关键词：温度传感器 PLC PID运算
中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）08-0006-01
随着我国经济的高速发展，燃煤锅炉作为一种重要的动力设备，在工业生产、供暖、供热等领域有较为广泛的应用。但是，随着人们的环保意识日渐加强，燃煤锅炉的污染问题也渐渐的引起了人们的关注。由于锅炉的燃烧会产生大量的气体和有害烟尘，那么，如何减少二氧化硫、二氧化碳气体的排放就成了要解决的问题，其中之一就是要提高锅炉的运行效率，对其进行提升和改造，从而减少污染气体的排放。
由于我国在使用中的锅炉控制水平并不高，其能效比普遍低于国家标准，操作人员大多依靠经验而非量化的值去操作，导致锅炉长期处在高能耗、高污染的生产状态。所以在本文中我们将使用PLC，即可编程控制器来对其生产运行过程进行控制。
1 PLC温度控制的原理
在这里采用PLC中的PID算法对过程进行控制。原理如图1所示。
系统中目标设定值为生产运行时炉膛内需要的温度，闭环中PID控制器的温度由温度传感器获得，通过模数转换变成数字量，设定值与传感器输送的值进行运算，将结果放入PID控制器，通过比例、积分、微分运算得到了一个数字量，然后经过控制上限和控制下限限位处理后，在进行数模转化，将一个电压信号传送到固态继电器，在控制炉排进而控制锅炉的温度。温度传感器有热电偶和热电阻两类，由于燃煤锅炉的炉膛内温度较高，所以采用热电偶作为系统中的温度传感器。热电偶分为K和J型。其中K型为镍铬-镍硅，按偶丝直径不同，使用温度-200到1300度， J型为铁-康铜，按偶丝直径不同，使用温度-200到750度。分辨率分别为0.4度和0.3度，可根据具体的要求选择。系统中的固态继电器由输入电路、隔离和输出电路构成，固态继电器的输入端、输出端采用光电隔离技术，将强电和弱电分开，弱电设备输出的信号可以加在固态继电器控制端上，无需添加保护电路。目标设定值、PID控制器、模数、数模系统构成PLC主控系统。PLC我们采用三菱的FX2N-48MR作为PLC主机，其输入输出点数较多，性价比较好。该系统的PID控制器（比例、积分、微分）一般采用专用的模块FX2N-4AD-TC（采用4通道）来实现温度的PID控制，本系统中模数、数模都由PLC实现，炉膛的反馈信号直接进入PLC以方便采样，控制固态继电器的电压信号由PLC送出，从而控制炉排来确定炉内温度。
2 锅炉的自动调节控制
由于锅炉的工作是由负荷确定，产生一定压力的蒸汽和水，在既要完成工作的前提下，又要实现锅炉的安全、可靠经济，必须实现下列调节控制
汽包水位控制：作为本系统一个非常重要的控制变量、同时也是锅炉运行的主要指标，控制的水位要求是20cm±10cm之间。如果水位过低，则包内水量少，而供热负荷未变，在水的汽化效率未变的前提下，会使汽包内水量急剧变化，如未加以控制，水会全部汽化，最终导致锅炉损毁。如果水位过高会对水汽分离的过程产生影响，会产生蒸汽带液的情况，同时会使过热器管壁发生结垢问题而无法使用，水位的过高或过低都会产生严重的后果，要对其进行严密的控制。
炉排转速控制：炉排的转速由PLC经过PID运算后控制，系统中由温控传送的信号决定了炉排的转速，如反馈的信号比设定值SV小，则炉排要提高转速，增大给煤量，加大燃烧。如反馈的信号比设定值SV大，则炉排要降低转速，减小给煤量。由于系统中温度是一个时变量，给煤量要跟随运算后的大小来变化，正是在该控制中加入PID控制，使得燃煤的用量得到了定量的消耗。
出水温度控制：出水温度控制本质上就是炉排调节控制，通过调节炉排转速即给煤量的多少来调节锅炉的出水温度。作为锅炉的一项参数，采用电脑控制可有效避免人工控制的缺陷，电脑内要预设室外温度下标准供水温度和标准供水、回水温度差的曲线，电脑首先应根据外界的温度及一段时间内外界温度的变化，模拟出外界温度变化的曲线，在根据标准供水曲线，对比本系统出水温度的标准值来反馈出水温度的给定值。电脑根据出水的温度值与给定值的偏差大小，通过其内部的算法来控制炉排的转动速度，要使得出水温度逐渐达到标准值。
3 结语
本文的设计是基于PLC控制的锅炉控制系统的改造，能够通过PLC实时控制锅炉的运行，加装温度传感器和FX2N-4AD-TC采样能够良好的反馈锅炉的相关参数，实现该燃煤锅炉系统的最优控制。采用PLC作为其核心，系统编程灵活，操作方便。
参考文献
[1]赵钦新.工业锅炉安全经济运行.北京：中国标准出版社，2003.2.
关键词：工业蒸汽锅炉 炉膛负压 蒸汽压力 变频控制 水位三冲量
一、引言 锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。
工业锅炉采用微机控制和原有的仪表控制方式相比具有以下明显优势：
1．直观而集中的显示锅炉各运行参数。能快速计算出机组在正常运行和启停过程中的有用数据，能在显示器上同时显示锅炉运行的水位、压力、炉膛负压、烟气含量、测点温度、燃煤量等数十个运行参量的瞬时值、累计值及给定值，并能按需要在锅炉的结构示意画面的相应位置上显示出参数值。给人直观形象，减少观察的疲劳和失误；
2．可以按需要随时打印或定时打印，能对运行状况进行准确地记录，便于事故追查和分析，防止事故的瞒报漏报现象；
3．在运行中可以随时方便的修改各种运行参数的控制值，并修改系统的控制参数；
4．减少了显示仪表，还可利用软件来代替许多复杂的仪表单元，（例如加法器、微分器、滤波器、限幅报警器等），从而减少了投资也减少了故障率；
5．提高锅炉的热效率。从已在运行的锅炉来看，采用计算机控制后热效率可比以前提高5-10%，据用户统计，一台20T的锅炉，全年平均负荷70%，以平均热效率提高5%计，全年节煤800吨，按每吨煤380元计算每年节约304000元；
6．锅炉系统中包含鼓风机，引风机，给水泵，等大功率电动机，由于锅炉本身特性和选型的因素，这些风机大部分时间里是不会满负荷输出的，原有方式采用阀门和挡板控制流量，浪费非常严重。通过对风机水泵进行变频控制可以平均节电达到30%-40%；
7．锅炉是一个多输入多数出、非线性动态对象，诸多调解量和被调量间存在着耦合通道。例如当锅炉的负荷变化时，所有的被调量都会发生变化。故而理想控制应该采用多变量解偶控制方案。而建立解偶模型和算法通过计算机实现比较方便；
8．锅炉微机控制系统经扩展后可构成分级控制系统，可与工厂内其他节点构成工业以太网。这是企业现代化管理不可缺少的；
9．作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。在采用计算机控制的锅炉控制系统中，有十分周到的安全机制，可以设置多点声光报警，和自动连锁停炉。杜绝由于人为疏忽造成的重大事故。
综合以上所述种种优点可以预见采用计算机控制锅炉系统是行业的大势所趋。下面我们来共同探讨锅炉控制系统的原理和结构。
二、锅炉控制系统的一般结构与工作原理 常见的工业锅炉系统如图1所示。首先除氧水通过给水泵进入给水调节阀，通过给水调节阀进入省煤器，冷水在经过省煤器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成温水进入汽包，在汽包内加热至沸腾产生蒸汽，为了保证有最大的蒸发面因此水位要保持在锅炉上汽包的中线位置，蒸汽通过主蒸汽阀输出。空气经过鼓风机进入空气预热器，在经过空气预热器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成热空气进入炉膛。煤经过煤斗落在炉排上，在炉排的缓慢转动下煤进入炉膛被前面的火点燃，在燃烧过程中发出热量加热汽包中的水，同时产生热烟气。在引风机的抽吸作用下经过省煤气和空气预热器，把预热传导给进入锅炉的水和空气。通过这种方式使锅炉的热能得到节约。降温后的烟气经过除尘器除尘，去硫等一系列净化工艺通过烟囱排出。
