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摘要：近年来,工业研究领域中对于蒸汽锅炉热工燃烧的问题广泛关注,尤其是在自动控制方面的研究更加深入,这对于工业技术的更新改进有促进作用。自动化是现代技术发的重要趋势,分析这一问题有助于燃烧过程的顺利进行。
关键词：蒸汽锅炉：热工燃烧；自动控制
1锅炉热工控制的研究及应用前景
近年来锅炉热工过程先进控制理论的研究工作已经为其在电站中的应用奠定了应有的理论基础。控制计算机的普及与提高也为先进控制的应用提供了强有力的硬件和软件平台。纵观这些研究成果，仍然存在一些不足，今后热工自动化的研究方向应该注意以下几个方面的研究与开发：
1.1实际控制工程中，要求控制器简单，计算时间短，而目前研究的先进控制策略往往结构复杂，计算时间长，且大部分研究成果仍处于实验室仿真阶段，如何将其推向热工控制实际应用是今后的努力方向。
1.2目前的先进控制策略大都是从某一热工过程出发，满足这一过程的特殊控制要求，没有考虑对其他过程，乃至全局的影响。因此电厂单元机组控制的进一步整体化、智能化研究十分重要。如何在先进控制策略的基础上，将生产调度、计划、优化经营管理与决策等内容加入到控制与优化系统中，是今后的研究方向。
1.3优化监控系统以状态计算、分析和诊断为基础，涉及电厂的安全和经济两个方面，包括机组偏差能损分析，优化燃烧，锅炉、汽机及其辅机故障诊断等，应积极开发先进的优化监控软件和系统。
1.4针对锅炉设备和热工过程的特点，开发锅炉成套专用控制软件和装置，具有良好的产业化前景和广阔的市场容量，是国内外自动化高技术的发展方向之一。
1.5先进控制策略能否成功地应用到实际，关键在于对现场运行情况的深入了解及在理论上的提升。因此，应加强电站锅炉运行过程理论建模以及基于运行数据库的非参数建模，把专家经验和知识应用于先进控制策略。
2热工调节
锅炉热工系统由给水系统、蒸汽系统、烟气系统、风系统等部分组成。工业锅炉热工燃烧控制系统实质是针对这几个系统的运行过程进行自动控制，其主要控制回路：锅炉汽包水位自动控制和锅炉燃烧自动调节系统两部分。
2.1锅炉汽包水位自动调节
锅炉汽包水是正常运行主要指标之一，汽包水位是一个十分重要的调节参数。由于汽包水位在锅炉运行中占居首要地位，所以锅炉自动化都是从给水自动调节开始的。
给水自动调节：是根据汽包水位的动态特性来设计的。引起水位变化的因素很多，但主要是给水量和蒸发量的阶跃变化，调节器就是依据水位信号、蒸汽流量和给水流量的偏差信号进行调节的。为保证锅炉运行安全，给水自动调节系统应选用可靠性较高的仪表和自动调节系统。
蒸汽锅炉汽包给水自动调节，一般采用三冲量锅炉汽包给水自动调节系统。装有三冲量给水自动调节装置的锅炉在运行时，由于引进了蒸汽流量和给水流量的调节信号，调节系统动作及时，抗干扰能力强，当蒸汽负荷突然发生变化，蒸汽流量信号使给水调节阀一开始就向正确方向动作，即如蒸汽流量增加，给水调节阀开大。抵销了由于虚假水位引起的反向动作，减少了给水流量的波动幅度，如果给水流量减少，则调节器立即根据给水流量减少的信号开大给水阀门，使给水流量维持不变。
2.2锅炉燃烧的自动调节
容量较大的锅炉，根据节能和自动化水平的需要以及维护水平和投资允许时，可设置锅炉燃烧自动调节系统。 锅炉燃烧系统自动调节的基本任务，是使燃料燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要，同时还要保证经济燃烧和锅炉的安全运行。调节的内容有三个，即维持蒸汽母管压力不变；保持锅炉燃烧的经济性；维持炉膛负压在一定范围内。这三项调节任务是相互关联的，它们可以通过调节燃料量、送风量和引风量来完成。对于燃烧过程自动调节在负荷稳定时，应使燃烧量、送风量和引风量各自保持不变，及时地补偿系统内的内部扰动，这些内部的扰动包括燃料的质量变化，以及由于电网频率变化引起燃料量、送风量、引风量的变化等。在负荷变化的外扰作用时，则应使燃料量、送风量和引风量成比例的改变，既要适应负荷要求，又要使三个被调量：蒸汽压力、炉壁负压和燃烧经济性指标保持在允许的范围内。
