锅炉监控系统设计（共12篇）
锅炉监控系统设计 篇1
0 引言
单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的,由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点,所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、军事装置、机器人、工业控制等诸多领域,使产品小型化、智能化,既提高了产品的功能和质量,又降低了成本,简化了设计。本文主要介绍单片机在温度控制中的应用。
温度是工业生产中常见的工艺参数之一,任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关,因此温度控制是生产自动化的重要任务。采用单片机作为锅炉水温闭环控制系统的控制核心,实现人工设定温度,自动控制温度,显示水的实时温度等功能。水温测试方式采用数字温度传感器感知锅炉中水的温度,通过单片机与数字温度传感器通讯获得实时温度,并通过程序实现闭环控制。采用键盘扫描方式对目标温度(0℃~80℃或20~60℃范围内)进行人工设定,并用显示器显示水的实时温度、给定温度及温度范围。同时系统还通过继电器电路控制加热器件的导通与关闭,达到保持设定温度基本不变的目的,并起到强弱点隔离作用,安全可靠。因此,单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。
1 硬件电路的选择和设计
基于AT89S52单片机的锅炉温度控制系统的硬件设计和软件开发的过程。硬件部分包括温度传感器DS18B20、LED数码管显示、报警电路以及按键功能。首先由温度采集测控系统采用DS18B20满足温度测量,并将温度信号转换成电流,转换为电压信号,之后该信号经预处理后,进行A/D转换,获得的有关被监控环境温度的数字量,发送给单片机处理。它与其他形式的温度传感器相比,不需要进行冷端补偿,而且它是以高阻抗恒流源形式输出。传输线上的压降不影响输出电流值,可以进行远距离传输。单片机对经A/D转换之后的环境温度进行接收,对接收到的环境温度信号进行BCD码转换,发送给显示模块。之后,单片机将接收到的温度数据与事先设定的温度值进行对比,如果当前环境温度超出了设定的温度范围,则进行调控。同时还要实现温度报警功能,若超出了监控温度范围则发出警告。此外还有复位电路,晶振电路等。锅炉温度测控系统原理框图如图1所示。
1.1 控制器模块
采用AT89S52作为系统的控制器。单片机算术运算功能强,软件编程灵活,自由度大,可用软件编程实现各种算法,并且具有低功耗,高性能,技术成熟,成本低廉等有点,使其在各个领域应用广泛。
1.2 水温探测模块
水温探测模块用于测量器皿中水的温度。系统需要利用测温传感器检测出水的实时温度,是控制模块做出正确的反应,控制水的温度。
采用单总线可编程温度传感器DS18B20测温度。DS18B20是数字温度传感器。它把温度传感器、外围电路、A/D转换器、微控制器和接口电路集成到一个芯片中构成的具有温度测量、温度控制和与微处理器数据连接能力的温度传感器组件称为数字温度传感器。通过DS18B20数字可编程温度传感器可测温范围-55℃~+125℃,在-10~+85℃时精度为0.5℃。可编程的分辨率为9~12位,对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,可实现高精度测温。在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字,12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字,速度更快。测量结果直接输出数字温度信号,以"一线总线"串行传送给CPU,同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力。并且其所需辅助电路简单,依靠程序直接读取温度,总费用低。
1.3 显示模块
使用液晶显示屏显示水温。液晶显示屏(LED)具有轻薄短小,低耗电量,无辐射危险,平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势,可视面积大,画面效果好,分辨率高,抗干扰能力强等特点,且显示更为人性化,电路焊接更为简单。
1.4 水温控制模块
控制模块用来控制加热器件的导通与关闭,从而达到控制加热时间,控制水温的目的。采用继电器驱动电路控制。继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点,可以这样来区分:继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为“常开触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
1.5 超温报警电路的设计
超温报警电路由LED灯与电阻组成。当温度超过设定的温度控制范围时,则灯亮,并且蜂鸣器鸣叫。
2 锅炉温度测控系统的软件设计
通常,锅炉温度控制都采用偏差控制法。偏差控制的原理是先求出实测炉温对所需炉温的偏差值,然后对偏差值处理获得控制信号去调节锅炉的加热功率,以实现对炉温的控制。在工业上,偏差控制又称PID控制,这是工业控制过程中应用最广泛的一种控制形式,一般都能收到令人满意的效果。不同的控制对象,所采用的算法有所不同。例如对于热惯性大、时间滞后明显、耦合强、难于建立精确数学模型的大型立式淬火炉,可以采用人工智能模糊控制算法,通过对淬火炉电热元件通断比的调节,实现对炉温的自动控制,也可以采用仿人智能控制(SHIC)算法和PID控制算法的联合控制方案,实际应用时应灵活运用。本系统采用的是Keil Elektronik Gmbh开发的KeiluVision2工具软件来进行系统软件编写和调试的。在嵌入式系统中,相对于汇编语言,C语言作为一种高级语言主要存在两个不足:1)生成的可执行代码冗长,效率不高。对于这一点,随着处理芯片运算速度的提高、集成ROM的扩大,特别编译系统的不断优化,冗长已经不再是问题。这也是C在嵌入式系统中逐渐成为主流编程语言的主要原因之一。2)C生成的可执行代码在时序上不容易控制,比如本系统中要实现的时序控制。主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值,从而比较温度值的大小,去执行加热电路。这个程序在读完键盘要判断启动键是否启动,才能进行温度读取,最后通过LED显示出来。
2.1 显示程序的设计
显示子程序采用动态扫描法实现四位共阳极数码管的数值显示,测量所得的A/D转换数据放在22h内存单元中,测量数据在显示时转换为温度值十进制BCD码放在23h~25h内存单元中。
2.2 DS18B20程序
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令,转换时间约为750ms。
1)初始化:初始化是DSl8B20的底层基本操作之一。通过单线总线进行的所有操作都从一个初始化序列开始。初始化序列包括一个由CPU发出的复位脉冲及其后由DS18B20发出的存在脉冲。存在脉冲让CPU知道DS18B20在总线上且已做好操作准备。
2)数据写:数据写是DSl8B20的底层基本操作之一,所有的指令、数据发送均由该操作完成。DSl8B20的写操作都是逐位进行的,因此,采用C5l中的位右移操作来实现。
3)数据读:数据读是DSl8B20的底层基本操作之一,温度值和其他状态信息的传回均由该操作完成。
2.3 键盘程序
通过键盘可以人为的控制温度,使其更为人性化;编程也简单明了。确定启动键开启后,通过控制温度上升键和下降键人为的去调节温度,再回到读键盘这样一个反复的动作。
3 模拟仿真
为了检验该系统的性能,对其进行仿真实验。首先通过KEIL C51软件仿真实现程序调试的功能,再通过软件PROTEUS进行软硬件模拟连调。设目标温度范围为20~60℃,设定温度为45℃,相应的锅炉温度调节时间结果记录如表1所示。
由表1分析可知,温差相同时,升温时间比降温时间要快,原因在于升温采用电阻丝加热,而降温采用的是12V普通风扇降温,效率较低。若采用加热致冷芯片来完成升温和降温则温度稳定时间会更少。