锅炉微机控制系统，一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、PLC、上位机、手自动切换操作、执行机构及阀、电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机。控制系统包括手动和自动操作部分，手动控制时由操作人员手动控制，用操作器控制变频器、滑差电机及阀等，自动控制时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，以免锅炉发生重大事故。
微机控制系统由工控机、显示器、打印机、PLC、手操器、报警装置等组成，能完成对给水、给煤、鼓风、引风等进行自动控制，使锅炉的汽包水位、蒸汽压力保持在规定的数值上，以保证锅炉的安全运行，平稳操作，达到降低煤耗、提高供送汽质量的目的，同时对运行参数如压力、温度等有流程动态模拟图画面并配有数字说明，还可对汽包水位、压力、炉温等进行越限报警，发出声光信号，还可定时打印出十几种运行参数的数据。以形成生产日志和班、日产耗统计报表，有定时打印、随机打印、自定义时间段打印等几种方式。
锅炉控制系统的硬件配置，目前有几种，功能较好首推可编程序控制器PLC，适合于多台大型锅炉控制，由于PLC具有输入输出光电隔离、停电保护、自诊断等功能，所以抗干扰能力强，能置于环境恶劣的工业现场中，故障率低。PLC编程简单，易于通信和联网，多台PLC进行链接及与计算机进行链接，实现一台计算机和若干台PLC构成分布式控制网络，另外使用PLC加上位机的控制系统具有很好的扩容性，如需要增加控制点或控制回路只需添加少量输入输出模块即可，为以后的控制系统升级改造和其他功能的添加打下良好基础，也为以后一机多炉控制系统等其他工厂级自动化网络打下良好基础。虽然，从短期的角度看价格稍高，如果从长远观点看，其寿命长，故障率低，易于维修，值得选用。
三、锅炉控制系统中各控制回路的介绍 锅炉控制系统，一般有蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、除氧器水位、除氧器压力等控制系统。锅炉的燃烧控制实质上是能量平衡系统，它以蒸汽压力作为能量平衡指标，不断根据用汽量与压力的变化调整燃料量与送风量，同时保证燃料的充分燃烧及热量的充分利用。
3.1 锅炉给水控制回路
给水自动调节的任务是使给水流量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在允许的范围内。给水自动调节的另一个任务是保持给水稳定。在整个控制回路中要全面考虑这两方面的任务。在控制回路中被调参数是汽包水位（H），调节机构是给水调解阀，调节量是给水流量（W）。
对汽包水位调节系统产生扰动的因素有蒸发量D、炉膛热负荷（燃料量M），给水量（W）。
① 蒸发量D扰动作用下水位对象的动态特性
当给水流量不变，蒸发量忽然增加D时，如果只从物质不平衡角度来看，则反映曲线如图2(a)中的H1(t)所示，但由于蒸发量增加时，汽包容积增加，水位将上升，水位的反映曲线如图2(a)中的H2(t) 所示。H1(t)和H2(t)相结合，实际的水位阶跃反应曲线如图2(a)中的H(t)所示。
② 炉膛负荷扰动（燃料量M扰动）时水位对象的动态特性
燃料量增加M时，蒸发量大于给水量，水位下降。但开始是由于有虚假水位存在，水位线上升，然后再下降。如图2(b)中所示。
③ 给水流量（W）扰动时的水位对象的动态特性
当蒸发量不变，而给水量阶跃扰动时。汽包水位如图2(c)所示。在开始阶段。由于刚进入得水水温较低。使汽水混合物中的汽泡吞量减少。水位下降，如图2(c)中的H1(t)所示。而H2(t)反映了物质不平衡引起的水位变化，H1(t)和H2(t)相加得到了总的给水量扰动的阶跃反应曲线H(t)。
由于给水调节对象没有自平衡能力，又存在滞后。因此在一般锅炉控制系统中汽包液位回路采用闭环三冲量调节系统。所谓三冲量调节系统就是把给水流量W，汽包水位H，蒸汽流量D三个变量通过运算后调节给水阀的调节系统。具体调节过程方框图如图3所示。
先通过蒸汽流量变送器和给水流量变送器取得各自的信号乘以相应的比例系数，通过比例系数可以调节蒸汽流量或给水流量对调节系统的影响力度。通过差压变送器取得水位信号作为主调节信号H。如果水位设定值为G，那么在平衡条件下应有D*Dk-W*Wk+H-G=0的关系式存在。其中Dk为蒸汽流量系数 Wk为给水流量系数。如果再设定时，保证在稳态下D*Dk=W*Wk那么就可以得到H=G。此时调节器的输出就与符合对应，给水阀停在某一位置上。若有一个或多个信号发生变化，平衡状态被破坏，PI调节模块的输出必将发生变化。当水位升高了，则调节模块的输出信号就减小，使得给水调节阀关小。反之，当水位降低时，调节模块的输出值增大，使给水阀开大。实践证明三冲量给水单极自动调节系统能保持水位稳定，且给水调节阀动作平稳。
锅炉给水系统中还有一个比较重要的控制回路是给水压力回路，因为汽包内压力较高，要给锅炉补水必须提供更高的压力，给水压力回路的作用是提高水压，使水能够正常注入汽包。但在蒸汽流量未达到满负荷时，对给水流量的要求也不高。在老式的锅炉系统中一般采用给水泵一直以工频方式运转，用回流阀降低水压防止爆管，现在一般采用通过变频器恒压供水的方式控制水压，具体实现方式是：
系统下达指令由变频器自动启动第一台泵运行，系统检测给水管的水压，当变频器频率上升到工频时，如水压未达到设定的压力值，系统自动将第一台电机切换至工频直供电，并由变频器拖动第二台水泵运行，如变频器运行到工频状态时供水母管压力仍未达到设定压力值系统自动将第二台水泵切换至工频直供电，再由变频器拖动第三台运行，依次类推，直至压力达到设定值。若锅炉需要的给水量减少，变频控制系统可自动降低变频器的运行频率，如变频器的频率到零仍不能满足要求，则变频器自动切换至前一台水泵进行变频运行，依次类推。变频恒压供水控制系统的实质是：始终利用一台变频器自动调整水泵的转速，切换时间以管网的实际压力和设定压力的差值决定，同时保证管网的压力动态恒定。值得注意的是为了防止变频器报警停机或其他故障造成水泵不转会引起锅炉缺水，所以应该加反馈装置确保变频器正常工作。
除此之外锅炉的供水系统中还包括除氧器压力控制和除氧器水位控制，除氧器压力控制主要是为了保证除氧器口有足够的蒸汽压力用于将软化水除氧，这是一个单闭环控制回路，输入参数是除氧器压力输出参数控制除氧器进汽阀。除氧器水位控制主要是为了保证除氧器内有足够的水提供给锅炉，这是一个单闭环控制回路输入参数，是除氧器水位输出参数控制除氧器进水阀。
3.2 锅炉燃烧调节系统
燃烧过程自动调节系统的选择虽然与燃烧的种类和供给系统、燃烧方式以及锅炉与负荷的联结方式都有关系，但是燃烧过程自动调节的任务都是一样的。归纳起来，燃烧过程自动调节系统有三大任务：
① 维持汽压恒定。汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应，必须相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量。
② 保证燃烧过程的经济性。当燃料量改变时，必须相应地调节送风量，使它与燃料量相配合，保证燃烧过程有较高的经济性。
③ 调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。
