1锅炉系统控制要求

1.1主要监测参数

 
1.2控制部分
     根据锅炉出口热水温度、热水流量、热水压力、炉膛压力、烟气含氧量自动调节锅炉给煤量、鼓/引风机风量，以保证锅炉处于最佳的燃烧状态，最佳热效率，控制调节系统采用西门子PCS7控制系统，并备有手动和自动操作模式。

1.3联锁控制部分

此项目涉及到锅炉电机起停保护，原则为启动电机顺序一次是引风机、一次风机、二次风机、炉排电机、给煤机。停止电机顺序一次是炉排电机、给煤机、一次风机、二次风机、引风机。如果引风机停，必须停一次风机和二次风机，如果一次风机停，必须停二次风机和炉排电机和给煤机。

当锅炉运行中出现下列情况时，设置自动切断鼓、引风机的装置：

●锅炉压力降低至0.4MPa时；

●锅炉水温升高至140℃时；

●锅炉出口流量低于420t/h；

●循环水泵突然停止运行时；

锅炉的引风机与鼓风机之间设置联锁：

●启动：引风机－鼓风机－炉排

●停止：炉排－鼓风机－引风机

锅炉的炉排与除渣机之间设置联锁：

●启动：除渣机－炉排

停止：炉排－除渣机

2 锅炉自动控制特点

锅炉的燃烧控制主要解决的是锅炉的热平衡问题。当外网的负荷变化时，相应的一、二次风量分配也会变化。因此，锅炉的燃烧控制即要控制给煤量，也要控制一、二次风的给风量。也就是要根据外网的负荷变化情况来控制锅炉的给煤量。根据锅炉燃料的供给速度来控制锅炉的一、二次风量，再根据锅炉的出口的烟气的含氧量对风/煤比进行自动调整。

锅炉自动控制系统将整个锅炉控制分成如下几个部分：燃烧过程控制、给水母管压力控制，除氧器控制。燃烧过程控制又可以分成送风控制、炉排转速控制、炉膛负压控制，此三部分相互关联。

燃烧系统自动调节的第一个任务是维持锅炉出口热水温度保持稳定，克服自身燃料方面的扰动，保证负荷与出力的协调；第二个任务是使燃料量与空气量相协调（风煤比），保证燃烧的经济性；第三个任务是使引风量与送风量相适应，维持炉膛压在一定范围内。

由于锅炉在运行过程中负荷经常发生变化，这样必须随负荷变化及时调整燃料量，锅炉中，进出热量的平衡体现在锅炉出口热水温度，负荷调节即温度调节，温度调节通过燃料量的调节即炉排转速的改变来实现。因此在具体的控制设计中基本上应根据负荷来设定炉排转速——粗调，根据锅炉出口热水流量来细调炉排转速；根据炉排转速来设定送风——粗调，由烟气含氧量来细调送风量，再根据送风来调整引风以维持负压。

细调过程在规则控制中实现，粗调在大的负荷变动中采用。粗调要求有比较准确的炉排转速与负荷的对应表、鼓风与引风的对应表。细调要求有准确的专家经验。对应表及规则表可写入程序并可在界面中修改。

3锅炉自动调节回路
3.1锅炉负荷调节

锅炉负荷调节回路锅炉出口热水温度作为主调量，并结合锅炉出口热水流量、炉膛温度、炉膛运算，输出至炉变频器，控制炉排转速，并按锅炉含氧量智能专家系统计算，保证锅炉出口热水温度，节约能源。

3.2一次风机控制

送风控制使燃料量与空气量相协调（风煤比），保证燃烧的经济性。结合操作经验，设定一合适的风煤比，给煤输出变化×风煤比＋上周期一次风机输出 = 一次风机的输出。

3.3二次风机控制

二次风机控制采用单回路，作为一次风量的补充。

3.4炉膛负压控制

锅炉炉膛负压调节采用调节引风机转速方式，将鼓风机开度作为前馈量，炉膛负压作为被调量送入控制系统，经过炉膛负压调节器的运算，控制系统输出控制引风机变频器，调节引风机转速，以达到节约能源、稳定炉膛压的目的。炉膛负压控制是保证锅炉安全燃烧的首要控制对象。

3.5锅炉含氧量调节

锅炉含氧量调节回路将炉膛含氧量作为主调量，将炉排控制信号作为前馈量，并结合锅炉出口热水温度、锅炉出口热水流量、炉膛温度等工况参数，经过控制系统的智能专家调节运算，计算风煤比系数，确定含氧量控制点，优化含氧量，优化燃烧，节约能源。

