燃气锅炉燃烧控制系统李凯凯（山东建筑大学热能工程学院山东省济南市 250101）摘要：此次论文主要目的是以标准燃烧器为基本设备，结合汽包压力控制、炉膛压力控制的特点和需要，设计燃气锅炉燃烧控制系统。
主要方法是通过锅炉情况介绍、燃烧器类型选择、燃烧与汽压控制设计、节炉膛压力控制设计、仪表装置选型等步骤，逐一计算所需数据并选择设备类型，然后根据所得参数查阅有关资料按标准设计符合设备的控制系统。
由最终设计结果可知此方法可行。
关键词：燃气锅炉、燃气控制、汽包压力、炉膛压力0 引言近几年来，我国城市燃气结构有了很大变化，尤其是西气东输工程的加速实施，以及不断签署的燃气协议，为长期受限制的燃气锅炉的应用推广创造了条件。
一方面，燃气锅炉的燃料价格相对较高，因此应尽量提高燃料的利用效率；另一方面，气体燃料易燃易爆，燃气锅炉的危险性大，控制系统的生产保证和安全保障要求严格。
国外燃气锅炉的研究历史较长，燃气燃烧控制技术比较成熟，但是燃气锅炉的燃烧控制，多为单回路常规控制，远不能适应我国各地区及各部门条件多变的需要。
为了提高燃气锅炉的热效率和安全生产水平，有必要对燃所锅炉的燃烧控制技术进行研究。
1 锅炉情况本次论文采用一台卧式三回程火管式燃气蒸汽锅炉，使用天然气为燃料，额定蒸发量2T/h，额定汽压1.25MPa，额定蒸汽温度194℃；额定耗气量160Nm³/h，排烟温度230℃，热效率90%。
1.1 燃气蒸汽锅炉的组成结构组成：具体结构由主要部件和辅助设备组成。
主要部件有炉膛、省煤器、锅筒、水冷壁、燃烧设备、空气预热器、炉墙构架组成；辅助设备主要有引风设备、除尘设备、燃料供应设备、除尘除渣设备、送风设备、自动控制设备组成。
系统组成：燃气锅炉主要是由燃烧器和控制器两个大的部分组成，其中燃烧器又能分为五个小的系统，分别为送风系统，点火系统，监测系统，燃料系统和电控系统。
1.2 燃气蒸汽锅炉的工作原理燃气蒸汽锅炉是用天然气、液化气、城市煤气等气体燃料在炉内燃烧放出来的热量加热锅内的水，并使其汽化成蒸汽的热能转换设备。
水在锅筒中不断被炉里气体燃料燃烧释放出来的能量加热，温度升高并产生带压蒸汽，由于水的沸点随压力的升高而升高，锅是密封的，水蒸气在里面的膨胀受到限制而产生压力形成热动力作为一种能源广泛使用。
燃气蒸汽锅炉的工作原理见下图。
图1 燃气蒸汽锅炉的工作原理2 燃烧器选型燃烧器是一种将燃料和空气，按所要求的浓度、速度、湍流度和混合方式送入炉膛，并使燃料能在炉膛内稳定着火与燃烧的热能装置。
燃料以燃油和燃气为主。
一般应用在中小型燃油或燃气锅炉上。
2.1 燃烧器组成结构组成：一般由燃烧器外壳、程序控制器、风机、伺服电机、燃气蝶阀、燃烧头、电离电极或紫外线电眼、稳焰盘、燃气阀门组（其中包括球阀、膨胀节、过滤器、调压阀、电磁阀、点火电磁阀等）组成。
系统组成：送风系统、点火系统、监测系统、燃料系统、电控系统。
2.2 燃烧器性能特点1 热效率高：能适应压力波动，自行调节一次配风 （ 即燃气压力大，吸入一次风多；燃气压力小，吸入一次风少 ） ，燃烧充分，热效率高。
2 安全性高：该燃烧器配备小火。
锅炉启动时，先点小火，当小火正常稳定燃烧时，自控系统才打开主燃气阀门，燃料才能进入锅炉正常燃烧，不会产生爆燃现象。
3 燃料适应性强：该种燃烧器只需更换少量部件就能适用于天然气、液化石油气、煤气、液化石油混合气以及其它类燃气。
2.3 燃烧器工作过程当可燃气体（城市煤气、天然气、液化石油气）由微电脑控制系统按程序控制进入燃烧器的燃烧头内，由一次风与可燃气体混合，点火燃烧，二次风助燃，实现充分燃烧。
燃烧状况由火焰自动跟踪系统检测控制燃烧，当燃烧出现故障（燃烧室缺氧、可燃气体欠压、可燃烧气体断流、气量不足等），控制系统发出指令，供气系统的电磁阀迅速关闭，切断气电源，燃烧器自动吹扫后停机，指示故障。