4 结论
本次研究借助于经典控制理论和现代控制理论的结合,PID控制算法是一种易于实现而且经济实用的方法,具有很强的灵活性,但在被控制对象具有复杂的非线性时,难以满足控制要求,而神经网络PID控制具有逼近任意非线性函数的能力,神经网络PID实现对锅炉温度的测量、控制和显示,提高了锅炉监控系统的效率。基于AT89S52单片机的温度测控系统将LED显示器件与控制、驱动集成电路装在一起,形成一个功能部件,最后通过硬件焊接实现了锅炉的温度控制系统的设计。用户只需用传统工艺即可将其装配成一个整机系统。这对于工业自动化大生产具有一定的实践使用价值。
摘要：本文介绍了基于AT89S52单片机的锅炉温度监控系统的硬件设计和软件开发的过程。系统硬件部分包括锅炉温度传感器DS18B20接口电路、LED数码管显示电路、报警电路以及按键电路。DS18B20组成的电路采集的温度信号,经过预处理后传送到单片机进行A/D转换,比较,存储,显示和报警,以达到温度监控的目的。系统软件部分包括A/D转换控制程序,显示程序和按键处理程序。系统设计的难点在于温度信号的预处理和A/D转换器控制。
关键词：单片机AT89S52,测温传感器DS18B20,LED数码管
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锅炉监控系统设计 篇2
我中心第一供热站共有4台蒸汽锅炉(2台10吨锅炉、2台20吨锅炉)，总额定蒸发量60吨/小时，共有锅炉给水泵6台(15KW4台、30KW2 台)，系统给水为母管制，由于负荷增加，公司新建第四供热站(3台35吨锅炉)。考虑到节能等因素，冬季第一供热站停运，其负荷移至第四供热站。夏季负荷为3~8吨/小时，由于负荷较小，故停运四站锅炉，运行一站一台10吨锅炉、一台15KW给水泵，现锅炉给水泵是连续恒速运行的，通过改变调节阀阀位实现锅炉自动上水(如图)。
1.1锅炉水系统图
1.2上水系统仪表方框图
2 改造的可行性
我们发现原上水系统虽能满足锅炉的给水需求，但给水系统运行压力比较高，一般在1.2-1.3MPa之间，大于锅炉锅筒压力 0.5-0.6MPa，压损较大，此时泵的轴功率大部分都消耗在阀门上。又由于局部管道流速较快，造成比摩阻加大，使水泵的水功率较小，泵的效率也就不高，尤其表现在锅炉在小负荷运行状态下执行器阀门接近于关闭状态。除有上述现象外还造成给水系统的憋压，我们必须及时打开回流系统。针对上述情况进行分析得出这种运行状态能量损失比较大，给水泵做了很多无用功。在中心提倡清洁生产的前提下，促使我们寻求另一种方法进行给水流量的调节。取消执行器，将给水泵改成变频控制，实现单炉单供就能达到节能的目的。
众所周之，水泵运行在管路性能曲线的静扬程(或静压)等于零时遵循如下规律：流量Q与转速N成正比，扬程(压力)H与转速N的平方成正比，轴功率P与转速N的三次方成正比，电动机的转速N与电源的频率F成正比。由上得知，改变电源的频率就改变了电机的转速，从而改变了给水流量。
当今，变频调速已成为交流电动机转速调节的最佳方法，变频调速技术以其优异的调速特性在国门经济的各个领域获得了广泛应用，水泵采用变频调速后，给水流量的调节就可通过改变转速的方法来实现。
3 改造方案
3.1 锅炉水系统图
A点为系统工作最大流量点,Cn1是工频(50Hz)时的扬程曲线,A点的流量为QA，
当流量减小到QB时,变频器的输出频率减小,泵的转速由n1降低到n2,Cn2是n2转速下的扬程曲线,Hy是A、B点所处的装置特性曲线。HA、HB是A、B两工况点的扬程。
给水泵变频调速运行特点是:不同的变频工况点位于同一装置特性曲线Hy上,也就是说不同的工况点装置情况不发生变化。
4.2 给水泵的变频节能分析
图中，欲使流量减小到QB，有两种方法：一是通过关小出口阀门的开度，工况点由A变为C，A、C 两点位于同一扬程曲线上;另外一种方法是，减小电源频率以降低转速，泵的工况点由A变为B，A、B两点位于同一装置特性曲线上。C点的轴功率为
PC=ρgQBHC/ηC
B点的轴功率为
PB=ρgQBHB/ηb
两种情况下泵的轴功率差为
△P=PC-PB=ρgQBHC/ηC-ρgQBHB/ηb
=ρgQB(HC/ηC-HB/ηb)
由于B、C两点的效率相差不大，令η=ηC=ηb，则
△P=ρgQB(HC -HB)/η
这就是变频调速的节能数值，它与图中阴影部分的面积成正比。
5 数据分析
工程竣工后我们对改造前后进行了同负荷下耗电的实际测量比较，结果见下表：
在上述工况下，按全天运行24小时，全年运行天数245天(8个月)，电价0.6元/度进行计算，每年可节电合计人民币：(7.5-2.667)*24*245*0.6=17050.82元。
结论
(1)改造后降低了给水系统的运行压力，降低了给水系统的流速，彻底解决了锅炉给水系统的憋压现象。
锅炉监控系统设计 篇3
关键词： 电站锅炉； 煤粉参数； 远程监控； 软件设计与实现； 多线程
中图分类号： TK 31；TH 89 文献标志码： A
Design and implementation of remote monitoring software for
pulverized coal parameters in power station boiler
HU Changmei1， HE Yuan2， YANG Bin2， CAI Xiaoshu2
（1.Shajiao ‘C Power Station of Guangdong Yuedian Group Co. ， Ltd. ， Dongguan 523936， China；
2.Institute of Particle and Twophase Flow Measurement/Shanghai Key Laboratory of
Multiphase Flow and Heat Transfer in Power Engineering， University of
Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）
Abstract： Online monitoring of pulverized coal in boiler provides the importance reference for optimal control of power station boiler.In order to realize the remote monitoring of particle size，concentration，and velocity of pulverized coal，the uppercomputer software of data acquisition system was designed by using modular program design method.This software could realize the system configuration，realtime curve and histogram displaying，data storage，and so on.Each data acquisition and processing channel with 1 MHz sampling frequency was achieved by using multithread technology and automatic allocation simultaneously.The capability of realtime communication with the Distributed Control System （DCS） based on the Modbus communication protocol was achieved.The practical runs shown high stability and reliability of this software.And it could meet the demands of operation and optimizing control of boiler well.
