电气自动控制在工业锅炉中的应用

引言

工业锅炉广泛应用于化工、制造、能源等领域，是保障生产流程连续的动力核心，其核心需求在于稳定输出符合工艺要求的蒸汽或热力，同时规避干烧、超压、爆炸等安全风险。传统工业锅炉控制模式以人工操作为主，操作人员通过观察仪表盘参数，手动调节进水阀、燃料阀、风机转速，不仅难以应对锅炉运行中温度、压力、水位的动态变化，还因人工调节滞后造成燃料浪费、热效率低下，甚至因操作失误引发安全事故。

一、电气自动控制在工业锅炉中的核心技术支撑

1.1PLC 技术

PLC 即可编程逻辑控制器，是工业锅炉参数控制的核心中枢，具备逻辑判断、时序控制、故障诊断功能，可整合锅炉温度、压力、水位等多维度参数，替代传统继电器控制与人工操作，实现集中管控。其核心逻辑是通过编程构建控制程序，连接现场传感器与执行机构，形成参数采集、逻辑分析、动作执行的闭环。PLC 可集成故障诊断模块，当传感器故障、执行机构卡滞时，立即触发声光报警并切断危险回路如燃料供应，防止事故扩大。相较于传统控制，PLC 具备抗干扰能力强，能适应锅炉现场高温、振动环境，程序修改灵活，可根据工艺需求调整控制逻辑，参数存储便捷，便于追溯历史运行数据的优势，适配工业锅炉多参数协同控制需求。

1.2 PID 控制

工业锅炉的温度、压力、水位等关键参数呈连续动态变化，需通过精准调节维持在工艺允许范围，传统开关量控制难以实现平滑调节，易导致参数波动。PID 控制即比例、积分、微分控制，凭借闭环调节特性，可根据参数偏差实时调整执行机构动作幅度，实现参数无超调、快响应的精准控制，是锅炉核心参数调节的关键技术。在水位控制中，PID 控制可解决传统开关控制导致的水位剧烈波动问题，通过平滑调节进水阀开度，使水位稳定在设定区间，减少因水位波动对锅炉水循环的影响。

1.3 变频调速技术

工业锅炉辅机包括引风机、鼓风机、给水泵，是能耗核心，传统辅机采用定速运行模式，无论锅炉负荷高低，均以额定转速工作，导致大马拉小车的能耗浪费，如低负荷时风机仍高速运转，多余风量通过风门节流消耗。变频调速技术通过调节电机转速适配锅炉负荷变化，实现辅机能耗与负荷需求的动态匹配，是工业锅炉节能的关键技术。给水泵则根据锅炉水位与蒸发量，通过变频调节供水流量，避免传统定速泵通过阀门节流造成的能耗浪费。

二、电气自动控制在工业锅炉中的典型应用场景与价值

2.1 水位控制

锅炉水位是影响安全运行的核心参数，水位过低易导致水冷壁干烧、管板开裂，水位过高则引发蒸汽带水、影响蒸汽品质，传统人工调节依赖操作人员经验，易因响应滞后导致水位波动。具体而言，液位传感器实时采集锅炉汽包水位数据，传输至 PLC；PLC 将实际水位与设定值对比，通过 PID算法计算调节量，驱动进水阀执行机构，当水位低于设定值，PID 输出正向调节信号，增大进水阀开度；水位高于设定值，输出反向信号，减小开度。

2.2 燃烧控制

锅炉燃烧效率直接影响能耗与污染物排放，传统燃烧控制依赖人工调节燃料阀与风门，难以精准匹配空燃比即燃料与空气的混合比例，空燃比过低会导致燃料不完全燃烧，产生黑烟、增加一氧化碳排放，过高则会带走炉膛热量，增加排烟损失。PLC 可根据燃料热值变化，如燃气组分波动，自动修正空燃比参数，维持燃烧效率稳定。

