田媛

（中冶東方工程技術(shù)有限公司，山東 青島 266555）

1 概述

鍋爐是一種產(chǎn)生蒸汽的熱交換設(shè)備。它通過(guò)煤、油或氣等燃料的燃燒過(guò)程釋放出熱能，并通過(guò)傳熱設(shè)備把熱量傳遞給水，將水轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽直接供給工業(yè)、生活等生產(chǎn)中所需要的熱能。武漢鋼鐵集團(tuán)鄂鋼公司富裕煤氣發(fā)電項(xiàng)目新建2臺(tái)150t/h燃?xì)忮仩t，鍋爐燃燒產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽部分送至汽輪機(jī)用于發(fā)電，部分送至外網(wǎng)滿足其它用戶生產(chǎn)、生活需要。

鍋爐控制系統(tǒng)分為燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、煙風(fēng)系統(tǒng)及減溫減壓系統(tǒng)，控制系統(tǒng)主要完成設(shè)備操作、設(shè)備狀態(tài)及生產(chǎn)參數(shù)的監(jiān)控功能，汽包水位自動(dòng)控制調(diào)節(jié)功能，爐膛負(fù)壓控制調(diào)節(jié)功能，鍋爐送風(fēng)風(fēng)量控制調(diào)節(jié)功能及熱風(fēng)燒嘴和煤氣燒嘴控制調(diào)節(jié)功能，鍋爐上位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了畫(huà)面顯示、設(shè)備操作、報(bào)警、歷史趨勢(shì)記錄及報(bào)表打印等功能。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 燃燒系統(tǒng)

鍋爐燃燒介質(zhì)由高爐煤氣及焦?fàn)t煤氣組成，分三層，每層四路進(jìn)入鍋爐本體混合一定量的熱風(fēng)參與燃燒過(guò)程。每個(gè)燒嘴處設(shè)計(jì)有火焰監(jiān)視器，共12個(gè)，用于監(jiān)視爐膛火焰的持續(xù)性及大小，在上層及下層各燒嘴處設(shè)計(jì)有點(diǎn)火器共8個(gè)，每條高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣及熱風(fēng)管道上均設(shè)計(jì)有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥閥門(mén)開(kāi)度來(lái)控制爐膛溫度，并在鍋爐本體設(shè)計(jì)有熱電偶用于監(jiān)測(cè)爐溫。

2.2 汽水系統(tǒng)

鍋爐汽水系統(tǒng)流程如下：除氧器→高壓給水泵→省煤器預(yù)熱→鍋爐汽包→生成不飽和蒸汽→Ⅰ級(jí)過(guò)熱器→Ⅰ級(jí)過(guò)熱器集箱→噴水減溫器→ⅠⅠ級(jí)過(guò)熱器→ⅠⅠ級(jí)過(guò)熱器集箱→生成飽和的過(guò)熱蒸汽→用戶。

2.3 煙風(fēng)系統(tǒng)

空氣由送風(fēng)機(jī)送至空氣預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱成為熱風(fēng)，熱風(fēng)送至燒嘴與煤氣混合燃燒，生成高溫?zé)煔猓瑹煔庥梢L(fēng)機(jī)牽引經(jīng)過(guò)過(guò)熱器、省煤器、預(yù)熱器至煙囪排放，并將鍋爐燃燒產(chǎn)生的不飽和蒸汽加熱成高溫高壓飽和蒸汽。

3 系統(tǒng)配置

鍋爐控制系統(tǒng)分為上位和下位兩類(lèi)系統(tǒng)組成，下位控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了L0級(jí)（現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備級(jí)）與L1級(jí)（基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)級(jí)）間的網(wǎng)絡(luò)連接，并預(yù)留L2級(jí)（過(guò)程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)級(jí)），上位控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)顯示、儲(chǔ)存、報(bào)警、打印等功能。

4 控制功能

4.1 燃燒控制系統(tǒng)

鍋爐燃燒自動(dòng)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)，是使燃料燃燒產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的要求，且要保證燃燒經(jīng)濟(jì)和鍋爐運(yùn)行安全，為此合理的風(fēng)煤比才能維持汽包內(nèi)或出口蒸汽壓力在需要的范圍內(nèi)。