2.4 燃烧器调节方式燃气燃烧器的运行方式有单段火、两段火和两段渐进式/比例调节式。
2.5 燃烧器的选择根据已知锅炉条件求得以下各项 水蒸气额定流量为：h kg q /139102000955.6q v m =⨯==ρ锅炉产生的水蒸气产生的热量为：h kg t cq Q m /8.2093176)194230(1391018.4=-⨯⨯=∆= 锅炉所需的总热量为：kw Q Q 042.646)36009.0/(8.2093176/=⨯==η总 燃烧器所需的功率为：kw Q P 55.8078.0042.6468.0/=÷==总综上计算所选的燃烧器的型号为：WM-G10/3-A ZM 。
燃烧器需带鼓风机与伺服马达驱动的风门，具燃气调节阀，支持两段火力和比例调节，可选配火力调节器SIEMENS RWF40。
3 燃烧与汽压控制设计3.1 燃烧过程特点1 迅速炉膛燃烧率改变迅速，适应外部负荷变化。
2 控制系统能迅速发现并消除燃烧率扰动。
3 燃料、送风和引风等参数协调变化。
4 燃烧过程稳定。
3.2 工况要求锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的要求，同时还要保证锅炉安全经济运行。
一台锅炉的燃料量、送风量和引风量三者的控制任务是不可分开的，可以用三个控制器控制这三个控制变量，但彼此之间应互相协调，才能可靠工作。
对给定出水温度的情况，则需要调节鼓风量与给燃气量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态。
同时应使炉膛内存在一定的负压，以维持锅炉热效率、避免炉膛过热向外喷火，保证了人员的安全和环境卫生。
3.3 画出燃气锅炉汽包压力与炉膛火力的控制系统原理图图2 燃气锅炉汽包压力与炉膛火力控制系统原理图3.4 表述燃烧火力给定信号形态及其与燃烧器的关联作用方式控制系统包括：滑压运行主汽压力设定值计算模块、负荷—送风量模糊计算模块、主蒸汽压力控制系统和送、引风控制系统等。
主蒸汽压力控制系统采用常规串级PID 控制结构。
当外界对锅炉蒸汽负荷的要求变化时，必须相应的改变锅炉燃烧的燃料量。
燃料量控制是锅炉控制中最基本也是最主要的一个系统。
因为给燃气量的多少既影响主汽压力，也影响送、引风量的控制，还影响到汽包中蒸汽蒸发量及汽温等参数，所以燃料量控制对锅炉运行有重大影响3.5 调节过程和控制原理1 燃料量调节：通过调节燃料量使入炉燃料燃烧所产生的量能与锅炉外部负荷需求的量能相适应。
2 送风量调节：燃料量改变时送风量也应改变，以保证燃料的完全燃烧和排烟热损失最小。
调节送风量的目的是保证锅炉燃烧过程的经济性。
3引风量调节：引风量调节的目的是使引风量与送风量相适应，以保持炉膛压力的要求范围内。
4 炉膛压力控制设计4.1 炉膛压力变化因素外因为机组负荷增加，进气量增加造成锅炉蒸汽压力降低；锅炉主蒸汽管道泄漏，造成主蒸汽压力降低；内因为锅炉燃烧调整不及时，风量和燃煤量偏低，造成主蒸汽压力降低。
4.2 过程特点、工况要求对于负压燃烧锅炉，如果炉膛压力接近于大气压力，则炉烟往外冒出，能源浪费且影响设备和工作人员的安全；反之，如果炉膛压力太低，又会使大量的冷空气漏入炉膛内，降低炉膛温度，增大了引风机负荷和排烟带走的热量损失。
由于送风量的变化时引起负压波动的主要原因，为了使引风量快速地跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送风量作为前馈引入引风调节器。
这样当送风控制系统动作时，引风控制系统也立即跟着动作，而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作，从而能使炉膛负压基本保持不变。
所以引风控制系统引入送风前馈信号以后，将有利于提高引风控制系统的稳定性和减小炉膛负压的动态偏差。
