糖厂锅炉的燃料主要为制糖附产品——蔗渣。 由于蔗渣的水分波动较大，给料筒容易堵塞等原因， 燃烧系统普遍存在自动化程度不高，只能依靠人工 经验来控制的问题，导致锅炉运行波动大，效率不 高，影响节能效果。同时，糖厂后工段用汽量波动 比较大，这样更增加了人工控制的难度，使供汽的 “量”存在浪费的问题，而且供汽的“质”也难以 保证^[1]。为了提高锅炉效率和供汽的稳定性，为全 厂热力系统的高效运行提供有力的支持，我们2011 年安装了锅炉燃烧自动控制系统，2011/12 年榨季投 入生产运行，取得了显著的效果。 1 蔗渣锅炉自动燃烧的控制目标

蔗渣炉的燃烧是一个具有强干扰的非线性、时 延多变量过程，可以分为蒸汽压力、烟气含氧量及 炉膛负压3 个回路。其控制任务为：保证主蒸汽压 力恒定以适应负荷需要；维持氧含量在理想范围保 证经济燃烧；维持炉膛在一定负压范围之内保证锅 炉安全运行^[2]。 1.1 主蒸汽压力

主蒸汽压力是衡量蒸汽供求关系平衡与否的重 要指标，蒸汽压力突然波动会造成锅炉水位的急剧 变化。蒸汽压力高或低说明蒸汽消耗量小于或大于 锅炉产汽量。蒸汽压力还是送风控制回路中送风调 节的前馈信号，当负荷变化时送风立即动作。主蒸 汽压力调节根据主蒸汽压力的变化，对各台并行运 行的锅炉按预定的比例发出增、减负荷的信号。

蒸汽压力通常要求稳定在一个设定值附近，所 以选择汽压为被控量，控制量是蔗渣喂料器变频调 速调节入料量，为克服负荷变化对蒸汽压力的影响， 引入平均蒸汽流量作为前馈信号。由于在燃烧过程 中受蔗渣质量的影响，时延较大且有时变，为此， 适当选取控制间隔。 1.2 炉膛负压

炉膛负压过高或过低都会影响锅炉的安全生产 和经济燃烧。若炉膛负压过小，容易局部喷火，不 利于安全生产；若炉膛负压过大，则漏风严重，从 而导致总风量增加，烟气热损失增大，蔗渣损耗增 加。炉膛负压的稳定是通过炉膛负压、送风量、引 风量3 个变量参数信号经过DCS 系统内各功能块的 作用，控制其引风量来实现的。

送风与引风对于蔗渣炉的燃烧是至关重要的。 送风、引风与蔗渣进量配合良好，才能达到最佳燃 烧和提高锅炉热效率的目的。送风回路以烟气含氧 量作被控量，送风以鼓风机变频调速作控制量。引 风回路以炉膛负压作被控量，引风以鼓风机变频调 速作控制量。为克服蔗渣进入量的变化对烟气含氧 量的影响，引入蒸汽压力控制量作为送风通道的前 馈信号。 1.3 烟气含氧量

烟气含氧量是检查锅炉燃烧系统燃料量与送风 量是否合适的一个指标。当负荷或蔗渣质量发生变 化时，烟气中的含氧量要发生变化。因此，除了通 过氧含量控制系统来调节含氧量外，含氧量控制系 统的输出还作为送风控制系统的输入信号来校正送 风量，以保证燃烧的经济性。为使蔗渣能够安全燃 烧，要求烟气含氧量与负压保持在一个适当值附近， 通常要求含氧量较低，负压为微负压。

蔗渣炉燃烧系统的3 个控制目标是相辅相成 的：主蒸汽压力变化，需要控制燃料和送风，这势 必会引起炉膛氧含量和负压的变化；氧含量变化， 需要控制送风和燃料，同样要引起蒸汽压力和炉膛 负压的变化；炉膛负压变化，需要控制引风和送风， 反过来也要引起氧含量的变化。因此是一个强相关、 强耦合的系统。同时，由于实际过程中燃料的配比 不稳定，燃料的热值时好时坏，“负荷流量”的需要 量时高时低，致使被控对象极其不稳定，所以存在 强烈的外部干扰。另外，燃烧系统需要经过汽包汽 水分离系统才能形成蒸汽，这又使得主蒸汽压力的 响应特性具有较大的滞后性。总体说来，蔗渣炉燃 烧对象是一个具有多变量、强耦合、强干扰、大滞 后等特性的复杂过程系统^[2]。 2 锅炉燃烧自动控制系统的应用

