锅炉设备的自动控制

锅炉设备的自动控制

一、概述

锅炉室日常生活和工业生产中应用十分广泛的设备，从居民和办公用的供热到大型火力发电厂汽轮机的动力均离不开锅炉。

根据安全和工艺要求，锅炉设备的控制任务如下。

（1）保持汽包内的水位在一定范围内。

（2）保持炉膛负压在一定范围内。

（3）锅炉生产的蒸汽量应适应负荷的变化或保持设定的负荷。

（4）保持锅炉燃烧的竞技性和安全性。

（5）保持出气压力在一定范围内。

二、锅炉汽包水位控制系统

1.汽包水位的动态特性

保持汽包水位稳定在一定范围内是锅炉安全、稳定运行的首要条件。

影响汽包水位的因素除了汽包容积、给水容量、锅炉负荷（蒸汽流量）外，还受汽包压力、炉膛热负荷等因素的影响。

由于虚假水位现象的存在，汽包水位拢动通道具有反向特性，设计控制方案时应引起重视。

2.汽包水位控制系统

与一般液位控制相同，汽包水位控制最直接的控制方案就是以汽包水位为被控变量，给水流量为操纵变量，构成单回路反馈控制系统，通常称为单冲量控制系统。

虚假水位主要由于负荷变化的扰动引起，可以引入蒸汽流量加以校

正，构成双冲量汽包水位控制系统。在工业现场中应用最为广泛的是引入汽包液位、蒸汽流量和给水流量测量的三冲量汽包水位控制系统

3.锅炉给水系统

对锅炉的给水、燃烧等热工过程变量的自动调节。实现锅炉的自

动控制，对安全运行、节能具有重要的经济意义。依锅炉的结构、运行方式和所用的燃料不同，控制系统也有差异。一般小型锅炉只有水调节

系统，中型锅炉要有燃烧和炉膛压力调节系统，大型锅炉还要有氧量校

正系统，而供应过热蒸汽的锅炉还需要增加过热蒸汽温度调节系统。发

电厂的高温高压汽包锅炉自动控制系统是典型的工业锅炉控制系统，它

由给水自动调节系统、燃烧过程自动调节系统和过热蒸汽温度自动调节

系统等组成。

锅炉给水自动调节系统。为了确保锅炉安全运行，必须对锅炉的水位

进行控制，使汽包的水位保持在一定范围。三冲量是指汽包水位、给水

流量和过热蒸汽流量。其中水位是主信号,给水量是反馈信号,过热蒸汽

量是前馈信号。当过热蒸汽流量改变时调节器立即调节给水量，当给水

流量受到扰动时则能使给水流量恢复到原来值。因此，三冲量给水调节

是一个前馈、反馈调节系统。

三、锅炉燃烧控制系统

锅炉燃烧控制系统的任务是保持炉膛负压在一定范围内和锅炉燃烧的经

济性、安全性。燃油锅炉燃烧控制系统主要三个：蒸汽压力控制系统、

燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。

四.锅炉燃烧系统

（1）燃烧过程自动调节系统

燃烧过程自动调节系统由燃烧、送风和炉膛负压三个调节回路组成。图中PI1 为过热蒸汽压力调节器(PI 表示比例积分调节器)，其主信号是汽机前的过热蒸汽压力，当汽机负荷变化时，汽机前的蒸汽压力也随之变化。

调节器通过改变送入锅炉的燃料量，使其与变化后的负荷相适应，并将过热蒸汽压力恢复到额定数值。PI2 是送风调节器,它的作用是保持进入锅炉的空气量与燃烧量成比例关系，以保证锅炉的经济燃烧，提高锅炉热效率。对于燃烧煤粉的锅炉，直接测量进入锅炉的煤粉量是困难的，因此引入热量信号，即用过热蒸汽流量加汽包压力的微分信号来间接地测量当时进入锅炉的燃料量。根据反映燃料量的热量信号调节送风量。为了使排烟的热损失降到最低以提高热量的利用，在送风调节系统中引入烟气含氧量校正信号，调节系统的输出接至送风机的导向装置，以校正锅炉的送风量。PI4 是炉膛负压调节器。锅炉在正常运行时,一般应使炉膛内保持微负压。由鼓风机根据燃烧情况向炉膛内提供一定量的助燃风,使锅炉燃烧效率达到最高,同时另有引风机抽走烟气并在炉膛内形成微负压，目的是不让烟气、烟灰、火苗逸出而影响锅炉房的安全。PI4 的作用就是根据输入的炉膛负压信号控制引风量，维持炉膛负压为定值。

（2）过热蒸汽温度自动调节系统

锅炉装上过热器，可使蒸汽再一次加热变成高于饱和蒸汽温度的

过热蒸汽，提高蒸汽温度而不增大蒸汽流量。在过热器的出口，由减温器通过喷嘴把水喷到蒸汽管道中与过热蒸汽混合，使过热蒸汽冷却,保持过热蒸汽的温度恒定,保护过热器管道和汽机不超过允许工作温度。图3 是串级蒸汽温度调节系统。它由主调节器PI 和副调节器P 组成。副调节器P 直接控制减温水量。在减温水发生内扰的条件下,温差电偶T2 端要比T1 端反应快，这时T2 通过副调节器可以迅速消除内扰。主调节器的作用是通过对过热蒸汽温度的偏差进行比例积分(PI)调节后改变副调节器的设定值，从而使过热蒸汽温度保持不变。

五、过热蒸汽控制系统

过热蒸汽控制系统的任务就是保持过热蒸汽出口温度恒定，并且保持过热器使管壁温度不超过允许的工作温度。蒸汽过热系统由一级过热

器、减温器和二级过热器组成。

影响过热蒸汽温度的因素很多，减温水流量、蒸汽流量、经过减温器的烟气温度和流速等均会对过热蒸汽出口温度产生影响。这里蒸汽流

量、烟气温度和流量都是不可控制或难以控制的，因此通常选择减温水

流量作为过热蒸汽温度控制系统的操作变量。最简单的方法是用减温水

流量控制过热蒸汽温度，构成单回路系统。但是由于减温器到过热蒸汽

出口还要经过二级减温器，时间滞后和时间常数均较大，往往难以满足

生产要求。

六、结语

在锅炉自动控制系统中，除了应用基于反馈控制原理而设计的各种自

调节器系统以外，程序控制系统应用也比较多，例如锅炉自动火，吹灰

和定期排污等的程序控制。近年来出现了应用微型计算机和现代控制技

术进行锅炉的全程调节(在锅炉开始起动时就可投入运行)、燃烧管理的

控制和锅炉的自动起动等，以实现对锅炉的最优控制和管理。