煤礦供熱鍋爐自動監控系統的設計

張 峰

（晉能控股煤業集團有限公司云崗礦， 山西 大同 037017）

引言

我國具有大量開采的煤礦作業，在煤礦的運行系統中，供熱鍋爐作為主要的供熱系統熱源，對礦井的采暖通風、洗浴及井筒防凍用熱等具有重要的作用。鍋爐作為動力能源的一種生產設備，其安全穩定的運行對煤礦的安全及有效生產具有重要的影響[1]。煤礦鍋爐的安全穩定運行，需要正確合理的操作、良好的運行環境、科學的管理及行之有效的控制方式。對煤礦的鍋爐系統采用先進的自動監控系統[2]，可以實現對鍋爐運行過程的監控，提高鍋爐的安全性，并提高鍋爐的運行效率，保證煤礦的安全生產。

1 鍋爐自動監控系統的整體設計

供熱鍋爐的控制過程復雜，對水進行加熱形成蒸汽實現供熱，滿足負荷的需要及鍋爐的安全運行。在工作過程中，需對鍋爐各環節的參數進行監控并嚴格控制。鍋爐供熱系統的監控控制系統如圖1 所示[3]，控制變量主要包括鍋爐的給水量、燃料量、送風量及引風量，依據鍋爐的燃燒及運行狀況，被控參數主要包括汽包的水位及壓力、蒸汽的溫度及壓力、爐膛的壓力[4]。鍋爐的控制系統是多輸入、多輸出的控制，相互之間的影響較大，在煤礦的供熱鍋爐中，自動監控系統的主要任務包括維持汽包的水位在設定的范圍[5]，保持蒸汽的溫度穩定，保證鍋爐燃燒的經濟性，保持氣壓的穩定，同時保證鍋爐膛壓的穩定。

圖1 供熱鍋爐控制系統示意圖

供熱鍋爐的自動監控系統采用PLC 控制，系統硬件主要包括工控機、PLC、監控儀表等，監控系統的主要結構如圖2 所示[6]。監控系統的整體功能包括對汽包水及蒸汽等進行數據采集和處理，通過采集的數據進行現場設備的操作，實現邏輯控制，操作人員可以對鍋爐系統進行遠程自動或手動控制[7]，同時可通過上位機進行鍋爐整個工藝過程的監控，對相關的參數進行調節設定及數據的查詢存儲。當鍋爐系統存在異常時，監控系統可自動進行報警，并通過界面顯示響應的報警信息，并對此時的數據進行存儲記錄。

圖2 鍋爐監控系統的主要結構示意圖

2 鍋爐自動監控系統功能模塊設計

2.1 水位監控模塊

鍋爐的水位控制回路可實現鍋爐水流量及蒸發量的平衡，保持水位的穩定并使鍋爐的蒸汽水位在設定的范圍內。在供熱系統中，當負荷突然增加時，由于蒸發量的增加導致鍋爐內的水壓降低，容易產生大量的氣泡，使得鍋爐內的水位出現虛假升高的現象[8]；同樣的，當負荷量突然減小時，也會存在虛假水位的現象，對鍋爐的水位控制造成影響。

在自動監控系統中，采用三沖量水位控制系統進行鍋爐水位的控制，控制系統如圖3 所示。采用鍋爐的水位作為主控信號，蒸汽流量作為前置反饋信號，給水流量作為反饋信號，系統采用PID 調節的方式進行控制，形成閉環的控制系統，對給水的調節閥開度進行控制，實現對水位的自動調節監控[9]。

圖3 自動監控系統三沖量水位控制系統示意圖

2.2 爐膛監控模塊

鍋爐的爐膛控制是多變量、多參數的復雜控制系統，在自動監控系統中，對爐排的轉速進行控制從而實現給煤量的控制，通過變頻器進行爐排的變頻控制，實現爐排轉速的改變，從而依據負荷的變化實現給煤量的改變。爐膛的鼓風機控制系統，采用變頻器調節鼓風機的頻率，控制系統的送風量，保證爐膛內部的燃燒效率，使得系統的送風量依據外界負荷及給煤量的變化而進行改變，實現最佳的風煤比。引風機控制系統調節爐膛內部的引風量，保證爐膛的溫度及負壓在給定的安全范圍內。

在鍋爐運行的過程中，煤炭在爐膛內部燃燒，需保持爐膛的負壓運行，從而保證鍋爐的安全運行，實現溫度的調節。對爐膛負壓的調節主要依靠引風機系統。爐膛內部的負壓通過引風量及鼓風量的調節實現，爐膛的壓力控制如圖4 所示。其采用PID 調節的方式實現對爐膛壓力的快速控制，從而保證監控系統對爐膛壓力的快速調節。

圖4 自動監控系統爐膛壓力控制系統示意圖

3 結語

鍋爐將一次能源轉變成二次能源進行利用，在我國廣大的煤礦開采中具有廣泛的應用，是必不可少的重要設備。由于在煤礦中的運行環境復雜，條件較為惡劣，需要對煤礦的供熱鍋爐進行自動化監控。自動監控系統可以實現對鍋爐運行過程的監控，并可提高鍋爐的運行效率。采用PLC 控制的方式對鍋爐的自動監控系統進行設計，分析了煤礦供熱鍋爐系統自動化監控系統的要求，進行了總體方案的設計，并在此基礎上，進行了各不同功能模塊的設計，從而實現對煤礦鍋爐供熱系統的自動監控。在實際的運行過程中，依據所設計的自動監控系統進行系統軟硬件的搭建，通過工業以太網的形式進行組件間的通信。自動監控系統的設計使用，可以實現鍋爐安全、穩定的運行，對煤炭的開采及能源的使用具有重要的意義。