鍋爐清洗自動控制系統設計

作者 / 張興成，哈爾濱金晟實業有限公司；姜斌，黑龍江東方學院

?

鍋爐清洗自動控制系統設計

作者 / 張興成，哈爾濱金晟實業有限公司；姜斌，黑龍江東方學院

針對鍋爐化學清洗的各階段，采用PLC控制的方式，實現化學清洗的自動控制。通過上位計算機的實時監控，使清洗過程更加直觀有效，保證了清洗的控制精度，降低了操作人員工作強度，延長了鍋爐大修周期。

鍋爐清洗；自動控制；PLC

引言

鍋爐化學清洗是防止鍋爐受熱面因腐蝕和結垢引起事故的必要措施，同時也是提高鍋爐熱效率、改善機組水汽品質的有效措施之一。現階段各清洗公司均采用化學清洗人工采樣、手動控制的方式，因清洗人員疲勞作業、取樣不及時、實驗室儀表不準確等因素造成了采樣不準， 控制不及時的情況， 這樣不僅浪費了大量的人力物力，甚至產生了鍋爐設備出現金屬結晶析出等過洗現象。因此，對鍋爐化學清洗系統進行自動控制改造非常必要。

1.鍋爐清洗工藝及控制參數

根據《火力發電廠化學清洗導則》（DL/T794-2012）要求，化學清洗工藝一般步驟為：水沖洗→堿洗→堿洗后的水沖洗→酸洗→酸洗后的水沖洗→漂洗→鈍化［1］。實際上根據鍋爐運行情況及化學小試的分析結果，可簡化清洗步驟。清洗過程主要控制清洗介質的溫度、流速、PH值以及介質的酸濃度、含鐵量等參數。

2.自動控制系統組成

控制系統選擇PLC（可編程序控制器）+上位機的控制方式，PLC負責采集各分析儀表上傳的數據，控制輸出設備實現設定的控制目標，上位計算機負責清洗工藝的選擇、控制目標值，設定并實時顯示各設備運行參數及歷史趨勢，為清洗工程師提供參考和決策依據［2］。

圖1 自動控制系統原理框圖

各設備選型原則及安裝位置要求：如圖1所示，可編程序控制器選擇OMRON CJ2M系列PLC，安裝于自動控制柜中，要求所有數字量輸入、輸出均采用中間繼電器隔離。在排水管出口附近安裝在線濁度分析儀，在清洗泵出口附近（水平管段上）安裝溫度變送器、壓力變送器、超聲波流量計、在線PH分析儀、總鐵在線監測儀（PH分析儀和總鐵檢測儀可安裝在環境良好的場合，通過取樣水管接入樣水）各1臺。在回水管路上安裝溫度變送器、在線PH分析儀、在線酸濃度計各1臺。在清洗水箱和分離器儲水箱或汽包上各安裝1臺液位變送器。在清洗箱蒸汽入口管道上安裝1臺蒸汽調節閥。安裝變頻啟動開關柜2面，用于控制2臺清洗泵（一備一用）的啟動和運行。為滿足現場操作、調試方便考慮，將自動控制柜、變頻起動柜、清洗泵、加酸泵、出入口閥門統一安裝在清洗平臺上，其他設備安裝在工程現場［3］。

3.控制軟件的功能與設計

由于鍋爐清洗所用水量很大， 350mW發電機組的鍋爐大約水容積為220m3，對于清洗液的溫度、流量、投藥量作為控制對象具有很強的慣性和滯后性，并且每個控制對象都是多變量輸入、多變量輸出控制，因此，傳統的控制理論不能滿足控制需求，本文采用模糊控制理論，利用簡化的模糊控制策略實現控制對象的快速、精確的響應。

以溫度控制為例，說明這個控制方法。控制思想為：如果泵出口溫度過低，則蒸汽調節閥全開，迅速升溫；如果泵出口溫度已到達設定溫度范圍，依據回水溫度實時增加或減小蒸汽調節閥開度，使泵出口溫度達到設定溫度范圍；并通過輸出開度值的歷史數據進行判斷，實時調節開度的增量值。控制策略如下表所示：（A表示泵出口溫度設定值、a表示設定的出口溫度范圍增量，B表示回水溫度設定值、b表示設定的回水范圍增量，C表示控制閥門的開度輸出值，c表示開度值增量。則泵出口溫度設定值為A±a，回水溫度設定值為B±b）。

按上述控制策略要求，如設定溫度增量范圍較大，可再對輸出控制策略進行細化，以滿足高精度控制。考慮到控制對象的慣性和滯后性，設定輸出控制每30秒更新一次。這種離散控制開度方式，有可能造成輸出的震蕩，控制軟件通過智能調節閥門開度的增量c，以抑制震蕩，實現方法為：在PLC中建

表1 模糊控制策略

立一個長度為30的先入先出的堆棧，將閥門控制開度值入棧，計算15分鐘內輸出控制的平均值，如果堆棧中的數值在平均值±c%范圍外的個數大于2，則認為系統輸出產生的震蕩，通過減小c值來抑制震蕩。

不同的清洗工藝對應著不同的控制工藝，造成控制程序復雜多變，為解決這一問題，控制程序可按清洗工藝的不同階段編制控制模塊（子程序），通過上位監控計算機的操作控制各控制模塊的組合實現不同清洗工藝的過程控制。并且控制目標也可由上位機靈活設定。

現以某電廠350mW鍋爐本體酸洗工藝為例，控制流程圖如圖2：其中酸洗完成調件：酸濃度、含鐵量平衡的實現方法為：在PLC內存中建立兩個先入先出的堆棧，棧長度為20，一個用于存儲清洗液酸濃度，另一個用于清洗液總鐵含量，每隔3分鐘將這兩個信息入棧一次，則堆棧中存儲的數據為1小時內酸濃度和含鐵量。每次數據入棧時，計算堆棧中數據的平均值，若堆棧中所有數據與平均值相差不超過設定值，認為平衡。

圖2 控制流程圖

4.結束語

鍋爐清洗的質量影響著鍋爐設備安全運行。實踐證明，鍋爐清洗自動控制系統可靈活滿足各種清洗工藝的在線監控，解決了清洗過程中的過洗現象，減輕了運行人員的工作強度，使化學清洗更加精準有效。

＊ ［1］火力發電廠鍋爐化學清洗導則》（DL/T 794-2012）

＊ ［2］甘付賓，付林坪，李放.基于CJ2M PLC的連續式瀝青混合料攪拌設備控制系統［J］.2015（2）

＊ ［3］梁治齊.實用清洗技術手冊［J］.2000（1）