摘要：文章以日照旭日高炉煤气综合利用电厂为例，介绍了高炉煤气锅炉系统的控制和联锁保护的内容，并与常规燃煤锅炉进行了简单的比较。
关键词：煤气锅炉；控制设计
中图分类号：TK227 文献标识码：A 文章编号：1006-8937(2011)04-0118-02
近几年来，由于国家对环保的重视，在各大钢铁厂中新建了一批以高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气的废气作为燃料进行发电的资源综合利用环保型电站。此类电站的锅炉与常规燃煤锅炉不同，它的特点是以钢铁厂的废气为燃料，没有燃料预处理的工艺过程，燃烧后的烟气可直接排放到大气，不需要对烟气进行处理。燃气锅炉还要考虑煤气泄漏和保证锅炉安全的因素，因此，在系统控制的设计上有它自己的特点。
2005年9月10日投产发电的日照旭日高炉煤气综合利用电厂是山东日照钢铁公司的自备电站，建设规模为1台220t/h高炉煤气锅炉+1台50MW抽汽凝汽式汽轮发电机组。锅炉燃料为高炉煤气，采用轻油点火的方式。下面就以日照旭日高炉煤气综合利用电厂的高炉煤气锅炉为例简单介绍一下高炉煤气锅炉的控制设计。
1 高炉煤气锅炉主要的控制调节内容
高炉煤气锅炉按工艺流程可分为汽水系统、风烟系统、燃料及燃烧系统、点火系统等子系统。
1.1 汽水系统
高炉煤气锅炉的汽水系统与常规燃煤锅炉一样，主要控制内容为汽包水位控制和主汽温度控制。为了消除汽包虚假水为的影响，汽包水位采用三冲量调节，即以蒸汽流量和给水流量前馈与汽包液位反馈所组成的三冲量系统。汽包液位是被控变量，是主冲量信号，蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。蒸汽流量的增加对调节回路产生减的影响，给水流量的增加对调节回路产生加的影响。一旦蒸汽流量或给水流量发生波动，不是等到影响到液位才进行调节，而是在这两个流量改变之时就能立即去改变调节阀开度进行校正，故大大提高了液位这个被调参数的调节精度。
主蒸汽温度调节分为两级减温，因此主汽温度的控制也分为两个阶段，锅炉厂的减温设计为喷水减温。第一个阶段调节一级减温后蒸汽温度，采用简单的单回路控制。第二阶段调节主蒸汽温度，由于二级减温后蒸汽还要经过一级过热器，采用单回路调节会导致调节的滞后。因此，采用以主汽温度作为反馈，二级减温器前蒸汽温度作为前馈的串级调节回路。
1.2 风烟系统
风烟系统的控制内容即送引风的控制调节。送风量的调节既是燃烧调节，被调量为烟气含氧量。个调节回路的延迟特别大，直接用烟气含氧量来调送风量是无法满足调解要求的。根据热量平衡，当燃料热值和送风量要达到一个恰当的配比时锅炉的燃烧最充分。因为高炉煤气的热值在设计时没有直接测量，所以采用高炉煤气的流量来代替热值和送风量平衡。实际上的送风量调节是根据高炉煤气的流量的变化来开大或关小送风机的挡板，同时烟气含氧量也参与调节，作为一个修正来调整送风机风门的开度。引风量的调节即炉膛负压控制，通过调节引风机人口风门的开度来调节炉膛负压。因为送风量和煤气量变化也对炉膛负压产生影响，而且这个影响相对要滞后一段时间，所以将送风量和煤气量分别作了两个导前微分，使引风机人口风门能及时根据送风量的变化来进行微调。
1.3 燃料及燃烧系统
对于常规的燃煤电厂，对于负荷调节一般都是根据电负荷来定汽机的负荷，汽机负荷变化反映到主蒸汽压力的变化，然后锅炉根据主蒸汽压力来调节进口燃料量。高炉煤气锅炉的燃料直接接自钢厂高炉煤气管网，与燃煤电厂相比，没有燃料制备的过程，通常在电厂入口也不设置煤气柜，高炉煤气的用量受钢厂产气量和钢厂其它用户的影响。
高炉煤气锅炉燃料量的控制主要听从钢厂能源调度的安排，一般不能根据发电量调节。而是反过来，根据高炉煤气的量来确定机组的发电量。