燃烧调节系统一般有三个被调参数，汽压p、烟气含氧量a和炉膛负压pt。一般有3个调节量，他们是燃料量M，送风量F和引风量Y。燃烧调节系统的调节对象对于燃料量，根据燃料种类的不同可能是炉排电机，也可能是燃料阀。对于送风量和引风量一般是挡板执行机构或变频器。
燃烧调节系统是一个多参数变量调节系统。这种调节系统通常把它简化成互相联系，密切配合但又相对独立的3个单变量系统来实现。为便于分析，下面我们按3个系统来分别分析。这三个系统分别是以燃料量维持锅炉压力恒定的蒸汽压力调节系统，以送风量维持锅炉经济燃烧的送风调节系统，以引风量维持炉膛负压稳定的炉膛负压调节系统。
3.2.1 蒸汽压力调节对象的特性
引起蒸汽压力变化的主要原因是燃料量和用汽负荷发生变化。其动态特性如下。
① 燃料量扰动下的汽压变化特性
在用汽负荷不变的情况下，如锅炉燃料量(B)发生B的阶跃扰动，此时汽压的飞升曲线如图4(a)所示。此时对象没有自平衡能力，具有较大的迟滞和惯性。但如果锅炉出口的用汽阀门开度不变，那么由于汽压因燃料量扰动而发生变化时，蒸汽流量也将发生变化。由于汽压变化时，蒸汽流量增大自发地限制了汽压的变化，因此对象有平衡能力。此时汽压的飞升曲线如图4(b)所示。
② 用汽负荷扰动下的汽压变化特性
负荷阶跃扰动下，汽压变化的动态特性也有下列两种情况：当用汽阀门阶跃扰动时，对象表现出具有自平衡能力，没有延迟，但有较大的惯性，并有一个与阀门变化成比例的启始飞跃，飞升曲线如图4(c)所示；当用汽量阶跃扰动时，其飞升曲线如图4(d)所示，此时对象没有自平衡能力，如果不及时增加进入锅炉的燃料量，那么，汽压将一直下降。
3.2.2 送风自动调节对象的特性
送风调节系统的工作好坏，直接影响炉膛的空气过剩系数的变化也就是排出烟气的含氧量。引起空气过剩系数变化的主要扰动是燃料量和送风量配比。风量扰动下对象的动态特性具有较大的自平衡能力，几乎没有延迟和惯性，近似为一比例环节。而燃料量扰动时，需经过输送和燃烧过程而略有延迟。由于送风系统几乎没有延迟和惯性。所以在燃料充足的情况下送风量的大小将比较直接的反应在锅炉的蒸汽压力上。那么怎样才能保证股风量和燃料量的搭配适宜，这里我们引入了风煤比这个概念。风煤比就是在当前风量下所能燃烧的煤的最大值。在控制作用中风煤比主要是根据当前风量来限制炉排的转速，防止由于风量不够导致煤不能充分燃烧。该参数对节煤和环保都有很大意义。因为如果不能充分燃烧将会导致煤渣的含炭量增高，这样比较浪费煤，同时还会造成烟气含炭量增高影响排放。
3.2.3 炉膛负压自动调节对象的特性
炉膛负压自动调节对象的动态特性较好，但扰动通道的飞升时间很短，飞升速度很快。
根据以上对燃烧系统调节对象的分析，下面我们针对燃烧自动控制系统三个任务对控制采用的方案进行分析。
燃烧过程控制系统一般采用的控制流程图如图5（a）所示，先通过蒸汽压力变送器经滤波后取得信号，与设定蒸汽压力进行比较，判断出鼓风PI调节器调节的方向和大小，通过鼓风PI调节单元计算出鼓风变频器的输出大小。同时把该信号输出给风煤比计算单元，相应的算出在当时的风量下炉排的最大输出值。再把蒸汽压力的差值信号送给炉排PI调节器，通过炉排PI调节单元计算出炉排变频器的输出大小。经过风煤比限位，输出给炉排变频器。在实际调试过程中我们往往把鼓风PI调节中的比例系数设的比炉排PI单元的大，这样可以很好的保证鼓风系统对蒸汽压力的敏感度要高于炉排。实践证明通过该方法控制下锅炉的蒸汽压力稳定性好，在蒸汽负荷变化时相应程度高。灰渣含碳量低。
炉膛负压的大小对于节能影响很大。负压大，被烟气带走的热量大，热损失增加，煤耗量增大，理想运行状态应在微负压状态。它能明显增加悬浮煤颗粒在炉膛内的滞留时间，增加沉降，减少飞灰，使煤充分燃烧提高热效率。但由于负荷变化，需要改变给煤量和送风量，随之也要改变引风量，以保证炉膛负压的稳定，但由于系统有一定的滞后时间，为避免鼓风变化而引起炉膛负压的波动，系统中引入鼓风信号作为前馈信号对引风机进行超前调节。炉膛负压控制系统一般采用的控制流程图如图5（b）所示，调节原理比较简单属于单闭环调节系统，它的输入量是炉膛负压输出量是引风变频器，同时引入鼓风量作为前馈信号。
另外系统各回路中都设置了手自动两种操作方式，为了实现无扰动切换，系统引入了各控制对象的反馈值，在手动操作时PLC输出会自动跟踪控制对象的反馈，当切换到自动状态时可以进行无扰动切换，使系统平稳的过渡到自动状态。
四、锅炉控制系统组成结构 上面我们针对锅炉控制系统的各控制回路原理的做了简要分析，依据以上分析，我们知道构建一个可靠的、智能随动的智能控制系统是保证锅炉安全生产的基础。锅炉控制系统是典型的多变量、纯滞后、强耦合的控制系统，如果不能在控制策略和软件实现上很好地解决多变量解偶关系和滞后响应问题，那么，实施智能锅炉控制系统改造后同样也将无法实现预期的目标。
在控制系统设计上我们采用集中控制分散驱动（P—T方案）的集散控制思想，把控制系统分为三层：
a） 信息管理层：完成系统关键技术数据的设定、实时数据和运行状态的监视与控制、历史数据的查看、数据报表的记录与打印、报警与故障的提示处理等功能；主要由上位工控机（IPC）、组态开发软件、应用程序、通讯模块等组成；
b） 控制层：主要完成各种控制动作命令、实时数据的采样与处理、连锁动作的关联表达、控制算法的实现、异常现象的自动处理等功能；主要由可编程逻辑控制器（PLC）的开关量模块、模拟量模块、智能PID调节仪、变频器、PLC应用程序等组成；
c） 设备层：主要接受来自PLC的控制命令，执行相应的动作或提供相应的检测数据。主要由断路器、交流接触器、压力变送器、温度变送器、流量变送器、电动开关阀、模拟信号隔离分配器等组成。
五、结束语 综上所述，锅炉控制系统改造具有很好的市场发展空间和投资收益前景，值得广泛地推广。它不仅能够通过自动化控制技术实现安全生产的目的，还能够节煤节电并能使排放更环保，总之锅炉的计算机自动化控制是锅炉行业发展的大势所趋，也是一项利国利民的发展方向。
【关键词】 供热锅炉 PLC FCS 控制系统
目前，我国供热锅炉自动控制系统配置还比较落后，传统的手动控制已经无法满足城市集中供热高质量和大规模的要求。为了改善传统落后的控制系统配置，提高集中供热锅炉的自动化水平，基于可编程控制器PLC技术和现场总线控制系统FCS技术，在实际生活中运用越来越广泛，对PLC和FCS集中供热锅炉控制系统设计研究也在不断发展。本文对供热锅炉整体控制系统设计和PLC控制系统程序设计加以分析，并对供热锅炉控制系统监督功能的实现进行了介绍。
1 供热锅炉控制系统总体设计
1.1 供热锅炉燃烧控制系统分析
要分析锅炉燃烧控制系统，首先要对锅炉燃烧过程产生的热量进行计算。影响锅炉燃烧总热量的因素很多，我们计锅炉燃烧总热量为Q、有效利用热量为Q1、散热损失热量为Q2、烟气热损失热量Q3、灰渣物理量损失热量为Q4、气体不完全燃烧损失热量为Q5、过程中不完全燃烧损失热量为Q6，那么锅炉燃烧过程热量公式为：
Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
由上述公式可以看出，锅炉总热量的影响因素很多，在供热过程中损失的热量也较多，一方面，热量的损失造成热量资源的浪费，另一方面，锅炉在供热过程中的不完全燃烧也会带来环境污染问题。
1.2 锅炉运行控制系统总体结构分析
基于PLC和FCS技术相结合的锅炉供热控制体系，总体结构如下图1：
1.3 供热锅炉运行监控策略和参数变化