Keywords： power station boiler； pulverized coal parameters； remote monitoring； software design and implementation； multithread
煤粉炉采用直吹式制粉系统将煤粉燃料与空气混合后一同送入炉膛内进行燃烧，具有燃烧迅速、完全、效率高等优点而广泛用于火力发电[1].煤粉管道中内煤粉颗粒细度、浓度、速度对锅炉燃烧有重要影响[2-6].煤粉细度过大，燃烧不充分，不完全燃烧损失增加，机组飞灰可燃物增加；细度过小则导致除尘效率降低且制粉系统耗能增加.而对于不同管道中煤粉浓度的差异失调，将导致燃烧不稳定，炉膛火焰中心偏移，甚至引起煤粉管道堵塞，严重影响锅炉安全运行.煤粉速度过低，煤粉气相输运能力降低，火焰燃烧强度减弱，且火焰将靠近燃烧器从而造成燃烧器损坏；煤粉速度过高，造成着火延时，甚至引起脱火从而导致燃烧器火焰熄灭.因此，煤粉颗粒细度、浓度、速度的实时在线监控是电站锅炉燃烧优化控制的关键问题和难点之一[7].
光脉动（Light Transmission Fluctuation，LTF）法利用透射光强的随机变化规律结合光散射理论实现煤粉细度和浓度的在线测量，同时利用双光束透射光强互相关测速原理实现速度的同时在线测量，并且具有结构简单、对测量环境要求低、长时间运行可靠等优点，适合应用于电站锅炉煤粉参数的在线监测[8-12].本文针对光脉动法煤粉参数测量装置需求，开展电站锅炉煤粉参数远程监控系统的软件设计，并实现与DCS（Distributed Control System）的即时通讯，为电站锅炉燃烧优化提供重要数据参考.
1 测量原理与软件需求
1.1 光脉动法煤粉参数测量原理
煤粉参数测量原理示意图如图1所示，图中：PD为光电探测器；ut为颗粒流动速度.光脉动法利用两束平行光束穿越含有颗粒的介质，由于颗粒的宏观运动，不同时刻光束照亮体积内的颗粒数是不同的，由此测量到的透射光强也是随时间变化的.依据光强随机衰减规律结合光散射理论建立颗粒细度、浓度和透射光强之间的关系，以实现煤粉细度、浓度的在线测量；同时通过分析两束光透射光强的互相关性，计算得到两光束信号间的时滞，从而实现速度的同时测量.
图1 煤粉参数测量原理示意图
Fig.1 Schematic diagram of pulverized coal
parameter measurement
1.2 系统软件需求分析
该软件目的在于实时获取和处理光脉动信号，同时将处理结果同步显示并送入DCS通讯.为了对在线测量数据进行分析，需要软件对于历史测量数据进行存储.不但如此，还要求该软件可高效、准确、长时间可靠运行等.
针对上述要求，系统软件应具有数据采集与处理功能、数据存储功能、数据通讯功能、日常使用功能.
数据采集与处理功能主要要求数据采集速率大，同时要求基于LTF法及互相关法的运行处理迅速；数据存储功能能够对不同时间、不同管道的处理结果进行保存，并提供历史数据的调用与查询；数据通讯功能在于实现计算机与DCS系统之间的通讯；日常使用功能则是实时数据显示、用户管理.
2 系统结构
系统采用基于PCI总线板卡的架构，采用的PCI总线采集卡支持即插即用，是一款12位高速存储式A/D板，其转换频率为1 000 K，输入通道建立时间小于1 μs；板上RAM容量为1 M×16 bit，即1 M采样点.它有32路单端模拟输入、24路可编程开关量（3个8位口）、采集转换支持多种触发形式.软件系统线程如图2所示，主要分为主线程、采集线程和串口线程三部分.对于主线程，能够显示数据处理结果，同时可进行一定功能设置，包括串口通讯设置，Modbus站地址、Modbus寄存器地址和磨通道以及对应参数设置，数据处理结果的实时显示和启动其它线程设置.采集线程是完成采集卡初始化，能够从PCI卡中获取数据并进行分析处理，填充数据缓存区，发送数据更新事件.对于串口线程，其通讯流程如图3所示.串口事件首先发生，接着在Modbus地址、命令、CRC校验正常之后，需根据数据缓冲区映射填充发送数据，然后进行数据CRC校验，在结束校验后发送数据.三者之间需要能够交换数据信息，实现实时数据缓冲区与地址映射，包括Modbus地址、磨通道以及对应参数.
图2 软件系统线程
Fig.2 Flow chart of software
图3 串口通讯流程
Fig.3 Flow chart of serial port communication
3 软件设计与实现
VB.NET支持面向对象编程、多线程处理、结构化异常处理等技术，能有效保证软件的稳定性和高效性，因此，软件开发选用2010 VB.NET开发环境.软件主界面如图4所示，包括功能按钮、系统参数设置、数据采集和发送、数据实时显示、粒度分布实时测量等功能.其中，数据采集和发送是基于1 MHz 12位高速存储式A/D板开发，实现对光强信号的4线程高速采集，具体配置参数如图5所示，包括卡件号、通道号、数据点名称、Modbus地址、DCS地址、测量初始参数、量程与单位等.系统完成配置后，开始数据采集，调用结果处理的动态链接库得到煤粉参数测量结果，并将结果显示于主界面中，同时发送至DCS供电厂运行人员参考.