4锅炉燃烧优化控制

4.1锅炉燃烧系统的三大控制任务
a) 保证锅炉出口水温恒定以适应负荷需要；
b) 维持氧含量在理想范围保证经济燃烧；
c) 维持炉膛在一定负压范围之内保证锅炉安全运行。

4.2三大控制任务的手段
a) 锅炉出口水温的控制通过调节输入燃料量和送风量的多少来实现；
b)氧含量的控制主要通过调节送风量和燃料成适当配比（风煤比）来实现；
c)炉膛负压的控制主要通过调节引风量和送风量来实现。

4.3主要被控参数

4.3.1锅炉出口水温

锅炉出口水温是衡量供求关系平衡与否的重要指标，出口水温还是送风控制回路中送风调节器的前馈信号，当负荷变化时送风挡板立即动作。锅炉出口水温调节器根据锅炉出口水温的变化，对各台并行运行的锅炉按预定的比例发出增、减负荷的信号。

4.3.2炉膛负压、送风量、引风量

炉膛负压过高或过低都会影响锅炉的安全生产和经济燃烧。若炉膛负压过小，容易局部喷火，不利于安全生产;若炉膛负压过大，则漏风严重，从而导致总风量增加、烟气热损失增大、煤耗增加。炉膛负压的稳定是通过炉膛负压、送风量、引风量3个变量参数信号经过控制系统内各功能块的作用，调节引风变频转速，控制其引风量来实现的。当负荷增大时，热负荷调节器发出信号，通过调速电机增大给煤量。同时，与给煤量成比例的送风量也由于送风调节器的动作，使送风量相应增大，此时炉膛负压立即下降，需增加引风量以保证炉膛负压的稳定。由于调节器要在炉膛负压变化后才有输出，虽然引风调节器的输出调节了引风变频的转速，但在一段时间内炉膛负压仍在下降。因此将送风调节器的输出作为引风调节器的前馈信号，送到炉膛负压调节回路的引风调节器，使送风调节器动作时引风调节器立即动作，以解决测量滞后问题。引风量实际上是送风量的微调。以上调节可通过西门子PCS7控制系统来实现。

4.3.3烟气氧含量

烟气氧含量是检查锅炉燃烧系统燃料量与送风量是否合适的一个指标。一般用空气过剩率，即风煤比来衡量燃烧效率。空气过剩率是通过分析烟气中氧的含量来设定的。锅炉烟气氧含量一般为4%，相应的空气过剩率在1.02-1.10时，燃烧效率最高。当负荷或燃煤质量发生变化时，烟气中的氧含量要发生变化，因此除了通过氧量调节器来调节氧含量外，氧量调节器的输出还作为送风调节器的输入信号来校正送风量，以保证燃烧的经济性。
    锅炉燃烧系统的三个控制目标是相辅相成的，锅炉出口水温变化，需要调节燃料和送风，这势必会引起炉膛氧含量和负压的变化；氧含量变化，需要调节送风和燃料,同样要引起出口水温和炉膛负压的变化；炉膛负压变化，需要调节引风和送风，反过来也要引起氧含量的变化，因此是一个强相关、强耦合的系统。同时，由于实际过程中燃料的配比不稳定，燃料的热值时好时坏，“负荷流量”的需要量时高时低，致使被控对象极其不稳，所以存在强烈的外部干扰。总体说来，锅炉燃烧对象是一个具有多变量、强耦合、强干扰、大滞后等特性的复杂过程系统。

4.4锅炉运行优化控制原理
a)通过运行历史数据和试验数据，建立机组在不同的干扰量（负荷，环境温度）下，锅炉各可调量，如一次风压，二次风压及不同的二次风量组合，烟气含氧量、给煤量等，与锅炉运行性能（NOx和效率）之间的非线性动态模型；
b)通过稳态模型，寻优机组当前可以达到的最佳性能；
c)采用动态控制，控制机组达到最佳状态，从而实现性能最佳。

4.5具体实现的技术方案
    控制系统获取锅炉机组的所有状态与参数，以这些数据为基础，进行建模、优化与控制，得到影响锅炉运行性能的各个控制量的最优值，并以偏置值的形式反馈到控制系统，实现锅炉运行性能的闭环控制。 锅炉运行优化控制系统给出运行可调参数的最佳值，如最佳的烟气含氧量，最佳的一次风压，二次风压等，并将这些值传送给控制系统，由控制系统完成具体的控制任务。

