摘要：锅炉作为一种能量转换装置，广泛用于工业生产和居民供热中，而近些年出现的环境问题使燃气锅炉会迅速成为主力而将燃煤锅炉取而代之。它的性能优于燃煤锅炉，而更为关键的是其环保性能非常好，环境问题在近些年已经被提到了国家战略高度，国家正在极力遏制这种以环境为代价换取经济的行为。所以“煤改气”的计划势在必行。
关键词：燃气锅炉；燃烧控制；系统应用；设计分析
1燃气锅炉燃烧控制系统工艺及原理分析
1.1燃烧控制系统的组成与运转原理
天然气通过压力开关、安全电磁阀以及燃气比例阀，最终进入燃烧器，而空气通过鼓风机也被送入燃烧器，二者以一定的比例混合后燃烧，通过锅炉将介质水加热，实现供暖。而燃烧控制器作为燃气锅炉的核心部件，主要完成的工作有对锅炉出水温度、管道压力等模拟量和状态量进行采集、完成对系统中嵌入的算法、完成对鼓风机的变频控制、根据工况要求控制 PWM 输出从而控制燃气比例阀开度，此部分视为整个燃烧控制系统的核心。显示操作模块，它能够完成对采集装置数据的读取然后在 LCD 显示出来，还可以方便的对一些参数设定，如控制算法中的参数等，完成手动控制功能。压力开关，通过对管道内压力的判断，完成对天然气的通断功能。燃气比例阀，此装置是在系统中通过对 PWM 的控制从而控制比例阀开度，从而对燃料的输入量进行控制。鼓风机，其作用主要是完成对进空气量的控制，并在点火之前进行预吹扫，停止工作之后进行吹扫。
锅炉结构示意图
1.2燃气锅炉燃烧控制系统的总体分析
燃气锅炉控制系统的核心是燃烧控制系统，燃烧控制系统主要完成两方面的任务，一方面维持锅炉出水温度恒定，另一方面保证燃料和空气之间一个合适的比例，从而来确保锅炉能一致处于最优的燃烧状态下，这样做可以增加燃烧效率，提高能源利用率，并且也可以降低成本。燃料流量控制是利用燃气比例阀开度大小，而空气量是利用鼓风机的频率来调节，完成燃烧控制。
2系统所需实现的目标
2.1稳定供热的负荷
燃气锅炉的供热负荷是伴随着环境因素的变化而随之变化的。第一，需考虑到用户的供热需求；第二，需对周边环境变化和供热面积情况以及可能产生的漏水情况考虑在内；第三，除此之外，系统的可靠性、安全性也是非常重要的环节，它们的稳定可以确保设备可以有条不紊的进行，保证被控对象的稳定。
2.2保证锅炉的充分燃烧
系统设定温度后，输入确定最佳的空燃比，使锅炉运行在这个状态下，但仅这样做不能保证燃料充分燃烧，而加入烟气含氧量控制以及对空燃比的自寻优控制策略后，可以使空燃比实时最优，保证温度的同时实现高效燃烧，与此同时产生最少的环境污染，一举两得。
2.3确保锅炉的运行安全
天然气是一种气体燃料，因此它的燃烧是有一定的危险性的，很容易在中间环节中出现安全问题。所以，在整个过程中，除了对锅炉本体设计的高要求之外，对于燃烧控制系统的要求也格外高。在锅炉系统中加入警报提示、程序连锁、严格的启动程序等，并将实时的操作系统运用其设计中，合理规划优先级，使锅炉系统能够有条不紊的运行，无疑是解决安全性、可靠性的最佳途径。
2.4燃气燃烧控制过程
燃料与氧气通过剧烈的氧化反应生成巨大热量的现象称之为燃烧，在此过程中会出现火焰、发光、烟雾、声音等情况。本课题提到的锅炉就是通过燃烧得到其热量来进行工业生产或者居民供热，因此减少热量的散失对提高能源利用率，降低成本，保持经济运行大有助益。燃气锅炉产生的热量损失有：散热损失、不完全燃烧热损失和排烟热损失。而不完全燃烧热损失与排烟热损失主要受到燃烧系统的影响。
2.5烟气含氧量控制
燃烧需要通入一定量的空气，而如果过量空气系数过大，会导致烟气量增加，排烟温度升高，热量流失造成能源浪费，因此，确定合理的过量空气系数才可以进行有效的控制，而这个系数可以通过排出烟气中的 CO2和O2 的含量反映出来，其中控制氧气的含量是最常见的方法。因此，本课题利用氧化锆氧量测量仪来检测排烟中氧气的含量，并在送风部分回路中反馈到控制器进行计算，之后转换成控制信号，通过控制鼓风机从而改变送风，提高热量减少能源浪费。
3燃气燃烧控制系统控制策略的选择
3.1燃气燃烧控制系统控制策略的选择
本课题中，燃气燃烧控制器的硬件设计主要针对系统中模拟和数字量的采集单元、显示操作单元、传输单元等，传感器采集信息转换成电流信号通过串口传输至控制器，经控制器完成算法的运算，再由控制器产生控制信号，并在显示单元中显示，实现数据的实时监控，保证出水温度的恒定；
本课题中锅炉控制要求如下：1、本课题所研究的燃气锅炉为 12MW/h 的中小型燃气热水锅炉，其出水温度为0-100℃。2、控制器可以完成程序的自动/手动启停，程序可以自诊断，点火部分可以有手/自模式、出现故障时会及时的报警并停机、能够实时的记录设备运行数据等功能。3、可以通过触摸屏对算法、氧含量、温度等进行参数的设定以及显示设备状态。
3.2燃气燃烧控制系统各模块硬件设计
为了实现系统任务，能够使燃烧更充分，使控制更有效，硬件部分是不可忽视的一部分。
燃烧控制系统中主控制芯片为 S3C2440 处理器，130 个通用 I/O 管脚完全可以满足燃烧控制系统对于模拟量和数字量的需求；8 路 10 位 ADC 能够满足燃烧控制系统中各采集电路的需求；4 通道 PWM 输出，用作燃烧控制器中燃料部分的控制；对于送风部分的电机控制则采用外接 D/A 模块，输出的 0-5V 电压信号，从而控制变频器变频调速。
结束语
近年来环境污染越发的严重，尤其是出现的雾霾天气更是引起了国家乃至世界的高度重视，随着国家环保政策的相继实施，传统的高污染高消耗的燃煤锅炉逐渐受到市场的诟病，传统的燃煤锅炉变成清洁无污染的燃气锅炉是势在必行，燃气锅炉燃烧控制系统的优化设计更有助于燃气锅炉实现经济效益和社会效益的统一。
参考文献：
[1]陈耀军.燃气锅炉燃烧控制及网络管理研究[D].北京工业大学，2003.
[2]吴涣杰.多气种燃气锅炉的燃烧控制研究[D].东北大学，2010.
[3]李斌.燃气锅炉燃烧控制系统应用设计[D].天津理工大学，2017.
论文作者:郑爱侠,乔春雷
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/20
标签：锅炉论文; 控制系统论文; 燃气锅炉论文; 燃气论文; 系统论文; 控制器论文; 燃料论文; 《电力设备》2017年第29期论文;