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1、前言
广西产蔗糖占到全国蔗糖六成以上。目前，蔗糖生产企业正面临糖价下降，成本居高不下的困境，部分糖企已经出现亏损。糖厂锅炉主要以甘蔗为原料制糖的附产品——蔗渣为燃料，蔗渣炉燃烧节能降耗已成为糖厂降低能耗的一个重要方面。在负荷变动的情况下，手工操作燃烧的蔗渣锅炉往往供汽质量差、工人劳动强度大、能耗高、效率低、環境劣。燃烧自动化就是针对这种实际状况，而采取的一种有效措施。下面介绍某糖厂2#锅炉燃烧系统的配置、操作现状及不足，进行燃烧自控变频设计改造，达到了节能降耗等效果。
2、燃烧系统改造前的状况及不足
（1）该炉的鼓引风机都没有配置变频器，调节风量是通过调节风门挡板进行，电动机一直以额定高速转动，其轴的输出功率始终没有改变，导致电机长期在额定负荷40—50%的大马拉小车状态下运行。因此，大大地浪费了电能。同时，电动机一直以额定高速转动，因而大大地增加了风机叶轮、轴承的磨损和风机振动；高速运行的风机产生的噪音对环境也产生了极大的污染。（2）由一位司炉操作工，在DCS流程图画面上，根据锅炉的给料量、主蒸汽压力、炉膛负压、温度等参数，手动调节两个引风机和1个鼓风机的挡风板开度，从而控制锅炉的配风量。（3）由同一位司炉操作工，在DCS流程图画面上，根据锅炉当前的主蒸汽压力，手动调节4个蔗渣喂料器滑差电机调速器，进而控制4个喂料器转速快慢，达到调节锅炉的给渣量大小。（4）锅炉没有安装氧化锆氧量分析仪，对烟气含氧量没有量化依据，司炉操作工是通过透过锅炉望火孔对炉膛内燃烧摄像了解锅炉燃烧状况，根据经验手动调节锅炉的配风。（5）还是同一位司炉操作工，通过摄像观察，在DCS流程图画面上，对锅炉4个蔗渣闸板的开度进行手动调节，从而确保4个蔗渣溜槽的蔗渣量既不浪费又充足。（6）同一位司炉操作工手动控制配风、给渣、料位，工作量可谓不少，而要手动控制好锅炉的燃烧就更难了。（7）由于手动控制燃烧的工作量大，因此，只要锅炉不出现正压，司炉操作工一般仅进行喂料器给料和闸板料位调节，而很少自觉调节配风。所以，锅炉手动燃烧效率、供汽质量都较差。
3、改造的目的
3.1采用变频调速技术对鼓引风机进行节能降耗改造
因为对锅炉送引风电动机使用变频器，根据生产需求任意调整电机速度调整配风量，电机的输出功率与电机的转速立方成正比例地减少，从而不但能提高生产工作效率而且能实现大幅度的节能降耗。
3.2实现锅炉燃烧过程的自动控制
达到如下目标：（1）主蒸汽压力：维持在一定范围之内保证汽机安全高效发电和其它生产需要。（2）炉膛负压：维持在一定范围之内保证锅炉安全运行和经济燃烧。（3）烟气含氧量：维持在理想范围内保证经济燃烧等。
4、改造设计
4.1增换硬件
针对该厂现有设备的状况，主要有以下几项内容：（1）加装三套AC30型变频嚣，其中鼓风机一套和引风机两套，以便对鼓引风机进行变频调速，从而控制锅炉的配风量，达到大大节约电能等目的。（2）更换4个喂料器滑差电机调速器为可接收4-20mA模拟量控制信号的DK一2E数显调速器。为实现喂料器转速自控创造条件。（3） 更换炉膛负压变送器为EJA智能微差压变送器。由于原来的炉膛负压差压变送器，测量准确、灵敏、稳定性较差，已不能满足自控的要求。更换后，显示、输出阻尼可进行有效调节。（4）添装一套ZO-4-Ⅱ型氧化锆氧量分析仪。能将锅炉燃烧后烟气中的氧含量进行有效量化监测，使锅炉燃烧控制有了量化指标。（5）加装一套HK—D型蔗渣喂料筒料位探测转换器，其把料位信号转换成4-20mA输出，为蔗渣闸板开度自控创造条件。（6）增装DCS控制系统SP313、SP322、SP363、SP364卡各二块等硬件，以便变频器等与DCS系统的信号交换。
4.2变频调速