按不同的功能，锅炉系统包括了风烟系统、减温减压系统、汽水系统、燃烧系统以及公用系统等。在锅炉运行过程中，应有效监控各功能系统的参数，其中最重要的影响因素包括锅炉水位和锅炉燃烧过程等。锅炉水位变化对锅炉运行很有大影响，水位过高或者水位过低都不能保证锅炉的正常运作，水位过高，会影响到蒸汽的质量，甚至有时会对汽轮机的安全运行产生影响;水位过低，会造成供热锅炉被烧坏等。因此，必须建立准确的锅炉水位控制系统。对锅炉燃烧过程的控制也可以归结为对燃烧量、风量、炉膛压力的控制。对蒸汽压力（P）、送风量（V）、燃料量（B）、炉膛负压（ST）、引风量（L）等进行综合考量分析，以保持气压的相对稳定，将蒸汽压力的变化控制在允许的范围内。对燃烧过程的控制，就是要对以上参数进行数学建模，采用信息采集器和处理器对参数进行采集与处理。
2 供热锅炉系统PLC控制的程序设计
根据供热锅炉工作原理和其预期的功能要求，设计PLC和FCS集中供热锅炉控制系统的控制流程。PLC程序设计包括自动控制和手动控制，两种控制方式之间可以手动进行切换。在供热初期，燃烧过程会比较缓慢，水文波动会比较大，通常情况下采用手动控制，一般由操作工完成。对锅炉的鼓风机、炉排、引风机等进行手动操作，等到锅炉运行达到稳定状态后，就切换到自动控制程序。图2是PLC程序组成模板示意图。
3 供热锅炉控制系统监督功能的实现
（1）供热锅炉系统监控主界面。在主界面采用流程的形式，观察图形符号、各类参数的变化，进而得以对供热锅炉的运行状态加以监测，操作人员可以根据主界面各类参数和指示灯的变化，监控供热锅炉整个燃烧供热过程。（2）考核参数表画面。供热锅炉系统的主要运行状态可以通过参数来反映，在实际操作中将不同状态参数以表格的形式反映出来，运用统计学和数学相关方法加以总结分析，以便于操作人员的便捷操作，同时也有利于提高供热锅炉的生产效率。（3）报警窗口和指示灯。供热锅炉在运行中如果出现运行故障，会在画面报警窗口栏显示出来;并通过指示灯的变化，将整个操作系统运行的动态过程完全呈现出来。（4）画面操控。在控制系统设计中，热锅炉系统的控制生产运行状态和相关的参数都会以图形方式显示出来，工作人员可以利用键盘等及时控制参数，对相关参数进行在线修正。同时，随时做好手动控制和自动控制的切换，更好实现供热锅炉控制系统的功能效用。
4 结语
综上所述，可编程控制器PLC和现场总线控制系统FCS技术相结合的控制体系，在供热锅炉控制系统中的运用，能够对供热锅炉系统进行实时、动态监控，为集中供热锅炉系统运行的操作性和可靠性提供了保障。系统设计安全可靠且经济高效，也为操作人员的工作提供了很大的便捷。对PLC和FCS技术的探究运用，很好地实现了供热锅炉运行状态的自动化控制，也对老旧设备控制系统的改进提供了很好的借鉴。
参考文献：
【关键词】效率；优化；安全；控制
随着油田生产对电能源的需求不断增长，节能减排对电厂锅炉更高的要求，如何提高电厂锅炉工作效率，是热电厂企业管理的重要课题。为此要从热电厂生产实际出发，以提高锅炉利用率为中心，围绕锅炉安全运行，切实把好“三关”：
一、把好安装测试关
管理是效益，安全是保证。企业提高劳动生产率，关键是提高设备的生产效率，减少设备故障，提高设备利用率。设备安全管理是企业经营管理的重要工作内容，是为企业提供优良的技术装备，是保证企业安全、高效、平稳持续性的生产。设备管理的目的是将人员、制度、设备等形成规范、科学的运行系统，使设备管理工作得到良好的组织和实施。电厂锅炉是电厂三大主要设备中重要的能量转换设备，锅炉产品是否合格，是保证锅炉安全生产提高工作效率的基本条件。因此，锅炉安全管理要把好安装测试关。安装时要仔细核对图纸、数据，逐一检测锅炉本体、辅助设备和安全装置，表示锅炉性能指标的锅炉参数，包括锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度、给水温度、热平衡、热效率等。对不合格锅炉产品坚决拒收，决不草率安装。
二、把好运行监控关
锅炉是电厂重要的动力设备，是电厂安全生产节能减排增效主要的控制对象。对其控制如何，关系到电厂其他设备的有效运行。随着高科技的迅速发展，电厂锅炉自动化控制系统的开发应用，电厂锅炉监控自动化、智能化程度越来越高，为锅炉安全生产提供了有力的保证。要想有效加强电厂锅炉监控，首先，加强锅炉全面自动化控制。锅炉自动化控制系统，包括给水液位，主蒸汽温度，主蒸汽压力燃烧，炉膛压引风、氧量送风除氧器液位和压力减温减压器温度和压和锅炉房自用汽压力等方面均由计算机控制回路，全自动控制水位蒸汽超压自动保护，超温超压超低压报警保护等，保证锅炉正常可靠地运行，杜绝重大事故发生。其次加强燃烧煤重点自动化监控。燃煤锅炉燃烧充分又安全是电厂热工控制的目的。目前电厂锅炉燃烧控制系统，燃烧控制系统大都采用PID控制。控制系统通过计算机仿真对比控制方案，优化并确定相关参数，以获得最佳控制效果。热工仪表自动化技术的应用，可实现电厂设备的智能化、技术的高新化及设备的综合自动化，确保燃烧煤动态检测控制的准确可靠，在紧急情况下对关键控制点实施遥控，保证锅炉安全稳定高效运行。第三，加强煤优化控制。煤优劣直接影响，致约锅炉，工作效率。当下电厂煤碳质量参差不齐，不同程度影响锅炉效率，要想充分发挥煤碳热能，首先需要掌握煤碳良好燃烧状态必须具备的条年：一是温度。炉膛温度达到100-150℃左右时，煤水分全部被蒸发，温度愈高，燃烧就愈快。二是空气。空气冲刷焦碳表面的速度愈快，燃烧就愈快。三是时间。煤在炉膛内有足够的燃烧时间。其次，要掌握火候适时调控。特别是焦碳燃烧阶段，适时加大送风，加大空气冲刷碳粒的速度；通过炉拱加强机械运动，破坏灰壳，促使氧气与碳直接接触，加快碳的燃烧速度和燃烬程度，第三，因煤制宜，综合调节。提高各种煤的混烧、掺烧和配煤技术，加强炉膛的燃烧调节，加强对进料煤质量的严格控制和管理，保证锅炉正常运行。
三、把好检修维护关
有人说，锅炉是电厂的心脏。心脏出问题，全厂设备就不能正常运转。甚至停摆，严重影响全厂效率效益。一旦发生事故，将使人民生命财产遭受损失。因此，做好锅炉的检修维护，对于保证锅炉正常安全运行，提高工作效率至关重要。
1、坚持“安全第一，综合治理”方针，严明规章制度
以锅炉利用率为中心，建立健全锅炉维修维护制度，安全预警机制。责任落实到班组到人员，发扬大庆“三老四严”优良作风，严明规章制度，严格操作规程，做到一丝不苟。勤俭查，除隐患。严密监控锅炉运行状态，防患于未然。对设备故障及时消除处理，做到大缺陷不过天，小缺陷不过班，将事故解决在萌芽状态，防止积小患为大患，确保锅炉健康运行。
2、大力提高锅炉检修科学化水平
一是预防维修，二是定期检修，通常也称计划检修，是按照一定周期进行维修的传统体制。可根据锅炉状况灵活安排。三是事后维修。根据锅炉运行状态出现的故障与事故及时维修。
主题词：循环流化床锅炉 煤粉炉 燃烧机理 控制系统 dcs 模糊控制
1、前言
煤的循环流化燃烧技术，是20世纪60年代开始发展起来的新型燃煤技术，由于其燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、so2控制廉价、负荷调节比大以及负荷调节快等优点而越来越得到广泛应用，特别是近10来，为了有效保护环境，循环流化床锅炉得到了迅速的发展，并逐渐向高参数、大型化发展。目前，国内已经投产了300mw机组的循环流化床锅炉。
目前，国内中、大型循环流化床锅炉投运数量越来越多，这些电厂一般采用dcs控制系统进行机组运行控制。dcs控制系统应用于煤粉锅炉经验已经很成熟，而且自动化水平、安全性都比较高。对于国内的循环流化床锅炉，目前的dcs控制系统现状基本是套用煤粉炉的dcs控制逻辑，只是稍加改动；另外基于国内电厂基建现状，多数机组都是在抢工期的情况下投运的，所以留给控制系统研究人员的研究时间几乎没有。然而循环流化床锅炉的燃烧机理十分复杂，循环流化床锅炉的设计尚处于经验设计阶段，系统中变量之间的耦合比较紧密，而且具有严重的非线性。循环流化床锅炉热工自动控制，特别是燃烧自动控制方面的问题已成为其进一步推广应用的主要障碍，循环流化床锅炉的运行自动化已成为其走向实用的关键之一。
