集中供热锅炉房的自动控制设计及意义

集中供热锅炉房的自动控制设计及意义
摘要：本文结合已经设计施工完毕的大型供热燃煤热水锅炉房，从暖通专业的角度对锅炉房的工艺流程各个部分的自动控制进行了较为详细的论述，包括锅炉房的基本情况，控制系统概况、热工检测仪表的设置、各部分的控制原理、控制方法等内容，以及自动控制对节约能耗的贡献。

Abstract: combining with the design and construction of large has the hot water heating coal boiler room, from the point of view of professional heating boiler room all aspects of the process flow of automatic control are described in detail, including the basic situation of the boiler room, the control system of the general situation, thermal detection instrument set, each part of the control principle, control method, etc., as well as the automatic control of the contribution of saving energy consumption.
中图分类号：TU995 文献标识码：A 文章编号：
引言：我国的能源发展及开发的策略要求我们的各行各业都要进行相应的节能减排措施，在北方地区的建筑能耗中，采暖供热能耗所承担的节能减排任务占有相当的比例。

那么，集中供热锅炉房在设计及运行当中是否能够根据室外温度的变化、末端负荷的变化进行及时的调控就显得极其重要，这直接关系到燃料及水电等的能源消耗是否能够控制在节能的状态。

本文将结合一个设计施工完毕的燃煤热水锅炉房对集中供热锅炉房的自动控制进行相应的阐述。

正文：该锅炉房为4台46MW燃煤热水锅炉房，锅炉间双层布置，首层布置除灰渣、鼓风系统，二层布置锅炉，局部5层设置上煤间、水泵间、水处理间、高低压配电间、控制室、办公、化验等用房，设置3台变频控制循环水泵（2用1备），定压补水采用变频水泵2台（用1备），上煤为大倾角皮带输送机加水平皮带输送机联合上煤，除渣采用重型框链联合除渣机（地下水泥槽布置）加大倾角皮带输送机（送至渣仓待运）。

自控系统采用DCS集散（分布式）控制系统, 是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。

它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便,DCS具有数据采集、模拟量控制、顺序控制等锅炉房系统所必须的功能，由分散处理单元、数据通信系统、人机接口，系统的参数、报警、自动诊断功能高度集中在CRT 显示器上显示，并可以在打印机上打印，数据采集系统可以连续采集和处理所有重要测点信号、设备状态信号，以便及时向操作人员提供锅炉设备运行的信息，并在设备故障时及时报警，而锅炉的模拟量控制系统是一个多组变量的组合系
统，各组变量间互相影响，具有几个调节参数和被调节参数，其中每个被调节参数同时受到几个调节参数的影响，而每个调节参数都能同时影响几个被调节参数。

谈到自控，首先针对本锅炉房我们先看看热工检测仪表的设置情况，对于锅炉本体部分应该设置下列检测仪表：1.锅炉进、出口水温检测仪表（出口水温过高报警信号），它的检测数据能够直接反应该台锅炉的燃烧效果。

2.水压检测仪表（压力过低报警信号）。

3.锅炉循环水流量检测仪表。

4.燃料消耗量检测仪表。

5.排烟温度检测。

6.排烟含氧量或二氧化碳含量检测。

7.烟气温度（炉膛出口、对流受热面进出口、省煤器出口、空气预热器出口、湿式除尘器出口）检测。

8.空气预热器出口热风温度检测。

9.烟气压力（炉膛、对流受热面进出口、省煤器出口、空气预热器出口、除尘器出口）检测。

10.鼓风风压检测。

11.鼓（引）风机负荷电流检测。

12.炉排故障停运报警信号；对于锅炉房则应设置总供热量检测、总燃料消耗量检测、总耗水量检测、热水系统补给水量检测、总耗电量检测；对于水泵部分设置循环水泵进出口压力检测（设置循环泵故障报警信号）；水处理部分设置交换器进出水压力检测；水箱设置液位检测；供回水总管设置温度及压力检测。

接下来就结合本锅炉房的实际情况来看看这些检测参数如何为自动控制服务进而实现节约能耗的目的。

首先计算机控制系统根据检测的室外温度参数来确定负荷变化情况，从而确定锅炉的开启台数、循环水泵的开启台数，计算机中可以预先设置一个水泵开启台数与总流量的对应选项，以便计算机可以方便的选择水泵开启台数。

