工業蒸汽鍋爐自動化控制初探

【摘要】計算機技術的快速發展使自動化成為現代工業發展
的主要方向，自動化技術在工業蒸汽鍋爐中的應用可以提升蒸汽
鍋爐運行的安全性和穩定性，有利于實現節能減排目標。目前我
國工業中使用的蒸汽鍋爐有多種類型，傳統的熱工儀表手動控制
方法難以對鍋爐運行狀態進行實時監控，導致工業蒸汽鍋爐生產
效率低，能耗高，污染排放超標。在生態環境形勢日益嚴峻的當
下，使用自動化控制手段提高工業鍋爐的生產效率、降低能耗和
污染排放量十分必要。本文將對蒸汽鍋爐的自動化控制技術進行
探究。
【關鍵詞】工業；蒸汽鍋爐；自動化控制
前言
工業蒸汽鍋爐在運行過程中的調節控制是一項繁瑣的工作，
需要多個線路的共同配合，而對工業鍋爐進行有效控制意義重大，
是安全生產和高效生產的前提，因此工業蒸汽鍋爐運行狀態控制
是工業生產的重點和難點任務。隨著科技進步和計算機技術的快
速發展，工業蒸汽鍋爐的自動化控制技術在工業生產中的應用可
以實現對蒸汽鍋爐運行狀態的有效控制，能夠有效提高生產效率、
降低生產成本，同時也符合節能減排的綠色發展要求。本文將首
先對工業蒸汽鍋爐自動化控制系統的組成結構和工作原理進行分
析。
一、系統組成結構
工業蒸汽鍋爐的微機控制系統主要由顯示器、工控機、手操
器、打印機、報警裝置等部分組成，能夠對蒸汽鍋爐運行過程中
的給煤、給水、鼓風、引風等各個環節進行自動化控制。微機控
制系統主要分為手動控制和自動控制兩個部分，可以通過手動自
動切換裝置進行切換。在手動控制狀態下，操作人員可以對鍋爐
進行手動控制，通過操作器控制變頻器
[1] 。
在自動控制狀態下，微機會自動發出信號對鍋爐設備進行控
制，并對蒸汽鍋爐的運行狀態進行監測，一旦發現運行狀態異常，
就會發出警報，以便工作人員及時排查故障隱患，避免影響蒸汽
鍋爐的正常運行。微機控制系統還能夠定時打印運行參數數據，
自動形成生產日志，減少人員工作負擔。
在工業生產中，保證工業蒸汽鍋爐的安全、穩定運行具有重
要意義，鍋爐一旦出現故障，容易引發重大安全事故，造成人員
傷亡，給工業生產帶來不可挽回的損失。因此設計人員進行自動
化控制系統設計時，一定要謹慎設計好報警參數，確保自動化控
制系統能夠對鍋爐運行狀態進行有效監控，及時發出報警，盡早
消除安全隱患
[2] 。
二、工作原理
工業蒸汽鍋爐自動化控制的實現主要是通過將除氧水送入水
泵調節閥中，在省煤器處理下變成溫水，再經過汽包的加熱使水
體沸騰，從而產生蒸汽。為保證蒸汽面積的最大化，水位應位于
鍋爐汽包的中間位置，使蒸汽從蒸汽閥排出。同時空氣會快速進
入空氣預熱器內部，經過加工處理后出現延期預熱現象，形成熱
空氣。煤炭落到爐排上后，爐排開始勻速轉動，煤炭被爐膛前的
火苗點燃，在其燃燒過程中可以揮發大量水分，產生熱煙氣，最
后通過引風機將預熱傳導分別輸送到鍋爐的水和空氣里，從而提
高鍋爐生產效率，減少熱能浪費
[3] 。
三、給水調節系統
節水調節系統主要是對給水流量進行控制，使其適應鍋爐蒸
發量，控制汽包水位維持在允許范圍內，保持給水穩定。汽包水
位是控制回路的被調參數，給水調節閥是主要調節機構，水流量
就是調節量。給水調節系統中的汽包水位調節主要受蒸發量、燃
料量、積水量影響。由于給水調節對象存在一定的滯后性，而且