锅炉运行时，如果机组要求的负荷指令改变，则进入炉膛的燃料量和送风量将跟着改变，燃料在炉膛中燃烧后产生的烟气量也将随之改变。
这时，为了维持炉膛内的正常压力，必须对引风量进行相应的调节。
如果炉膛压力过低，炉膛和烟道的漏风量将增大，燃烧损失增大，甚至会燃烧不稳定或灭火。
此外，还可能会引起过热气温升高或加大灰粒对受热面的磨损及引风机的损耗。
反之，如果炉膛压力过高，炉膛内火焰和高温烟气就会向外面泄露，影响锅炉的安全运行。
因此必须对炉膛压力进行控制，以保证炉膛压力保证在一定的允许范围内。
4.3 工况要求炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛压力随即发生相应变化。
当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛压力上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。
因此，监视和控制炉膛压力对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。
4.4炉膛压力的控制系统原理图图3 炉膛压力的控制系统原理图4.5 说明调节过程和控制原理1 燃料量调节：通过调节燃料量使入炉燃料燃烧所产生的量能与锅炉外部负荷需求的量能相适应。
2 送风量调节：燃料量改变是，送风量也应改变，以保证燃料的完全燃烧和排烟热损失最小。
调节送风量的目的是保证锅炉燃烧过程的经济性。
3引风量调节：引风量调节的目的是使引风量与送风量相适应，以保持炉膛压力的要求范围内。
5仪表装置选型5.1仪表、控制装置等进行选型控制系统要想充分发挥它的功能作用，正确的仪表选型至关重要。
对于不同的控制工况，仪表选型会有很大不同。
仪表选型的一般原则是根据控制的实际对象、实际工况、实际功能来选择合适的仪表类型。
燃气燃烧器选配威索燃气燃烧器WM – G10/4-A / ZM型号；火力调节器选配SIEMENS RWF40型号；压力变送器选择JKS318智能型压力变送器，该变送器采用高性能的感压芯片，配合先进的电路处理和温度补偿技术，将压力变化转化为4～20mA的线性电流，压力测量范围最大为0~40MPa，最小为0~1KPa 5.2控制设备材料表表1 控制设备材料表5.3 安装事项1 在安装工作开始前要断开主开关和保护开关。
忽视此点可能导致受到电击，造成伤亡事故。
2 由于燃气泄漏可能形成可爆炸的燃气-空气混合。
在遇到明火时可能造成爆炸。
3 燃烧器功率必须符合加热装置的功率范围。
铭牌上的功率数据是燃烧器可能达到的最低和最高功率。
4 一些燃烧器部件（如火焰筒、燃烧器法兰等）在设备运行时发热。
触摸前要注意先让其冷却。
5 多个控制器并排安装间隙最小纵向30.5mm,水平10.5mm。
参考文献：[1] 威索monarch燃气燃烧器WM10安装使用说明书[2] 西门子RWF40说明书[3] 合康HID300变频调速器使用说明书[4] 潘永湘过程控制与自动化仪表北京：机械工业出版社 2007[5] 丁崇功工业锅炉设备北京：机械工业出版社 2005[6] 俞金寿，孙自强过程自动化及仪表北京：化学工业出版社 2007[7] 刘德昌锅炉改造技术北京：中国电力出版社 2000山东建筑大学课程(设计说明书)论文题目：燃气锅炉燃烧控制系统课程：新能源自动化课程设计院（部）：热能工程学院专业：能源工程及自动化班级：能源111学生姓名：李凯凯学号： 2011031287指导教师：宋永明完成日期： 2014年12月山东建筑大学课程(设计说明书)论文题目：燃气锅炉燃烧控制系统课程：新能源自动化课程设计院（部）：热能工程学院专业：能源工程及自动化班级：能源111学生姓名：李凯凯学号： 2011031287指导教师：宋永明完成日期： 2014年12月。