2.3锅炉燃烧控制
维持汽压稳定，保证燃烧过程的经济性和炉膛负压的稳定，控制系统可分为三个回路：燃料量、送风和引风。燃料流量包括焦炉煤气与高炉煤气。燃料与空气采取比值控制方式和氧量校正方案，并用烟气含氧量进行微调，风/煤交叉联锁逻辑保证锅炉在任何负荷时都处于安全燃烧的“富氧”工况。即控制任何燃烧工况下的锅炉奉均大于燃料量。在静态时，风量指令为锅炉指令和锅炉燃料总量的高选信号；而燃料指令为锅炉指令与总风量的低选信号。在负荷变化时，则通过先加风，后加燃料；先减燃料，后减风来实现动态补偿。过剩空气系数校正回路也保证了锅炉在任何负荷时，都处于安全燃烧的“富氧”工况。在低负荷试，为了保证稳定燃烧，过剩空气系数较大。在高负荷时，为了获得较高的燃烧经济性，必须维持较低的过剩空气系数。
3锅炉微机控制系统组成
一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、控制系统、上位机、手自动切换操作、执行机构及阀、电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机。控制系统包括手动和自动操作部分，手动控制时由操作人员手动控制，用操作器控制变频器、滑差电机及阀等，自动控制时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，以免锅炉发生重大事故。
3.1锅炉微机检测系统
3.1.1可对汽包水位、给水流量、给水压力、省煤器进口水温车器出口水温、省煤器进口烟温、两侧省煤器出口烟温、两侧空气预热器出口风温、、两侧空气预热器出口烟温、除尘器出口烟温、除尘器出口烟压、鼓引风风量、省煤器进口烟压、省煤器出口烟压、空气预热器出口风压、蒸汽流量、空气预热器出口烟压、蒸汽压力、蒸汽温度、炉膛温度、炉膛负压、给煤量、含氧量等现场信号巡检采样，汽包水位并具有彩色闭路监视装置；
3.1.2给水阀位、各种风机频率、炉排转速等模拟量跟踪信号巡检采样；
3.1.3各种阀位、鼓引风机、炉排电机、分煤器启/停状态及各个闭合调节回路的手动/自动等开关量信号巡检采样显示；
3.1.4鼓、引风机变频信号采样。
3.2锅炉温度检测控制系统
工业锅炉是重要的动力设备，它把燃料的化学能转化成热能，使进入锅炉的给水加热而产生一定压力和温度的热水或蒸汽。工业锅炉实现自动控制可提高燃烧效率、节约能源、减少烟气对大气的污染、确保工业锅炉安全可靠运行。工业锅炉自控系统可分为两大部分。
3.2.1检测报警
指压力、温度、水位、流量及烟气成分分析等参数的检测与报警。例如，测量蒸汽压力、炉膛负压、送风风压及上水压力等；温度测量有过热蒸汽温度、炉膛出口温度、省煤器进出口水温及烟气温度等；蒸汽流量、给水流量有瞬时指示和积算。对于蒸汽压力、汽包水位直接影响安全操作参数，应有越限报警，或将这些信号接入连锁保护系统。
4锅炉微机自动调节
4.1汽包水位的自动调节
锅炉汽包水位不仅受给水量（进量）和蒸发量（出量）之间平衡关系的影响，同时还受到汽水循环管路，汽水容积变化影响，还有燃料量的变化，汽包压力的变化，给水、蒸汽量的扰动等诸多因素对水位均会产生影响。在手动状态下除采用DDZ－Ⅲ型仪表进行三冲量水位自动调节外，还在微机自控系统中采用三冲量汽包水位微机自动调节方式。三冲量微机调节系统的设计思想就是分析了影响水位调节对象动态特征的基础上，根据汽包水位这一调节对象有一定的延迟和惯性特点，即在蒸汽流量、给水量发生阶段变化时，调节对象不可能立即跟着做相反方向的变化，尤其在蒸汽流量发生阶段变化时，汽水容积跟着做相反方向的变化，造成“虚假水位”现象。