图4 软件主界面
Fig.4 Software interface
图5 系统配置界面
Fig.5 Interface of system configuration
由于电厂煤粉细度参数采用筛分数据作为依据，而光脉动法煤粉细度测量依据光散射理论获得索太尔直径.为满足电站运行需要，通过煤粉粒度分布反演实时得到煤粉粒度分布，从而获得筛分特征测量值结果，如图6所示.
正常运行该系统1 h后，煤粉参数测量结果如图7所示，可看出，在该负荷下煤粉速度在25 m · s-1左右，煤粉浓度在0.5 kg · m-3、煤粉细度在15 μm左右的较小范围波动，1 h内运行状态稳定，这表明所设计的电站锅炉煤粉参数远程监控软件在电站实际投入运行中具有良好的稳定性与可靠性，各项功能均满足锅炉运行与优化控制要求.
图6 粒度分布实时测量结果
Fig.6 Realtime measurement result of pulverized coal
size distribution
图7 煤粉参数实时监测结果
Fig.7 Realtime monitoring result of pulverized
coal parameter
4 结 论
（1） 通过自定义控件实现了电站锅炉煤粉参数远程监控软件数据成组文本、棒状图、实时曲线显示、测量参数相关信息组态和保存等功能.同时利用多线程和通道自动分配方法实现了单通道采样频率达1 MHz的数据快速采集与处理，并基于Modbus通讯协议实现了与DCS的即时通讯.
（2） 所设计的电站锅炉煤粉参数远程监控软件在电站长时间实际投入运行结果表明，其具有良好的稳定性与可靠性，各项功能均满足锅炉运行与优化控制要求.
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燃油锅炉自控系统设计 篇4
随着环境保护意识的不断增强,燃油锅炉作为高效清洁的能源,越来越多的被企事业使用。由于燃料油的快速爆发性及负荷的多变性,燃油锅炉多采用自动控制,以保证锅炉的安全可靠经济的运行。
锅炉自动控制系统的任务是根据机组的负荷要求向汽轮机供给足够的、在规定压力和温度范围内的蒸汽,同时保证锅炉的安全经济运行。汽包锅炉由燃烧率控制负荷,实现燃料燃烧释放的热量与蒸汽带走的热量之间的能量平衡;由给水流量控制汽包水位,实现给水流量与蒸汽流量的质量平衡。过热蒸汽温度一般采用喷水进行控制。因此可以将汽包锅炉的自动控制分为燃烧控制系统、给水控制系统以及汽温控制系统三个相对独立的控制系统[1]。
某公司的自备热电站,需要新建35T/H燃油锅炉1台,需要对自动控制部分设计,主要任务是维持锅炉的水位、温度、压力、烟气含氧量等物理参数在规定的范围内,并能自动适应负荷的变化,从而使锅炉安全可靠经济的运行。
2 仪表配置及选型
根据锅炉工艺要求,设计仪表配置及要求,作工艺仪表流程图、仪表布置图、仪表安装图、桥架走向图和电缆表。
考虑到锅炉的运行安全要求,配套了足够的水位监测。包括:现场显示用的南北双色水位计各一套;南北双色水计皆用摄像机引入操作室内的显示屏,交替显示;差压水位计南北各一套,分别用于水位自动控制和报警停炉联锁;电接点水位计一套,用于操作室显示阀门选型需要给水阀一台,给水分配阀一台,用于控制锅炉进水量,保证蒸汽蒸发量,维持锅炉水位。减温水阀一台,用于控制减温器的进水量,调节保证蒸汽温度。调节阀的选型内容通常包括:控制阀结构形式及材质选择、控制阀流量特性选择、控制阀口径计算、控制阀执行机构选择、控制阀不平衡力校核。控制阀执行机构有气动、液动、电动三种。气动执行机构可用于防火防爆场合,故障率低,但需建独立的仪表气源;液动执行机构可用于推力或力矩特别大的地方,运行平稳,但体积大,价格昂贵,用量很少;电动执行机构的驱动源随地可取,隔爆型产品可用于防火防爆场合,其可靠性近年来大幅度提高[2]。由于调节阀在电站使用,环境温度较高,并且工艺要求故障时保持先前开度,故考虑使用电动调节阀。
流量计选型:目前在火电厂中对主蒸汽流量的测量都采用差压式流量。差压式流量计的节流装置是在额定压力和温度以及正常流量下设计计算的,只有在额定压力工况下,流量和差压之间才有确定的对应关系。在实际运行中,蒸汽压力是在经常变化的,流量公式中的系数也要发生变化,因此必须对蒸汽密度,即蒸汽的压力和温度参数进行校正。决定采用带压力、温度自动补偿的智能流量表,以确保流量测量的准确。水流量计则考虑选用涡街流量计,因为具有精确度较高,压损小、输出与流量成正比的脉冲信号、无零点漂移等优点。
压力变送器选型:根据测量原理的不同,压力变送器分为电容式、振弦式、扩散硅式、力平衡式等。电厂常用电容式变送器,故选用国际知名品牌变送器。
热电偶选型:该项目的热电偶有两种,铂铑10-铂(S型)热电偶和镍铬-镍硅热电偶(K型)。其中用于炉膛温度测量的S型热电偶,常用高铝套管(耐温0~1300℃)或刚玉套管(耐温0~1600℃),但由于材料机械性能差,热冷收缩时容易断裂,在停开炉时消耗较大。改用二硅化钼(Mo Si2)套管,该材料不仅耐温0~1600℃,抗氧化性优良,耐腐蚀,更重要的是机械性能好,能耐多次停开炉。
就地水位计选型:就地水位计较成熟的产品有玻璃管水位计、云母水位计、双色水位计等。其中双色水位计是在云母的基础上改进而成的,利用光学将汽水两相显示为红绿两色显示,显示较清晰。故选用双色水位计,并利用彩色摄像机将双色水位计图像远距离传送至控制室内的彩色监视器。水位图像清晰、直观,从而增强了锅炉运行的安全性。
差压水位计选型:差压水位计是将水位高低信号转换成相应差压信号来实现水位测量的仪表。它由平衡容器、压力信号导管差压变送器组成。由于平衡容器向外散热,正、负压容室中的水温由上至下逐渐下降,并且温度不易确定。在调试过程中,经常会出现差压水位计与双色水位计比对过,但运行一段时间又会出现大的偏差。通过更换不同型号的平衡容器,将平衡筒放大,得到解决。同时由于差压水位计一般是在汽包额定工作压力下分度的,指示与汽包工作压力有关,故刚开炉不稳定时,南北水计之间以及与双色水位计之间都会有偏差。
电接点水位计选型:电接点水位计是利用汽包内汽、水介质的电阻率相差很大的性质来测量汽包水位的。它由水位测量筒、电接点、传送电缆和水位显示器组成。电极过小会有易挂水的问题,选用国内知名厂家的大电极水位计,工作稳定,与双色水位计显示偏差小。