广西来宾永鑫小平阳糖业有限公司于2011 年 安装了锅炉燃烧自动控制系统，并于2011/12 年榨 季投入生产运行。经过2 个榨季的运行和完善，该 系统达到了预期的效果。图1 为锅炉DCS 自动控制 系统总操作界面，下面分别介绍锅炉自动燃烧控制 的4 个组成部分。

图1(Figure 1)

图1 锅炉DCS 自动控制系统总操作界面

锅炉蔗渣刮板自动控制（图2）是为了保证进 锅炉燃料筒内的燃料量维持在一定范围内，保证后 续的燃烧均衡，并杜绝冷风从燃料筒进炉。锅炉蔗 渣刮板自动控制以喂料器落筒高低位置为控制量， 始终保持料位在中间位置。

图2(Figure 2)

图2 蔗渣刮板控制操作界面

过热蒸汽压力是衡量蒸汽供求关系平衡与否的 重要指标，过热蒸汽压力突然波动会造成锅炉水位 的急剧变化。过热蒸汽压力高或低说明蒸汽消耗量 小于或大于锅炉产汽量。过热蒸汽压力通常要求稳 定在一个设定值附近，所以选择汽压为被控量，控 制量是蔗渣喂料器转速，以此来调节进入锅炉的蔗 渣量。当过热蒸汽压力低于设定值时喂料器转速增 大，增加入炉蔗渣料量，增加燃烧热量来升高过热 蒸汽压力；当过热蒸汽压力高于设定值时喂料器转 速降低，减少入炉蔗渣料量，降低燃烧热量来降低 过热蒸汽压力。图3 为喂料器调速控制操作界面。

图3(Figure 3)

图3 喂料器调速控制操作界面

炉膛负压的稳定是通过炉膛负压、引风量2 个 变量参数信号经过自控系统内各功能块的作用，控 制其引风量来实现的，图4 为为引风机风门闸板控 制操作界面。

图4(Figure 4)

图4 引风机风门闸板控制操作界面

烟气含氧量作为被控量，与炉膛负压调节是一 样的原理，是通过调节鼓风机鼓风量来调节进入炉 膛的过剩空气，让燃烧效率最大化。为使蔗渣能够 完全燃烧，要求烟气含氧量与负压保持在一个适当 值附近，通常要求含氧量较低。图5 为鼓风机风门 闸板控制操作界面。

图5(Figure 5)

图5 鼓风机风门闸板控制操作界面

图6 为锅炉过热蒸汽压力变化曲线，图7 为锅 炉排烟温度变化曲线，图8 为锅炉烟气氧含量变化 曲线，图9 为锅炉炉膛压力变化曲线。由以上几幅 运行曲线图可以看出，实施自动燃烧系统前后过热 蒸汽压力、排烟温度、炉膛负压、烟气氧含量等指 标的运行曲线变化很大（2010/2011 年榨季为实施 前；2011/12、2012/13 年榨季为实施后），各指标控 制波动范围在实施后有了大幅减小，各项指标都能 较好地控制在范围内。从图中还可以看出，2012/13 年榨季的运行效果比2011/12 年榨季还要好，主要 因为2011/12 年榨季是实现燃烧自动控制的首榨季， 处于参数调试、控制程序优化的榨季，2012/13 年榨 季已有比较好的经验，控制趋于稳定，所以运行效 果比2011/12 年榨季好。实施自动燃烧系统前后各 指标运行效果对比见表1。

图6(Figure 6)

图6 锅炉过热蒸汽压力变化曲线

图7(Figure 7)

图7 锅炉排烟温度变化曲线

图8(Figure 8)

图8 锅炉烟气含氧量变化曲线

图9(Figure 9)

图9 锅炉炉膛压力变化曲线

表1

表1(Table 1)

表1 实施自动燃烧系统前后各指标运行效果对比表

表1 实施自动燃烧系统前后各指标运行效果对比表

锅炉燃烧自动控制系统在广西来宾永鑫小平阳 糖业有限公司生产中的成功应用，使锅炉燃烧效果 达到了预期的目的，提高了锅炉的效率，百吨蔗耗 标煤从实施前的2010/11 榨季3.58 t 下降到2012/13 榨季的3.43 t，节能效果显著。