工業鍋爐自動控制的必要性、可行性及其優勢

一、工業鍋爐自動控制的必要性

工業鍋爐是一種能源轉換特種設備，在生產、生活中占有很重要的地位，是除發電鍋爐以外的第二煤炭消耗大戶。由于工業鍋爐負荷普遍不高，且負荷波動大，擾動因素比較多，從這種意義上講，工業鍋爐節能潛力大。燃煤鍋爐又是一種廣泛使用的工業鍋爐，因此，優化燃煤鍋爐運行，合理控制鍋爐燃燒過程，實現經濟燃燒，達到節能減排目的是業界人士一直研究的重要課題。另外，隨著自動化水平不斷提高，新建的中低壓鍋爐一般采用微機監控系統；有條件的工業鍋爐房改建項目中也積極采用微機監控系統。因此如何選擇合理的燃燒控制方案具有重要意義。

目前，我國有工業鍋爐五十多萬臺，在使用中普遍存在著調節手段有限、鍋爐的出力不能隨外界負荷的波動而及時變化、爐膛溫度偏低、排煙溫度較高、風煤比不能及時調整、燃燒效率低等問題，從而降低了鍋爐的熱效率。工業鍋爐和負荷管網所組成的系統是一個大滯后、大慣性、大不確定性的非線性系統。因其燃燒過程復雜，影響因素甚多，如煤質、布風、風煤比、負荷變化大等諸多因素都會對其產生影響，也就是干擾量比較大。

鏈條鍋爐是應用最為廣泛、應用歷史較長的一種鍋爐。雖然有眾多的科研及工程技術人員致力于鏈條式鍋爐控制技術的研究和實踐工作，但是，目前國內該行業的自動化技術應用的普及率較低，自動化程度也較低，其原因是多方面的。

鍋爐的燃燒系統是一個多參數、多擾動、各參數交叉影響的系統，且存在較大的不確定性、復雜性、不穩定性，以及較大的容量滯后和較長的滯后時間。因此，采用常規的PID調節很難達到控制要求，甚至無法投入自動運行。分析現有許多鍋爐自動控制系統和鏈條鍋爐的運行情況，確實存在以下控制難點：

煤質不穩定、變化大，造成風-煤比的改變，采用一般的定值控制系統，無法使系統始終達到最佳或次最佳的燃燒狀態。

燃燒過程機理復雜，影響燃燒工況的因素較多，對象變化較大，很難準確地建立單一的控制模型。

鍋爐微機控制是近年來開發的一項新技術，它是將微型計算機軟件、硬件、自動控制、鍋爐節能等幾項技術緊密結合的產物，目前大多數工業鍋爐仍處于能耗高、浪費大、環境污染嚴重的狀態。提高熱效率，實現節能減排，降低煤耗與電耗，用微機進行控制是一項具有深遠意義的工作。

工業自動化技術作為20世紀現代制造領域中最重要的技術之一，主要解決生產效率與一致性問題。無論高速大批量制造企業還是追求靈活、柔性和定制化企業，都必須依靠自動化技術的應用。自動化系統本身并不直接創造效益，但它對企業生產過程起著明顯的提升作用：

①提高生產過程的安全性；

②提高生產效率；

③提高產品質量；

④減少生產過程的原材料、能源消耗，降低污染物排放。特別在現代化企業中，信息化投資較高，一般自動化系統占設備總投資的10％以下，起到“四兩撥千斤”的作用。

二、工業鍋爐自動控制的可行性

傳統的工業自動化系統即機電一體化系統主要是對設備和生產過程的控制，即機械本體、動力部分、測試傳感部分、執行機構、驅動部分、控制及信號處理單元、接口等硬件元素，在軟件程序和電子電路邏輯有目的的信息流引導下，相互協調、有機融合和集成，形成物質和能量的有序規則運動，從而組成工業自動化系統或產品。

近年來，隨著控制技術、計算機、通信、網絡等技術的發展，信息交互溝通的領域正迅速覆蓋從工廠的現場設備層到控制、管理各個層次。工業控制機系統一般是指對工業生產過程及其機電設備、工藝裝備進行測量與控制的自動化技術工具（包括自動測量儀表、控制裝置）的總稱。今天，對自動化最簡單的理解也轉變為：用廣義的機器（包括計算機）來部分代替或完全取代或超越人的體力。

三、工業鍋爐自動控制的優勢

工業鍋爐采用微機控制和傳統的儀表控制方式相比具有以下明顯優勢：

①直觀而集中地顯示鍋爐各運行參數。能快速計算出機組在正常運行和啟停過程中的有用數據，能在顯示器上同時顯示鍋爐運行的水位、壓力、爐膛負壓、煙氣含氧量（或煙氣成分）、測點溫度、燃煤量等數十個運行參量的瞬時值、累計值及給定值，并能按需要在鍋爐的結構示意畫面的相應位置上顯示參數值，便于操作者發現問題，及時進行調整，促進節能減排。同時給人直觀形象，減少觀察的疲勞和失誤。

②可以按需要隨時打印或定時打印，對運行狀況進行準確的記錄，便于事故追查和分析，防止事故的瞞報、漏報現象。

③在運行中可以隨時方便地修改各種運行參數的控制值，并修改系統的控制參數。

④減少了顯示儀表，還可利用軟件來代替許多復雜的儀表單元（例如加法器、微分器、濾波器、限幅報警器等），從而減少了投資，也減少了故障率。

⑤鍋爐系統中包含鼓風機、引風機、給水泵、循環泵等大功率電動機。由于鍋爐本身特性和選型的因素，這些設備不會滿負荷輸出，原有方式采用閥門和擋板控制流量，浪費非常嚴重。計算機控制系統通過對風機、水泵采用變頻調速控制，可節電30％～40％。

⑥鍋爐是一個多輸入多輸出、非線性動態對象，諸多調節量和被調量間存在著耦合通道。例如當鍋爐的負荷變化時，所有的被調量都會發生變化。故而理想控制應該采用多變量解耦控制方案。而建立解耦模型和算法，通過計算機實現比較方便。

⑦鍋爐微機控制系統經擴展后可構成分級控制系統，可與工廠內其他節點構成工業以太網。這是企業現代化管理不可缺少的。

⑧作為鍋爐控制裝置，其主要任務是保證鍋爐的安全、穩定、經濟運行，減輕操作人員的勞動強度。在采用計算機控制的鍋爐控制系統中，有十分完善的安全機制，可以設置多點聲光報警和自動聯鎖保護裝置，杜絕由于人為疏忽造成的重大事故。