本工程采用的是燃煤链条炉排热水锅炉，计算机应该通过控制燃烧过程使供热能力达到即时负荷的需要，同时保障锅炉燃烧的安全、经济性。

锅炉给煤量的调节是通过控制链条炉排的速度来实现的，而随着给煤量的变化，计算机便可以根据含氧量的检测结果通过调整鼓风机的转速来保持一定的风煤比例，达到炉膛内氧气含量的一个最佳比例，保障燃烧的充分进行，根据风量与风机转速的正比关系以及功率与转速的三次方关系，可以知道，当风量减小为原来的一半的情况下，如果不考虑效率下降，理论上功率大概减少87.5%，这里我们可以看出风机在锅炉部分负荷的条件下降低转速运行相对于定转速运行的风机节省电能的潜力是巨大的，然后随着鼓风机转速的调整，计算机根据鼓风量控制引风机的转速来相应调整引风量，将炉内负压控制在合理的范围内（一般在-20~-40帕），因为如果炉膛负压过小甚至正压时，可能产生喷火，造成安全隐患，破坏锅炉间的环境卫生，而如果负压太大，则造成冷空气直接渗入炉膛，加大了引风机的负担并产生了热损失，降低了燃烧的热效率，同理引风机转速的下降对于引风机电机电能的节省也是同样可观的。

在这个过程当中，计算机还可以根据检测到的炉膛温度对上煤、鼓引风进行控制，使锅炉的运行工况得到相应的调节。

接下来阐述一下锅炉房水系统在运行过程当中的检测控制过程，计算机采集水系统中设置的各个点得参数进行统计、分析，然后按照设定的要求调整各个运行工况，以保障运行的正常和安全。

首先确定循环泵的正常运行，补水泵及时有效的补水，该锅炉房采用自来水先通过软化设备软化后进软化水箱，这个过程是通过自来水自己的压力及水箱液位浮球阀自动完成的，然后经过除氧器的除氧水泵打入除氧水箱，除氧水泵与除氧水箱的水位控制器联动。

补水泵变频定压，
并设置超压自动泄放阀门。

通过供回水温度、流量的测定，核对实际供热量，通过测定补水流量统计总补给水量，通过数据对比来确定锅炉房的运行效果。

当外部条件改变而导致供热负荷产生较大变化时，系统可以通过指令及时调整循环水泵的运行台数或者调整循环水泵的转速改变循环流量来适应这种负荷的变动，节约电量的消耗，这里水泵转速改变节能的原理同风机改变转速是一样的。

当锅炉内压力降低至炉水汽化压力或水温升高超过限值时，系统将自动切断鼓、引风机，同时锅炉如果压力过低、炉水超温过多、循环水泵故障时发出报警信号，提示系统及管理人员采取相应措施。

回水系统的补给是由系统管道上的液位自动浮球阀控制，并设置超液位泄放管道，保障灰水循环系统正常运行；脱硫塔的定时冲洗该锅炉房根据甲方的要求采用手动阀门人工完成。

烟、风系统及上煤系统的电气连锁控制顺序：开炉顺序，引风机-鼓风机-炉排减速机-分层给煤机；停炉顺序，分层给煤机-炉排减速机-鼓风机-引风机。

这两个程序在进行中均发出对应的信号，设置解除连锁和就地操作的装置。

上煤、除灰渣系统电气连锁控制顺序：启动的顺序为与煤、灰渣的传递运送方向相反依次启动，上煤部分为先启动炉前煤斗上部的水平皮带输送机，再启动倾斜的大倾角带式输送机，再启动地面受煤斗下的给料机；除渣部分为先启动大倾角带式输送机，再启动重型框链除渣机。

停车的顺序为沿着煤、灰渣输送的方向依次停车，与上述过程正好相反。

事故停车时发生故障的设备以前的设备立刻停车，以后的设备继续运行将煤、灰渣运至指定处卸空。

在整个过程中应给出工作状态的指示信号、故障报警信号，另外为了方便单机试车的需要，设置局部连锁和解除连锁的装置。

结论：通过对该新设计施工的锅炉房的自动控制系统的阐述，我们可以看到在暖通专业设计人员的设计过程中，应该给自动控制专业提供详细的设计条件和要求，以提高大型锅炉房的控制系统的自动化程度，这不仅可以有效的保障锅炉设备的安全运行，及时的对故障设备进行维护更新，还可以改变传统司炉人员操作的经验主义，大幅度的提高锅炉的燃烧经济性，提高系统的运行效率，降低单位热量产出的能量消耗，从而达到最终节约能源的目的，为我们整个社会能源的合理利用及长远发展做出贡献。

参考文献：《实用供热空调设计手册》（陆耀庆主编）
《锅炉房设计规范》（GB50041-2008）
《锅炉房实用设计手册》（洪向道主编）。