2、现状
在机组基建调试期间，大家对于控制系统一般都是只要能保证锅炉正常启动和停运就行了，至于控制系统的优化、逻辑的优化、自动的投入与优化、锅炉保护的设定等都是简单的在煤粉炉的控制理念下做一些简单修改。然而，循环流化床锅炉和煤粉锅炉从燃烧机理上说有很大的区别，这就决定了控制逻辑及理念应该有很大的不同。所以套用煤粉锅炉的控制理念往往不能适合循环流化床锅炉。这也就是目前为什么许多循环流化床锅炉许多自动投不上、许多保护不敢投等等，从而造成循环流化床锅炉的运行人员数量多，劳动强度高，效率低下等，而且锅炉的运行也极为不稳定。这就给我们的制造厂、电厂及试验研究人员提出了一个课题：如何使dcs控制系统更加适合循环流化床锅炉。
3、循环流化床锅炉燃烧过程自动控制的特点
循环流化床锅炉不同于煤粉炉，其控制回路多，系统比较复杂，控制系统一般包括以下主要回路：汽包水位控制；过热汽温控制；燃料控制；风量及烟气含氧量控制；炉膛负压控制；床层温度控制；料层高度控制；循环灰控制。对于汽包水位控制和过热汽温控制特性与通常的煤粉炉相同，在此不予以分析，只对与循环流化床锅炉燃烧相关的控制系统的特点进行分析。
循环流化床锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是使送入锅炉内的燃煤燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，同时还要保证锅炉安全经济运行，燃烧控制系统的任务归纳起来有如下几个方面：
1）、维持主蒸汽压力稳定。汽压的变化表示锅炉的蒸汽量与负荷的耗汽量不匹配，需要相应地改变燃料的供给量，以改变锅炉的蒸发量；
2）、保证锅炉燃烧过程的经济性。改变燃料量的同时，相应地调节送风量，使之与燃料量匹配，保证锅炉燃烧的经济性；
3）、引风量与送风量相配合以保证炉膛压力在正常的范围内，保证炉膛的安全运行；
4）、床层温度是一个直接影响锅炉能否安全连续运行的重要参数，同时也直接影响锅炉运行中的脱硫效率及nox的产生量。一般情况下860℃左右床温是炉内脱硫的最佳温度，同时nox的产量也较低。床温过低不但使锅炉效率下降，而且是锅炉运行不稳定容易灭火；床温过高会使脱硫效率下降、nox产量大大增加，同时容易造成炉膛床料结焦，无法流化燃烧而导致停炉。由此可见，床层温度是循环流化床锅炉运行极为重要的参数；
5）、料层高度控制也与锅炉安全连续运行密切相关，料层太厚，会把一次风的“风头”压住，使炉料不能达到完全流化状态；料层太薄，不仅不满足负荷要求，而且会使一次风穿透料层吹灭炉火；
6）、循环灰控制将直接影响锅炉的循环倍率，也对床温有一定的影响。
4、循环流化床锅炉燃烧过程自动控制的实现
循环流化床锅炉是一个典型的多变量被控对象，但由于对它的系统的研究不够完善，还缺乏经验及深人的了解，所以在设计、分析、研究其控制系统时只能仍采用传统的方法。目前循环流化床锅炉燃烧控制系统设计仍采用常规pid控制，通常由燃料控制、总风量控制、一次风控制、二次风控制、燃烧室负压控制、床温控制、料层高度控制、循环灰控制等几个有机联系的控制单元构成。即人为地把被控对象分成许多单变量系统进行控制，这种控制方法虽然简单、易行，局部分析是合理的，但整体考虑会存在许多问题，对进一步提高自动控制水平将存在很大的局限性，有的甚至不能满足机组的正常运行。
对于循环流化床锅炉燃烧的控制，我们从宏观上看，不管你怎么控制都要首先维持床层温度的稳定，影响床温的主要因素从下图可以看出来，几个被控对象关系的错综复杂。
从图中可以看出各个参量是互相耦合在一起的，要想实现自动化控制，靠单纯的pid控制是远远不够的，所以必须把先进的控制理念引进循环流化床锅炉的控制系统，即模糊控制。这对于我们从事流化床锅炉研究的工作者来说是一个课题，实践证明，模糊控制能够对时变、非线性和复杂的被控对象进行较为有效的控制。为此，应用模糊控制理论对常规pid进行改进，并与模糊控制有机结合起来，形成一种“综合性控制方案”，再配合多种前馈控制方案，应用于循环流化床锅炉燃烧系统这一非线性复杂对象，将达到满意的效果。
5、循环流化床锅炉燃烧过程自动控制的优化方法
循环流化床锅炉燃烧控制要保证锅炉的安全运行、床温的稳定、灵活的参与机组的协调控制，要达到上述目的，我们必须要搞清楚几个关系即：燃煤量和负荷的关系；燃煤量和床温的关系；负荷和床温的关系；炉膛受热面吸热量和床温、煤量的关系。另外我们必须要重视循环流化床锅炉的热能蓄能量。搞清楚这些，我们就不难确定我们要控制的元素，从而采用模糊控制结合dcs功能实现我们的控制目的。其实宏观的看只要我们搞清楚循环流化床锅炉的热蓄能量，就可以很好的的控制锅炉了，这也是循环流化床锅炉不同于煤粉炉的控制，但是可惜我们很难知道运行的流化床锅炉到底有多大的蓄能。要想有效的控制好锅炉，我们引入模糊控制就可以解决这个问题。我们让控制系统模仿人的经验思维，然后再用理论计算进行校正，最后通过dcs实现我们的目的。
举个例子：协调控制现在要降负荷，要是人操作，就会根据经验减煤、减风，考虑到锅炉的蓄能量运行人员肯定会先多减一些煤，等降下来时运行人员会在把煤量加至和当前负荷相匹配的煤量，在这个过程中锅炉的床温、一次风、二次风、氧量、料层高度、循环灰等都会有不同程度的变化，也需要对它们进行调整。搞清楚了这个过程和上面所说的那几个关系，我们就可以通过控制系统来实现控制系统的自动控制了。其他情况诸如升负荷、故障情况和各种不可预见的扰动因素（媒质变化等）都可以用同样的方法实现。
关键词：大型火电厂；循环流化床锅炉；联动控制；热工参数测点；DCS控制
中图分类号：TK223.7
文献标识码：B
文章编号：1008-0422(2008)09-00149-03
1前言
循环流化床锅炉是国际上20世纪70年代中期发展起来的新型燃烧技术，它的成功应用使循环流化床锅炉获得了迅速发展。由于循环流化床锅炉自身的特点，在运行操作时不同于层燃炉和煤粉炉，一旦运行中不能满足其诸多热工参数的特殊要求，极易造成锅炉出力不足、燃烧效率低、磨损严重、床温偏高、分离效率低、回料器堵灰、结礁停炉等现象，因此，对循环流化床锅炉机组联动协调控制的设计与安装调试进行探讨具有较强的现实意义。
2循环流化床锅炉动态特性分析
循环流化床锅炉在动态特性上不同于煤粉炉，主要表现在循环流化床锅炉燃烧室内流化层大热容量的热平衡特性。这种特性及其随运行工况不同而变化的特性，造成了循环流化床锅炉燃烧过程实现自动控制的困难，据文献：在燃料量扰动下，主蒸汽压力被控对象的特性为：
G(s)=
在燃料量扰动下，床温被控对象的特性为：
G(s)=
在一次风量扰动下，床温被控对象的特性为：
G(s)=
3循环流化床锅炉自动控制系统
循环流化床锅炉与普通锅炉相比耦合关系更复杂，各参数间的耦合关系如表1所示。
从表1可看出，给水流量和减温水流量与循环流化床锅炉其它变量间的耦合关系较弱，可以独立自成系统，因此，循环流化床锅炉的汽包水位控制和减温水控制与煤粉炉一样。燃烧控制一直是公认的难题，循环流化床锅炉燃烧控制的系统如下。
3.1 给煤量控制系统
由于循环流化床锅炉煤粒较粗，燃烧过程复杂，并且由于其燃烧室内的床料具有相当大的热惯性和蓄热能力，因此当给煤量改变后，主蒸汽压力的响应比煤粉锅炉的迟延和惯性要大得多，经实际测算，对于一台125MW循环流化床锅炉，仅纯迟延就有5～15min。循环流化床锅炉的非线性强，又具有时变特性，难以建立有效的预估和补偿手段。锅炉压力调节回路也曾尝试使用“直接能量平衡”的控制结构，但“热量信号”并不比主蒸汽压力信号变化灵敏，所以调节效果不太理想。根据试验结果，即使采用主蒸汽流量前馈的控制结构，变负荷时主蒸汽压力的调节品质也难以得到理想效果。因此建议配备循环流化床锅炉的机组最好运行在“机跟炉”方式下，由锅炉根据机组负荷指令调节给煤量，汽轮机调节主蒸汽压力。