由于直接接自高炉煤气管网，高炉煤气的压力波动很大，在高炉煤气锅炉的自动控制中燃烧调节很难投自动，日照旭日电厂自投运以来，燃烧调节一直运行不稳定。高炉煤气压力波动还影响炉膛负压的自动调节，再加上风门的调节精度不高，使炉膛负压的自动调节也不是很稳定。在其它的煤气锅炉电站，送、引风机采用液力耦合器，调节精度高，炉膛负压的调节要稳定一些。
1.4 点火系统
日照旭日电站锅炉用轻油来点火。在点火油的回油管设置1个调节阀，通过调节回油的流量来调节点火供油管的压力。
2 高炉煤气锅炉系统联锁和保护的内容
高炉煤气锅炉的联锁和保护可归纳为三大类：热工保护、炉膛安全保护系统(FSSS)、主燃料跳闸(MFT)和辅机联锁。
热工保护包括汽包压力保护、汽包水位保护、主蒸汽压力高保护等。当汽包压力过高时联锁开生火排气电动阀向空排汽，汽包压力恢复正常时关生火排汽电动阀。汽包上还设有安全阀，当汽包压力超压时安全阀动作；当汽包水位过高时联锁开紧急放水电动阀，当水位恢复正常时关紧急放水电动阀；当水位过低时，为防止锅炉干烧，应联锁停炉；当主蒸汽压力过高联锁开生火排汽电动阀，当主蒸汽压力恢复正常时关生火排汽电动阀；当主蒸汽压力超压时联锁停炉。
2.1 炉膛安全保护系统(FSSS)
高炉煤气锅炉的FSSS包括锅炉吹扫、灭火保护和炉膛压力保护。
炉膛压力保护就是当炉膛压力过高或炉膛负压过低时应联锁停炉。
日照旭日电厂锅炉的点火系统仅设有前后下层各3个燃烧器的点火，前后墙上层的6个燃烧器通过下层火焰引燃。单个燃烧器点火时，先推进点火枪和油枪，将点火风门开一个很小的开度大约5％开度，然后开点火油支管快切阀，接着点火枪打火。轻油点燃后(燃烧器的火检输出有火信号)点火枪退出，将点火风门慢慢开大。当这一层的油枪全部点燃以后，将每个燃烧器的热风风门开一个小开度大约5％，然后开该层高炉煤气支管快切阀，将这一层的燃烧器点燃。
在点火的过程中，若点火枪点火不成功，则应立即关闭对应的轻油快切阀，并退出油枪和点火枪。若在高炉煤气的点火过程中，点火不成功，则应联锁关闭高炉煤气支管快切阀和点火油支管快切阀。
锅炉点火不成功，或锅炉发生MFT时，要对炉膛进行吹扫。吹扫完毕后才能进行下一次点火。
2.2 主燃料跳闸(MFT)
主燃料跳闸即所有煤气快速切断阀和点火轻油快切阀快速关断。当发生以下情况时发MPF信号：送风机全停；引风机全停；炉膛全熄火；主蒸汽压力低；火检冷却风压力低；汽包水位超高／超低；炉膛压力超高，负压超高；总风量低；煤气压力过低。
其中炉膛全熄火的判断是当全部四层的燃烧器有三层无火时即为炉膛全熄火。这时所有的煤气快速切断阀和点火轻油快切阀都必须快速关断。
MFT信号是锅炉最重要的一个联锁信号，除了以上这些联锁条件外，为防止DCS故障或机组停电影响，还设置了手动MFT按钮。手动MFT回路的电源设计为220VDC直流，直流电源取自电气专业的直流屏，保证了手动MFT按钮在紧急情况下能切断锅炉的燃料，使锅炉安全停炉。手动MFT按钮是一个双按钮，必须两个按钮同时按下，才能发出MFT信号。这样设计是为了防止操作工误操作而引起停炉。
3 与高炉煤气锅炉控制系统设计相关的其它方面
同燃煤锅炉一样高炉煤气锅炉的控制系统在设计时也要充分考虑到其控制系统的安全性和可靠性。如采用UPS电源，控制器、通讯网络采用冗余配置，关键的测量点采用多重冗余设计等。
高炉煤气锅炉的燃料泄漏出来可能危害运行、维护人员的安全，因此在高炉煤气水封和各层燃烧器处均设置了，实时监测锅炉可能的泄漏点处的CO浓度，在CO浓度超标时报警。在控制室和控制室下的电缆夹层也设置了CO泄漏报警探头，保证了运行人员的安全。
4 分析总结
日照旭日电厂投运发电以来给日照钢铁公司创造了很好的经济效益和环保效益，整个控制系统运行正常。其中也有一些不是很完善的地方，如燃烧调节的自动不是很稳定，炉膛负压控制不是很稳定等，这还需要我们在以后的设计工作中进一步想办法加以完善和解决。
参考文献：
[1]余期升，浅谈一台180t/h中温中压高炉煤气锅炉的设计[J].江西能源，2007,(3).
