工业锅炉设备的控制

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工业锅炉设备的控制

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锅炉是发电、化工等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。锅炉种类很多，按所用燃料不同可分为燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉等类型。按所提供蒸汽压力不同，又可分为常压锅炉、低压锅炉、超高压锅炉等。常见蒸汽锅炉的主要工艺流程如图所示，燃料和空气按一定比例送入炉膛，燃烧产生的热量传给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，然后经过过热器，形成满足一定质量指标的过热蒸汽输出给用户。
工业锅炉设备是一个复杂的控制对象，其主要控制系统包括汽包水位控制系统、燃烧过程的控制系统以及蒸汽过热控制系统。1.锅炉汽包水位控制系统锅炉汽包水位控制也称锅炉给水控制，汽包水位是锅炉运行的重要指标，将汽包水位稳定在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。若汽包水位过

高，饱和水蒸气将带水过多，使过热器管壁结垢，同时使过热蒸汽的温度严重下降。如果该带液蒸汽被用户用来带动汽轮机，蒸汽带液将会损坏汽轮机叶片。若水位过低，由于汽包内的水量较少，当负荷很大时，水的汽化速度加快，若不及时加以控制，将使汽包内的水全部汽化，导致水冷壁烧坏，甚至引起锅炉爆炸。因此必须对锅炉汽包水位进行严格控制。
对于负荷变化较小的小型锅炉，因为其负荷小，水在锅炉汽包内停留时间较长，采用汽包水位的单回路液位控制系统（单冲量控制系统）就能保证锅炉的正常运行。为了克服单冲量控制系统不能克服虚假水位影响的问题，可以引入蒸汽流量信号，构成前馈一反馈控制系统（双冲量控制系统）。此外，为了及时克服给水干扰，可以引入给水流量信号，构成前馈—串级控制系统（三冲量控制系统），以获得更好的控制效果。
2.锅炉燃烧过程的控制系统
锅炉燃烧过程的控制目的是在保证安全性和经济性的前提下，生产符合要求的蒸汽。燃烧过程的控制要求是：
(1)保证出口蒸汽压力稳定。
(2)调节燃料量与送风量的比例，保证燃烧的经济性。
(3)保持锅炉炉膛一定的负压。
为此，可分别设计蒸汽压力控制以及燃料与空气比值控制系统，燃烧过程烟气氧含量变比值控制系统，炉膛负压控制及保证安全的防回火、脱火控制系统等。
3.蒸汽过热控制系统
蒸汽过热控制系统的主要任务是使过热器的出口温度维持在工艺要求允许的范围内，并保护过热器使管壁不超过允许的工作温度，使生产过程经济、高效地持续运行。蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器和二级过热器等设备。
过热蒸汽温度控制系统目前常采用减温水流量作为控制变量，过热器出口温度为被控变量。但由千控制通道的时间常数及纯滞后时间均较大，组成的单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求。因此，可选减温器出口温度为副被控变量组成串级控制系统，提高对过热蒸汽温度的控制质量。有时还可将减温器出口温度的微分信号作为一个冲量，构成双冲量控制系统。
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