摘要：我国是一个能源消耗大国，随着国力的日益强盛，能源需求与日俱增，传统的以燃煤、燃油为主的能源形式存在的问题也越来越突出，所以寻找新的能源形式迫在眉睫。在各种能源中，天然气以其清洁、无污染、热值高等优良特性逐渐进入了人们的视野，事实证明，我国的燃料形式也确实由燃油向燃气倾斜，燃煤锅炉也在全国大范围被燃气锅炉取代，但目前世界各国都存在能源短缺的问题，我国能源问题更为突出，因此,如何使锅炉高效、安全运行是锅炉控制系统的重点。
关键词：燃气锅炉；自动控制系统；实现；应用
1 燃气锅炉较燃煤锅炉具的优点
1.1 燃气锅炉不需要煤灰堆放地,节省用地；
1.2 节约锅炉辅助生产用水。燃煤锅炉和燃气锅炉正常生产用水相等,但燃气锅炉节约了燃煤锅炉用来除尘、除渣等防尘的辅助用水；
1.3 减少工作人员。燃气锅炉比燃煤锅炉辅助设备少,所需工作人员少,负担工资及福利费用就要少得多;
1.4 节省锅炉生产用电费用。燃气锅炉燃料输送及其它辅助设备少,功率小,连续运行时间短,所以耗电量低,费用较省;
1.5 降低劳动强度。燃煤锅炉在煤的输送、除渣过程中都需要高强度的体力劳动,而燃气锅炉工作人员劳动强度较小;
1.6 燃气锅炉房布置灵活,占地面积少,产生的噪声低;
1.7 通风及燃烧形式。燃气锅炉一般采用内燃结构微正压通风，由送风机完成其燃烧过程和燃烧产物的排出。燃气锅炉采用微正压燃烧，所以就没有烟道、炉墙的漏风影响，由于燃料为气体，燃烧时空气就能够较好的与其进行预混，燃气锅炉运行时，烟气出口的过量空气系数为1.2~1.3，甚至可以低于1.05左右。较之燃气锅炉，燃煤锅炉采用的是负压通风，由送风机和引风机共同完成其燃烧过程。炉墙、烟道的漏风影响较大，固体燃料的颗粒度也不够均匀，则燃煤锅炉燃烧时就需要较大的风量，锅炉实际运行时，烟气出口时的过量空气系数可达到2.1~2.5，甚至更高。
燃烧状态决定燃烧方式，燃烧方式有室燃燃烧和层燃燃烧之分。燃气锅炉采用室燃燃烧，即燃气在燃烧室呈火炬状行进并完成燃烧。燃煤锅炉采用层燃燃烧，即燃料煤在一个宽大的支撑面上进行并完成燃烧。
2 燃气锅炉工艺系统分析
2.1 燃气锅炉本体工艺
以蒸汽锅炉为例，燃气蒸汽锅炉工艺流程如下：燃料和空气通过燃烧器按一定比例混合送入炉膛进行燃烧，产生的热量加热锅炉汽包内的水使之汽化成一定压力的饱和蒸汽，通过蒸汽管道外输给用户各种生产工艺的使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，经节能器进行换热，降低排烟温度后送入烟囱，排入大气。
2.2 燃气锅炉基本组成部分
燃气锅炉主要由下列几部分构成:
锅炉主体部分：燃烧室、锅筒、本体受热面、节能器等；
辅助设备:电气控制柜、燃烧器、鼓风机、烟道、烟囱、给水泵设备、水处理设备等。
2.3 锅炉的工作过程
锅炉的工作包括三个同时进行的过程:锅筒的补水过程，燃料的燃烧过程，烟气向水的传热换热过程。简要叙述如下:
1）锅筒的补水过程
由于蒸汽由水转变而成，并一直向用户输送的，为防止锅筒缺水而造成锅炉干烧出现安全事故，需要给水设备向锅筒内输送软化水，保证锅筒水位时刻保持在安全水位范围内。
2）燃料的燃烧过程
具有一定压力的天然气和空气通过燃烧器混合进入炉膛，点火燃烧，产生释放热量。
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3）烟气向水的传热过程
由于燃料的燃烧放热，炉内温度很高，在炉膛的四周高温烟气与水冷壁进行管内的工质进行辐射换热，经炉膛尾部转弯进入对流管束区进行对流换热，最后从锅炉本体出烟口排出，进入节能器进行换热，提高锅炉进水温度，降低排烟温度，最后进入烟道、烟囱排入大气。
3 燃气锅炉自动控制系统实现与应用探索
3.1 燃烧器负荷控制系统
众所周知，水分转变为蒸汽需要吸收热量，锅炉的热量由燃料燃烧提供；燃料的燃烧过程则是通过燃烧器按一定比例混合天然气和空气进入炉膛点燃释放热量的，因此可通过控制燃烧器的运行负荷间接控制燃气阀和风阀的开度调整燃料的进入量来改变燃料产生的热量。
