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1、引言
    鍋爐是過程工業(yè)不可缺少的動(dòng)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(jī)、壓縮機(jī)、汽輪機(jī)的動(dòng)力源。隨著石油化工工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)過程不斷加強(qiáng)，生產(chǎn)設(shè)備不斷革新，作為全廠動(dòng)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(gè)非線性、分布參數(shù)、時(shí)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(huì)影響整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。為確保整個(gè)機(jī)組及系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，對鍋爐設(shè)備的自動(dòng)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(jī)組中的鍋爐為研究對象，按照工藝相對獨(dú)立性和耦合程度強(qiáng)弱對整個(gè)鍋爐控制功能部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)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(yùn)行并具有前饋特征，使鍋爐能靈敏、安全、快速與穩(wěn)定運(yùn)行，保證任何工況下，生產(chǎn)出滿足機(jī)組負(fù)荷指令需要的電量。鍋爐主控應(yīng)將機(jī)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(diǎn)：
    (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(yùn)行的稱重給煤機(jī)的出力進(jìn)行修正；
    (f)應(yīng)根據(jù)燃料的不同發(fā)熱量進(jìn)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(shí)，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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒。鍋爐主控任務(wù)是將機(jī)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(shí)保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。主要包括兩項(xiàng)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(jī)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(jìn)入鍋爐的燃料量隨時(shí)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(jī)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(shí)際總?cè)剂狭勘容^后的偏差送入PI控制器進(jìn)行運(yùn)算得到給煤量指令。給煤量指令與實(shí)際給煤量進(jìn)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(jī)，控制給煤機(jī)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(jī)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(gè)具有氧量校正的控制系統(tǒng)。主蒸汽量代表機(jī)組負(fù)荷，經(jīng)函數(shù)運(yùn)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(jìn)行比較，其偏差經(jīng)PI運(yùn)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(jī)，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(yùn)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(yùn)行的首要條件。水位過高會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離，飽和水蒸汽帶水過多，會(huì)使過熱器管壁結(jié)垢導(dǎo)致?lián)p壞，同時(shí)過熱蒸汽溫度急劇下降。該過熱蒸汽作為汽輪機(jī)動(dòng)力，將會(huì)損壞汽輪機(jī)葉片，影響整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的安全和經(jīng)濟(jì)性。水位過低，則由于汽包內(nèi)水量較少，且負(fù)荷很大時(shí)，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(shí)調(diào)節(jié)就會(huì)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(gè)單沖量／三沖量可切換的控制系統(tǒng)。在啟動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)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(shí)、蒸汽參數(shù)穩(wěn)定、給水流量允許時(shí)，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(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償后汽包水位信號采取三取中的方法進(jìn)行信號處理。
6、結(jié)論
    本文設(shè)計(jì)的鍋爐控制方案由若干協(xié)調(diào)運(yùn)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(jī)組中的鍋爐控制中，保證機(jī)組中鍋爐靈敏快速安全穩(wěn)定運(yùn)行，并生產(chǎn)出滿足整個(gè)工藝所需的電量。此控制方案不僅可以實(shí)現(xiàn)很好的企業(yè)效益，提高整個(gè)機(jī)組效率，而且其控制方法和思想可為其他工程項(xiàng)目提供一定的理論依據(jù)，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。