关键词：注汽锅炉; 热效率; 燃烧系统
1 引言
辽河油田高升采油厂注汽站新改造锅炉采用强制循环单管直流工作方式，工业软水由柱塞泵加压后进入省煤器，软水吸收余
热温度升高后进入加热管，在加热管中吸收
燃烧室中高温火焰和烟气的辐射热后汽化变为高温蒸汽，经蒸汽管道输出至各用气油井。空气经风道引入鼓风机，经过鼓风机升压后进入空气预热器，在空气预热器中被加热成热空气后进入炉膛;给粉仓中的煤粉在一次风机作用下经输煤管道被送入喷燃器，与送入喷燃器中的预热空气充分混合，喷入燃烧室燃烧。燃烧产生的高温火焰和烟气先在燃烧室内加热水冷壁管中的水，然后高温烟气依次通过省煤气和空气预热器，加热这些受热面的工质（水和空气）。在传热过程中烟气的温度逐渐降低，此后依次经过多管除尘器和布袋除尘器清除烟气中携带的大部分飞灰。在多管除尘器和布袋除尘器的下方分别设有一个储灰罐，用于收集烟气灰。经过二级除尘后的烟气，最后进入烟囱，排入大气中。燃料燃烧后产生的灰渣落入燃烧室下部的灰渣斗中，由搅龙电机带动的搅龙将其输送到灰渣斗一端的出口处，进入底灰储灰罐中。储灰罐中分别装有料位传感器，当灰罐中料位达到一定高度时，料位传感器产生高料位信号，该信号送入PLC后，由PLC发出吹灰控制信号，打开压缩空气电磁阀，由压缩空气将灰渣由输灰管道吹入总灰仓中。
该热管式锅炉系统，与传统液位式锅炉不同，对于该锅炉系统的控制任务是：
1、维持锅炉炉膛压力在-10mmH2O—0 mmH2O之间;
2、在用汽量不变的情况下,锅炉给水流量恒定;
3、维持输出蒸汽压力恒定，实现锅炉经济燃烧;
4、实现锅炉的自动点火控制及锅炉吹灰等过程的自动控制。
2 控制方案的设计
根据控制要求，为维持炉膛压力在所要求的负压范围内，以炉膛压力为被控量、以蒸汽流量作为前馈量构成闭环控制（控制框图略）。对于给水量的控制，以给水流量测量仪表的输出值作为反馈，以给水流量设定值与反馈值的偏差做PID运算，运算的结果加上蒸汽流量的前馈量，作为柱塞泵变频器的输入控制量，变频器的输出用来控制柱塞泵电机的转速，从而控制给水泵的给水流量（具体控制原理图略）。锅炉燃烧的自动控制是本系统中最重要的环节，燃烧系统控制效果的好坏，直接影响到系统运行的经济性问题。本燃烧控制系统的主要功能是在不知道锅炉系统数学模型的前提下，能够自动调节给煤量，自动搜索到最佳的鼓风量，并且在环境条件发生变化（例如煤粉热值发生变化）时，自动搜索到新的最优工况，也就是具有自适应能力。在该控制系统中，以锅炉蒸汽压力为主被控量，以蒸汽压力给定值与实际测量值的偏差量做PID运算，其运算结果用来调节给煤量。在给煤量确定后，通过步进搜索寻优算法在线寻找最佳给风量。锅炉燃烧控制系统的控制原理图见图1。
图1 锅炉燃烧控制系统框图
3 控制系统的设计
3.1 系统硬件配置
鉴于以上的工艺流程及控制要求，我们设计了一套基于上、下位机结构的计算机自动控制系统。该系统下位机由Siemens S7-300系列PLC组成，负责对现场设备的直接控制以及现场参数的采集、处理。上位机
采用台湾研华工控机，用于现场数据的实时
显示、报表打印、趋势曲线的绘制等功能。上下位机系统的具体结构如图2所示：
图2 上下位机系统结构图
PS307：电源模块，为PLC系统提供24V直流供电电源。
CPU315：S7-300系列CPU模块中的一种类型。具有数据处理功能和与上位机通讯功能。
IM365：接口模块，将安装在两个机架上的PLC构成一体。
SM331：模拟量输入模块，与各种温度、压力等传感器的输出相连，将各种模拟量信号转换成数字量信号供PLC和上位机使用。
SM332：模拟量输出模块，其各路输出分别用于控制鼓风机变频器、引风机变频器、加粉机变频器和柱塞泵变频器。
SM321：数字量输入模块，分别用于接收设备状态信号和现场被监控信号（如底灰料位高等）。
SM322：数字量输出模块，用于输出PLC所发出的各种控制指令、各种报警信号（例如进水压力低、锅炉熄火等）。
上位机中安装有通讯接口卡CP5611，采用MPI通讯协议与PLC进行数据通讯。
3.2 系统软件设计
上位机系统软件是在Windows98平台上开发的，监控软件采用组态王6.01版，共用点数256。开发了监控系统主画面、设备控制画面、趋势曲线画面、报警画面、报表画面、设备调试画面、变频控制画面、系统画面和低压配电图画面，完成对PLC传送来的现场数据进行各种显示、控制、报警等功能。
下位机软件采用Siemens Step7软件包，利用梯形图语言编程，完成数据采集、数据处理、PID运算、报警等功能。整个下位机软件工作流程图略可向作者索取，各程序功能如下：
初始化程序：对一些数据存储器以及定时器复位。
累积子程序：对总用电量、总给水量和总用煤粉量进行累积计算。
点火子程序：完成锅炉点火功能。
负压调节子程序：调整锅炉炉膛负压在允许范围内。
燃烧调节子程序：维持蒸汽压力稳定，实现自动风煤比寻优运算，保证实现经济燃烧。
流量调节子程序：调节给水流量。
吹灰子程序：当多管灰仓、布袋灰仓、底灰灰仓料位高时，调用该子程序，实现吹灰功能。
报警子程序：当系统运行过程中出现异常情况能够自动报警，报警电铃响，同时，相应的指示灯闪烁。
停机子程序：包括正常停机和紧急停机。当启动正常停机按钮时，调用正常停机子程序，当系统出现紧急情况，需要立刻终止设备运行时调用紧急停机子程序。
4 结束语
本系统现场运行正常，运行效果良好。达到了最初的设计要求。采用风煤比参数自寻优的锅炉燃烧控制方案，实现了系统运行过程中动态寻找最佳鼓风量的功能，从而保证了系统燃烧的经济性问题。与锅炉未改造时运行情况相比，大大节约了能源，降低了工人的劳动强度。预计在一年内即可将改造成本收回。
参考文献
[1]任国梁。工业锅炉自寻优燃烧控制系统，现代节能，1994，6：11—14
[2]西门子（中国）有限公司。SIMATIC S7-300可编程控制器用户手册，2001
[3] 西门子（中国）有限公司。SIMATIC S7-300可编程控制器模板规范，2001