4.2锅炉风量的調节
当外界负荷变化需要调节锅炉出力时，随着燃料量的改变，对锅炉的风量也需做相应的调解。
在实际运行中，从运行的经济方面来看，在一定的范围内，随着炉内过剩空气系数的增加，可以改变燃料与空气的接触和混合，有利于完全燃烧，使化学未完全燃烧损失和机械未完全燃烧损失降低。但是，当过剩空气系数过大时，则炉膛温度的降低和燃烧时间的缩短（由于烟气流速加快），可能使不完全燃烧损失反而有所增加。而排烟带走的热损失则总是随着过剩空气系数的增大而增加，所以当过剩空气过大时，总的热损失就要增加。此外，随着炉内过剩空气系数的增大，使烟气容积也相应增大，烟气流速也提高，因而使送、引风机的耗电量也增加。从锅炉的安全方面来看，若炉内过剩空气系数过小，则会使燃料燃烧不完全，造成烟气中含有较多的一氧化碳等可燃气体，降低了灰分的溶点因而引起水冷壁结渣。这将会导致锅炉运行恶化，严重时会被迫停炉。由于飞灰对受热面的磨损量与烟气流速三次方成正比，所以当过剩空气系数过大时，将使受热面管子和引风机叶片的磨损加剧，影响设备的使用寿命。此外，过剩空气系数增大时，由于过剩氧量的相应增加，将使燃料中的硫分易于形成三氧化硫，烟气露点温度响应提高，从而使尾部烟道的空气预热器遭到腐蚀。
5控制调节
指汽包水位自动控制、燃烧系统自动控制、炉膛负压自动控制及过热蒸汽自动控制等。另外，还有电气动力控制，即鼓风机、炉排电机、水泵等的启动、联锁、保护；各风门的遥控；电气部分的顺序控制等。
6结语
由于锅炉系统的热惯性大，负荷变化剧烈，操作人员只凭感观参数控制锅炉运行，随意性很大，难以保证锅炉运行的最佳状态，而锅炉热工燃烧自动控制系统投运后，提高了锅炉运行热效率，煤层燃烧充分，排放污染物达标，能源利用率提高，减少人工手动方法控制锅炉运行造成的能源浪费，节省人力、物力，降低运行成本，提高了锅炉运行的可靠性。
关键词：蒸汽锅炉：热工燃烧；自动控制
1锅炉热工控制的研究及应用前景
近年来锅炉热工过程先进控制理论的研究工作已经为其在电站中的应用奠定了应有的理论基础。控制计算机的普及与提高也为先进控制的应用提供了强有力的硬件和软件平台。纵观这些研究成果，仍然存在一些不足，今后热工自动化的研究方向应该注意以下几个方面的研究与开发：
1.1实际控制工程中，要求控制器简单，计算时间短，而目前研究的先进控制策略往往结构复杂，计算时间长，且大部分研究成果仍处于实验室仿真阶段，如何将其推向热工控制实际应用是今后的努力方向。
1.2目前的先进控制策略大都是从某一热工过程出发，满足这一过程的特殊控制要求，没有考虑对其他过程，乃至全局的影响。因此电厂单元机组控制的进一步整体化、智能化研究十分重要。如何在先进控制策略的基础上，将生产调度、计划、优化经营管理与决策等内容加入到控制与优化系统中，是今后的研究方向。
1.3优化监控系统以状态计算、分析和诊断为基础，涉及电厂的安全和经济两个方面，包括机组偏差能损分析，优化燃烧，锅炉、汽机及其辅机故障诊断等，应积极开发先进的优化监控软件和系统。
1.4针对锅炉设备和热工过程的特点，开发锅炉成套专用控制软件和装置，具有良好的产业化前景和广阔的市场容量，是国内外自动化高技术的发展方向之一。
1.5先进控制策略能否成功地应用到实际，关键在于对现场运行情况的深入了解及在理论上的提升。因此，应加强电站锅炉运行过程理论建模以及基于运行数据库的非参数建模，把专家经验和知识应用于先进控制策略。
2热工调节
锅炉热工系统由给水系统、蒸汽系统、烟气系统、风系统等部分组成。工业锅炉热工燃烧控制系统实质是针对这几个系统的运行过程进行自动控制，其主要控制回路：锅炉汽包水位自动控制和锅炉燃烧自动调节系统两部分。