燃烧器负荷控制系统可构建燃烧-主汽压力的方案，充分比较设定值和检测值，并通过对调整处理偏差后，反馈到燃气的调节回路中，作为前馈信号进行处理，此外，该偏差值应当同函数处理过之后的蒸汽流量一起反馈。通过对燃烧器的负荷调节，用以调整汽压值，若汽压低于目标值则增大燃烧负荷，汽压值高于目标值则减小燃烧负荷。
3.2 锅炉汽包水位控制系统
锅炉汽包水位大幅度的波动会造成汽包内空水或满水而影响生产安全。锅炉汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常运行，造成出口蒸汽水分过多，结果使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，直接影响机组运行的经济型和安全性；汽包水位过低，当负荷很大时，水的气化速度过快，如不及时有效控制，就会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉被烧坏或爆炸。因此，控制汽包水位的稳定是极为重要的。
汽包水位控制系统可采用单冲量、双冲量或三冲量控制方案。由于单冲量、双冲量控制策略比较简单，难以适应现代各种复杂锅炉的要求，我们选用三冲量水位控制系统。影响汽包水位的主要因素是蒸汽流量和给水流量，汽包水位会随着蒸汽流量的增加或减少而波动，给水流量也会随之增加或减少，以维持给水量和蒸汽量之间的平衡，保证锅炉的正常运行。以蒸汽流量为前馈信号，构成前馈调节回路，给水流量作为串级信号，构成副调节回路，以锅炉汽包水位测量信号作为主，构成主调节回路，从而构成锅炉汽包水位前馈――串级三冲量控制系统。
3.3 炉膛负压调节与安全监控系统
锅炉内的炉膛安全监控系统，是保证锅炉安全运行的重要设备，主要保证燃料安全和燃烧管理。其在锅炉启动后，对锅炉操作的数据参数进行检测和管理,并结合特定的连锁程序，掌握合理的操作手段，保障整体安全性，主要手段如下:
(1)炉膛吹扫。锅炉在燃烧燃料之前，必须先完成炉瞠吹扫。这个操作需要保证系统电源、汽包水位等设备符合规定要求。这种自动控制操作，能够减少人员工作量，并在一定程度上，增加操作的准确性。
(2)全炉瞠灭火。这个操作是在燃气停止供应5s后,并满足特定的条件,达到较好的效果。
(3)燃气开关的控制。在正式点火前，如果跳闸继电器复位，而程序方成以及燃压力符合政策，那么要打开燃气母管快关阀，并设置程度避免影响其他区域。
3.4 余烟再回收
燃气锅炉较其他锅炉设备而言，其热排放较少，同时，在燃气锅炉排放口出安设的余烟回收装置，通过对锅炉尾部受热面进行改造，采用扩展受热面来增加换热面积，增强换热效果，从而达到降低排烟温度的效果，实现节能减排。在燃气锅炉运行过程中，保证充足的水是锅炉得以正常运行的前提条件，而水的质和量对燃气锅炉的性能都有着直接的影响。为了提高水资源的利用效率，可在供燃气锅炉系统中增设一个水循环工艺，专门负责电锅炉的排水回收处理。当燃气锅炉运作时，回收装置可以将燃气锅炉系统中的水热量再回收利用，降低锅炉热量的发放。同时通过回收后的热量可用于其他用途，如供热取暖等。
4 结语
综上所述，一般燃气锅炉的设计效率均能达到90%左右，但在实际运行中，由于外界环境温度不断变化，需要的供热量也因而变化，如果不调整燃气量，往往会造成供热量不足或过量，造成能源浪费。在这样一种背景下，有必要对燃气锅炉的燃气供应进行实时调节，提高能源利用率。
参考文献
[1]李德东.燃气锅炉的选型及应用[J].现代制造技术与装备，2008，4（21）：41-43.
[2]王洪玉.浅谈燃气锅炉的优越性和应用前景[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2011，6（11）：300-301.
论文作者:祁亚磊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：锅炉论文; 汽包论文; 燃气锅炉论文; 水位论文; 燃料论文; 炉膛论文; 冲量论文; 《基层建设》2019年第15期论文;