蒸汽鍋爐計算機自動控制系統應用①

董海英

摘 要:文章介紹了工業蒸汽鍋爐溫度計算機自動控制系統的基本組成、控制方式及應用。

關鍵詞:鍋爐計算機控制系統三沖量控制PLC

中圖分類號:TK22 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(a)-0057-01

內蒙古美好食品有限公司是一家食品生產企業(饃片烤制),工業蒸汽鍋爐是用來蒸制饅頭用的。由于原系統采用繼電接觸器控制,各電機之間均是工頻運轉,通過一個溫度顯示報警儀表,來控制鼓風的運轉;引風則一直運轉,爐排通過滑差電機來調速,基本是人工設定一轉速后不再改變。汽包水位是一套單獨的水位控制裝置,而且是采用分段控制水泵,水泵由于經常啟動停止而很容易損壞。由于該系統在恒溫度控制方面的精度非常差,且電能浪費現象非常嚴重,煤的燃燒也很不充分,因此,我們做出如下改造設計。

1 鍋爐計算機自動控制系統原理介紹

鍋爐燃燒系統是一個復雜的多變量耦合系統。輸入量有:給煤量、鼓風量和引風量;輸出量有:蒸汽壓力、煙氣含氧量(燃燒的經濟性)、爐膛負壓。燃料是熱量的唯一來源,給煤量的變化直接影響鍋爐提供的蒸汽量,也影響汽包壓力的變化,是燃燒系統的主控制量。鼓風量的變化產生不同的風煤比和相應的燃燒狀況,表現出不同的爐膛溫度,并決定爐膛損失的大小,直接決定著鍋爐能否經濟運行。在送風量改變的同進也改變引風量,使爐膛負壓保持穩定,保證鍋爐安全運行。這三個控制子回路組成了一個不可分割的整體,統稱為鍋爐燃燒控制系統,共同保證鍋爐運行的機動性、經濟性和安全性。

針對鍋爐的燃燒過程是個復雜的物理化學過程,各輸入,輸出的耦合關系十分復雜;鍋爐系統具有大的的延時,并且參數是時變的,難以建立精確的數學模型;鍋爐的負荷變化范圍從零到最大負荷量,并且是不定時變負荷。常規PID是難以實現控制的。解決這些問題的方法是采用比PID更為有效的智能控制技術－模糊控制方法。從提高汽包液位無差調節水平和克服虛假水位的角度考慮,這個系統在設計上我們采用三沖量給水串級調節方式,該方式的特點是:以汽包水位為主控制信號,以蒸汽流量為前饋信號,以給水流量為反饋信號,在鍋爐負荷或給水流量變化不大時,主要以汽包水位對給水流量調節閥進行控制以保證汽包水位的穩定,而當鍋爐負荷或給水流量發生較大變化時,則將鍋爐負荷或給水流量的變化量引入調節,以達到鍋爐負荷與給水流量的平衡,從而保證了汽包液位的穩定。

2 自動控制系統特點及功能

2.1 系統特點

(1)鍋爐燃燒計算機實現對給水、鼓風、引風、給煤、過熱汽溫等參數的智能化控制,使鍋爐的出口蒸汽壓力、出口蒸汽溫度、出口蒸汽流量、爐膛溫度、爐膛負壓、風煤配比等參量實現燃燒工況自尋優控制,使鍋爐始終保持最佳運行狀態。

(2)實現鍋爐用氣量與負荷的精確匹配,節煤達20％以上,節電20％～40％。

(3)建立用戶用汽信息管理系統數據采集及通訊接口。使用戶將來可利用上報的日、周、月用汽參數,建立“用汽經驗模型”,實現自動起停鍋爐臺數,起到運行優化和節能效果,并具有隨時手動干預切換功能。

