行頻率，如變頻器的頻率到零仍不能滿足要求，則變頻器自動(dòng)切換至前一臺(tái)水泵進(jìn)行變頻運(yùn)行，依次類推。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是：始終利用一臺(tái)變頻器自動(dòng)調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，切換時(shí)間以管網(wǎng)的實(shí)際壓力和設(shè)定壓力的差值決定，同時(shí)保證管網(wǎng)的壓力動(dòng)態(tài)恒定。值得注意的是為了防止變頻器報(bào)警停機(jī)或其他故障造成水泵不轉(zhuǎn)引起鍋爐缺水，應(yīng)該加反饋裝置確保變頻器正常工作。

除此之外，鍋爐的供水系統(tǒng)中還包括除氧器壓力控制和除氧器水位控制。除氧器壓力控制主要是為了保證除氧器口有足夠的蒸汽壓力用于將軟化水除氧，這是一個(gè)單閉環(huán)控制回路，輸入?yún)?shù)是除氧器壓力輸出參數(shù)控制除氧器進(jìn)汽閥。除氧器水位控制主要是為了保證除氧器內(nèi)有足夠的水流供給鍋爐，這是一個(gè)單閉環(huán)控制回路輸人參數(shù)是除氧器水位輸出參數(shù)控制除氧器進(jìn)水閥。

系統(tǒng)各回路中都設(shè)置了手動(dòng)、自動(dòng)兩種操作方式，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換，系統(tǒng)引入了各控制對(duì)象的反饋值，在手動(dòng)操作時(shí)PLC輸出會(huì)自動(dòng)跟蹤控制對(duì)象的反饋，當(dāng)切換到自動(dòng)狀態(tài)時(shí)可以進(jìn)行無(wú)擾動(dòng)切換，使系統(tǒng)平穩(wěn)的過(guò)渡到自動(dòng)狀態(tài)。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，余熱鍋爐自動(dòng)控制具有很好的市場(chǎng)發(fā)展空間，值得廣泛推廣。它不僅能夠通過(guò)自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的目的，使生產(chǎn)余熱廢棄排放更環(huán)保，也是余熱利用行業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨，更是一項(xiàng)利國(guó)利民的發(fā)展方向。