采用介质雾化燃烧器的锅炉控制系统设计

工作。

如图4燃烧器停止燃烧的主要流程为：关闭主油阀——吹扫——关小风门——点火——开吹扫阀——全开风门——吹扫——关风门——停风机——停止。在停炉时，需要吹扫掉油枪里剩余的燃油，避免燃烧器停止后，油枪里的燃油慢慢挥发进炉膛产生闪爆的危险。故，在燃烧器停止后，需要再次点火将油枪的油烧尽，然后将炉膛未完全燃烧的油气吹扫掉。

上述燃烧器启动、停止流程必须按照步骤顺序执行，这些步骤直接影响锅炉的正常及安全的使用。而STL编程方法的采用，正是为了保证上述功能完全按照功能要求顺序执行。

4.2 蒸汽压力控制

锅炉蒸汽压力控制的原理主要是控制燃烧器的负荷。采用PID的控制方式，根据燃烧器的风油比曲线匹配燃油压力及送风风量，通过控制燃油阀的开度和风道上的风门挡板来实现此功能。其主要的控制框图5所示。

其主要功能如下：

蒸汽压力PID：PID程序根据设定的蒸汽压力和采样的反馈蒸汽压力来实现PID的控制；

负荷限制：燃烧器在自动模式下，在锅炉处于冷态时启动燃烧器，此时锅炉压力比较低，若是自动不加限制，此时燃烧器会自动调节到最大火燃烧，这样对冷态的锅炉损害比较大，因此需要增加限制环节，在锅炉冷态启动时，限制燃烧器的最大燃烧负荷。当锅炉压力升高后，再取消燃烧器的负荷限制；

风油配比曲线：根据燃烧器厂家提供的风油配比特性图，设计曲线模型，编写相应的曲线函数程序。

根据上述曲线，设计等效的函数表达式如下：

燃烧器调试过程中，在保证燃烧器燃烧后的排烟含氧量接近上述曲线的要求下，测量各燃烧负荷下的风量燃油比率，从而生成上述的曲线图，然后确定该燃烧曲线公式。

该项目中的实际测量后确定的值为（X1=30，Y1=1.1），（X2=60，Y2=1）

通过该曲线的程序计算出的送风风量能确保燃烧后的烟气含氧量低于5%，从而保障了惰气的品质。

油品系数：因为燃烧器在燃烧柴油、重油、原油，或是其他不同批次的油品时，会造成排烟含氧量的变化，所以该参数的设计，用于设置不同油品的风量燃油比率，从而确保燃烧各种油品都能达到惰气的要求。

油阀控制PID：根据反馈油压来矫正油阀的输出；

风门挡板PID：根据反馈的风量来矫正风门挡板的输出；

4.3 锅炉水位控制

锅炉水位控制原理主要是控制锅炉的给水调节阀。采用PID的方式，并考虑锅炉输出蒸汽量的突变来实现，其主要的控制框图如图7所示。

水位控制PID：根据反馈水位来矫正给水流量控制阀的开度

蒸汽流量：由于设备的蒸汽使用量比较大，突开/关阀门会使蒸汽流量突变，从而造成水位的突变，该程序设计考虑到这些影响，通过监测蒸汽管路上蒸汽流量的变化来补偿水位的剧烈变化，从而最大限度的消除了这种突变所造成的不良影响。

4.4 触摸屏设计

为便于监测系统中各设备的工作状态，本系统设计了显示直观的触摸屏，用来显示设备运行状态和报警以及参数设置和其他相关的操作功能。其主要的界面如图8、图9所示。

主界面显示了整个系统的重要设备状态，包括锅炉压力、锅炉水位、燃烧器燃烧的油压、送风风量、给水调节阀开度、含氧量、各报警状态等等；该界面能很直观的监测整个燃烧系统，便于用户的使用。为避免使用过程中的误操作，本界面仅提供显示功能。

燃烧器在启动过程中，需要合适的风量、风压、油压，以及合适的点火时间，并且需要在合适的时间打开主油阀，这些因素都影响到燃烧器的启动，因此在燃烧器启动时是最容易出现故障。所以设计了燃烧器自动启动/停止的流程画面，通过该界面可以监测燃烧器启动流程，当燃烧器启动/停止过程中出现故障，可以通过该画面清楚的显示出故障所在步骤，便于故障的排除。

如图10、图11所示，通过相关的参数设置，可以很便利的控制锅炉的运行，如：水位的设置，锅炉蒸汽压力的设置，燃烧器的启动/停止的压力，等等。同时，在配置参数页面，可以对一些重要参数的设置进行修改。因为这些参数直接影响到燃烧器的燃烧效果，所以该页面也设置了更高的操作权限。

5 系统运行状况与性能

本系统的各项功能满足了船级社的相关规范要求，充分的保障了系统的安全运行。同时，该系统各项功能满足了设计要求，符合大型油轮的使用要求。

图12 蒸汽压力PID

如图12所示，在实际的正常运行过程中，锅炉的蒸汽压力能够保持在14bar左右，并且该过程中能够连续提供含氧量低于5%的惰气；该系统在船舶的驳油过程中能够连续稳定高负荷的运行，保障了驳油过程的连续性。为油轮的生产提供了有力的保障。

6 结束语

本文介绍的基于PLC及触摸屏技术组成的蒸汽锅炉控制系统，整个系统考虑周全，功能全面，设计完善，为油轮的安全、稳定运行提供了充分的保障。另外，控制系统界面直观，操作方便，易于维护，在实际运行中也取得了很好的效果，为大型锅炉的控制系统提供了很好的借鉴作用。

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[责任编辑：汤静]

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