(4)依據經驗模型、數據庫和智能控制軟件,合理調配用戶用汽量、用汽時間,有效控制用汽壓力波動大的難題,避免用汽尖峰的出現。

(5)鍋爐給水控制系統采用汽包水位的三沖量控制方案。

(6)變頻調速:對鼓、引風機、給水泵加以變頻調速控制,具有諧波少、功率因數高、對電網不產生沖擊、可極大地延長設備使用壽命等優點。

(7)利用強大的數據庫管理功能,建立完整的值班記錄、故障記錄、用汽記錄等報表系統,使管理工作上一個新臺階。

2.2 實現功能

2.2.1 操作站

實現對鍋爐主要設備生產過程如鍋爐的水位三沖量調節、蒸汽壓力的調節,爐膛負壓的調節等基于流程圖的監視、控制、調度、管理;并能對組態和儀表參數進行修改等。

以流程圖、資料一覽、控制分組、報警一覽等方式顯示生產過程實時信息;

以調整畫面、彈出儀表等方式實現控制調整,改變控制參數、自動控制與手動控制的切換,軟手操等功能;

實時診斷控制站的運行狀況、存在的故障,并顯示在操作站的監視畫面上,以提供最及時、最便捷的系統維護功能。

各工段生產過程的實時數據曲線查看,以曲線方式監視各工段生產過程的資料趨勢,并具打印、存儲、分析、比較功能;

2.2.2 現場控制站

完成鍋爐生產過程參數的監測、調節和順序控制功能。包括鍋爐水位、爐膛壓力、爐膛負壓等各種壓力信號、各種溫度信號、各流量信號、液位、各電機設備的運行狀態等的檢測、監視、PID調節和各種復雜調節,各種閥門的開關,各種泵的啟停等順序控制,各種設備運行狀態的監視及聯鎖保護等。根據工藝需要,還可完成一些更復雜、更特殊的控制功能。

各用電設備的手動/自動調節的轉換,如爐排、鼓風、引風、水泵等,引風,鼓風風量的調節采用自動變頻調節和手動變頻雙調節,若自動控制系統發生故障,則手動調節起作用,從而保證了系統的正常調節。

2.2.3 鍋爐安全配置

對鍋爐的所有檢測點都設有上限、下限報警,在流程圖畫面中有報警畫面,并輸出報警信號給8路閃光報警器,進行報警。

計算機系統隨時監視各檢測點,當鍋爐上水系統出現故障時,便報警提示,給鍋爐上水。

3 信號顯示

3.1 系統檢測及顯示信號

(1)蒸汽流量(帶積算)上水流量(帶積算)。

(2)汽包液位及高、低。

(3)汽包壓力及高、低。

(4)爐膛溫度及高、低。

(5)省煤器進、出口煙溫,進、出口水溫。

(6)排煙溫度、預熱口風溫。

(7)蒸汽溫度。

(8)給水壓力及高、低。

(9)泵、風機、爐排運行轉速、電流,運行及故障狀態。

3.2 儀表盤顯示信號

(1)汽包水位。

(2)爐膛溫度。

(3)蒸汽壓力。

(4)爐膛負壓。

(5)各調節回路的手操器。

(6)緊急報警裝置。

4 實際運行情況:

經過4個月左右的運行發現,系統能夠運行非常穩定,滿足了現場生產的要求。經過基本測算,節電率能夠達到25%～35%左右;而節煤量幾乎達到了20%以上,得到了客戶非常高的評價。經過節約資金量估算,經過一年左右即可收回全部設備投入資金。這對這次改造,我們認為在鍋爐燃燒系統中的計算機自動控制系統改造前景非常大,特別是艾默生公司變頻器及西門子PLC產品優異的性能、堅實耐用和高可靠性、高精度的新技術核心,會為我們的節能技術改造提供最堅實的后盾

參考文獻

[1] 艾默生公司EV2000系列通用變頻器.艾默生網絡能源有限公司.

[2] 陶永華.新型PID控制及其應用[M].北京:機械工業出版社.

[3] S7-300系統手冊.西門子公司自動化與驅動服務有限公司.