用变频控制系统代替锅炉送引风调节挡板式方式控制，实现开/闭环运行，并与原控制系统并联互锁；同时，将锅炉送引风挡板打开，使送引风挡板的开度为100%。正常运行时，合上投入变频器的电源刀闸。在变频器发生故障时，拉下变频器电源刀闸，并合上变频器旁路刀闸，这时切换到使用风门挡板对风量进行调节，从而保证了锅炉在各种状态下都能够正常运行。变频器与DCS系统交换信号有如下图：
4.3燃烧自动控制
糖厂锅炉自动燃烧系统是一个强耦合、多参数、大滞后、非线性、多回路的复杂控制系统。包括了如下四个自控子系统。4.3.1蔗渣刮板自动控制。是为了保证进锅炉的燃料筒内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筒料位为控制量，始终保持料位在中间位置。控制原理：以燃料筒内料位为主控量，当料位信号小时，料位探测转换器相应输出4-20mA信号给DCS，经过DCS系统运算并与设定值比较放大后，输出信号控制4个蔗渣刮板电动执行器的刮板开度大些；反之，调节刮板开度小些。
4.3.2主蒸汽压力自动控制。以主蒸汽压力为主控量，当主蒸汽压力信号小时，压力变送器会相应地输出4～20mA信号给DCS，经过DCS系统运算并与设定值比较放大后，输出信号调节4个喂料器电机的转速快些；反之，调节转速慢些。并引入平均蒸汽流量作为前馈信号，从而克服负荷变化对蒸汽压力的影响。
4.3.3烟气含氧量自动控制。既要保证氧气足够燃烧充分，烟气中C0不过量，不浪费燃料和环境污染，又要燃烧经济，不能有过多氧含量，造成过多热量被尾气带走而浪费掉。控制原理：以氧化锆氧量分析仪测量到的氧量信号为主控量，当氧含量小时，通过氧量分析仪相应输出4-20mA信号给DCS，经过DCS系统运算并与设定值比较放大后，输出信号给鼓风机变频器，从而调节鼓风机的转速快些；反之，调节转速慢些。
4.3.4炉膛负压自动控制。控制炉膛负压在一定范围，保证安全生产和经济燃烧，保证炉膛不往外喷火。控制原理：以炉膛负压为主控量，当炉膛负压小时，变送器会相应输出4～20mA信号给DCS，经过DCS系统运算并与设定值比较放大后，输出信号给两台引风机变频器，调节引风机的转速快些；反之，调节转速慢些。假如两台引风机转速已经开到最大，炉膛负压还是达不到控制目标的，此时就应该适当减小鼓风量和进料量，确保锅炉运行安全。喂料器及鼓引风机应相互联锁保护，引风机因故障停机时，喂料器及鼓风机也应自动保护停机。四个子系统控制目标是相辅相成的，烟气含氧量变化，鼓风就需要跟踪调节，炉膛负压和蒸汽压力也会相应地引起变化；炉膛负压变化，引风就需要调节，也相应引起蒸汽压力和烟气含氧量的变化；主蒸汽压力变化，燃料就需要调节，也因此引起炉膛负压和烟气含氧量的变化。
4.4硬软件安装组态调试
有关硬件设备的增装更换接线和在DCS采用LD、FBD、DFB等编辑器对变频调速、燃烧手动/自动系统进行编程、组态、调试等，直至我们要求的控制指标能够稳定地保持在理想的范围内。
5、改造的效果
（1）实现了炉膛负压、烟气含氧量和主蒸汽压力三大指标的自动控制目标；（2）极大地降低了司炉操作工和维修工的劳动强度；（3）改善了工作环境，锅炉间的粉尘量明显减少，鼓引风机噪声明显降低；（4）减少维修费用和工作量，鼓引风机叶轮、轴承的磨损减少，故障率降低；（5）节能降耗效果显著，鼓引风机节电达29%，百吨蔗耗标煤从实施前榨季3.56t下降到实施后榨季的3.39t；（6）提高了供汽质量。
6、结束语
采用先进技术，如本文变频技术、自控技术，还有信息技术等等，对传统设备工艺进行技术升级改造，是现代企业节能降耗，改善工作环境，减轻劳动强度的有效途径，也是实践科学发展观的要求。
（作者单位：广西来宾东糖凤凰有限公司）
作者简介
柳钦仁（1968—），男，广西平南人，工程师，研究方向：电气自动化.
