锅炉机电一体化节能控制系统探析

　　张岐源 1 胡海波 2

　　（ 1 高坑发电厂 江西 萍乡 337000 ；

　　2 安源发电厂 江西 萍乡

　　337000 ）

　　摘 要：随着资源节约型、环境友好型社会创建的不断推进，能耗控制在我国的受关注程度不断提升，相关研究的大量涌现便能够证明这一认知。基于此，本文将围绕锅炉机电一体化节能控制系统的设计与实现开展深入探讨，希望研究内容能够为相关从业人员带来一定启发。

　　关键词：锅炉；机电一体化；节能控制

　　前言：

　　在化工、发电、炼油等领域，锅炉均发挥着不可替代的作用，其能够较好服务于工业生产，并在我国有着较为广泛应用。但结合实际调研可以发现，现阶段我国很多锅炉仍存在自动化水平较低、能耗大的不足，为尽可能提升锅炉的节能水平，正是本文围绕锅炉机电一体化节能控制系统开展具体研究的原因所在。

　　1.锅炉机电一体化节能控制系统的设计

　　在锅炉机电一体化节能控制系统的设计中，设计主要围绕物料出口温度、烟气含氧量、炉膛负压、节能减排四方面要素展开。

　　1.1 物料出口温度控制

　　空气量与燃料量比值、燃烧工况、物料流量均会直接影响锅炉物料出口温度，但在具体实践中，锅炉物料出口温度控制多通过改变燃料流量实现，而为了实现节能目标，保证燃料能够充分燃烧，设计采用串级控制系统，基于串级控制系统的主回路控制物料出口温度。在干扰因素导致物料出口温度变化时，燃料控制器的给定值需通过改变物料出口温度控制器输出实现，使燃料量可由此变化，空气量的改变可基于比值控制器实现，以此保证空气量和燃料量的比值不变。基于动态角度，为更好实现燃料的完全燃烧，需首先提升空气量、后提升燃料量，以此完成负荷提升，负荷降低则需要先后降低燃料量、空气量，由此本文设计了具有逻辑提降量的比值控制系统，系统由 LS 、 HS 两个燃烧过程控制系统组成，二者均具备逻辑提降功能，具体设计如图 1 所示，空气量与燃料量的比值在图中表示为 K ，并采用 PI 控制器作为空气流量控制器和燃料流量控制器，主控制器、副控制器分别选用 PID 控制器与 PI 控制器 [1] 。

　　图 1 物料出口温度控制系统

　　1.2 烟气含氧量闭环控制

　　燃料的燃烧状况直接影响烟气含氧量，其能够直观展示燃烧工况。在传统系统应用中，燃料质量的变化、流量测量的误差往往会导致燃料量与空气量无法实现最优，因此本文设计的送风量校正信号采用烟气氧含量，采用由烟气含氧量控制器、乘法器、空气量控制器、鼓风机、空气流量、加热炉、烟气含氧量、空气流量测量变松装置、烟气含量测量变送装置组成的烟气含氧量控制系统。设计中的被控变量为烟气含氧量，最高锅炉燃烧效率情况下的烟气含氧量最优值为设定值，燃料成分变化带来的扰动可由此克服。烟气含氧量设定值为 2% ，该值需在 1%~3% 内稳定，以此保证锅炉效率最优。此外，为避免其对高频噪声放大影响测量值，并最终导致系统无法稳定工作，设计未加微分作用，而是采用比例积分控制。

　　1.3 炉膛负压控制

　　锅炉安全运行、维护、锅炉房的工作条件、燃烧工况均直接影响炉膛负压控制，炉膛很容易因负压过小而向外喷火，这会导致炉墙及保温层被烧坏，严重时还会威胁设备及操作人员安全。而如果炉膛负压太大，则会导致电耗和引风增加，热量会被烟气带走导致损失增加。因此设计中的烟道挡板开度控制采用炉膛负压控制器实现，引风量的针对性改变可较好保证炉膛负压稳定，因此本文设计了由炉膛负压控制器、烟道挡板、炉膛负压、炉膛负压测量变送器组成的闭环控制系统，考虑到微分作用无法适应较快的压力响应过程，因此设计采用 PI 控制器作为炉膛负压反馈控制器 [2] 。

　　1.4 节能减排设计

　　需充分考虑节能减排要求设计，锅炉机电一体化节能控制系统，以此实现节能减排目的。结合上文内容可以发现，本文设计主要通过合理的燃料与空气配比控制、引风量控制、引风挡板控制实现，并采用烟气含氧量进行校正，由此系统即可保证锅炉实现经济燃烧，尾气排放也能够由此满足环保要求。此外，空气进料流量的含氧量控制不仅能够实现减排，热效率也能够同时得到较好保障，这同样属于节能的一种表现。

　　2.锅炉机电一体化节能控制系统的实现

　　2.1 硬件实现

　　设计的硬件结构选择 PCS7 控制系统，该系统属于基于现场总线的过程控制系统，通过结合 PLC 控制系统与 FCS 控制系统的优点，该系统可基于统一的硬件平台满足锅炉节能控制需要，锅炉机电一体化节能控制可由此实现，可针对性选用不同功能组件进行设计属于 PCS7 控制系统的优势所在。设计由 PROFIBUS 网络和PROFINET 网络组成，采用双绞线环网作为工业以太网，挂接远程办公室、工程师站 ES 、操作员站 OS ，采用 S7-300PLC 作为PROFIBUS 网络的主站，远程 I/OET200M 作为从站。 S7-300PLC 与操作员站及工程师站的连接采用以太网实现， PLC 采用 PROFIBUS网络负责 IM153-2 、 CPU 模块的连接。采用 PROFIBUS 通信方式用于上文机与 S7-300PLC 的通信，内置 CP5611 卡于上位机中，使用串口线将 CP5611 卡与 CPU 的 DP 口相连，以此接收上位机命令，设备控制和数据采集均可由此实现。

　　2.2 软件实现

　　采用 PCS7 组态工具提供的连续功能图实现安全连锁控制方案、炉膛负压控制系统、烟气含氧量控制系统、物料出口流量控制系统、物料出口温度控制系统。通过 CFC 编辑器图形块形式表示的连续功能图控制和处理自动化功能，并使用预制功能块，即可通过分配参数并互联功能块完成设计。采用联锁、逻辑、顺序控制等功能实现连续功能图，主要由若干个步和转移条件组成，控制系统需基于“步”变量定义及条件执行相应动作实现。

　　结论：

　　综上所述，锅炉机电一体化节能控制系统的设计需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的物料出口温度控制、烟气含氧量闭环控制、炉膛负压控制、节能减排设计、硬件实现、软件实现等内容，则提供了可行性较高的系统设计路径。为更好满足锅炉机电一体化节能控制需要，低碳与安全主题的凸显、锅炉的燃烧效率控制、燃料使用量与烟气排放量的控制均需要在设计中得到重点关注。 ■

　　参考文献

　　[1] 周凯 . 变频技术在锅炉机电一体化节能系统中的应用 [J]. 锅炉制造 ,2017(03):26-28.

　　[2] 王鑫 , 王保军 . 锅炉机电一体化节能控制系统探讨 [J]. 智能城市 ,2016,2(02):42-43.