电石炉余热蒸汽锅炉控制系统应用

戴学玲

摘 要：在工业企业生产过程中，由各种换能设备、用能设备和化学反应设备中产生而未被利用的热量资源，余热的数量很大，余热锅炉是石油、石化企业生产所需的主要设备之一，也是目前企业节能降耗、改善环境的重要设备。利用电石炉余热，产生的蒸汽用于其它生产，又可大大改善烟气排放质量，设置锅炉控制系统可节省人力、保护环境，利国利民。结合生产工艺特点，通过自动控制系统对设备状态以及工艺参数的监控、报警，确保安全、平稳、高效能运行。

关键词：控制系统 余热锅炉 三冲量

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0103-01

FR10-1.25-IIEg型余热锅炉，供水压力≥1.6 MPa，正常供水量Q=12 m3，按照国家GB1576“低压锅炉水质”标准中水管锅炉的要求供水，供水管径Dg50。该余热锅炉配备专用的清尘装置和下部出烟振动电机，独立的供配电系统和自控仪表系统，供配电系统实现对除尘装置、炉底、安全照明、电焊机电源插座、普通照明、供水旁路调节阀等供电，余热入锅炉管、旁路管电动蝶阀开、闭控制回路、水泵电机控制回路。自控仪表系统通过检测汽包水位、进烟口温度、负压（烟压）、除氧水箱液位、共处蒸汽流量及其累计、蒸汽压力、供水流量等参数，利用两台引风机变频调速柜、MCC柜、电动蝶阀等执行机构，通过上位操作系统、PLC等，加上必要的汽包水位、除氧水箱就地监视、电视监视系统，监视整个余热过炉的工作过程，保证汽包水位、炉膛负压处于正常值，控制余热进锅炉回路和旁路回路的安全切换，使整个系统协调、稳定运行。

1 工艺流程及控制要求

以2000 kVA电石炉为例，产生的400 ℃-600 ℃余热，通过主烟道进入余热锅炉顶部。正常工作时，余热进入锅炉；当余热锅炉部分故障时，余热通过旁路排入烟囱。余热（烟气）进入锅炉顶部后，依次经过上部蒸发器段、下部蒸发器段进入锅炉底部的省煤器段，烟气出锅炉底部后被引入除尘装置进行除尘。余热锅炉出汽管处，可进行向下、水平等6方向引出蒸汽；锅炉供水系统通过两台水泵从楼除氧水箱抽水，通过省煤器预热进入锅筒。以汽包水位、输出蒸汽流量、供水流量三个量组成三冲量前馈-串级复合调节系统，进行汽包水位控制（见图1）。实际控制回路是通过旁路阀间接调节供水量，理论上计算出的调节输出取反后作为旁路阀的调节信号即可。

控制的主要对象是汽包水位，另一个控制对象是炉膛负压。另外，为保证余热锅炉可靠、经济运行，合理设置就地及二次仪表、闭路电视监视以及必要的手动操作、切换系统。

2 控制系统配置

本余热锅炉监控系统采用传统的上位监控计算机+PLC+仪表检测指示+MCC柜+变频控制柜+必要的手动操作就地监视等组成。上位监控计算机1台，计算机采用工业控制计算机，安装监控组态软件，开发友好的、实用的监控操作界面，实现本系统与操作人员的信息交互，加上必要的报表和操作、维护提示，方便实现企业对本套设备的维护和管理。1台PLC控制柜、1套操作台，用于放置上位监控计算机并设置必要的二次显示仪表。

汽包高、低、高高、低低水位就地指示器选用磁浮子水位计，汽包为密闭容器，其水位测量采用差压变送器；相关温度的测量采用一体化热电阻、热电偶温度测量仪；炉膛负压采用微差压变送器测量；除氧水箱液位采用普通的压力变送器；考虑到蒸汽的高温特性，其流量测量用孔板+三阀组+差压变送器，流量累计采用由PLC根据流量值进行计算的方法；蒸汽管路压力也用普通的压力变送器；高温压力测量采用引压降温等压密闭测量的原理，可降低压力变送器的选型成本；供水管路流量测量采用经济的涡节流量计。

汽包高、低水位就地指示器设置独立的电视监控系统，系统设置一个摄像点，选用高可靠带自动冷却、电动除尘的防护罩装于墙上，彩色摄像机镜头装于防护罩内，视频信号引入控制室，在控制室内设置一台彩色监视器，分别监视两个彩色摄像机的信号。两台引风机设置独立的变频控制柜。

本系统供、配电系统设置两面MCC柜，负责相关部分设备的供电及电机、阀门电气控制、柜门上也设有就地操作功能。

3 控制系统功能及主要控制内容

锅炉系统是一个大滞后、强耦合的非线性系统，各个变量之间互相影响。有的被调参数同时受到几个调节参数的共同影响，同时，有的调节参数又影响多个被调参数。因此，在构造锅炉控制方案时只有抓住主要因素，同时兼顾各个因素，才能构造出满足系统要求的控制策略。

（1）以汽包水位为主调参数。

（2）以烟道负压为付调参数。

报警及联锁保护：

烟气温度高报警

烟道负压过高、过低与引风机联锁保护；

除尘器后烟温过高与引风机联锁保护；

锅炉汽包水位过低、过高报警及联锁保护；

引风机故障停运报警；

连锁保护及余热进气阀和旁路阀切换；

控制内容：

三冲量前馈-串级符合调节算法反向控制旁路调节阀开度，间接控制汽包水位；

通过引风机的变频调速，使负压保持恒定；

控制上水泵。

监测内容：

温度：进烟口温度、锅炉中部炉温；

温度：出烟口温度、蒸汽温度、除尘器出口温度、压力（液位）：汽包水位、烟道进口及底部烟压（负压）、蒸汽出口管路压力。

流量：蒸汽出口流量、蒸汽累计流量、供水流量。

其它：变频器电流、供水调节阀开度。

4 典型设备电气控制原理

4.1 普通小型参控设备

控制系统只需知道其手自动状态（备妥）、设备是否运行两个输入，再根据备妥状态、流程选择及闭锁关系、系统操作命令等决定其控制命令（驱动），PLC控制输入一般由PLC柜提供统一的输入信号电源（一般为DC24V），采集配电柜该设备单元的无源接点状态信号，PLC控制输出一般通过柜内继电器（一般为DC24V）隔离和扩容，以无源接点的方式输出到配电柜该设备单元。这种原理十分实用，占用PLC I/O点少，节省投资，但信息量较小，维护需要经验。

4.2 大功率参控设备

控制系统除知道其手自动状态（备妥）、设备是否运行两个输入，一般还会采集热继电器状态作为过流故障和电机的实际运行电流作为模拟量输入，从而更为准确的反应设备的运行情况。

5 系统组成

（1）本系统通信网络采用MB+工业控制网。

（2）上位机系统包括工程师站和操作员站、打印机，应用软件、组态软件。

（3）PLC系统及编程软件。

6 结语

以上系统配置及控制回路应用已应用于实际生产系统中，运行过程中系统稳定、配置合理、达到工艺控制要求并已取得了一定的经济效益。

参考文献

[1] 李英华.PLC在75T/H锅炉自动控制系统中的应用[J].冶金动力，2000（2）.

[2] 张毅.自动检测技术及仪表控制系统[M].化学工业出版社，2005，3.

[3] 张怡.基于组态王的加热炉监控系统[J].化工自动化及仪表，2012，39（9）：1194-1196.

[4] 黄文慧.矿井风机监控系统研究[D].武汉工程大学，2012.