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[摘 要]锅炉是工业、企业生产中最普遍的动力设备之一，它的功能是把燃料中的贮能，通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。现代化各类技术的广泛运用使得工业蒸汽锅炉逐渐朝着自动化方向发展，这不仅对锅炉的控制系统提出了更高的要求，也对操作人员的实践技能提出了标准化的操作，对于工业生产都是很有意义的。针对这一点，本文重点分析了工业蒸汽锅炉燃烧自动控制的相关问题。
[关键词]工业锅炉 控制 调节
中图分类号：F407.42 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0047-01
工业锅炉生产是一个复杂的控制调节过程，是多输入多输出、多回路、非线性的相互关联的对象，目前控制理论尚难以妥善解决对其的控制问题，其数学模型仍是半经验性的。
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。
大于4t/h的锅炉，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。
20t/h以上的蒸汽锅炉，一般采用三冲量锅炉汽包给水自动调节系统。三冲量锅炉汽包给水自动调节系统是以汽包水位为主调节信号，蒸汽流量为调节器的前馈信号，给水流量为调节器的反馈信号组成阿调节系统。由于采用蒸汽流量信号对给水流量进行前馈调节，克服外扰影响，用给水流量信号作为反馈信号，克服内扰影响，使给水调节质量波动幅度得到大大提高。
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。对于燃烧过程自动调节在负荷稳定时，应使燃烧量、送风量和引风量各自保持不变，及时地补偿系统内的内部扰动，这些内部的扰动包括燃料的质量变化，以及由于电网频率变化引起燃料量、送风量、引风量的变化等。
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
2.1.1汽包水位的自动调节
工业锅炉汽包水位使正常运行的重要环节，水位过高会影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带液现象，水位过低又会影响锅炉的汽水自然循环，如不及时调节就会使汽包水全部气化，可能导致锅炉烧坏和发生爆炸事故。锅炉汽包水位不仅受给水量（进量）和蒸发量（出量）之间平衡关系的影响，同时还受到汽水循环管路，汽水容积变化影响，还有燃料量的变化，汽包压力的变化，给水、蒸汽量的扰动等诸多因素对水位均会产生影响。在手动状态下除采用DDZ-Ⅲ型仪表进行三冲量水位自动调节外，还在微机自控系统中采用三冲量汽包水位微机自动调节方式。三冲量微机调节系统的设计思想就是分析了影响水位调节对象动态特征的基础上，根据汽包水位这一调节对象有一定的延迟和惯性特点，即在蒸汽流量、给水量发生阶段变化时，调节对象不可能立即跟着做相反方向的变化，尤其在蒸汽流量发生阶段变化时，汽水容积跟着做相反方向的变化，造成“虚假水位”现象。
另一方面分析了采用DDZ-Ⅲ型仪表所组成的调节系统对出现的“虚假水位”所采取的措施达不到满意的效果，而采用微机利用其运算功能特长，以PID调节规律为其控制方法基础，再加上对“虚假水位”的判断程序，选择适当的延时环节，进行压力补偿、压差补偿运算，就能解决好水位调节这一关键任务。？
2.1.2 锅炉燃烧系统的自动调节
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；操作层；管理层；
2.4 效果分析
由于锅炉系统的热惯性大，负荷变化劇烈，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。
参考文献
[1] 李丹.工业锅炉启停过程燃烧特性与运行优化指导系统研究[D].上海交通大学，2009.
[2] 杨圣彬.工业锅炉与余热发电协调控制研究[D].湖南工业大学，2011.
[关键词]工业锅炉 控制 调节
中图分类号：F407.42 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0047-01
工业锅炉生产是一个复杂的控制调节过程，是多输入多输出、多回路、非线性的相互关联的对象，目前控制理论尚难以妥善解决对其的控制问题，其数学模型仍是半经验性的。
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。
大于4t/h的锅炉，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。
20t/h以上的蒸汽锅炉，一般采用三冲量锅炉汽包给水自动调节系统。三冲量锅炉汽包给水自动调节系统是以汽包水位为主调节信号，蒸汽流量为调节器的前馈信号，给水流量为调节器的反馈信号组成阿调节系统。由于采用蒸汽流量信号对给水流量进行前馈调节，克服外扰影响，用给水流量信号作为反馈信号，克服内扰影响，使给水调节质量波动幅度得到大大提高。
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。对于燃烧过程自动调节在负荷稳定时，应使燃烧量、送风量和引风量各自保持不变，及时地补偿系统内的内部扰动，这些内部的扰动包括燃料的质量变化，以及由于电网频率变化引起燃料量、送风量、引风量的变化等。
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
2.1.1汽包水位的自动调节
工业锅炉汽包水位使正常运行的重要环节，水位过高会影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带液现象，水位过低又会影响锅炉的汽水自然循环，如不及时调节就会使汽包水全部气化，可能导致锅炉烧坏和发生爆炸事故。锅炉汽包水位不仅受给水量（进量）和蒸发量（出量）之间平衡关系的影响，同时还受到汽水循环管路，汽水容积变化影响，还有燃料量的变化，汽包压力的变化，给水、蒸汽量的扰动等诸多因素对水位均会产生影响。在手动状态下除采用DDZ-Ⅲ型仪表进行三冲量水位自动调节外，还在微机自控系统中采用三冲量汽包水位微机自动调节方式。三冲量微机调节系统的设计思想就是分析了影响水位调节对象动态特征的基础上，根据汽包水位这一调节对象有一定的延迟和惯性特点，即在蒸汽流量、给水量发生阶段变化时，调节对象不可能立即跟着做相反方向的变化，尤其在蒸汽流量发生阶段变化时，汽水容积跟着做相反方向的变化，造成“虚假水位”现象。
另一方面分析了采用DDZ-Ⅲ型仪表所组成的调节系统对出现的“虚假水位”所采取的措施达不到满意的效果，而采用微机利用其运算功能特长，以PID调节规律为其控制方法基础，再加上对“虚假水位”的判断程序，选择适当的延时环节，进行压力补偿、压差补偿运算，就能解决好水位调节这一关键任务。？
2.1.2 锅炉燃烧系统的自动调节
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；操作层；管理层；
2.4 效果分析
由于锅炉系统的热惯性大，负荷变化劇烈，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。
参考文献
[1] 李丹.工业锅炉启停过程燃烧特性与运行优化指导系统研究[D].上海交通大学，2009.
[2] 杨圣彬.工业锅炉与余热发电协调控制研究[D].湖南工业大学，2011.