3.2 一次风压控制系统
一次风压力控制系统的目的是为保持一次风压与给煤量相匹配。一次风压通过调节一次风机入口挡板的开度进行调节，一次风压设定值是燃料量指令和床温测量值与给定值偏差的函数。
3.3 床温控制系统
循环流化床一般将床温控制在850～900℃，这是最佳脱硫、脱硝的温度范围。根据锅炉的要求，调节床温的手段一是通过调节一、二次风的配比;二是通过调节给煤量。但是通过调节一、二次风配比来调节床温的调节能力有限，通过调节燃料量调节床层温度，必然使锅炉主蒸汽压力发生波动。因此在调试中对床温自动控制回路进行了修改，仅用一次风量进行调节。为保证床料的良好流化，一次风量必须控制在一定范围内，在床温的控制回路设置了死区，在床温与给定值的偏差大于死区后才调整一次风流化风门。由于一次风流化风门的床温调节只是在±30℃，因此当床温大幅度改变时，需要通过改变一次风压力设定值来进行联合调节。采用一次风流化风门和一次风入口挡板进行床温联合调整的控制结构如图1所示。
3.4 二次风控制系统
二次风控制系统的目的是为了助燃和经济燃烧，包括二次风压、二次风量控制2个部分。二次风压通过调节送风机入口挡板开度进行调节，设定值是燃料量指令的函数;二次风量通过二次风档板进行调节，设定值是燃料量指令和氧量调节器输出的复合函数值。
3.5 引风控制系统
炉膛压力通过引风机入口挡板的开度进行调节。为减少炉膛压力的波动，加快调节速度，在引风控制系统中加入送风机入口挡板和一次风机入口挡板开度的指令前馈信号。
4大型循环流化床机组的联动控制分析
湖南一大型火电厂6号机组由2台125MW循环流化床锅炉、1台200MW联合供热式汽轮机组成，在安装调试过程中，采用了以锅炉调节有功功率、汽轮机调节主蒸汽压力的“机跟炉自动”方式，取得了良好效果。运行结果表明在锅炉基本方式下进行变负荷，虽然速率较慢，但是主蒸汽压力稳定，给煤量的波动也较小，是一种适合于循环流化床锅炉的控制方式（平面设置见图2、3）。
4.1二台循环流化床锅炉、一台汽轮机的联动控制
该火电厂机组的配置采用2台125MW循环流化床锅炉、1台200MW联合供热式汽轮机。这种控制方式在循环流化床锅炉中应用不多，相当于锅炉母管制并列运行。在联动协调控制系统的设计与调试中，除了要设计锅炉主控制器回路，还要设计2台锅炉的负荷分配回路，负荷分配器的输出送至2台锅炉的锅炉主控，既可使2台锅炉同时投动运行，又可只将其中1台锅炉投入运行，另1台锅炉带基本负荷运行。每台锅炉的锅炉主控输出分别送至4台给煤机，可将其中任意1台或4台投入自动。2台锅炉负荷分配的控制结构如图4所示。
在6号机组的安装调试中，首先尝试了“炉跟机自动”方式，因为2台循环流化床锅炉的迟延特性和热惯性单台循环流化床锅炉的要大，造成主蒸汽压力和有功功率的波动，试验过程以失败告终。后来经改进调试方案后，在6号机组的调试中，将协调联动控制系统改成了“机跟炉自动”方式，将2台锅炉投入自动调节机组有功功率，汽轮机调节主蒸汽压力，进行了幅值为l0MW、变负荷速率为lMW/min的负荷变动试验，取得了良好的效果，变负荷过程中机组主要参数的变化情况见表2，机组主要参数的响应曲线见图3。
4.2 抽汽工况下的联动控制
抽汽工况下抽汽量的变化对于有功功率调节回路是一个大的扰动量，会导致有功功率快速变化。如果能将抽汽流量转换成有功功率指令，再叠加到功率调节器给定值上是一个最理想的方法，但汽轮机厂提供的理论数据与实际值总有一定的差异，抽汽流量测量又不可避免地存在一定误差，因此只有当有功功率的测量值与给定值出现偏差后，使锅炉主控制器按比正常调节快1-2倍的速度动作，以尽快补偿因抽汽量变化引起的有功功率偏差。
5125MW循环流化床热水锅炉主要热工测点布设分析
应DCS系统控制需要，125MW循环流化床锅炉主要热工测点布设方式如下(见图2、图3)。DCS中各测点数据能及时、准确反映锅炉运行状况，便于操作人员启、停炉和负荷调整操作，同时，也便对锅炉各系统正常运行进行科学实时监控，为事故分析处理提供技术保证。
5.1温度测点布置
a.床下启动燃烧器内套壁稳1点。
b.冷风室温度2点。
c.炉膛温度采用分层布置，料床温度4点、密相区温度4点、稀相区温度4点、炉膛出口温度4点。
d.每台分离器进/出口、下降管、回料阀各1点。
e.各级省煤器、空气预热器进/出口分左右各布置2点。
f.水系统、风系统视工艺需要布置测点
5.2压力测点布置
a.点火油压1点。
b.冷风室压力2点。
c.料床压力4点。
d.密相区压力2点。
e.炉膛出口压力6点。
f.分离器进/出口、各级省煤器、空气预热器进/出口烟气压力分左右各布置2点。
g.水系统、风系统视工艺需要分布测点。
5.3流量测点布置
5.3.1流量测点
a.一次风2点。
b.上一次风4点。
c.下一次风2点。
d.二次风总风1点。
e.点火风总风1点。
f.供水流量1点。
5.3.2风量仪表选型分析
由于空间限制，工艺管道布置很难满足风量计对测量直管段长度的要求，影响了测量精度，因此，对于循环流化床锅炉风量的测量，根据现场情况考证，不赞成加大投资，刻意追求测量精度，主张在相对准确的前提下保证测量信号的稳定性更为实际。经过对几种流量计的比较，最终选用传统的机翼式测风装置。对于大尺寸风管道，也可以考虑选用热导式风量计，主要是减少压力损失，安装方便，但要注意热导式风量计是点测量，一定要在标定的前提下，找准代表平均流速的测量点，以确定热导式风量计的插入位置。对于直管道很短的风量测量可以考虑选用横截面积式风量计，但要注意横截面积式风量计相对于其它差压式风量计，测量信号很小，必须选用精度微差压变送器；也可以考虑选用V内锥式流量计。无论选用那种流量计，测出的风量最终都要转换成标准状态下的风量显示
5.4其它测点
5.4.1氧量表
烟气含氧量的测量对于指导循环流化床锅炉的运行十分重要，一般在省煤器出口烟道两侧各设一个氧量测点，也可以在空气预热器出口烟道两侧设1点，用于检测空气预热器漏风情况。
5.4.2电动执行器
电动执行器是提高循环流化床锅炉自动化水平必不可少的执行单元。它可以大大减少一线工人的劳动强度，及时应对故障处理。在资金允许的情况先，建议送风机出口风门、二次风机出口风门、引风机入口风门、上下一次风各风门、高压风机出口风门、二次风风门选用电动每年。送风机、引风机、二次风机如选用变频电机，可以考虑取消相应的电动门。由于很少操作回料系统的输送风风门、松动风风门及拨煤风风门等，可以选用手动门就地操作。
5.4.3风机参数监测
风机是电厂的重要主附设备。一旦出现故障，巡检不及时，必然会给电厂造成很大的经济损失且易扩大事故。因此，风机参数的在线监测十分重要。主要监测的参数有风机电流、定子温度、轴承温度和风机振动等。
6结束语
综上所述，循环流化床技术作为高效、洁净、低污染的燃煤技术，在我国将得到越来越广泛的应用。通过对原125MW循环流化床锅炉设计热工测点的设计和两年的实际运行证明，热工测点数量、测点布置及仪表选型基本能够满足生产运行需要。
因循环流化床锅炉燃烧的复杂性和对循环流化床还缺乏经验和深入了解。目前循环流化床锅炉自动控制技术仍存在许多难题需在生产研究和安装调试中逐步完善。
参考文献：
[1] 火力发电厂新设备新技术与发电工程设计、运行、维护及标准规范实用手册.2006.
[2] 岑可法.循环流化床锅炉理论.设计与运行.北京：中国电力出版社，1998.
[3] 刘德昌.循环流化床燃烧技术.北京：水利电力出版社，1995.
