鍋爐是化工、煉油、發電等工業生產過程中必不可少的重要動力設備，為了確保安全，穩定生產，鍋爐設備的控制系統就顯得愈加重要。鍋爐設備是一個復雜的控制對象，主要輸入變量是負荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風和引風等；主要輸出變量是汽包水位，蒸汽壓力，過熱蒸汽溫度，爐膛負壓，過剩空氣(煙氣含氧量)等。其中鍋爐汽包水位的控制又是最主要的，為了克服虛假水位可能引起的誤動作以及給水系統的干擾，引入了三沖量控制系統。由于目前國內大多數企業的鍋爐系統仍采用老式的儀表盤(柜)控制臺，少數采用微機控制，這其中的儀表又主要是常規儀表，這就給三沖量控制系統的投運及整定帶來很大的困難，大多數此類系統都未能按照原始設計成功地在生產中運行。本文以某大型裝置中廢熱鍋爐的三沖量控制系統為例，來說明三沖量控制系統是如何在DCS(以TDC-3000為例)中實現的。
2、三沖量控制方案的介紹
廢熱鍋爐是重油汽化裝置中的一關鍵設備，它利用重油汽化產生的高溫合成氣降溫所釋放的巨大能量來生產高壓蒸汽，同時對合成氣進行冷卻。三沖量控制系統實施的好壞具有舉足輕重的作用：供水不足，可導致設備燒壞，甚至爆炸；供水太多，可能生產出不合格的蒸汽，影響到后續工段。其控制方案如圖1所示。
圖1 廢熱鍋爐的三沖量控制系統
功能框圖如圖2所示，它是采用APM的標準算法和常規控制點來實現的。
圖2 三沖量控制系統功能框圖
3、三沖量控制方案的實施
①測控手段
液位測量變送器LT03采用了昌暉儀表生產的YR-ER101單晶硅差壓變送器，其安裝方法如圖3所示。
圖3 鍋爐汽包水位差壓變送器的安裝圖
具體安裝時，帶冷凝罐的高端接汽包水位差壓變送器的正壓室(H)，這樣變送器工作在負特性下，線性較好，而且不必進行傳統意義上的負遷移。現場引壓管的敷設應保證一定的坡度，這樣冷態開車時需要的蒸汽冷凝量才會有保證，現場指示與DCS指示才能相符。又因取樣管線靠近廢熱鍋爐，冷凝液溫度較高，可能會隨環境溫度變化，從而導致液位測量值輕微波動，為消除此不穩定因素，應采用蒸汽全天侯伴熱，并加保溫處理。
②鍋爐汽包水位測量差壓變送器量程范圍的確定
YR-ER101單晶硅差壓變送器量程、零點的調整是通過HART手操器來實現的。鍋爐汽包水位測量差壓變送器量程下限和量程上限分別為：
變送器量程下限量程：△P0=ρ1×H=0.958×260=249mmH2O；此時，液位0%，差壓變送器輸出4mA。
變送器量程上限量程：△PF=△P0-ρ2×H=249-0.703×260=66mmH2O；此時，液位100%，差壓變送器輸出20mA；
其中ρ1為差壓變送器正、負引壓管內冷凝液的密度，取958kg/m3；ρ2為廢熱鍋爐內工藝介質的密度，為確保測量精度，根據工藝條件以及液體的平均蒸發率(11.4%)，此時的密度進行如下修正： ρ2=790.4×(1-0.114)+22.4×0.114=702.85kg/m3；
③控制方程
參照上述功能框圖，得出控制方程為：
PVCALC=C1×P1+C2×(P2-C3)+C4
公式中PVCALC為計算值(m3/h)；P1為工藝蒸汽量(m3/h)；P2為LIC03的輸出值(%)C1-P1的系數(0.0005)(kg/h→m3/h)；C3-50%；C2-P2的系數(0.15)(%→m3/h)；C4偏差(0.0)
故LY03A的PV值=0.0005×FIA10.PV+0.15×(LICA03.OP-50)+0.0；
4、三沖量控制系統投運
組態時將上述參數輸入DCS，在手動狀態下，將工藝調整穩定后即可對系統進行投運。
①LYC03置自動
進行給水流量單沖量控制(注：DCS軟件自身設置為：當LYC03在手動(MAN)或自動(AUTO)方式時，系統只能為單沖量系統；當LYC03投串級(CAS)時，LYC03自動變為AUTO方式，自動投入三沖量控制。按經驗法進行PID參數整定，得LYC03的整定，結果為K=0.17，TI=13s(積分時間)，T2=0.0(微分時間)。運行穩定。
②將LYC03投串級
此時LYC03自動變為自動方式，系統即進行三沖量控制。進行LYC03的PID參數整定，結果為：K=0.17，TI=13s(積分時間)，T2=0.0(微分時間)。此時投運工作便告完成。
5、系統變通
本控制系統設計比較靈活，若實際生產需要，也可很容易地在原來的基礎上實現二沖量控制。只需將控制方程中的各參數作如下修改：C1=0.0；C2=0.15；C3=0.0；C4=0.4，其投運步驟同三沖量控制系統。
實踐證明，與常規儀表(http://www.xzycr.cn/product/)相比， DCS是很容易實現三沖量這類高級控制方案的，該控制系統功能完善，運行可靠，維護量小，保障了廢熱鍋爐的安全穩定運行。此外，對于其它高級先進控制方案，在DCS中也是很容易實現的，這充分體現了DCS的高級控制功能。
作者：北京化工大學自動化系 程新謙、厲玉鳴