4.6锅炉燃烧优化技术
c)锅炉烟气含氧量的优化控制技术
    国内早期燃烧优化控制技术的研究主要为锅炉烟气含氧量的优化控制研究。烟气含氧量代表了锅炉燃烧的风煤比,是影响锅炉燃烧效率和污染排放的关键参数。早期的燃烧优化控制主要以提高锅炉运行效率为目的,一般情况下,锅炉的效率与烟气含氧量成凸的二次曲线关系,因此这些运行优化控制的研究都是采用这一关系曲线对锅炉的烟气含氧量进行在线的寻优控制,以保证锅炉的最佳燃烧效率。由于早期锅炉效率不可在线测量,因此很多研究采用了烟气中CO含量与锅炉效率的关系作为间接寻优烟气氧量的依据。这类控制系统简单、有效,但是比较粗糙,实际应用很少,这主要是受早期锅炉可控性较差、各种分析测量仪表尚没有成熟的影响。
   对于燃烧控制系统来说，在燃烧负荷变化时，一般都要根据燃烧特性对过量空气系数进行调整，使其处于较好状态。但是只是过量空气系数合格还不能完全说明燃烧状态的好坏。因为在负荷或煤种变化大的情况下，过量空气系数在整个燃烧过程中应是变化的，低负荷和煤质变差时，过量空气系数有所增加。这是因为负荷降低时，燃料的空气量变得很小，一次风动量降低，使燃料和空气混合不好，容易引起不完全燃烧，若要防止煤粉堵管和燃尽燃料就要求加大风量，从而过量空气系数增加；同样煤质变差时，若要完全燃烧，所需的理论空气量就会增加，相应的过量空气系数应有所增加。

5故障报警系统

故障报警系统的完善，使得运行人员可以快速掌握报警发生地点，对超温、超压、泄漏、堵塞、断电等各种故障的发生做到及时诊断，及时检修，保证系统安全运行。系统配置闪光报警控制仪，把循环水泵电动机电流、过载，补水定压点压力过高或过低，无氧水箱、软化水箱液位及消防水箱高低液位等信号接入闪光报警控制仪进行声光报警，同时在计算机上位机进行报警显示及报警信号报表存储。

6安全保护系统

安全保护系统是控制系统的主要组成部分。涉及安全的工艺参数的设定值由工艺及设备制造厂家依据有关规范给出，不允许操作人员修改或从自动保护中切除。

在某些特殊阶段需要修改和切除时由安全部门和运行人共同确认和履行手续，制定应急措施，正、付操作员必须不间断地监视系统的运行情况。

安保参数分为二类：一类是会造成重大事故，当参数超过安全值时，控制系统会立即自动停炉；一类是会危及正常运行或影响设备运行寿命，当这类参数超过安全值时，控制系统会对相应控制量进行调整，仍然无效时由操作人员实施停炉或其它处理。

一般在涉及到系统运行安全的控制设备应设有人工干预紧急按钮，如遇到紧急情况，操作员可以进行人工干预。

所有的安保参数，在没达到安全设定值之前均有报警。在这些报警出现后，操作人员应准确判断原因，迅速采取措施，避免参数到达安保设定值。自动停炉的安保及动作：

●启动时，先开引风机，然后启动一次风机，再启动二次风机和给煤机。停运时， 先停给煤机和二次风机，再停一次风机，最后停引风机。

●当出现一下条件四时，应自动停炉。

锅炉压力降低至0.4MPa时；

锅炉水温升高至140℃时；

锅炉出口流量低于420t/h；

循环水泵突然停止运行时；

●给煤设备故障

在锅炉供热正常运行时，如4台给煤变频器同时故障(信号进入西门子PCS7)，则控制系统自动发出停炉指令。

●一次风机、引风机停运

风机的停运触发自动停炉。

启动风机的程序(由控制系统顺序实现)

启动引风机并正常, 然后启动一次风机。

停止风机的程序(由控制系统顺序实现)

停一次风机并确认, 然后停引风机。

7燃煤锅炉经济运行分析

控制系统通过供热指标计算公式，完全可以实现自动计算锅炉热效率、供热标准煤耗率、供热标准电耗率、供热标准水耗率等经济运行热指标。并且连续在线实时地进行热力计算和结果输出。

控制系统对输入、输出的数据自动进行存储，可以实时查询并通过离线查询工具进行历史查询。也可以通过拷贝的方式把历史数据存到其它计算机进行查询。

控制方案自动计算出以年、月、日、班各个时间段的累计量。并自动进行存储

锅炉燃烧效率公式：

g=Q1/Q  g燃烧热效率；Q1锅炉供热量；Q锅炉给热量

Q1=G X △T G总循环水量；△T供回水温差

Q=T X Qnet T锅炉耗煤量；Qnet煤低位发热值

通过以上计算公式与锅炉自寻优算法调配风煤比相结合，可降低锅炉耗煤量，大大提高热效率。