多臺冷凝式鍋爐給水系統水平衡的研究與應用

2016-06-18 03:06:29于興江浙江中煙工業有限責任公司杭州卷煙廠浙江杭州310024

中國設備工程 2016年3期

何寅王虎于興江（浙江中煙工業有限責任公司杭州卷煙廠，浙江杭州 310024）

何寅王虎于興江
（浙江中煙工業有限責任公司杭州卷煙廠，浙江杭州 310024）

摘要：冷凝式鍋爐多利用高效的煙氣冷凝余熱回收裝置來回收煙氣中的顯熱和潛熱，以達到提高鍋爐熱效率的目的。多臺冷凝式鍋爐給水系統主要由鍋爐、給水泵、除氧器、軟水箱構成。本文研究解決了多臺冷凝式鍋爐組成的給水系統的水量平衡和有效供給問題，確定鍋爐最佳運行工況。在1臺或多臺鍋爐運行時，能對該給水系統實現自動控制，既充分保證在用鍋爐冷凝式節能器的進水量，使煙氣中的水蒸汽有效冷凝，確保鍋爐高效運行；同時保持了鍋爐除氧器的正常水位，防止了因除氧器缺水導致停爐停產。

關鍵詞：冷凝式鍋爐；水平衡；二級節能器；煙氣余熱回收

隨著環保及能源消耗要求的不斷提高，大量的現代化工廠普遍采用冷凝式鍋爐為工廠生產提供蒸汽，其中的煙氣冷凝余熱回收裝置是節能減排的關鍵，即利用水氣熱交換的方式回收煙氣中的顯熱和潛熱，從而提高鍋爐的熱效率。如何合理地配比各類閥門開度，實現多臺冷凝式鍋爐給水系統的水平衡，使煙氣余熱回收效率最大化，意義重大。

一、多臺冷凝式鍋爐給水系統構成介紹

杭州卷煙廠動力車間現配備有1臺德國產10T/ H產汽量的單爐頭冷凝式鍋爐及4臺20T/H產汽量的雙爐頭冷凝式鍋爐，每臺鍋爐均安裝了一級、二級節能器用以回收煙氣中的顯熱和潛熱。鍋爐進水入爐前通過一級節能器與煙氣進行熱交換，進水溫升提高20℃左右，同時降低了煙氣溫升。除氧器進水進入除氧器之前通過二級節能器與煙氣進行第二次熱交換，進水溫升提高60℃，同時進一步降低煙氣溫升。

鍋爐的給水系統主要由鍋爐用軟水箱、鍋爐用恒壓供水系統、除氧器、二級節能器、軟水箱至恒壓供水系統連接管路、恒壓供水系統至二級節能器連接管路、二級節能器至除氧器連接管路以及旁通調節閥、回流調節閥、二級節能器進水調節閥、除氧器進水調節閥構成。具體構成如圖1所示。

圖1

二、多臺冷凝式鍋爐給水系統水平衡控制系統設計

1.理想水平衡控制系統必須的滿足工況

（1）二級節能器煙氣換熱后溫度較高時增大二級節能器進水調節閥，煙氣換熱后溫度較低時減小二級節能器進水調節閥，確保二級節能器的換熱效率。

（2）二級節能器換熱后瞬時水量小于除氧器瞬時需水量時，須開啟旁通閥一定開度，以補償兩者的差值，滿足除氧器的正常需水量。

（3）二級節能器換熱后瞬時水量大于除氧器瞬時需水量時，須開啟回流閥一定開度，將多余的換熱后的軟水回流到鍋爐軟水箱，以最大限度地提高二級節能器的換熱效率，盡可能多地回收煙氣中的顯熱和潛熱。

2.調節閥控制

依據以上設計思路，整套水平衡控制系統應包含旁通調節閥、回流調節閥、二級節能器進水調節閥共計7個控制量，其中二級節能器進水調節閥開度受各臺鍋爐換熱后煙氣溫度直接控制，可通過獨立的溫度PID控制方式實現，而旁通調節閥及回流調節閥這兩個控制量的控制思路如下所示。

（1）計算旁通調節閥和回流調節閥流量，以下計算均在理想環境下（忽略管路壓損，閥門開度與流量線性關系良好）進行。

設定除氧器進水流量為Qc，1#～5#鍋爐二級節能器進水流量分別為Qb1～Qb5，旁通調節閥流量為Qp，回流調節閥流量為Qh，回流調節閥最小開度對應的流量為Qhmin。

即二級節能器換熱所需水流量大于實際除氧器需水量，此時：

即除氧器需水量大于二級節能器換熱所需水流量，此時：

（2）根據壓差和管路管徑換算旁通調節閥和回流調節閥開度命令值，控制閥門開度，其中各閥門開度與流量的換算公式如下。

設定開度為x，恒壓供水系統供水壓力為0.3MPa，則流量Q為：

當x≤50%時，Q=9540s=53πr2arccos （1-2x）-19080r2（1-2x）；

當x＞50%時，Q=πr2+19080r2（2x-1）。

三、水平衡控制系統硬件設計及搭建

在實際工況中，杭州卷煙廠鍋爐產汽大系統由幾個獨立的小型系統構成。該鍋爐產汽系統由冷凝水回收裝置（S7-200架構）、除氧器除氧系統（S7-200架構）、除氧器恒壓供水系統系統（三菱PLC架構）、鍋爐本體控制系統（S7-300架構）以及集中監控系統（S7-300架構）組成。其中集中監控系統通過以太網及modbus等通信協議采集了所有小系統的寄存器狀態。

水平衡自動化控制系統設計采用西門子S7-300PLC、輸入輸出模塊、通信模塊、西門子MP377觸摸面板、溫度傳感器、流量計及電動閥組成。其中每臺鍋爐采集換熱前煙氣溫度、換熱后煙氣溫度、換熱后出水水溫以及二級節能器水流量信號，并且安裝有二級節能器進水調節閥1個，在總管上安裝有1個旁通調節閥和回流調節閥以及采集總管的進水水溫。安裝位置如圖2所示。