广西产蔗糖占到全国蔗糖六成以上。目前，蔗糖生产企业正面临糖价下降，成本居高不下的困境，部分糖企已经出现亏损。糖厂锅炉主要以甘蔗为原料制糖的附产品——蔗渣为燃料，蔗渣炉燃烧节能降耗已成为糖厂降低能耗的一个重要方面。在负荷变动的情况下，手工操作燃烧的蔗渣锅炉往往供汽质量差、工人劳动强度大、能耗高、效率低、環境劣。燃烧自动化就是针对这种实际状况，而采取的一种有效措施。下面介绍某糖厂2#锅炉燃烧系统的配置、操作现状及不足，进行燃烧自控变频设计改造，达到了节能降耗等效果。
2、燃烧系统改造前的状况及不足
（1）该炉的鼓引风机都没有配置变频器，调节风量是通过调节风门挡板进行，电动机一直以额定高速转动，其轴的输出功率始终没有改变，导致电机长期在额定负荷40—50%的大马拉小车状态下运行。因此，大大地浪费了电能。同时，电动机一直以额定高速转动，因而大大地增加了风机叶轮、轴承的磨损和风机振动；高速运行的风机产生的噪音对环境也产生了极大的污染。（2）由一位司炉操作工，在DCS流程图画面上，根据锅炉的给料量、主蒸汽压力、炉膛负压、温度等参数，手动调节两个引风机和1个鼓风机的挡风板开度，从而控制锅炉的配风量。（3）由同一位司炉操作工，在DCS流程图画面上，根据锅炉当前的主蒸汽压力，手动调节4个蔗渣喂料器滑差电机调速器，进而控制4个喂料器转速快慢，达到调节锅炉的给渣量大小。（4）锅炉没有安装氧化锆氧量分析仪，对烟气含氧量没有量化依据，司炉操作工是通过透过锅炉望火孔对炉膛内燃烧摄像了解锅炉燃烧状况，根据经验手动调节锅炉的配风。（5）还是同一位司炉操作工，通过摄像观察，在DCS流程图画面上，对锅炉4个蔗渣闸板的开度进行手动调节，从而确保4个蔗渣溜槽的蔗渣量既不浪费又充足。（6）同一位司炉操作工手动控制配风、给渣、料位，工作量可谓不少，而要手动控制好锅炉的燃烧就更难了。（7）由于手动控制燃烧的工作量大，因此，只要锅炉不出现正压，司炉操作工一般仅进行喂料器给料和闸板料位调节，而很少自觉调节配风。所以，锅炉手动燃烧效率、供汽质量都较差。
3、改造的目的
3.1采用变频调速技术对鼓引风机进行节能降耗改造
因为对锅炉送引风电动机使用变频器，根据生产需求任意调整电机速度调整配风量，电机的输出功率与电机的转速立方成正比例地减少，从而不但能提高生产工作效率而且能实现大幅度的节能降耗。
3.2实现锅炉燃烧过程的自动控制
达到如下目标：（1）主蒸汽压力：维持在一定范围之内保证汽机安全高效发电和其它生产需要。（2）炉膛负压：维持在一定范围之内保证锅炉安全运行和经济燃烧。（3）烟气含氧量：维持在理想范围内保证经济燃烧等。
4、改造设计
4.1增换硬件
针对该厂现有设备的状况，主要有以下几项内容：（1）加装三套AC30型变频嚣，其中鼓风机一套和引风机两套，以便对鼓引风机进行变频调速，从而控制锅炉的配风量，达到大大节约电能等目的。（2）更换4个喂料器滑差电机调速器为可接收4-20mA模拟量控制信号的DK一2E数显调速器。为实现喂料器转速自控创造条件。（3） 更换炉膛负压变送器为EJA智能微差压变送器。由于原来的炉膛负压差压变送器，测量准确、灵敏、稳定性较差，已不能满足自控的要求。更换后，显示、输出阻尼可进行有效调节。（4）添装一套ZO-4-Ⅱ型氧化锆氧量分析仪。能将锅炉燃烧后烟气中的氧含量进行有效量化监测，使锅炉燃烧控制有了量化指标。（5）加装一套HK—D型蔗渣喂料筒料位探测转换器，其把料位信号转换成4-20mA输出，为蔗渣闸板开度自控创造条件。（6）增装DCS控制系统SP313、SP322、SP363、SP364卡各二块等硬件，以便变频器等与DCS系统的信号交换。
4.2变频调速
