蒸汽锅炉计算机自动控制系统应用①

董海英

摘 要:文章介绍了工业蒸汽锅炉温度计算机自动控制系统的基本组成、控制方式及应用。

关键词:锅炉计算机控制系统三冲量控制PLC

中图分类号:TK22 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(a)-0057-01

内蒙古美好食品有限公司是一家食品生产企业(馍片烤制),工业蒸汽锅炉是用来蒸制馒头用的。由于原系统采用继电接触器控制,各电机之间均是工频运转,通过一个温度显示报警仪表,来控制鼓风的运转;引风则一直运转,炉排通过滑差电机来调速,基本是人工设定一转速后不再改变。汽包水位是一套单独的水位控制装置,而且是采用分段控制水泵,水泵由于经常启动停止而很容易损坏。由于该系统在恒温度控制方面的精度非常差,且电能浪费现象非常严重,煤的燃烧也很不充分,因此,我们做出如下改造设计。

1 锅炉计算机自动控制系统原理介绍

锅炉燃烧系统是一个复杂的多变量耦合系统。输入量有:给煤量、鼓风量和引风量;输出量有:蒸汽压力、烟气含氧量(燃烧的经济性)、炉膛负压。燃料是热量的唯一来源,给煤量的变化直接影响锅炉提供的蒸汽量,也影响汽包压力的变化,是燃烧系统的主控制量。鼓风量的变化产生不同的风煤比和相应的燃烧状况,表现出不同的炉膛温度,并决定炉膛损失的大小,直接决定着锅炉能否经济运行。在送风量改变的同进也改变引风量,使炉膛负压保持稳定,保证锅炉安全运行。这三个控制子回路组成了一个不可分割的整体,统称为锅炉燃烧控制系统,共同保证锅炉运行的机动性、经济性和安全性。

针对锅炉的燃烧过程是个复杂的物理化学过程,各输入,输出的耦合关系十分复杂;锅炉系统具有大的的延时,并且参数是时变的,难以建立精确的数学模型;锅炉的负荷变化范围从零到最大负荷量,并且是不定时变负荷。常规PID是难以实现控制的。解决这些问题的方法是采用比PID更为有效的智能控制技术－模糊控制方法。从提高汽包液位无差调节水平和克服虚假水位的角度考虑,这个系统在设计上我们采用三冲量给水串级调节方式,该方式的特点是:以汽包水位为主控制信号,以蒸汽流量为前馈信号,以给水流量为反馈信号,在锅炉负荷或给水流量变化不大时,主要以汽包水位对给水流量调节阀进行控制以保证汽包水位的稳定,而当锅炉负荷或给水流量发生较大变化时,则将锅炉负荷或给水流量的变化量引入调节,以达到锅炉负荷与给水流量的平衡,从而保证了汽包液位的稳定。

2 自动控制系统特点及功能

2.1 系统特点

(1)锅炉燃烧计算机实现对给水、鼓风、引风、给煤、过热汽温等参数的智能化控制,使锅炉的出口蒸汽压力、出口蒸汽温度、出口蒸汽流量、炉膛温度、炉膛负压、风煤配比等参量实现燃烧工况自寻优控制,使锅炉始终保持最佳运行状态。

(2)实现锅炉用气量与负荷的精确匹配,节煤达20％以上,节电20％～40％。

(3)建立用户用汽信息管理系统数据采集及通讯接口。使用户将来可利用上报的日、周、月用汽参数,建立“用汽经验模型”,实现自动起停锅炉台数,起到运行优化和节能效果,并具有随时手动干预切换功能。

(4)依据经验模型、数据库和智能控制软件,合理调配用户用汽量、用汽时间,有效控制用汽压力波动大的难题,避免用汽尖峰的出现。

(5)锅炉给水控制系统采用汽包水位的三冲量控制方案。

(6)变频调速:对鼓、引风机、给水泵加以变频调速控制,具有谐波少、功率因数高、对电网不产生冲击、可极大地延长设备使用寿命等优点。

(7)利用强大的数据库管理功能,建立完整的值班记录、故障记录、用汽记录等报表系统,使管理工作上一个新台阶。

2.2 实现功能

2.2.1 操作站

实现对锅炉主要设备生产过程如锅炉的水位三冲量调节、蒸汽压力的调节,炉膛负压的调节等基于流程图的监视、控制、调度、管理;并能对组态和仪表参数进行修改等。

以流程图、资料一览、控制分组、报警一览等方式显示生产过程实时信息;

以调整画面、弹出仪表等方式实现控制调整,改变控制参数、自动控制与手动控制的切换,软手操等功能;

实时诊断控制站的运行状况、存在的故障,并显示在操作站的监视画面上,以提供最及时、最便捷的系统维护功能。

各工段生产过程的实时数据曲线查看,以曲线方式监视各工段生产过程的资料趋势,并具打印、存储、分析、比较功能;

2.2.2 现场控制站

完成锅炉生产过程参数的监测、调节和顺序控制功能。包括锅炉水位、炉膛压力、炉膛负压等各种压力信号、各种温度信号、各流量信号、液位、各电机设备的运行状态等的检测、监视、PID调节和各种复杂调节,各种阀门的开关,各种泵的启停等顺序控制,各种设备运行状态的监视及联锁保护等。根据工艺需要,还可完成一些更复杂、更特殊的控制功能。

各用电设备的手动/自动调节的转换,如炉排、鼓风、引风、水泵等,引风,鼓风风量的调节采用自动变频调节和手动变频双调节,若自动控制系统发生故障,则手动调节起作用,从而保证了系统的正常调节。

2.2.3 锅炉安全配置

对锅炉的所有检测点都设有上限、下限报警,在流程图画面中有报警画面,并输出报警信号给8路闪光报警器,进行报警。

计算机系统随时监视各检测点,当锅炉上水系统出现故障时,便报警提示,给锅炉上水。

3 信号显示

3.1 系统检测及显示信号

(1)蒸汽流量(带积算)上水流量(带积算)。

(2)汽包液位及高、低。

(3)汽包压力及高、低。

(4)炉膛温度及高、低。

(5)省煤器进、出口烟温,进、出口水温。

(6)排烟温度、预热口风温。

(7)蒸汽温度。

(8)给水压力及高、低。

(9)泵、风机、炉排运行转速、电流,运行及故障状态。

3.2 仪表盘显示信号

(1)汽包水位。

(2)炉膛温度。

(3)蒸汽压力。

(4)炉膛负压。

(5)各调节回路的手操器。

(6)紧急报警装置。

4 实际运行情况:

经过4个月左右的运行发现,系统能够运行非常稳定,满足了现场生产的要求。经过基本测算,节电率能够达到25%～35%左右;而节煤量几乎达到了20%以上,得到了客户非常高的评价。经过节约资金量估算,经过一年左右即可收回全部设备投入资金。这对这次改造,我们认为在锅炉燃烧系统中的计算机自动控制系统改造前景非常大,特别是艾默生公司变频器及西门子PLC产品优异的性能、坚实耐用和高可靠性、高精度的新技术核心,会为我们的节能技术改造提供最坚实的后盾

参考文献

[1] 艾默生公司EV2000系列通用变频器.艾默生网络能源有限公司.

[2] 陶永华.新型PID控制及其应用[M].北京:机械工业出版社.

[3] S7-300系统手册.西门子公司自动化与驱动服务有限公司.