【关键词】集中供热锅炉；热工燃烧；自动控制
1.热工调节
锅炉热工系统由给水系统、蒸汽系统、烟气系统、风系统等部分组成。工业锅炉热工燃烧控制系统实质是针对这几个系统的运行过程进行自动控制，其主要控制回路：锅炉汽包水位自动控制和锅炉燃烧自动调节系统两部分。
1.1锅炉汽包水位自动调节
锅炉汽包水是正常运行主要指标之一，汽包水位是一个十分重要的调节参数。由于汽包水位在锅炉运行中占居首要地位，所以锅炉自动化都是从给水自动调节开始的。
集中供热锅炉，必须装设给水自动调节装置。给水自动调节的任务，是使给水量跟踪锅炉蒸发量并维持汽包中的水位在工艺允许的范围内。锅炉汽包水位的自动调节，是根据汽包水位的动态特性来设计的。引起水位变化的因素很多，但主要是给水量和蒸发量的阶跃变化，调节器就是依据水位信号、蒸汽流量和给水流量的偏差信号进行调节的。为保证锅炉运行安全，给水自动调节系统应选用可靠性较高的仪表和自动调节系统。
1.2锅炉燃烧的自动调节
容量较大的锅炉，根据节能和自动化水平的需要以及维护水平和投资允许时，可设置锅炉燃烧自动调节系统。
锅炉燃烧系统自动调节的基本任务，是使燃料燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要，同时还要保证经济燃烧和锅炉的安全运行。调节的内容有三个，即维持蒸汽母管压力不变；保持锅炉燃烧的经济性；维持炉膛负压在一定范围内。这三项调节任务是相互关联的，它们可以通过调节燃料量、送风量和引风量来完成。在负荷变化的外扰作用时，则应使燃料量、送风量和引风量成比例的改变，既要适应负荷要求，又要使三个被调量：蒸汽压力、炉壁负压和燃烧经济性指标保持在允许的范围内。
2.微型计算机在锅炉热工燃烧自动控制上的应用
2.1锅炉微机自动调节
集中供热锅炉燃烧系统主要有汽包压力、蒸汽流量、鼓风量、给煤量、炉膛负压、烟气含氧量六个参量组成，调节的目的就是使燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要，需同时：（1）保证母管蒸汽压力维持不变；（2）保持锅炉燃烧的经济型；（3）维持炉膛负压在一定的范围内。
为完成上述任务，锅炉的微型计算机调节系统采用了综合自动调节方案，即：1）根据出口压力调节鼓风机变频控制器频率，从而改变鼓风量，并且汽包压力及蒸汽流量换算的热量信号进行精调，为保证出口蒸汽计算准确，引进了温度和压力补偿；2）根据最佳风煤比调节炉排转速，也就是调节燃烧煤的供应量和进风量的比值，改变锅炉燃烧的发热量进而改变了锅炉的蒸发量，并引进了残氧（剩余空气含氧量）信号加以修正，使锅炉母管压力保持在一定值内，还根据炉膛负压调节引风机变频控制器频率，从而改变引风量，用微分信号进行超前调节，也就是说在负荷稳定时（蒸汽流量不变情况下）应使燃料量、送风量、引风量各保持不变；在负荷变动时（外干扰时）使燃料量、送风量、引风量成比例改变。根据以上要求，就可以确定燃烧系统微机控制方案，画出系统框图，充分利用微机计算程序，尽可能的代替仪表单元（如函数发生器、加减器、微分器、限幅器、滤波器等等）快速对各参数进行计算。上面谈了微机水位、燃烧两个调节系统的原理，经过微机运算处理，其输出信号经过D/A转换装置分别送到给水阀，鼓、引风机变频控制器，炉排和煤机等执行机构，用计算机直接步进调节阀位、风量及转速，这样系统就能够选择最佳参数进行最佳调节。
2.2锅炉微机检测系统
（1）可对汽包水位、给水流量、给水压力、省煤器进口水温车器出口水温、省煤器进口烟温、两侧省煤器出口烟温、两侧空气预热器出口风温、、两侧空气预热器出口烟温、除尘器出口烟温、除尘器出口烟压、鼓引风风量、省煤器进口烟压、省煤器出口烟压、空气预热器出口风压、蒸汽流量、空气预热器出口烟压、蒸汽压力、蒸汽温度、炉膛温度、炉膛负压、给煤量、含氧量等现场信号巡检采样，汽包水位并具有彩色闭路监视装置；（2）给水阀位、各种风机频率、炉排转速等模拟量跟踪信号巡检采样；（3）各种阀位、鼓引风机、炉排电机、分煤器启/停状态及各个闭合调节回路的手动/自动等开关量信号巡检采样显示；（4）鼓、引风机变频信号采样。
2.3锅炉热工燃烧自动控制系统方案
锅炉自动控制系统采用plc为主要控制元件，对锅炉生产过程实现快速、准确的控制，从而达到节省人力、物力，提高锅炉热效率和节省能源的目的，而计算机作为监测显示部分不参与到控制中去锅炉自动控制系统在SPLC-9000系统硬件结构上采用多层网络结构，共分三层。
测控层；采用高性能的PLC可编程序控制器组成，PLC上安装有CPU模块、IO模块、通讯模块，并可以灵活扩展。PLC内可以通过梯形图语言进行程序编制，实现一台PLC对多台锅炉的自动控制。通过远程扩展方案，SPLC-9000系统还可以满足距离较远的多个控制室的集中控制。
操作层；采用IPC工控机作为现场工作站，现场工作主站和现场工作从站分别安装在不痛的控制室内，提供画面显示和数据管理功能。考虑到PLC可靠性高，造价也高，而普通接口板可靠性较低、造价也低，为了提高监控系统的性能价格比，SPLC-9000系统同时提供可编程序控制器信号接入方式和接口板卡信号接入方式。系统的输出控制工作有PLC独立完成，工作站只负责提供给用户修改参数的界面，并将用户设定的控制参数下传到PLC以调整控制效果。
管理层；采用普通计算机作为管理机，管理人员在远离控制室的调度室里可以通过管理机看到现场工作站上显示的画面，调用工作站存储的报表数据，完成数据统计的工作。可以实时准确的掌握锅炉的运行状态，做出合理的调度。
重要数据的采集、处理及控制全部由PLC完成，由于PLC是专为工业现场设计的，是真正的工业计算机，所以其可靠性大大高于普通接口板和模块。PLC的模块化结构和方便的扩展特性使系统配置灵活。上位机仅起到监视和管理的作用，如果接口板损坏或者工作站损坏，都不会影响到系统的自动控制。现场监控从站和现场监控主站运行的软件是相同的，只是在数据配置上有区别，不论那个站都可以查考到全部锅炉的数据。
综上所述，由于锅炉系统的热惯性大，负荷变化剧烈，操作人员只凭感观参数控制锅炉运行，随意性很大，难以保证锅炉运行的最佳状态，而锅炉热工燃烧自动控制系统投运后，提高了锅炉运行热效率，煤层燃烧充分，排放污染物达标，能源利用率提高，减少人工手动方法控制锅炉运行造成的能源浪费，节省人力、物力，降低运行成本，提高了锅炉运行的可靠性。 [科]
【参考文献】
【关键词】锅炉供热系统；自动化控制；节能减排对策
锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有锅炉每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。
1.锅炉控制系统的一般结构与工作原理
锅炉微机控制系统，一般由以下几部分组成，即由一次仪表、现场机、上位机、手自动切换操作、执行机构及阀、电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机。控制系统包括手动和自动操作部分，手动控制时由操作人员手动控制，用操作器控制变频器、滑差电机及阀等，自动控制时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，以免锅炉发生重大事故。
微机控制系统由工控机、显示器、打印机、手操器、报警装置等组成，能完成对给水、给煤、鼓风、引风等进行自动控制，使锅炉的汽包水位、蒸汽压力保持在规定的数值上，以保证锅炉的安全运行，平稳操作，达到降低煤耗、提高供送汽质量的目的，同时对运行参数如压力、温度等有流程动态模拟图画面并配有数字说明，还可对汽包水位、压力、炉温等进行越限报警，发出声光信号，还可定时打印出十几种运行参数的数据。以形成生产日志和班、日产耗统计报表，有定时打印、随机打印、自定义时间段打印等几种方式。
2.锅炉控制系统中各控制回路
锅炉控制系统，一般有蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、除氧器水位、除氧器压力等控制系统。锅炉的燃烧控制实质上是能量平衡系统，它以蒸汽压力作为能量平衡指标，不断根据用汽量与压力的变化调整燃料量与送风量，同时保证燃料的充分燃烧及热量的充分利用。
2.1锅炉给水控制回路
给水自动调节的任务是使给水流量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在允许的范围内。给水自动调节的另一个任务是保持给水稳定。在整个控制回路中要全面考虑这两方面的任务。在控制回路中被调参数是汽包水位，调节机构是给水调解阀，调节量是给水流量。 对汽包水位调节系统产生扰动的因素有蒸发量、炉膛热负荷（燃料量），给水量。
由于给水调节对象没有自平衡能力，又存在滞后。因此在一般锅炉控制系统中汽包液位回路采用闭环三冲量调节系统。所谓三冲量调节系统就是把给水流量，汽包水位，蒸汽流量三个变量通过运算后调节给水阀的调节系统。