2.3 辅机控制

工业锅炉辅机引风机、鼓风机、给水泵能耗占锅炉总能耗的比例较高，传统定速运行模式在低负荷时能耗浪费严重。电气自动控制通过变频调速技术，实现辅机转速与锅炉负荷的动态匹配，大幅降低辅机能耗。在低负荷工况下，如生产淡季锅炉蒸汽需求减少，锅炉燃料供给量降低，PLC 根据负荷信号，通过变频调速降低鼓风机转速减少风量、引风机转速减少排烟量、给水泵转速减少供水量，使辅机输出功率与负荷需求适配，避免定速运行 + 阀门节流的能耗损失。

三、电气自动控制在工业锅炉应用中的挑战与优化策略

3.1 挑战

部分工业企业仍在使用运行年限较长的老旧锅炉，其原有控制系统为传统继电器架构，与新型 PLC、变频设备接口不兼容，改造需更换大量硬件，包括传感器、执行机构，不仅增加成本，还可能因锅炉本体结构限制，如安装空间不足，导致改造难度加大；锅炉现场存在高温、粉尘、电磁干扰，如电机启停产生的电磁脉冲，影响控制精度，甚至引发误动作。

3.2 挑战

电气自动控制系统依赖软件程序与电子元件，运维人员需掌握 PLC 编程、PID 参数整定、变频设备调试等专业技能，但部分企业一线运维人员仍熟悉传统锅炉操作，对自动控制技术掌握不足，当系统出现故障，如传感器故障、程序逻辑错误时，难以快速定位与修复，导致锅炉停机；部分中小企业为降低成本，未设置控制系统冗余，直接导致控制失效，增加安全风险。

3.3 优化策略

针对老旧锅炉改造与抗干扰问题，需采取适配性改造 + 抗干扰强化策略。制定分阶段改造计划：优先对安全风险高、能耗大的老旧锅炉，如无水位自动保护的锅炉进行改造，保留可复用元件，包括部分阀门，仅更换核心控制部件，如 PLC、传感器，降低改造成本；对结构限制大的锅炉，采用外挂式 PLC 控制箱替代内置改造，简化施工难度。强化抗干扰设计：传感器线缆采用屏蔽线并单独穿管敷设，避免与动力电缆平行布线；PLC 控制柜加装电磁屏蔽层，接地系统采用独立接地与动力接地分开。

3.4 优化策略

针对运维能力与安全冗余问题，需构建人才培养 + 冗余保障体系。人才层面，建立分层培训机制，对一线运维人员开展实操培训，内容包括 PLC 故障诊断、传感器校准、变频设备日常维护，确保能处理常见故障；对技术人员开展进阶培训，内容包括 PID 参数整定、PLC 程序优化，提升系统调试与优化能力。安全冗余层面，关键参数包括水位、压力，采用双传感器配置，备用传感器自动切换；核心控制回路如燃料供应控制，采用双 PLC 或 PLC 双回路设计，确保单一元件故障不影响整体控制。

结语

电气自动控制技术凭借集中管控、精准调节、节能适配能力，正逐步改变工业锅炉传统控制模式，从水位的安全稳定控制，到燃烧的高效环保调节，再到辅机的节能运行，全方位提升锅炉运行的安全性、效率与经济性，为工业生产的稳定动力供应与低碳转型提供支撑。其核心价值不仅在于替代人工、降低能耗，更在于通过技术赋能，推动工业锅炉从经验化运行转向数据化管控，从被动安全升级为主动防控，助力工业领域实现节能降本与安全发展的双重目标。

参考文献

[1]赵静,任大志,李瑞娟,等.电气自动控制在工业锅炉中的应用[J].工业加热,2025,54(08):37-40.

[2]徐建兴.自动控制在工业锅炉中的应用[J].现代工业经济和信息化,2017,7(10):98-99.DOI:10.16525/j.cnki.14-1362/n.2017.10.42.