氧量分析仪选型:用于烟气成分分析的仪表有氧化锆氧量计、热瓷式氧量计、热导式CO2分析仪、气相色谱分析仪等。其中氧化锆氧含量计以其结构简单、响应快、灵敏度高、测量范围宽、运行可靠、安装方便、维护量小等优点,在锅炉上得到广泛应用,故选用。
3 DCS系统选型
选用电站常用的I/A Series系统,该系统最大的特点是系统的软件、硬件和通讯系统都广泛采用开放型标准设计,硬件品种少,可靠性高,组态灵活。
3.1 I/A系统
I/A Series的系统结构是按节点概念来构成的。节点独立运行,完成自动控制的各种功能。并可通过兼容网络与其他FOXBORO或非FOXBORO节点相连。节点是由节点总线将站(Station)的处理机组件联在一起构成的。每一组件是独立的,并设计完成系统中一些通用功能,而它的特定功能是由软件定义的。每一组件也可通过一根或多根的通讯链路与外部设备或其它类型的组件相连。节点总线为I/A系统中的各个站之间提供高速、冗余、点到点的通讯。
I/A S e r i e s现场总线上连C P,下接现场总线组件(FBM,即I/O卡件),FBM是现场传感器/执行器与控制处理机的接口。FBM现场设备使用的电气输入/输出信号进行适当地转换使得通过现场总线能与这些装置通讯。现场组件可与控制处理机CP或运行I/A Series综合控制软件的个人计算机连接。
I/A Series系统组态软件提供了一系列不同的组态程序。如系统组态程序,允许用户定义系统网络、设备、软件和包装的布置;控制组态程序,能够将静态的显示画面转换成与过程有交互作用的动态显示画面,并提供逻辑上分层控制能力;以及应用程序组态程序等等。I/A S e r i e s系统的控制模块中具有多种报警功能,过程报警可以被指定为1~5级不等的报警优先级,作不同的报警处理[3]。
3.2 系统配置图
IA系统的系统配置图见图1。通过工程师站可利用ICC软件进行功能块修改,可利用FOXDRAW软件进行画面组态,利用操作系统可进行系统维护,网络间文件的传输等。操作员站可进行监控和操作。CP、AW51、WP51通过冗余的NODEBUS互相通讯,I/O组件通过冗余的FIELDBUS与各自对应CP相连。从系统组态软件中明显看出网络结构,当硬件故障或通讯故障时,会在系统组态软件中闪动报警和提示。
3.3 硬件配置
根据仪表设备表,分配出IO清单如表1。FBM组件汇总如下:模拟量4~20m A输入FBM201组件4块,模拟量T/C输入FB M2 0 2组件1块,模拟量R T D输入FBM203组件1块,模拟量4~20m A输入/出FBM204组件1块,冗余模拟量4~20m A输入/出FBM205组件1块,数字量输入F B M 2 0 7 b组件3块,数字量输出FBM242组件3块。
4 控制方案设计
4.1 锅炉跳闸条件(MFT)
作为锅炉的安全联锁条件,汽包水位超低、汽包水位超高、蒸汽压力超压、蒸汽温度超高、炉膛压力超高,引风机停止、手动开关停炉,其中一项条件满足时自动跳闸停燃烧机。
4.2 蒸汽母管压力调节系统
主蒸汽母管压力的变化表示电负荷和供热负荷的要求,蒸汽母管压力调节系统根据蒸汽母管压力和其定值的偏差改变锅炉的负荷指令,调节锅炉的负荷即蒸汽流量,使蒸汽母管压力保持在其额定值上。如图2所示,现场多台锅炉并列运行,运行人员可选择其中一台锅炉调节蒸汽母管压力,也可选择二台、三台、四台锅炉,此时每台锅炉变负荷的比例可以设置。锅炉负荷指令可控制SAACKE的燃烧率。
4.3 SAACKE控制接口
锅炉燃烧器的启动和停止控制、燃油量和配风的调节由SAACKE系统完成,DCS仅做操作和显示。CRT上设置设计燃烧器的启动和停止的操作,并有燃烧器运行、停止、故障等有关的状态反馈信号。燃烧器有关的重要设备,如鼓风机、重油泵除状态显示外,还有启/停操作。燃烧器设计了盘上紧急停按钮,另外还有锅炉跳闸停燃烧器的功能(MFT)。
4.4 引风调节系统
引风调节系统根据炉膛负压和其定值的偏差来调节引风机变频器,使炉膛负压保持在其定值上。系统在P ID调节入口设置了一个不灵敏区,防止炉膛负压正常波动时引风机负荷频繁变化。负荷变化时通过前馈功能使引风同步变化,保持炉膛压力基本不变。如图3所示。
引风机的启动程序是:置转速指令最低→启动引风机→允许调节引风机转速。
4.5 锅炉给水调节系统
如图4所示。锅炉负荷即蒸汽流量大于30%时,给水调节采用单级三冲量调节系统。当蒸汽流量改变时,可及时改变给水流量,维持进出锅炉的物质平衡,有利于克服虚假水位现象;当给水流量发生自发性扰动时,能快速消除给水内扰,并且能快速跟随锅炉负荷即蒸汽流量同步变化,使汽包水位基本不变。调节器采用比例-积分调节,当汽包水位偏离其定值时改变给水流量,使汽包水位回到其定值。
锅炉负荷即蒸汽流量小于30%时,由于蒸汽流量和给水流量不能正确测量,给水调节采用单冲量调节系统,通过给水调节阀调节汽包水位。水位调节系统采用比例-积分调节,当汽包水位偏离其定值时改变给水调节阀开度,使汽包水位回到其定值。
4.6 主汽温度调节系统
主汽温调节系统如图5所示,采用串级调节系统,由一个主回路和一个付回路构成。当主回路的被调量主汽温度偏离其定值时,主调节系统改变付调节回路的定值。付调节系统是快速调节系统,其被调量称为导前汽温,它调节喷水调节阀使导前汽温快速跟随其定值变化。导前汽温用减温器后温度。
5 锅炉控制画面
利用Foxdraw进行流程图的建立与组态,动态更新可编辑图形目标的被动连接属性,操作动作可用来组态主动功能。以下是该项目的主画面、和子画面,操作人员可通过画面监控和,利用鼠标和报警键盘进行操作。图6为该项目的锅炉控制主画面,图7为该项目的锅炉控制子画面。
6 结束语
该项目投产后,其自控系统能够适应燃料油的快速爆发性及负荷的多变性,该锅炉也一直作为主力炉安全可靠地运行。图8显示了锅炉各被控量的运行情况。
该油炉的自动控制系统设计,仪表配置及选型,DCS系统的选型,组态和应用、控制方案等内容对类似的锅炉自控系统项目有一定的参考作用。
摘要：燃油锅炉作为高效清洁的能源,越来越多的被企事业使用。本文介绍了某油炉的自动控制系统设计,包括自控方案设计、现场仪表选型、DCS系统选型及实现。该油炉投产后,能够安全可靠的运行。
关键词：燃油锅炉,自控设计,仪表选型,安全,可靠
参考文献
[1]林文孚,胡燕.单元机组自动控制技术[M].北京:中国电力出版社,2004:54-122.