2.1锅炉汽包水位自动调节
锅炉汽包水是正常运行主要指标之一，汽包水位是一个十分重要的调节参数。由于汽包水位在锅炉运行中占居首要地位，所以锅炉自动化都是从给水自动调节开始的。
给水自动调节：是根据汽包水位的动态特性来设计的。引起水位变化的因素很多，但主要是给水量和蒸发量的阶跃变化，调节器就是依据水位信号、蒸汽流量和给水流量的偏差信号进行调节的。为保证锅炉运行安全，给水自动调节系统应选用可靠性较高的仪表和自动调节系统。
蒸汽锅炉汽包给水自动调节，一般采用三冲量锅炉汽包给水自动调节系统。装有三冲量给水自动调节装置的锅炉在运行时，由于引进了蒸汽流量和给水流量的调节信号，调节系统动作及时，抗干扰能力强，当蒸汽负荷突然发生变化，蒸汽流量信号使给水调节阀一开始就向正确方向动作，即如蒸汽流量增加，给水调节阀开大。抵销了由于虚假水位引起的反向动作，减少了给水流量的波动幅度，如果给水流量减少，则调节器立即根据给水流量减少的信号开大给水阀门，使给水流量维持不变。
2.2锅炉燃烧的自动调节
容量较大的锅炉，根据节能和自动化水平的需要以及维护水平和投资允许时，可设置锅炉燃烧自动调节系统。 锅炉燃烧系统自动调节的基本任务，是使燃料燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要，同时还要保证经济燃烧和锅炉的安全运行。调节的内容有三个，即维持蒸汽母管压力不变；保持锅炉燃烧的经济性；维持炉膛负压在一定范围内。这三项调节任务是相互关联的，它们可以通过调节燃料量、送风量和引风量来完成。对于燃烧过程自动调节在负荷稳定时，应使燃烧量、送风量和引风量各自保持不变，及时地补偿系统内的内部扰动，这些内部的扰动包括燃料的质量变化，以及由于电网频率变化引起燃料量、送风量、引风量的变化等。在负荷变化的外扰作用时，则应使燃料量、送风量和引风量成比例的改变，既要适应负荷要求，又要使三个被调量：蒸汽压力、炉壁负压和燃烧经济性指标保持在允许的范围内。
2.3锅炉燃烧控制
维持汽压稳定，保证燃烧过程的经济性和炉膛负压的稳定，控制系统可分为三个回路：燃料量、送风和引风。燃料流量包括焦炉煤气与高炉煤气。燃料与空气采取比值控制方式和氧量校正方案，并用烟气含氧量进行微调，风/煤交叉联锁逻辑保证锅炉在任何负荷时都处于安全燃烧的“富氧”工况。即控制任何燃烧工况下的锅炉奉均大于燃料量。在静态时，风量指令为锅炉指令和锅炉燃料总量的高选信号；而燃料指令为锅炉指令与总风量的低选信号。在负荷变化时，则通过先加风，后加燃料；先减燃料，后减风来实现动态补偿。过剩空气系数校正回路也保证了锅炉在任何负荷时，都处于安全燃烧的“富氧”工况。在低负荷试，为了保证稳定燃烧，过剩空气系数较大。在高负荷时，为了获得较高的燃烧经济性，必须维持较低的过剩空气系数。
3锅炉微机控制系统组成
一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、控制系统、上位机、手自动切换操作、执行机构及阀、电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机。控制系统包括手动和自动操作部分，手动控制时由操作人员手动控制，用操作器控制变频器、滑差电机及阀等，自动控制时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，以免锅炉发生重大事故。
3.1锅炉微机检测系统
3.1.1可对汽包水位、给水流量、给水压力、省煤器进口水温车器出口水温、省煤器进口烟温、两侧省煤器出口烟温、两侧空气预热器出口风温、、两侧空气预热器出口烟温、除尘器出口烟温、除尘器出口烟压、鼓引风风量、省煤器进口烟压、省煤器出口烟压、空气预热器出口风压、蒸汽流量、空气预热器出口烟压、蒸汽压力、蒸汽温度、炉膛温度、炉膛负压、给煤量、含氧量等现场信号巡检采样，汽包水位并具有彩色闭路监视装置；
