自動化在燃氣鍋爐供熱和供熱節能中的應用及方法

劉冰華

（天津市靜海城市基礎設施建設投資集團有限公司—科慧熱力，天津 300000）

鍋爐供熱自動化是將供熱系統內所有電氣自動化設備和裝置根據工藝需求合理組合，使用先進的計算機、控制器、通信設備按照設計者的要求，經過信號采集、分析判斷、操作控制，實現對鍋爐供熱系統的監視、控制、保護、報警、數據記錄等功能，并通過優化控制程序和控制方法達到節能的目的。

一、燃氣供熱系統中所包括的電氣自動化設備和裝置

燃氣供熱系統中所包括的電氣自動化設備和裝置主要分布在燃氣管網、燃氣鍋爐、供熱管網中，由自動化系統完成對電氣設備和裝置的集中控制。

（一）燃氣管道中所包括的電氣自動化設備和裝置

根據《城鎮燃氣設計規范》（GB50028-2006）和《鍋爐房設計規范》（GB50041-2008）的規定，燃氣管道電氣自動化設備和裝置主要包括：燃氣管道計量儀表，管道壓力指示儀表，管道壓力高，低報警裝置，燃氣調壓間，鍋爐房可燃氣體濃度高報警傳感器，報警控制器，燃氣供氣總閥，軸流風機以及每臺鍋爐燃氣干管上應配套性能可靠的燃氣閥組。

（二）燃氣鍋爐中所包括的電氣自動化設備和裝置

燃氣鍋爐中電氣自動化設備和裝置主要包括：燃燒機、鍋爐控制器兩大部分。其中燃燒機中還含有送風機、點火系統、火焰檢測、燃氣檢漏裝置、燃燒機程序控制器、風壓開關、燃氣低壓開關、燃氣壓力開關等。

（三）供熱管網中所包括的電氣自動化設備和裝置

供熱管網是將鍋爐的熱量通過各種形式傳遞到用熱用戶。供熱管網中所包括的電氣自動化設備和裝置有循環泵、溫度傳感器、壓力傳感器、液位計、泄壓電磁閥、安全閥、軟水器、補水箱、電氣控制柜。所有設備和系統正確聯動起來才能保證供熱的正常運行。

二、自動化系統組成和運行原理

自動化系統由工業控制計算機IPC和可編程邏輯控制PLC組成。PLC包括電源模塊、CPU模塊、通信模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和特殊功能模塊。PLC的數字輸入模塊采集數字量信號，如電氣裝置和設備的運行、停止、故障、開到位、關到位、過扭矩等信號。PLC的數字輸出模塊輸出開關信號對電氣裝置和設備的啟動、停止進行控制。PLC的模擬輸入模塊采集溫度、壓力、流量、液位、頻率等信號，程序根據此數據進行工藝控制。PLC的模擬輸出模塊調節設備運行狀態如變頻器頻率、調節閥開度等。IPC預裝有符合現場需求的組態軟件，IPC通過TCP/IP或者其他通信協議與PLC通信，操控PLC按預先設定好的程序運行，實現對現場電氣設備和裝置的監視、控制、報警、運行參數修改、運行數據記錄等功能。

三、自動化系統對燃氣管道、燃氣鍋爐、供熱管網中電氣設備和自動化裝置的控制方法

（一）燃氣供氣的控制方法

正常需運行時在IPC上操作供氣總閥打開。當PLC接收到報警傳感器發來的報警信號后，關閉燃氣供氣總閥，打開排風機，在IPC屏幕上顯示報警信息和可燃氣體濃度值。

（二）燃氣鍋爐的控制方法

鍋爐燃燒機啟動前先進行燃氣電磁閥檢漏。壓力開關P1在有燃氣壓力的狀態下閉合，打開V2工作閥1S后關閉，泄出安全閥V1和工作閥V2之間的壓力；泄壓后開關P2處于斷開狀態，打開安全閥V11S后關閉，使有壓力的燃氣充滿安全閥V1和工作閥V2之間；壓力開關P2閉合，在一定時間內壓力開關P2沒有斷開，說明沒有泄出有壓力的燃氣，證明工作閥V2氣密性良好。再次打開V2工作閥1S后關閉，泄出安全閥V1和工作閥V2之間的壓力，在一定時間內壓力開關P2沒有閉合，說明沒有流入有壓力的燃氣，證明安全閥V1氣密性良好。如上述正常，觸發伺服電機帶動燃燒機的風門和燃氣進氣蝶閥開啟，開到最大時凸輪觸發行程開關啟動風機吹掃，吹掃30S左右，伺服電機帶動燃燒機的風門和燃氣進氣蝶閥回調關小，回調到最小后觸發點火行程開關使高壓線圈通電，點火電極釋放火花，打開安全閥V1和工作閥V2后嘗試引燃燃氣，如火焰檢測裝置檢測到火焰則發出檢測到火焰的信號，說明燃燒正常，鍋爐進入正常工作狀態。

（三）供熱管網的控制方法

鍋爐供水溫度控制即一次網供水溫度控制，在IPC上設定鍋爐供水溫度，根據鍋爐供水溫度傳感器實時溫度反饋對燃燒機的風門和燃氣進氣蝶閥開度進行PID控制，達到控制鍋爐負荷輸出的目的。用熱需求大時鍋爐輸出負荷變大，用熱需求小時鍋爐輸出負荷變小，使供水溫度與設定值相當，如鍋爐負荷輸出在最小值時，供水溫度仍高出設定值則關閉燃燒機。PLC程序上必須設置低溫防凍保護、高溫保護和24小時自動重啟功能。用循環泵給二次網供水加壓并流經換熱器與一次網進行熱交換。二次網的溫度控制一般采用流量控制，控制一次網供水流經換熱器的流量。根據二次網供水溫度傳感器實時溫度反饋對一次網供水調節閥的開度或者一次網循環泵頻率進行PID控制，達到控制一次網供水流量的目的，使二次網出水溫度保證在設定值上下。

結語

燃氣鍋爐的使用可顯著減少PM2.5的污染，改善大氣環境。電氣自動化的應用，節約了資源，降低了成本，消除了安全隱患，獲得了更多的經濟效益和社會效益。