[2]何衍庆,邱宣振.控制阀工程设计与应用[M].北京:化学工业出版社,2005:22-29.
670MW锅炉除渣系统改造 篇5
摘要：针对670MW锅炉除渣系统频繁发生故障的原因进行了分析，并提出了相应的改造方法。通过改造后，解决了除渣系统频繁故障的问题，延长了设备的运行寿命，降低了维护量，取得了良好的效果。关键词：670MW；锅炉；除渣系统；故障原因；技术改造
Reformation of deslagging system of 670MW Boiler LI-Juan(Huadian Weifang Power Generation Company Limited, Weifang 261204, China)Abstract：121 Key words：670MW；boiler；deslagging；system；technical；reformation；fault reason
1、系统概况：
华电潍坊发电有限公司二期工程为2×670MW机组，其捞渣设备为GBL20D.1型水浸刮板式捞渣机，该捞渣机由青岛四洲电力设备有限公司设计、制造。#3-4炉分别布置一台捞渣机。其结构为加长、加强型，水槽为加深、加大型，具有防爆、防溅、强粒化、能承受大焦块冲击和塌渣时的冲击力。该设备由机体总成、驱动装置、导轮总成、刮板、链条总成、张紧系统、液压动力站、电气系统等部分组成。
将渣输送至钢渣仓的设备为DTII型双向输送胶带，DTII8050型固定式带式输送机是通用型系列产品，为青岛四洲电力设备有限公司制造。该输送机以棉帆布、尼龙、聚脂帆布、及钢绳芯输送带做拽引构件的连续输送设备，可广泛用于煤炭、冶金、矿山、港口、化工、轻工、石油及机械等行业，输送各种散状物料及成件物品。本设备具有运量大，爬坡能力强、运营费用低、使用维护方便等特点，便于实现运输系统的自动化控制。
水渣分离设备为ZC-7000/2钢渣仓，钢渣仓设备结构简单，操作简便，占地面积小，运行安全可靠，脱水速度快，效果显著，分离析出的溢流水经过澄清后，可重复使用，有利于节省水源，改益环境污染。本设备的排渣阀门用气动控制，并设有充气密封装置，启闭灵活，密封性能好。本设备是一种湿灰渣连续脱水装置，一套钢渣仓由两只储筒体组成，一只脱水，一只注渣，两只筒体循环使用，达到连续脱水，炉渣外运的目的。
华电潍坊发电有限公司二期工程投产后，通过机组的日常运行及检修相继发现四处设计不合理之处，并根据实际情况的需要，进行了相应的改造，收到了预期的效果。
2除渣系统的故障原因及对策：
2.1捞渣机液压张紧装置故障原因及对策 2.1.1故障原因
在实际运行中，液压张紧装置的两侧存在不同心的现象，张紧滑块在链条的拖动下，上下移动的过程中，滑块极易倾斜从而滑块将滑道刮伤，造成滑道严重磨损，当滑到螺孔处以及磨损严重的地方时，以及张紧油缸损坏时，容易造成滑块倾斜，造成滑块经常卡住。同时还暴露出油泵频繁启动，油压波动大，极易造成油泵损坏、链条脱扣的严重后果，给设备安全运行造成了极大安全隐患，严重影响机组除渣系统运行安全。据统计从2006年6月份至2008年02月份期间，捞渣机因张紧出现的缺陷和故障而造成捞渣机脱链10次。2.1.2故障对策
2009年，利用小修机会改造加设单向机械逆止机构的液压张紧装置，对老式液压张紧机构经常出现的工作可靠性低的缺陷，得到了明显改善。新式张紧机构的单向机械逆止机构可防止张紧滑块因捞渣机负载加大而回落，也杜绝了液压张紧系统突然失压或泄漏引发的张紧轴下滑；同时采用特制油缸结构，油缸为双套管结构并设手动加压泵，双套管夹层为储油腔。正常工作时油缸由张紧液压站电动油泵供给压力油、蓄能器在一段时间内保压并补充压力油；当液压站系统故障时，可切换加油回路，由油缸加压泵直接为油缸加压张紧尾轮。同时，新式张紧机构的张紧架进行了加强设计，杜绝了老式张紧架经常出现的刚性不足易变形的缺陷。带止退机构的张紧轮架及张紧滑块，实现可手动、自动切换操作和失压保护。改造后捞渣机刮板端部最大偏斜量由原来236mm下降到目前的78mm，液压张紧轮高度偏差由原来的292mm下降到现在的40mm，捞渣机张紧装置及捞渣机运行平稳可靠。2.2捞渣机导论总成（内导轮）故障及对策 2.2.1故障的现象及原因：
2009年9月，检修人员在进行＃4炉捞渣机内导轮故障检修过程中发现捞渣机东侧内导轮卡涩、外轮磨损严重，随后解体检查，发现该轮内积渣，轴承损坏严重，骨架油封磨 损严重。如图一：
图一 内导轮故障情况
捞渣机的四个内导轮，是捞渣机最薄弱的环节。捞渣机的内导轮，在实际使用中普遍存在着导轮可靠性低、寿命低的问题，原因基本为轴封损坏→轴承腔进水→润滑脂被乳化→补充加注润滑脂困难→润滑失效→轴承损坏→导轮整体损坏。内导轮长期运行在渣水的恶劣环境中，骨架油封磨损严重，渣水进入内导轮轴承室，导致上述缺陷。2.2.2 故障对策
2010年，利用#4机大修的机会，对内导轮进行了改进，由轴承内置式改为轴承外置式内导轮，内导轮为轴、轮体同时转动型式。轴承置于捞渣机机体外部，与渣水接触端的骨架油封由一道改为4道的密封形式，完全避免了渣水接触轴承腔侧的内部油封，轴承体的加油孔改为外部后，便于随时检查油质、油量，保证可靠密封及润滑。极大程度地提高内导轮工作可靠性及其使用寿命。2.3 DTII型双向输送胶带机故障及对策 2.3.1 故障原因
