探讨工业锅炉给水工艺设计的几个要点
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摘要：工业锅炉产品分两种，一是蒸汔，用于发电；二是供汔，比如化肥厂可用蒸汔汔化，以煤为原料，合成化肥，这就是典型的工业锅炉。 工业锅炉还是以燃煤占大多数，燃汽的一般是余热锅炉用于回收废热。工业锅炉的安全，一直是我们关注的问题，锅炉的蒸汽质量的优劣，直接与锅炉汽包水位的高低有关。本文主要就是探讨基于单片机和PLC，水位控制系统。
工业锅炉是一次能源的消费大户，在未来相当长的一段时间内，燃煤工业锅炉仍将是我国的主导产品，并且以中大容量居多。燃煤锅炉会产生严重的环境污染，随着能源供应结构的变化和节能环保要求日益严格，我国已于2002 年批准了《京都议定书》，议定书生效后我国将削减温室气体排放目标，工业锅炉节能降耗减少排放必然是我们的首要任务。为了减少SO2气体对环境造成的污染，各大中城市对燃煤锅炉在城市里采用了限制使用的措施。但是还是不能从根本上解决存在的问题。天然气是现阶段最适合的清洁能源，天然气开发应用将进入高速发展时期。小型燃煤工业锅炉将退出中心城区。因此采用清洁燃料和洁净燃烧技术的高效、节能、低污染工业锅炉将是产品发展的趋势。在这种情势下，锅炉的效率问题成为人们关注的热点，为了更好的提高锅炉的效率，我们对锅炉供水系统提出了更高的要求。锅炉汽包水位高度直接关系着汽水分离的速度和生产蒸汽的质量，也是安全生产的重要参数之一，本文主要介绍一套适用于中小型工业锅炉的给水控制系统，这个系统是按照“蒸汽锅炉安全技术监察规程”，可靠供水的有关规定进行研制的，可直接安装在现行的给水系统上，极大的提高了锅炉的热效率和安全稳定性。
1.以往锅内给水管工艺设计的几种缺陷
1.1 管头喷射式给水管
后棚管与锅壁、管板、管孔焊缝处极易诱发裂缝、渗漏等情况。锅内给水管头口冲射后棚管，大量水垢淤结管内，诱发堵管、变形、渗漏、爆管等运行中的突发事故。
1.2 管孔喷淋式给水管
给水管布水区域锅筒内壁时常结水垢。之后还会伴着严重的垢下电化学腐蚀，还会诱发腐蚀坑斑、裂纹等事故。布水区域的水管内壁结水垢相当严重，普遍还会存在梗阻、变形、裂纹、爆管等事故，此类事故所占比例较高。
1.3 给水管与锅筒壁的连接
给水管与锅筒壁错误的焊接，极易诱发放射形裂纹，严重影响锅炉的供水问题。
2.给水控制系统设计方案
在上述的几种缺陷的情况下，我们研究了一种给水控制系统。此系统是由单片机和PLC组成，执行机构是由切向调节阀和电动执行机构两部分组成。锅炉蒸汽量频繁波动引起水位与调节阀开度之间的不平衡，这时，单片机就会采集前端水位信号和阀位反馈信号，将数据进行处理后送到PLC ,PLC通过模糊控制算法直接产生相应的输出，电动执行机构将根据控制器的输出调节自动给水执行机构的位置，改变调节阀的流通面积，增减给水流量以达到调节锅炉水位的工艺目的，使锅炉水位与阀位达到新的平衡状态，锅炉水位在变化工况下始终保持在“规程”规定的正常范围内，从而实现锅炉给水量随蒸发量变化的自动调节。为了安全起见我们采用两个水位计冗余技术。这样就避免了单片机稳定性差的缺陷。由此可见，整个系统的安全性、经济性都是较高的。
3.给水控制系统硬件结构设计
3.1 前端水位测量原理
水位计测量元件是均匀分布，间距为5mm的干簧管，测量范围是-100mm ~ +100mm，首先由磁浮筒对干簧管产生磁场作用，使相应的干簧管吸合，对应生成相应的水位信号，以单片机为核心的信号采集电路，将这些开关信号采集处理,并通过RS-485多机通讯方式将水位信号送到控制室 。
3.2 控制箱设计
控制箱主要由单片机系统和PLC组成,RS-485的通讯过程和信号的输入、输出。
4.控制系统软件设计
单片机程序采用模块化设计的程序设计方法，既方便程序的修改和调试，又能实现软件的自诊断，提高了软件的易理解性和易维护性。对PLC采用梯形图的组态方式,通过CPT 编程可实现相应的保护联锁功能和模糊控制算法。整套系统组态灵活、修改方便。
4.1 通讯程序设计
通讯程序的设计包括：通讯协议的约定、报文的信息格式、通讯的任务、多机通讯的实现方法、通信的校验方法和编程方法。
4.2 模糊控制策略的实现
工业锅炉汽包水位的主要动态特性包括：非线性、不稳定性、非最小相位特性、时滞和负荷干扰，以及汽水分离器动态的不稳定性等这几种动态。若采用单一的水位反馈控制就很难达到预期的控制效果，由于采用的PLC只有开关输入输出,三冲量调节又难以实现,而工业锅炉水位调节允许有一定的稳态偏差,所以可以采用常规的模糊控制方法。
未来工业锅炉产品市场发展除了受我国国民经济的发展速度和投资规模等因素影响外，越来越受到能源政策和节能、环保要求的制约。工业锅炉成为我们重视的一个方面，工业锅炉给水系统的好坏直接关系到锅炉的热效率、对环境的保护和安全性，因此，我们必须对给水系统进行科学的管理。只有这样才能达到工业锅炉的使用。