工业锅炉自动控制的必要性、可行性及其优势

一、工业锅炉自动控制的必要性

工业锅炉是一种能源转换特种设备，在生产、生活中占有很重要的地位，是除发电锅炉以外的第二煤炭消耗大户。由于工业锅炉负荷普遍不高，且负荷波动大，扰动因素比较多，从这种意义上讲，工业锅炉节能潜力大。燃煤锅炉又是一种广泛使用的工业锅炉，因此，优化燃煤锅炉运行，合理控制锅炉燃烧过程，实现经济燃烧，达到节能减排目的是业界人士一直研究的重要课题。另外，随着自动化水平不断提高，新建的中低压锅炉一般采用微机监控系统；有条件的工业锅炉房改建项目中也积极采用微机监控系统。因此如何选择合理的燃烧控制方案具有重要意义。

目前，我国有工业锅炉五十多万台，在使用中普遍存在着调节手段有限、锅炉的出力不能随外界负荷的波动而及时变化、炉膛温度偏低、排烟温度较高、风煤比不能及时调整、燃烧效率低等问题，从而降低了锅炉的热效率。工业锅炉和负荷管网所组成的系统是一个大滞后、大惯性、大不确定性的非线性系统。因其燃烧过程复杂，影响因素甚多，如煤质、布风、风煤比、负荷变化大等诸多因素都会对其产生影响，也就是干扰量比较大。

链条锅炉是应用最为广泛、应用历史较长的一种锅炉。虽然有众多的科研及工程技术人员致力于链条式锅炉控制技术的研究和实践工作，但是，目前国内该行业的自动化技术应用的普及率较低，自动化程度也较低，其原因是多方面的。

锅炉的燃烧系统是一个多参数、多扰动、各参数交叉影响的系统，且存在较大的不确定性、复杂性、不稳定性，以及较大的容量滞后和较长的滞后时间。因此，采用常规的PID调节很难达到控制要求，甚至无法投入自动运行。分析现有许多锅炉自动控制系统和链条锅炉的运行情况，确实存在以下控制难点：

煤质不稳定、变化大，造成风-煤比的改变，采用一般的定值控制系统，无法使系统始终达到最佳或次最佳的燃烧状态。

燃烧过程机理复杂，影响燃烧工况的因素较多，对象变化较大，很难准确地建立单一的控制模型。

锅炉微机控制是近年来开发的一项新技术，它是将微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的状态。提高热效率，实现节能减排，降低煤耗与电耗，用微机进行控制是一项具有深远意义的工作。

工业自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。无论高速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业，都必须依靠自动化技术的应用。自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程起着明显的提升作用：

①提高生产过程的安全性；

②提高生产效率；

③提高产品质量；

④减少生产过程的原材料、能源消耗，降低污染物排放。特别在现代化企业中，信息化投资较高，一般自动化系统占设备总投资的10％以下，起到“四两拨千斤”的作用。

二、工业锅炉自动控制的可行性

传统的工业自动化系统即机电一体化系统主要是对设备和生产过程的控制，即机械本体、动力部分、测试传感部分、执行机构、驱动部分、控制及信号处理单元、接口等硬件元素，在软件程序和电子电路逻辑有目的的信息流引导下，相互协调、有机融合和集成，形成物质和能量的有序规则运动，从而组成工业自动化系统或产品。

近年来，随着控制技术、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交互沟通的领域正迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理各个层次。工业控制机系统一般是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制的自动化技术工具（包括自动测量仪表、控制装置）的总称。今天，对自动化最简单的理解也转变为：用广义的机器（包括计算机）来部分代替或完全取代或超越人的体力。

三、工业锅炉自动控制的优势

工业锅炉采用微机控制和传统的仪表控制方式相比具有以下明显优势：

①直观而集中地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、烟气含氧量（或烟气成分）、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参数值，便于操作者发现问题，及时进行调整，促进节能减排。同时给人直观形象，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，对运行状况进行准确的记录，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地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锅炉系统中包含鼓风机、引风机、给水泵、循环泵等大功率电动机。由于锅炉本身特性和选型的因素，这些设备不会满负荷输出，原有方式采用阀门和挡板控制流量，浪费非常严重。计算机控制系统通过对风机、水泵采用变频调速控制，可节电30％～40％。

⑥锅炉是一个多输入多输出、非线性动态对象，诸多调节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耦控制方案。而建立解耦模型和算法，通过计算机实现比较方便。

⑦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。

⑧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，有十分完善的安全机制，可以设置多点声光报警和自动联锁保护装置，杜绝由于人为疏忽造成的重大事故。