DTII型双向输送胶带机将捞渣机捞渣输送至钢渣仓时，当有较硬的渣块通过胶带时，很容易划裂胶带；当胶带两端的电动滚筒故障时，胶带机也不能正常运行：由于双向输送胶带机露天安装，受自然界腐蚀较重，而其运输的渣水混合物对其腐蚀更加严重，因此，双向输送胶带机故障检修的次数较多。但双向输送胶带机一停，只能降低锅炉负荷减少出渣量，或把胶带人为的划裂取下，而且检修时间紧迫，加大了检修的难度，不仅造成人力、物力的极大浪费，而且影响机组的安全稳定运行。2.3.2 故障对策 改造前的DTII型双向输送胶带机只有一个运行位置，2011年7月利用检修的机会，在DTII型双向输送胶带机框架底部增加三根导轨和三套导轮，使胶带机框架沿着导轨可以移动，为胶带机增加了一个检修位置，如图二：
图二 双向输送胶带机改造后
当双向输送胶带机故障或电动滚筒故障需要检修时，可以把双向输送胶带机从运行位置拖至检修位置，捞渣机刮板运送的渣通过落渣口直接落入其下的钢渣仓，消除了以前故障后的一切后患，保证了机组的安全稳定运行。
2.4 水渣分离设备ZC-7000/2钢渣仓的改造： 当双向输送胶带机运行向钢渣仓运渣时，会有少许的渣水沾在胶带上，双向输送胶带运行到下部时，残留的渣水就落在钢渣仓的平台上，时间一长，很容易积渣，尤其到了冬天，渣水的混合物极易结冰，很难清扫。当积渣的高度触及胶带时，易造成双向输送胶带机跑偏及停运的现象，不能顺利除渣。为此，2011年2月利用检修的机会对钢渣仓进行改装，如图三：
图三 钢渣仓改造后
通过观察找到了胶带机残渣由于重力作用落到平台的准确位置，在A、B两个渣仓的一侧各加装一个小漏斗，上部与渣仓平台平齐，下部连接到钢渣仓的上，渣仓平台开一相应的小口，当双向输送胶带机运行到此处时，残渣恰好落入小渣斗，从而进入钢渣仓。这样即减少了清扫的工作量，又保证了双向输送胶带机的稳定运行。
3、结束语：
除渣系统的故障轻则影响机组的安全运行，造成非计划停运或限负荷出力，重则造成几十万元的设备损坏，因此在工作中应不断进行总结并采取有效地优化措施。华电潍坊发电有限公司二期工程2×670MW机组的除渣系统通过实施改造，提高了除渣系统运行的可靠性，保证了机组的安全稳定运行，可为其他电厂解决类似问题提供借鉴。参考文献：
[1]张莉，李新民，GFB锅炉排渣故障处理与改造[J],华电技术，2009，31（4）：8-10
[2]周波，叶辉，灵式滚筒冷渣器冷却水系统的分析与改造[J],华电技术，2010，32（7）：62-66
[3]ZC-7000/2钢渣仓及辅助设备安装使用说明书，青岛四洲电力设备有限公司
[4]GBL20D.1型水浸刮板式捞渣机安装使用说明书，青岛四洲电力设备有限公司
[5]DTII8050型固定式带式输送机安装使用说明书，青岛
锅炉监控系统设计 篇6
关键词 循环流化床锅炉；自动控制；燃烧系统；汽水系统
中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)012-0175-01
循环流化床锅炉作为燃烧适应性强、污染低、负荷调节性能好的燃煤技术，已经成为燃煤技术的主力军。随着人们对电力的需求逐渐增长，循环流化床锅炉的数量在我国呈现逐年递增的态势, 循环流化床锅炉数量的迅速增多，给其运行的自动化提出来更高的要求。循环流化床锅炉自动控制系统要调节的变量很多，有主蒸汽压力、主蒸汽温度、料床厚度、料床温度、汽包水位、一次风量、引风量、给水流量等，本文主要阐述循环流化床锅炉中的燃烧系统和汽水系统的自动控制方案。
1 循环流化床锅炉燃烧系统控制方案的设计
循环流化床锅炉燃烧控制系统的主要任务是在确保安全运行、经济燃烧以及环保的要求下，使燃料燃烧所产生的热量尽快地适应负荷的要求。循环流化床锅炉燃烧控制的难点是：①煤质煤量的变化使得燃烧控制系统不稳定甚至很难发挥作用；②负荷变化能够引起床温的显著改变；③影响燃烧效率的因素很多，例如：一、二次风配比、燃煤颗粒和床温等。针对以上难点，本文从以下几个方面进行燃烧系统设计。
1.1 氧量校正环节
为了合理燃烧和节约能源，通常采用过剩空气系数来实现低氧燃烧，过剩空气系数的理想值是1，但是由于影响循环流化床锅炉燃烧状况的因素众多，再加上各种干扰因素的频繁出现，因此在实际控制中该系数的取值范围一般为1.02～1.10。同时为了消除炉压变化引起炉子漏风、燃料热值波动、锅炉进料和出料时空气进入等干扰因素对燃烧效果的影响，在设计氧量校正环节引入排烟含氧量对过剩空气系数进行校正，从而实现氧量的闭环控制，提高了抑制干扰的能力，最终确保锅炉处于最佳燃烧状态。
1.2 负荷调节方案
由于主蒸汽压力的变化直接反映出供热负荷的改变，因此，主蒸汽压力是反映循环流化床锅炉经济、安全运行的重要参数之一。为了适应供热负荷的变化，通过调整锅炉的风量、给煤量来实现。在负荷调节方案设计时，一般采用主汽流量信号作为前馈调节，为了消除燃烧率变化引起的干扰，本文采用经过动态补偿后的能量平衡信号作为前馈补偿信号。这样就起到负荷扰动时锅炉燃烧快速响应，确保了燃烧的稳定性。
