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1、引言
    鍋爐是過程工業(yè)不可缺少的動力設(shè)備，其產(chǎn)生的蒸汽可為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥、蒸發(fā)等過程提供熱源，并可作為風(fēng)機、壓縮機、汽輪機的動力源。隨著石油化工工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)過程不斷加強，生產(chǎn)設(shè)備不斷革新，作為全廠動力和熱源的鍋爐，亦向大容量、高參數(shù)、高效率方向發(fā)展。鍋爐是一個非線性、分布參數(shù)、時變、大滯后、多輸入輸出變量，且緊密耦合的控制對象，這些變量之間相互關(guān)聯(lián)，任一變量改變都會影響整個鍋爐系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。為確保整個機組及系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，對鍋爐設(shè)備的自動控制尤為重要。本文以青海鹽湖100萬噸鉀肥供熱中心的5MW火電機組中的鍋爐為研究對象，按照工藝相對獨立性和耦合程度強弱對整個鍋爐控制功能部分進行了設(shè)計和說明。
2、系統(tǒng)對鍋爐控制的要求
    鍋爐控制系統(tǒng)由若干子系統(tǒng)組成，子系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行并具有前饋特征，使鍋爐能靈敏、安全、快速與穩(wěn)定運行，保證任何工況下，生產(chǎn)出滿足機組負(fù)荷指令需要的電量。鍋爐主控應(yīng)將機組負(fù)荷指令以并行協(xié)調(diào)方式轉(zhuǎn)化為對鍋爐燃料和風(fēng)量的控制，并有以下特點：
    (b)為加快燃料量對負(fù)荷變化的響應(yīng)，信號回路應(yīng)有速率可調(diào)的“加速”功能，
    (c)鍋爐指令按可供的風(fēng)量來限制燃料量出力，以保證燃料量決不高于風(fēng)量；
    (d)鍋爐指令按送入鍋爐總?cè)剂狭浚ò�括所有輔助燃料）限制風(fēng)量，保證風(fēng)量不低于燃料量；
    (e)燃料指令應(yīng)根據(jù)運行的稱重給煤機的出力進行修正；
    (f)應(yīng)根據(jù)燃料的不同發(fā)熱量進行校正。
3、鍋爐主控
    系統(tǒng)對蒸汽負(fù)荷的要求最終是通過改變?nèi)剂狭客瓿傻模��?dāng)燃料量改變時，必須相應(yīng)地改變鍋爐風(fēng)量，使風(fēng)量與燃料量適應(yīng)，以實現(xiàn)經(jīng)濟燃燒。鍋爐主控任務(wù)是將機組負(fù)荷指令以并行協(xié)調(diào)的方式轉(zhuǎn)化為對鍋爐燃料和風(fēng)量的控制。
4、燃燒控制系統(tǒng)
    燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)外界對鍋爐輸出蒸汽負(fù)荷的需求，同時保證鍋爐的安全經(jīng)濟運行。主要包括兩項控制：燃料量控制和燃料風(fēng)控制，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
4.1燃料量控制
    燃料量子控制系統(tǒng)的任務(wù)：使進入鍋爐的燃料量隨時與外界負(fù)荷要求相適應(yīng)。控制結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：
    燃燒量控制系統(tǒng)接受機組主控制器的鍋爐負(fù)荷指令，經(jīng)總風(fēng)量校正和限制后，得到總?cè)紵�量指令。此指令與實際總?cè)剂狭勘容^后的偏差送入PI控制器進行運算得到給煤量指令。給煤量指令與實際給煤量進行比較，其偏差值經(jīng)過一定的分配算法形成燃料量控制指令，并行的送給各給煤機，控制給煤機轉(zhuǎn)速改變給煤量，以維持總給煤量與給定值一致，滿足汽機蒸汽負(fù)荷對鍋爐熱能的需求。
4.2燃料風(fēng)控制
    燃料風(fēng)控制子系統(tǒng)的任務(wù)：為保證燃料在爐內(nèi)充分燃燒提供足夠風(fēng)量。控制結(jié)構(gòu)如圖3所示：
    這是一個具有氧量校正的控制系統(tǒng)。主蒸汽量代表機組負(fù)荷，經(jīng)函數(shù)運算后，形成隨負(fù)荷變化的氧量定值，并加以修正以保證最佳燃燒。修正后的氧量定值與煙氣含氧量測量值進行比較，其偏差經(jīng)PI運算后，形成風(fēng)／煤比校正信號。利用高值選擇器將三信號中的最大值作為風(fēng)量設(shè)定值，并經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器形成送風(fēng)量指令，送至風(fēng)機，控制擋板的開度。
5、給水控制系統(tǒng)
    給水控制子系統(tǒng)的任務(wù)：使給水量與鍋爐的蒸發(fā)量相適應(yīng)，維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)。汽包水位是鍋爐運行主要指標(biāo)，維持水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運行的首要條件。水位過高會影響汽包內(nèi)汽水分離，飽和水蒸汽帶水過多，會使過熱器管壁結(jié)垢導(dǎo)致?lián)p壞，同時過熱蒸汽溫度急劇下降。該過熱蒸汽作為汽輪機動力，將會損壞汽輪機葉片，影響整個機組運行的安全和經(jīng)濟性。水位過低，則由于汽包內(nèi)水量較少，且負(fù)荷很大時，水的汽化速度加快，從而使汽包內(nèi)水量變化速度很快，如不及時調(diào)節(jié)就會使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致水冷壁燒壞，甚至引起爆炸。因此，鍋爐汽包水位必須嚴(yán)加控制。
    汽包水位控制子系統(tǒng)是一個單沖量／三沖量可切換的控制系統(tǒng)。在啟動或低負(fù)荷運行時只有汽包水位的單沖量控制，如圖中虛線部分所示。當(dāng)達(dá)到規(guī)定負(fù)荷時、蒸汽參數(shù)穩(wěn)定、給水流量允許時，采用由汽包水位、給水流量和主蒸汽流量組成的三沖量串級控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)給水閥門，從而保證汽包水位在規(guī)定范圍內(nèi)變化。在此控制系統(tǒng)中，汽包水位信號經(jīng)汽包壓力補償后與設(shè)定值偏差作為主調(diào)節(jié)器的輸入信號，給水流量信號經(jīng)溫度補償修正后，與主蒸汽流量信號一起作為副調(diào)節(jié)器的輸入信號。無論是單沖量控制還是三沖量控制，測量汽包水位的變送器均為三重冗余。經(jīng)壓力溫度補償后汽包水位信號采取三取中的方法進行信號處理。
6、結(jié)論
    本文設(shè)計的鍋爐控制方案由若干協(xié)調(diào)運行的子系統(tǒng)組成，并將應(yīng)用于青海鹽湖100萬噸鉀肥供熱中心的50MW火電機組中的鍋爐控制中，保證機組中鍋爐靈敏快速安全穩(wěn)定運行，并生產(chǎn)出滿足整個工藝所需的電量。此控制方案不僅可以實現(xiàn)很好的企業(yè)效益，提高整個機組效率，而且其控制方法和思想可為其他工程項目提供一定的理論依據(jù)，具有很強的實用價值。