锅炉给水系统中还有一个比较重要的控制回路是给水压力回路，因为汽包内压力较高，要给锅炉补水必须提供更高的压力，给水压力回路的作用是提高水压，使水能够正常注入汽包。但在蒸汽流量未达到满负荷时，对给水流量的要求也不高。在老式的锅炉系统中一般采用给水泵一直以工频方式运转，用回流阀降低水压防止爆管，现在一般采用通过变频器恒压供水的方式控制水压，具体实现方式是：
系统下达指令由变频器自动启动第一台泵运行，系统检测给水管的水压，当变频器频率上升到工频时，如水压未达到设定的压力值，系统自动将第一台电机切换至工频直供电，并由变频器拖动第二台水泵运行，如变频器运行到工频状态时供水母管压力仍未达到设定压力值系统自动将第二台水泵切换至工频直供电，再由变频器拖动第三台运行，依次类推，直至压力达到设定值。若锅炉需要的给水量减少，变频控制系统可自动降低变频器的运行频率，如变频器的频率到零仍不能满足要求，则变频器自动切换至前一台水泵进行变频运行，依次类推。变频恒压供水控制系统的实质是：始终利用一台变频器自动调整水泵的转速，切换时间以管网的实际压力和设定压力的差值决定，同时保证管网的压力动态恒定。
2.2锅炉燃烧调节系统
燃烧过程自动调节系统的选择虽然与燃烧的种类和供给系统、燃烧方式以及锅炉与负荷的联结方式都有关系，但是燃烧过程自动调节的任务都是一样的。归纳起来，燃烧过程自动调节系统有三大任务：
①维持汽压恒定。汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应，必须相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量。
②保证燃烧过程的经济性。当燃料量改变时，必须相应地调节送风量，使它与燃料量相配合，保证燃烧过程有较高的经济性。
③调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。
燃烧调节系统一般有三个被调参数，汽压、烟气含氧量和炉膛负压。一般有3个调节量，他们是燃料量，送风量和引风量。燃烧调节系统的调节对象对于燃料量，根据燃料种类的不同可能是炉排电机，也可能是燃料阀。对于送风量和引风量一般是挡板执行机构或变频器。
3.锅炉控制系统组成结构
构建一个可靠的、智能随动的智能控制系统是保证锅炉安全生产的基础。锅炉控制系统是典型的多变量、纯滞后、强耦合的控制系统，如果不能在控制策略和软件实现上很好地解决多变量解偶关系和滞后响应问题，那么，实施智能锅炉控制系统改造后同样也将无法实现预期的目标。在控制系统设计上采用集中控制分散驱动的集散控制思想，把控制系统分为三层：
（1）信息管理层：完成系统关键技术数据的设定、实时数据和运行状态的监视与控制、历史数据的查看、数据报表的记录与打印、报警与故障的提示处理等功能；主要由上位工控机、组态开发软件、应用程序、通讯模块等组成。
（2）控制层：主要完成各种控制动作命令、实时数据的采样与处理、连锁动作的关联表达、控制算法的实现、异常现象的自动处理等功能；主要由可编程逻辑控制器的开关量模块、模拟量模块、智能PID调节仪、变频器、可编程逻辑控制器应用程序等组成。
（3）设备层：主要接受来自的控制器控制命令，执行相应的动作或提供相应的检测数据。主要由断路器、交流接触器、压力变送器、温度变送器、流量变送器、电动开关阀、模拟信号隔离分配器等组成。
综上所述，锅炉控制系统改造具有很好的市场发展空间和投资收益前景，值得广泛地推广。它不仅能够通过自动化控制技术实现安全生产的目的，还能够节煤节电并能使排放更环保，总之锅炉的计算机自动化控制是锅炉行业发展的大势所趋，也是一项利国利民的发展方向。 [科]
【参考文献】
关键词:节约能源;优化燃烧;自动控制;经济性
一、发电厂锅炉燃烧过程中存在的问题及对策
燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统,主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统,其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成,各个子控制系统分别通过不同的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的要求,同时还要保证锅炉安全经济运行。一台锅炉的燃料量、送风量和引风量三者的控制任务是不可分开的,可以用3个控制器控制这3个控制变量,但彼此之间应互相协调,才能可靠工作。对给定出水温度的情况,则需要调节鼓风量与给煤量的比例,使锅炉运行在最佳燃烧状态。同时应使炉膛内存在一定的负压,以维持锅炉热效率、避免炉膛过热向外喷火,保证了人员的安全和环境卫生。燃烧过程自动控制系统的方案,与锅炉设备的类型、运行方式及控制要求有关,对不同的情况与要求,控制系统的设计方案不一样。将单元机组燃烧过程被控对象看作是一个多变量系统,设计控制系统时,充分考虑工程实际问题,既保证符合运行人员的操作习惯,又要最大限度的实施燃烧优化控制。当外界对锅炉蒸汽负荷的要求变化时,必须相应的改变锅炉燃烧的燃料量。
二、使用自动控制系统优化燃烧的必要性
煤作为我国的主要能源,其中工业锅炉的耗煤量占很大比例。目前,这些工业锅炉大多效率都很低,不但白白地浪费了能源,而且污染了环境。过去工业锅炉大多用人工结合常规仪表监控,一般较难达到满意的结果而计算机提供了诸如数字滤波,积分分离PID,选择性PID,参数自整定、自寻优PID等各种灵活算法,以及“模糊判断”功能,是常规仪表和人力难以实现或无法实现的。在工业锅炉温度检测控制系统中使用自动控制系统可大大改善了对锅炉的监控品质,提高了平均热效率,从而节省了能源和减少了污染。自动控制包括对主机、辅助设备和公用系统的控制。热工控制系统的功能是控制各种热工过程的参数,包括温度、压力、流量、液位(或料位)等,使其处于最佳状态,以达到火电厂的安全、经济运行。燃料量控制是锅炉控制中最基本也是最主要的一个系统。因为给煤量既影响主汽压力,也影响送、引风量的控制,还影响到汽包中蒸汽蒸发量及汽温等参数,所以燃料量控制对锅炉运行有重大影响。设置燃料量控制子系统的目的之一就是利用它来消除燃料侧内部的自发扰动,改善系统的调节品质。另外,由于大型机组容量大,各部分之间联系密切,相互影响不可忽略。只要掌握锅炉燃烧的三相控制任务以及主电路的设计就可以使锅炉的燃烧达到最优化,也可以使环境不受污染,三相控制任务为送风量、送水量、蒸汽量,主电路全刻度指示调节器、执行器、触发器、晶体管、DZ-III型电动压力变送、阀门这六项,只要合理的选用器件,合理的控制送风量、送水量以及蒸汽量就可以保证锅炉的燃烧完全,使电厂的发电量达到最高,同时也可以保证环境不被污染。
三、优化燃烧质量,加强自动控制的措施
锅炉燃烧优化控制系统在现有的基础上对数据进行优化处理,达到了燃烧控制优化的目的,使机组在正常运行范围,锅炉燃烧效率得到有效提高。电厂是一个复杂的系统,随时可能发生机组负荷和其他干扰因素变化,依靠人工很难使机组控制在最佳运行状态,这其中最典型的就是锅炉燃烧控制。燃料费用是主要的发电成本,烟气排放又是电厂主要污染源。随着电力工业的迅猛发展,节能降耗,提高火电机组运行的可靠性和经济性已成为电厂节能工作的重要内容。为达到这一目的,必须利用自动化装置,对机组状态、参数和自动调节系统进行监视。当发生事故时,自动采取措施,以防止事故进一步扩大或保护生产设备使之不受破坏。如汽机的超速保护和锅炉的超压保护等。自动保护、自动调节、自动地适应外界条件变化,使生产过程维持在规定的工况下进行,主要是锅炉水位调节、汽温调节、燃烧调节、辅助设备调节等。有时自动调节系统本身也发生故障,这就要求有自身保护。自动控制主要有以下作用:提高机组运行的安全可靠性;提高运行的经济性;提高劳动生产率。自动化系统的结构,由于计算机的广泛应用和功能的扩大,正发生巨大的变化。小型计算机的引入,在传统概念的自动化系统4个组成部分上叠加了上微机。微机分布系统的功能已能代替仪表显示和调节控制。传统的自动控制系统已由一体化的微机系统所取代,系统结构更趋简单。计算机系统将作为自动控制系统的主要部分与发电机组同步投产。
四、结束语
锅炉的运行决定着整个电厂的发电量,锅炉的燃烧完全也会使空气不受污染,同时也可以使电厂的发电量达到最高。为了实现经济燃烧,当燃料量改变时,必须相应的改变送风量,使送风量与燃料量相适应。燃烧过程的经济与否可以通过剩余空气系数是否合适来衡量,过剩空气系数通常用烟气的含氧量来间接表示。实现经济燃烧最基本的方法是使风量与燃料量成一定的比例。燃烧控制子系统的任务就是使锅炉的送风量与燃料量相协调,可以达到锅炉的最高热效率,保证机组的经济性。
参考文献:
1、候志林.过程控制与自动化仪表[M].机械工业出版社,1998.
2、黄少鹗.运用连续飞灰含碳量监测系统优化锅炉燃烧[J].电站辅机,2004(3).
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