不具備自平衡能力，所以在蒸汽鍋爐的自動化控制系統中汽包液
位回路采用閉環三沖量調節系統。該系統將給水流量、蒸汽流量
和汽包水位通過運算后傳遞給水閥調節系統
[4] 。
給水壓力回路也是鍋爐積水調節系統中的重要組成部分，由
于汽包內壓力高，對鍋爐進行補水時必須提供更高的壓力。積水
壓力回路的主要作用就是提高給水的壓力，使其能夠順利進入汽
包。蒸汽流量沒有達到滿負荷前，給水流量的需求不高，老師鍋
爐系統一般采用水泵以工頻方式運轉，利用回流閥降低水壓，防
止爆管。在自動化控制系統中，采用變頻器進行恒壓供水，對水
壓進行控制和調節。
系統下達指令后，第一臺泵通過變頻器的作用自動啟動運行，
由系統對給水管水壓進行自動檢測。變頻器的頻率達到工頻后，
如果給水管的水壓仍未達到預先設定值，系統會控制第一臺電機
切換到工頻直供電，由變頻器拖動第二臺水泵開始運行。待變頻
器達到工頻狀態后，在檢測供水管水壓，如果母管水壓仍未達到
預先設定值，系統再將第二臺水泵切換到工頻直供電，并通過變
頻器啟動第三臺水泵開始運行，以此類推，直到給水管壓力達到
設定值為止。再次過程中，如果鍋爐的需水量減少，也可以通過
變頻控制系統自動降低變頻器運行頻率，頻率減到零時如果仍然
不能滿足要求，就切換至前一臺水泵繼續減頻，以此類推，指導
滿足要求為止。變頻控制系統始終利用一臺變頻器對水泵轉速進
行調節，可以保證管網壓力的動態恒定。但是變頻器報警停機或
發生其他故障，容易造成水泵停止運行從而造成鍋爐缺水，所以
還需要加裝反饋裝置，為變頻器的正常運行提供保障
[5] 。
此外，鍋爐供水系統的自動化控制還包括除氧器的壓力和水
位控制。除氧器壓力控制的主要目的是保證除氧器口的蒸汽壓力
足夠用于將軟化水除氧，其控制回路是單閉環回路，除氧器的壓
力是其輸入參數，器輸出參數控制除氧器進氣閥。對除氧器水位
進行控制的主要目的是保證除氧器中由足夠的水提供給鍋爐。這
也是個單閉環控制回路，輸入參數是除氧器水位，輸出參數控制
穿氧氣進水閥。
四、燃燒控制系統
蒸汽鍋爐的燃燒自動化控制系統與燃燒種類、燃燒方式、供
給系統、鍋爐與負荷聯接方式等有關，其自動控制的主要任務分
為三個方面，一是維持鍋爐內的氣壓恒定，二是保證燃燒過程的
經濟性，三是對引風量和送風量進行調節，維持爐膛壓力不變。
如果鍋爐內的氣壓發生了變化沒說明蒸汽量與負荷耗氣量不
相適應，需要改變燃料量，從而改變鍋爐蒸汽量。燃料量發生改
變后，也需要相應的調節風量，使其與燃料量匹配，保證燃料的
充分燃燒。汽壓、爐膛負壓、煙氣含氧量是燃燒控制系統的主要
被調參數。主要調節量也有三個，分別是燃料量、引風量和送風
量。燃料量調節一般通過爐排電機或燃料閥進行，引風量和送風
量的調節一般通過變頻器和擋板執行機構進行。各種自動控制回
路都具備手動和自動控制兩種模式，在系統中引入控制對象的反
饋值，可以實現手動控制與自動控制的無擾動切換。
五、結束語
總而言之，工業蒸汽鍋爐自動化控制系統的實現具有重要意
義，可以有效提高鍋爐運轉效率，降低能耗，減少污染物排放量，
提高工業生產的經濟效益。本文著重分析了自動控制系統中的給
水控制系統和燃燒控制系統，希望能起到參考作用。
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