工业煤粉锅炉控制系统的开发及应用

　　工业锅炉是生产过程中的重要动力设备。中小型工业煤粉锅炉是近几年出现的新型燃煤锅炉，其燃烧过程是先将煤块研磨成粉煤后通过气流将粉煤送入炉膛进行悬浮燃烧，具有燃烧效率高，负荷调整快，可即开即停等特点。因此，工业煤粉锅炉控制系统较其它锅炉控制系统要更复杂，难度也更大。

　　目前，燃烧粉煤的锅炉主要为火电站所用的发电燃煤锅炉，电站锅炉负荷调整较小，更不可能即开即停，而且在喷入煤粉前，会将炉膛升温，形成一个高温的燃烧环境便于煤粉燃烧，与发电燃煤锅炉相比，工业煤粉锅炉燃煤量小，锅炉负荷调整频繁，尤其经常有冷炉即开即停的要求。因此，工业煤粉锅炉相比其它煤粉锅炉对稳定、高效燃烧的控制提出了更高的要求。

　　由于其燃烧方式较以往燃煤锅炉有很大不同，针对粉煤燃烧特点，以往的控制系统无法与之匹配。

　　工业煤粉锅炉系统，新增了辅机配套单元，是以往燃煤锅炉不曾有的。例如，该锅炉燃用粒度很小的粉煤，因此新增了储粉、供粉单元。

　　现有的自控系统，在锅炉燃烧过程中，对机械不完全燃烧热损失和排烟热损失无法判断，没有锅炉工况燃烧效率诊断手段，导致锅炉很难达文章编号：1674-8492（2014）05-089-04到最佳燃烧工况。目前，已开发了一套工业煤粉锅炉自控系统，通过精确测量、实时在线分析、定量化控制手段，保障了工业煤粉锅炉安全、稳定、高效的运行。

　　2工业煤粉锅炉燃烧特点及控制依据2.1工业煤粉锅炉燃烧特点工业煤粉锅炉自控系统的核心问题是根据粉煤的燃烧特点进行控制。工业煤粉锅炉系统是一种以煤粉燃烧为核心，由粉煤接受、储备、输送、燃烧及点火、锅炉换热、烟气净化等技术构成的成套锅炉技术系统。锅炉运行时，首先将粉煤通过一次风（主要起输送作用）吹入炉膛，同时，二次风以轴向旋流方式吹入炉膛，煤粉在炉膛内悬浮燃烧。这种燃烧的优点是：燃烧充分，粉煤的燃尽率为98%.带来的难题是：对燃烧的稳定性要求很高，即煤粉输送量的调节及稳定输送，风煤比及风速风量的控制，锅炉整个系统的负压控制。其中，有些控制是即时的，有些控制有一定时序性，只有控制系统有效解决以上问题，才能保证锅炉的安全、稳定、高效的运行。

　　2.2控制依据空气量是依据燃煤量进行调节。当锅炉负荷调整时，供煤量随之变化。为了避免空气过剩系数过大或不足，须与供煤量变化成比例改变鼓风量，其关系如下所示：供煤量。

　　工业煤粉锅炉空气量是通过一次风和二次风供入。一次风起输送煤粉作用，其压头较高且流速大，但风量不大。当负荷调整时，一次风有小幅调整，可近似看做定值A.因此，二次风的调节量为a-A.供煤量调节主要靠调节输煤螺旋转速。通过对输煤螺旋的标定而得的转速与输煤量的对应关系，并煤粉仓重量随时间减少线的斜率，得出供煤量。

　　由于燃烧尾气的氧气含量可反映出空气过剩系数的大小。因此，在锅炉负荷调整时，即供煤量发生变化时，先根据供煤量的变化对二次风量进行粗调，并依据测量的尾部烟气氧含量进行实时微调，这样可保证在适宜的燃烧条件下单位煤耗的用气量不大，有利于降低排烟热损失。

　　炉膛负压设定值的确定依据，根据流体阻力公式：△p 3工业煤粉锅炉主控制策略3.1自控系统整体结构为了有效解决工业煤粉锅炉燃烧的稳定性不足的问题，保证锅炉的高效燃烧，已开发的工业煤粉锅炉系统自控系统，包含多个单元控制。为了保证控制的稳定性。①采用是上位机自动操作，上位机手动操作及操作台就地操作3套冗余操作方式，其中操作台就地操作优先级别最高。②上位机手动操作和上位机自动操作。为防止信号干扰，测量元件均为就地变送输出，信号电缆选用屏蔽电缆，为保护PLC，所有AI均有信号隔离器。其工作原理为：PLC为核心，接受一次测量元件发出的模拟量和开关量信号，根据已编写程序以及通过与上位机的人机交互信息，综合处理后，发出模拟量信号和开关量信号给执行机构以实现控制功能。上位机与PLC进行信息互传，其通过组态软件实现友好的人机交互功能，组态软件可嵌入其他专业软件以实现某些特殊功能，上位机同时实现打印报表等功能。为自控系统整体结构。