3.1.2给水阀位、各种风机频率、炉排转速等模拟量跟踪信号巡检采样；
3.1.3各种阀位、鼓引风机、炉排电机、分煤器启/停状态及各个闭合调节回路的手动/自动等开关量信号巡检采样显示；
3.1.4鼓、引风机变频信号采样。
3.2锅炉温度检测控制系统
工业锅炉是重要的动力设备，它把燃料的化学能转化成热能，使进入锅炉的给水加热而产生一定压力和温度的热水或蒸汽。工业锅炉实现自动控制可提高燃烧效率、节约能源、减少烟气对大气的污染、确保工业锅炉安全可靠运行。工业锅炉自控系统可分为两大部分。
3.2.1检测报警
指压力、温度、水位、流量及烟气成分分析等参数的检测与报警。例如，测量蒸汽压力、炉膛负压、送风风压及上水压力等；温度测量有过热蒸汽温度、炉膛出口温度、省煤器进出口水温及烟气温度等；蒸汽流量、给水流量有瞬时指示和积算。对于蒸汽压力、汽包水位直接影响安全操作参数，应有越限报警，或将这些信号接入连锁保护系统。
4锅炉微机自动调节
4.1汽包水位的自动调节
锅炉汽包水位不仅受给水量（进量）和蒸发量（出量）之间平衡关系的影响，同时还受到汽水循环管路，汽水容积变化影响，还有燃料量的变化，汽包压力的变化，给水、蒸汽量的扰动等诸多因素对水位均会产生影响。在手动状态下除采用DDZ－Ⅲ型仪表进行三冲量水位自动调节外，还在微机自控系统中采用三冲量汽包水位微机自动调节方式。三冲量微机调节系统的设计思想就是分析了影响水位调节对象动态特征的基础上，根据汽包水位这一调节对象有一定的延迟和惯性特点，即在蒸汽流量、给水量发生阶段变化时，调节对象不可能立即跟着做相反方向的变化，尤其在蒸汽流量发生阶段变化时，汽水容积跟着做相反方向的变化，造成“虚假水位”现象。
4.2锅炉风量的調节
当外界负荷变化需要调节锅炉出力时，随着燃料量的改变，对锅炉的风量也需做相应的调解。
在实际运行中，从运行的经济方面来看，在一定的范围内，随着炉内过剩空气系数的增加，可以改变燃料与空气的接触和混合，有利于完全燃烧，使化学未完全燃烧损失和机械未完全燃烧损失降低。但是，当过剩空气系数过大时，则炉膛温度的降低和燃烧时间的缩短（由于烟气流速加快），可能使不完全燃烧损失反而有所增加。而排烟带走的热损失则总是随着过剩空气系数的增大而增加，所以当过剩空气过大时，总的热损失就要增加。此外，随着炉内过剩空气系数的增大，使烟气容积也相应增大，烟气流速也提高，因而使送、引风机的耗电量也增加。从锅炉的安全方面来看，若炉内过剩空气系数过小，则会使燃料燃烧不完全，造成烟气中含有较多的一氧化碳等可燃气体，降低了灰分的溶点因而引起水冷壁结渣。这将会导致锅炉运行恶化，严重时会被迫停炉。由于飞灰对受热面的磨损量与烟气流速三次方成正比，所以当过剩空气系数过大时，将使受热面管子和引风机叶片的磨损加剧，影响设备的使用寿命。此外，过剩空气系数增大时，由于过剩氧量的相应增加，将使燃料中的硫分易于形成三氧化硫，烟气露点温度响应提高，从而使尾部烟道的空气预热器遭到腐蚀。
5控制调节
指汽包水位自动控制、燃烧系统自动控制、炉膛负压自动控制及过热蒸汽自动控制等。另外，还有电气动力控制，即鼓风机、炉排电机、水泵等的启动、联锁、保护；各风门的遥控；电气部分的顺序控制等。
6结语
由于锅炉系统的热惯性大，负荷变化剧烈，操作人员只凭感观参数控制锅炉运行，随意性很大，难以保证锅炉运行的最佳状态，而锅炉热工燃烧自动控制系统投运后，提高了锅炉运行热效率，煤层燃烧充分，排放污染物达标，能源利用率提高，减少人工手动方法控制锅炉运行造成的能源浪费，节省人力、物力，降低运行成本，提高了锅炉运行的可靠性。