用变频控制系统代替锅炉送引风调节挡板式方式控制，实现开/闭环运行，并与原控制系统并联互锁；同时，将锅炉送引风挡板打开，使送引风挡板的开度为100%。正常运行时，合上投入变频器的电源刀闸。在变频器发生故障时，拉下变频器电源刀闸，并合上变频器旁路刀闸，这时切换到使用风门挡板对风量进行调节，从而保证了锅炉在各种状态下都能够正常运行。变频器与DCS系统交换信号有如下图：
4.3燃烧自动控制
糖厂锅炉自动燃烧系统是一个强耦合、多参数、大滞后、非线性、多回路的复杂控制系统。包括了如下四个自控子系统。4.3.1蔗渣刮板自动控制。是为了保证进锅炉的燃料筒内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筒料位为控制量，始终保持料位在中间位置。控制原理：以燃料筒内料位为主控量，当料位信号小时，料位探测转换器相应输出4-20mA信号给DCS，经过DCS系统运算并与设定值比较放大后，输出信号控制4个蔗渣刮板电动执行器的刮板开度大些；反之，调节刮板开度小些。
4.3.2主蒸汽压力自动控制。以主蒸汽压力为主控量，当主蒸汽压力信号小时，压力变送器会相应地输出4～20mA信号给DCS，经过DCS系统运算并与设定值比较放大后，输出信号调节4个喂料器电机的转速快些；反之，调节转速慢些。并引入平均蒸汽流量作为前馈信号，从而克服负荷变化对蒸汽压力的影响。
4.3.3烟气含氧量自动控制。既要保证氧气足够燃烧充分，烟气中C0不过量，不浪费燃料和环境污染，又要燃烧经济，不能有过多氧含量，造成过多热量被尾气带走而浪费掉。控制原理：以氧化锆氧量分析仪测量到的氧量信号为主控量，当氧含量小时，通过氧量分析仪相应输出4-20mA信号给DCS，经过DCS系统运算并与设定值比较放大后，输出信号给鼓风机变频器，从而调节鼓风机的转速快些；反之，调节转速慢些。
4.3.4炉膛负压自动控制。控制炉膛负压在一定范围，保证安全生产和经济燃烧，保证炉膛不往外喷火。控制原理：以炉膛负压为主控量，当炉膛负压小时，变送器会相应输出4～20mA信号给DCS，经过DCS系统运算并与设定值比较放大后，输出信号给两台引风机变频器，调节引风机的转速快些；反之，调节转速慢些。假如两台引风机转速已经开到最大，炉膛负压还是达不到控制目标的，此时就应该适当减小鼓风量和进料量，确保锅炉运行安全。喂料器及鼓引风机应相互联锁保护，引风机因故障停机时，喂料器及鼓风机也应自动保护停机。四个子系统控制目标是相辅相成的，烟气含氧量变化，鼓风就需要跟踪调节，炉膛负压和蒸汽压力也会相应地引起变化；炉膛负压变化，引风就需要调节，也相应引起蒸汽压力和烟气含氧量的变化；主蒸汽压力变化，燃料就需要调节，也因此引起炉膛负压和烟气含氧量的变化。
4.4硬软件安装组态调试
有关硬件设备的增装更换接线和在DCS采用LD、FBD、DFB等编辑器对变频调速、燃烧手动/自动系统进行编程、组态、调试等，直至我们要求的控制指标能够稳定地保持在理想的范围内。
5、改造的效果
（1）实现了炉膛负压、烟气含氧量和主蒸汽压力三大指标的自动控制目标；（2）极大地降低了司炉操作工和维修工的劳动强度；（3）改善了工作环境，锅炉间的粉尘量明显减少，鼓引风机噪声明显降低；（4）减少维修费用和工作量，鼓引风机叶轮、轴承的磨损减少，故障率降低；（5）节能降耗效果显著，鼓引风机节电达29%，百吨蔗耗标煤从实施前榨季3.56t下降到实施后榨季的3.39t；（6）提高了供汽质量。
6、结束语
采用先进技术，如本文变频技术、自控技术，还有信息技术等等，对传统设备工艺进行技术升级改造，是现代企业节能降耗，改善工作环境，减轻劳动强度的有效途径，也是实践科学发展观的要求。
（作者单位：广西来宾东糖凤凰有限公司）
作者简介
柳钦仁（1968—），男，广西平南人，工程师，研究方向：电气自动化.