　　由于密度p随温度T增加而减少，公式：流量随温度T增加而增加，公式：当负荷变化时，自控系统通过可编程控制对炉膛压力设定值也应不同，负荷大时负压值应越大。

　　3.2.1储粉、供粉单元控制储粉、供粉单元控制，该单元分为大料仓和中间料仓两部分，大料仓有高、低两料位计，以此判断是否加料，加料过程是个重要环节，储粉、供粉单元控制保证了上料过程中料仓的安全及锅炉稳定运行燃烧。由当面积不变时，同一位置阻力变化由式（2）可得：由此可知，同一位置阻力变化与流体速度平方成正比，与温度成正比。当燃煤煤质不变，粒度极度配比不变的情况下，供风量与供煤量成比例关系，由式（1）工业煤粉锅炉控制系统包含以下五部分单元控制：储粉、供粉单元控制，工业煤粉锅炉燃烧单元控制，水系统单元控制，除尘单元控制，锅炉燃烧诊断单元控制。有些单元控制已基本成熟。例如，水系统单元控制和除尘单元控制。此类单元控制需要解决集成问题，即几个单元控制协调合作，以满足运行要求。因此，储粉、供粉单元控制，工业燃烧单元控制和锅炉燃烧诊断单元控制，属工业煤粉锅炉控制系统中的关键锅炉E为偏差信号（设定值与采样值的差）；K为调节器的系数；k第k次采样。

　　因1（、、都是常数，可知、民、也都是常数。在链条锅炉控制系统中，锅炉负荷调节、炉膛负压调节及烟气氧含量调节均用PID算法调节，根据调节对象性质的不同，设置不同的参数。

　　设定值」出水温度/蒸汽压力'设定值丨汽包液位。

　　锅炉燃烧诊断单元控制，该单元主要包括两个基本功能块，锅炉运行效率计算模块和锅炉运行状态分析模块。首先需要输入煤粉的工业分析数据，该单元会自动生成该煤种烟气焓温表，煤种的理论空气量，内部建立了各温度、压力下的热水、蒸汽比焓数据库、各温度单位重量灰焓等数据库，根据实时的锅炉工况数据，可以在线计算锅炉效率。锅炉运行状态分析模块，根据效率计算结果，以及运行过程中所有报警信号总和，提出优化燃烧建议和故障分析数据。

　　4工程应用据测算，神华集团现有分散的工业锅炉总量600台左右，按年消耗燃煤250万~300万t计，如采用工业煤粉锅炉，每年可节煤70万~ 90万t，直接可为神华集团节省1.4亿~1.8亿元/a.目前，应用工业煤粉锅炉控制系统的工业煤粉锅炉在工矿企业和居民小区均已使用，在神华宁夏煤业集团灵新煤矿已投运一台6t/h工业煤粉锅炉，使用效果良好。该工业煤粉锅炉可以实现炉内脱硫，同时尾部采用布袋除尘装置。燃烧产生的NOx、SOx含量低，污染物排放控制完全达到国家和地方标准。工业煤粉锅炉系统的主要技术指标：燃烧效率：98%炉内脱硫率：40%~70%二氧化硫（S2）排放名500mg/Nm3氮氧化物（NOx）排放：矣500mg/Nm3 5结束语本文介绍了一种根据工业煤粉锅炉燃烧特点，基于IPC-PLC分布式的工业煤粉锅炉控制系统，该系统针对煤粉燃烧特点开发了煤粉燃烧控制单元，解决了新增设备储粉、供粉单元的控制，同时开发锅炉工况燃烧效率诊断单元，实现了中小型煤粉工业锅炉燃烧效率高，负荷调整快，可即开即停等特点。该控制系统通过精确测量、实时在线分析、定量化控制手段，保障了煤粉工业锅炉安全、稳定、高效的运行，最终实现了节能目标。中小型工业煤粉锅炉有助于我国自主工业锅炉技术的突破，引领我国分散燃煤工业锅炉技术的整体进步，有很好的发展前景。