4.1.1 對(duì)空氣和燃料的控制

鍋爐用水經(jīng)省煤器預(yù)熱后，注入鍋爐內(nèi)，在進(jìn)水管道內(nèi)，進(jìn)行流量、溫度、壓力測(cè)量，送至調(diào)節(jié)器。在這一調(diào)節(jié)器中，通過(guò)減法器計(jì)算出溫度差，將前面所測(cè)得的流量乘以溫差，即可求得進(jìn)水管道中所注入的水所需的熱量。而出口測(cè)的熱水溫度信號(hào)送給溫度調(diào)節(jié)電路，溫度調(diào)節(jié)電路將它在與人工設(shè)定值水平SP之間進(jìn)行控制計(jì)算，將輸出信號(hào)作為結(jié)果輸出，將前面原料加熱所需要的熱量加到該輸出信號(hào)中，作為燃料流量的設(shè)定值，與燃料流量這一小閉環(huán)所檢測(cè)出此時(shí)燃料的流量值，做一差值計(jì)算，從而調(diào)節(jié)燃料控制閥的大小，進(jìn)而進(jìn)行熱量控制。

4.1.2 燃燒雙交叉控制

圖 雙交叉限幅燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)圖

雙交叉燃燒控制是以維持合適的空氣、燃燒比值為手段，達(dá)到燃燒時(shí)始終維持低過(guò)?？諝庀禂?shù)，從而保證了較高的燃燒效率，同時(shí)也減少了排煙對(duì)環(huán)境的污染。

雙交叉燃燒控制實(shí)際上是以爐溫調(diào)節(jié)為主回路，以燃燒流量和空氣流量調(diào)節(jié)并列為副回路的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，加上高、低信號(hào)選擇器組成的帶有邏輯功能的比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它的主要作用是當(dāng)爐子負(fù)荷變化，以維持爐溫在給定值上，而且使燃燒工況始終處于低過(guò)剩空氣系數(shù)的經(jīng)濟(jì)合理狀況。

4.2 汽包水位控制

鍋爐汽包水位控制常用的有位式調(diào)節(jié)和連續(xù)調(diào)節(jié)兩種方式。位式調(diào)節(jié)是根據(jù)汽包水位高、低兩個(gè)位置進(jìn)行控制的，適用于蒸汽量小于4t/h的燃?xì)忮仩t。本鍋爐采用三沖量水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。汽包水位三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)由汽包水位測(cè)量變送器、蒸汽流量測(cè)量裝置及變送器、給水流量測(cè)量裝置及變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器等組成。汽包水位信號(hào)是主信號(hào)，任何擾動(dòng)引起的水位變化，都會(huì)使調(diào)節(jié)器輸信號(hào)發(fā)生變化，改變給水流量，使水位恢復(fù)到給定值；蒸汽流量信號(hào)是前饋信號(hào)，其作用是防止由于“虛假水位”而使調(diào)節(jié)器產(chǎn)生錯(cuò)誤的動(dòng)作，改善蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)的調(diào)節(jié)質(zhì)量；蒸汽流量和給水流量?jī)蓚€(gè)信號(hào)配合，可消除系統(tǒng)的靜態(tài)偏差。當(dāng)給水流量變化時(shí)，測(cè)量孔板前后的差壓變化很快并及時(shí)反應(yīng)給水流量的變化，所以給水流量信號(hào)作為介質(zhì)反饋信號(hào)，使調(diào)節(jié)器在水位還未變化時(shí)就可根據(jù)前饋信號(hào)消除內(nèi)擾，使調(diào)節(jié)過(guò)程穩(wěn)定，起到穩(wěn)定給水流量的作用。

4.3 爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)

爐膛負(fù)壓自動(dòng)控制是通過(guò)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門(mén)開(kāi)度，保持爐膛負(fù)壓在-20～-10pa的微負(fù)壓狀態(tài)，保證鍋爐安全燃燒。引風(fēng)機(jī)停止后，其風(fēng)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需自動(dòng)關(guān)閉。

4.4 鍋爐送風(fēng)自動(dòng)控制

送風(fēng)自動(dòng)控制的目的是：使鍋爐所投入的燃料在爐膛中燃燒時(shí)，自動(dòng)投入合適的風(fēng)量，以保證鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒。通過(guò)煤氣壓力調(diào)節(jié)送風(fēng)壓力，進(jìn)而達(dá)到最高的鍋爐熱效率，煙氣含氧量作為總風(fēng)量的修正值，通過(guò)調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)變頻器頻率來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)壓力。

4.5 鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)

過(guò)熱蒸汽溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)是維持過(guò)熱器出口蒸汽溫度在允許范圍之內(nèi)，并保護(hù)過(guò)熱器使其管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用自制冷凝水噴水減溫裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)減溫水調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度來(lái)控制集汽集箱和減溫器出口蒸汽溫度，保證集汽集箱中蒸汽溫度在430～450℃范圍內(nèi)。

4.6 鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)

鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）是鍋爐安全運(yùn)行必不可少的設(shè)備，負(fù)責(zé)燃燒器管理和燃料安全。它能在鍋爐啟動(dòng)、停止和正常工作等運(yùn)行方式下，對(duì)鍋爐燃燒器的主要參數(shù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)和管理，通過(guò)聯(lián)鎖程序使燃燒設(shè)備按照既定的合理程序完成必要的動(dòng)作以保護(hù)鍋爐爐膛及燃燒系統(tǒng)的安全。

4.6.1 爐膛吹掃

在任何燃料點(diǎn)火發(fā)生以前（冷啟動(dòng)或鍋爐燃料跳閘指令發(fā)出之后），鍋爐吹掃是必須完成的。要開(kāi)始爐膛吹掃，必須滿足和維持下列許可條件：a.風(fēng)量＞30%額定負(fù)荷風(fēng)量；b.系統(tǒng)電源正常；c.汽包水位正常；d.任一送風(fēng)機(jī)運(yùn)行；e.任一引風(fēng)機(jī)運(yùn)行；f.火檢無(wú)火；g.所有燃?xì)忾y關(guān)閉；h.無(wú)鍋爐跳閘指令。

當(dāng)所有的爐膛吹掃許可條件滿足后，吹掃允許指示燈亮，按下?tīng)t膛吹掃按鈕，將開(kāi)始5分鐘吹掃。如果在吹掃過(guò)程中有任一個(gè)吹掃條件不滿足，吹掃自動(dòng)停止，吹掃中斷指示燈亮。如所有吹掃許可條件一直滿足，則5分鐘后爐膛吹掃完成。一旦吹掃完成后，MFT信號(hào)復(fù)位。

①主燃料跳閘（MFT）及首次主燃料跳閘原因指示

當(dāng)下列任何一個(gè)主燃料跳閘條件（嚴(yán)重且緊急的情況）出現(xiàn)，發(fā)出的鍋爐主燃料跳閘指令，將所有鍋爐燃料切斷。在CRT監(jiān)控畫(huà)上將有首次燃料跳閘原因顯示。a.引風(fēng)機(jī)全停；b.送風(fēng)機(jī)全停；c.手動(dòng)緊急停爐；d.爐膛壓力高-高（三取二）；e.爐膛壓力低-低（三取二）；f.汽包水位高（三取二）；g.汽包水位低（三取二）；h.全爐膛火焰喪失；i.燃料喪失。

②全爐膛滅火

全爐膛滅火是指給燃?xì)馔Ｖ构?yīng)5S后，且下列條件均滿足：a.底層：火檢沒(méi)有火焰（4取3）；b.中層：火檢沒(méi)有火焰（4取3）；c.頂層天然氣層：火檢沒(méi)有火焰（3取2）。

③燃?xì)饽腹芸礻P(guān)閥開(kāi)關(guān)控制

在正常點(diǎn)火前，或當(dāng)MFT跳閘繼電器復(fù)位后，在程控方式、燃?xì)鈮毫φ?、所有燃?xì)饨强礻P(guān)閥以及角點(diǎn)火快關(guān)閥全關(guān)閉的前提下，可以開(kāi)啟燃?xì)饽腹芸礻P(guān)閥。在下列條件下，將取消“開(kāi)燃?xì)饽腹芸礻P(guān)閥”指令，并且自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)饽腹芸礻P(guān)閥：a.MFT跳閘；b.按下“關(guān)”按鈕；c.燃?xì)鈮毫Φ统^(guò)5秒且有燃?xì)饨强礻P(guān)閥開(kāi)。

④燃?xì)恻c(diǎn)火允許條件：a.燃?xì)饽腹芸礻P(guān)閥開(kāi)到位；b.無(wú)MFT；c.燃?xì)鈮毫φ?；d.燃?xì)饨强礻P(guān)閥關(guān)位；e.點(diǎn)火快關(guān)閥關(guān)位；f.火檢冷卻風(fēng)壓正常。

5 監(jiān)控功能

該工程上位控制系統(tǒng)通過(guò)浙大中控DCS控制軟件實(shí)現(xiàn)，在畫(huà)面上可顯示鍋爐生產(chǎn)設(shè)備的溫度、壓力、流量，歷史趨勢(shì)，報(bào)警、完成各閥門(mén)、設(shè)備的操作，完成煤氣、助燃空氣的調(diào)節(jié)閥的操作，各系統(tǒng)的手自動(dòng)切換、操作。

6 應(yīng)用效果

通過(guò)本系統(tǒng)的成功投運(yùn)，有效的提高了能源的利用率，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，出水溫度穩(wěn)定，升溫速度快，調(diào)節(jié)及時(shí)，超調(diào)小，波動(dòng)小。

[1]郭吉仁，李萌，謝明祚，王蕾，程明永，霍新華.燃?xì)忮仩t自動(dòng)點(diǎn)火與爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[R].天津市工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所2006.