老式六噸鍋爐變頻及PLC節能改造淺析

摘要:本主要以老式六噸鍋爐為主要改造對象，對鍋爐補水控制系統、循環流量控制系統和燃燒控制系統進行變頻及PLC改造，通過水位、爐膛負壓和出水壓力作為主要控制信號來調節鍋爐的給水量、引風量和煤量，由此可以實現節能的目的，降低工人勞動強度，同時也能增加鍋爐工作的安全性。

關鍵詞:鍋爐補水控制循環流量控制燃燒控制

中圖分類號:TM921.51文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0042-01

老式六噸鍋爐不僅熱效率低，故障率高，維修費高，而且排放出的二氧化硫嚴重超標，工人的工作環境差，勞動強度大，自動化程度低。要想使鍋爐運行達到節能的目的，需要對鍋爐進行改造，通過傳感器來監測鍋爐的運行過程，并通過控制器來進行調節，則可以大大增加鍋爐的運行效率，減少能源浪費，降低人員的勞動量，因此，鍋爐變頻及PLC改造勢在必行。PLC即可編程序控制器，以微處理器為核心，具有運算、數據處理和數據傳送等功能。通過PLC控制器來調節鍋爐系統，可以實現整個系統的優化控制。

1 鍋爐變頻及PLC改造系統構成

(1)補水控制系統。鍋爐的水位是影響鍋爐安全運行的重要參數，若水位太高，會影響汽水分離裝置的正常運行，導致蒸汽帶水太多，會增加在管壁上的水垢，并會影響蒸汽質量，若水位太低，則會影響水汽循環，引起水冷壁管的破裂，嚴重的會造成干鍋并損壞鍋爐部件，因此嚴格控制鍋爐水量是非常重要的。而老式六噸鍋爐的給水為手動控制方式，手動補水操作效率低，耗能大，水位監控手段也不完善，使鍋爐出于隱患運行狀態，所以進行鍋爐自動控制改造是非常有必要的。

(2)循環流量調節系統。循環流量調節的對象主要是系統用水量，當系統用水量增加時，需要增加循環泵的轉速，當循環泵不能滿足系統用水時，則需要增加系統用水，并保證這一過程重復進行。循環流量系統需要將出水壓力作為主要參數。

(3)燃燒控制系統。鍋爐燃燒控制系統的目的主要有三個:給煤控制、給風控制和爐膛負壓控制。鍋爐燃燒過程是一個非常復雜的問題，需要考慮煤與空氣的比例，爐膛負壓和燃燒的經濟性。由于爐膛負壓關系到燃燒過程的安全性和經濟性，因此把鍋爐的爐膛負壓作為主要參數來調節燃燒控制過程。爐膛負壓太大，會使爐膛漏風量增加，增加排煙損失和引風機電能消耗。當爐膛負壓太小時，會造成爐膛噴火和泄漏煤氣，給設備和運行人員帶來危險。為了保證爐膛在微負壓狀態下安全正常工作，需要通過調節引風機的變頻器的頻率輸出，以此控制爐膛負壓。

2 鍋爐改造方案

鍋爐改造方案主要通過傳感器、變頻器、PLC等構成，如圖1所示為鍋爐計算機控制系統的結構圖。補水系統主要由若干個補水泵和兩個變頻器來控制，將補水泵分成兩組，由不同的變頻器來控制，1號變頻器控制第一組補水泵，2號變頻器控制第二組補水泵。系統主要有四種工作狀態。剛開始工作時，系統用水量不多，只有第一組補水泵變頻工作，第二組補水泵不工作;用水量增加時，則變頻器的輸出頻率增加，當達到峰值時則第一組補水泵轉為工頻工作，第二組補水泵開始變頻工作;當系統用水量減少時，則變頻器頻率減少，減少到峰值時，第一組補水泵停止工作，第二組工頻工作;當系統用水量更少時，則第二組停止工作，第一組變頻啟動，恢復到初始狀態，并以此循環。循環流量調節系統通過出水壓力作為控制參數，通過變頻器來控制循環泵。當系統用量增加時，變頻器輸出頻率也會增加，當變頻器頻率增加的峰值時，說明系統用水不足，需要通過PLC控制器來進行控制，并將當前運行的循環泵切換到工頻運行狀態，同時啟動其他備用的循環泵;系統用水量減少時，則將初始工作的循環泵轉為變頻工作狀態，其余轉為工頻狀態。當用水量更少時，則重復循環上述過程。燃燒控制系統主要包含三個部分:第一，通過變頻器調節風煤比，整個系統通過變頻器來調節引風機和爐排電機進而調節風量，同時調節給煤量，并保持適當的風煤比，使鍋爐燃燒正常。第二，通過變頻器來調節煙氣的含氧量，使鍋爐燃燒實現節能燃燒，保證供水壓力在0.05MPa范圍內，供水流量變化保持在20%上下。第三，爐膛負壓調節系統則以壓力作為控制信號，通過改變引風機的速度來調節引風量，并與變頻器配合，這種控制方式需要長時間的試驗和經驗的總結才能得到比較理想的數據。燃燒調節是工業鍋爐計算機控制系統現場調試中工作量最大、最復雜的一項工作，同時也是取得經濟效益和社會效益的重要環節。通過變頻及PLC改造，可以及時全面的掌握整個系統的運行情況，通過傳感器采集各種運行參數并通過系統顯示相關的運行畫面，并將參數分組顯示。系統通過傳感器采集的數據及時調整設備運行數據，并按照設定好的調節策略來調節鍋爐的運行，從而可靠高效的運行。在系統遇到故障時，主控之心可以發出各種警報，可以增加鍋爐運行的安全性，使鍋爐控制員及時掌握各種問題，當警報發生時，工作人員則可以根據警報的詳細信息來采取有效措施來排除運行障礙。系統同時可以存儲歷史運行數據，這些數據可以為研究人員提供研究的素材，為日后的障礙排除和鍋爐改造提供經驗。另外一個重要的方面是參數設置，參數設置涉及到運行負荷量、蒸汽耗量、補水量、冷凝水返回量、設備的累積運行時間等，合理的參數設置可以為使鍋爐合理運行，達到節能的目的。

3 結語

該系統在某地區的鐵路局集中供暖鍋爐房進行了試用，取得了比較好的運行效果，通過變頻器和可編程控制器的使用，提高了鍋爐系統運行的可靠性和安全性，使鍋爐出于最佳運行狀態。在提高鍋爐運行效率的同時，節能效果也非常明顯，并且也減少了煙塵和有毒氣體的排放，實現了環保的目的。

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