1.3 给煤调节方案
1）热量信号的组成。当主蒸汽压力不变时，通常用热量信号代替给煤量，然后再用主蒸汽流量代替热量信号。这种替代在静态情况下是合理的。但是，在动态性能下，系统的热量信号不仅包括主蒸汽压力，还包含锅炉的蓄热能量，而蓄热能量和汽包压力密切相关。因此改善循环流化床锅炉自动控制系统的动态性能，本文在设计给煤调节方案时热量信号由蒸汽流量信号和汽包压力信号两部分组成。2）负荷床温调节。由于不同的负荷，要求的锅炉床温度不同，负荷床温调节环节的主要任务是调整煤量、煤质的变化。当负荷处于稳定状态时，采用床温信号调整和补偿给煤量，确保床温信号保持在稳定的范围之内。当床温过高时，减少一点给煤量；当床温偏低时，增加一点给煤量。
1.4 风量调节方案
1）总风量调节。循环流化床锅炉总风量的调节是通过一次风量调节和二次风量的调节来实现的，其中一、二次风的分配率要根据锅炉厂的资料进行确定，在实际的控制过程中，也可根据现场的实际情况做适当的调整。2）一次风量调节。对于循环流化床锅炉而言，一次风的作用是用来保证物料处于良好的流化状态，从而维持正常的物料循环。一般情况下，一次风量要占到总风量的40%～60%之间，由于不同的锅炉该数值不一，在实际的应用过程中还要进行适当的调整。由于循环流化床锅炉的正常燃烧要求床温维持在一定的范围之内，因此，一次风量的设计还要综合考虑床温控制。3）二次风量调节。循环流化床锅炉中二次风的主要作用是协助悬浮段中微小煤炭粒子充分燃烧。二次风量调节通过控制二次风挡板的开度实现，从而确保燃料的充分燃烧。
2 循环流化床锅炉汽水系统控制方案的设计
循环流化床锅炉汽水控制的目标是在确保锅炉和汽机安全、经济运行的前提下，控制锅炉主蒸汽温度在合理范围内、锅炉给水流量能够满足蒸汽负荷的要求。根据汽水系统特性，本文从主蒸汽温度控制和汽包水位控制两个方面阐述汽水系统的控制方案设计。
2.1 主蒸汽温度控制方案的设计
1）主蒸汽温度特性分析。对于热电厂中循环流化床锅炉而言，主蒸汽温度过高会导致汽机高压缸和过热器承受过高的热应力而损坏；主蒸汽温度过低，则会降低机组的热效率，影响锅炉的经济性能。因此，主蒸汽温度控制系统是确保机组稳定运行和提高机组热效率的重要组成部分，由于影响主蒸汽温度的因素很多，例如减温水流量、进入过热器的热焓、蒸汽负荷、火焰中心位置等。在各种扰动因素的影响下，汽温调节对象的动态特性有一定的惯性和滞后特性，因此主蒸汽温度的控制也是循环流化床锅炉各个控制对象中较复杂、困难的一项。2）主蒸汽温度模糊控制器的设计。为了确保主蒸汽温度在大多数情况下维持在480℃，通常情况下主蒸汽温度控制方案采用串级PID控制器，该方案具有容易实现、结构简单等特点。但是由于主蒸汽温度的对象特性具有滞后性、非线性、不确定性、变化性等特点，再加上各种扰动因素的影响，采用串级PID控制器的控制品质得不到保证。为了提高PID控制的自适应性，本文将模糊控制引入到主蒸汽温度串级控制中，主调节器采用Fuzzy-PI复合模糊控制器，当主蒸汽温度偏差较大时，采用模糊控制和适当的PI作用能起到抑制干扰因素的作用，从而确保系统在稳定后还没有稳态误差。
2.2 汽包水位控制方案的设计
1）汽包水位特性分析。由于汽包水位间接地表现了锅炉负荷和给水之间的平衡关系，因此，汽包水位也是确保锅炉稳定、经济运行的重要参数之一。循环流化床锅炉汽包水位控制的主要任务是：①保持给水量在负荷不变时的相对稳定；②维护汽包水位在合理的范围之内。2）加权因子模糊控制器的设计。由于锅炉蒸汽负荷变化会造成的虚假水位现象，再加上汽包水位系统是一个非线性的滞后系统。为了保证锅炉汽包水位的偏差在±25 mm的范围之内，本文采用加权因子模糊控制器的设计思路，选取锅炉汽包实际水位和给定水位值之差和其变化率作为控制器的输入，自调整加权因子作为控制的输出。
3 结束语
为了实现锅炉稳定、安全、高效地运行，开发研究循环流化床锅炉自动控制技术具有重要的现实意义和经济价值。随着循环流化床锅炉的逐渐普及、计算机和人工智能技术的逐渐发展、操作人员的经验日益丰富、模糊控制和人工神经网络等智能控制方法逐步应用，循环流化床锅炉自动控制系统的设计会逐渐完善。
参考文献
[1]周俊霞,付松.循环流化床锅炉床温控制建模与仿真[J].华北电力大学学报,2003,01.
[2]王哲,倪维斗.循环流化床全工况实时动态数学模型的研究[J].动力工程,2000,01.
作者简介
邓新羽（1973—），男，籍贯：浙江江山，學历：大专，职称：工程师，主要研究方向：仪表自动化。
锅炉集散控制系统的应用设计 篇7
锅炉采用的集散控制系统大多由两级组成, 一是过程控制级, 而二是监控级, 两级控制便于实现对各台锅炉的分散控制, 方便集中管理。过程控制级主要负责对各台锅炉的数据进行采集、控制输出及自动控制、实时网络监测与通信。最近几年以来, 芯片技术迅猛发展, 目前市场上性价比高, 可靠灵活且控制能力强的处理器已悄然兴起, 正逐步取代传统工控机对锅炉控制的地位[1]。
1 集散控制系统要求
1.1 检测自动化
对元件及仪表进行检测, 将锅炉的各项数据发送给系统, 进行实时数据监测和显示, 并及时提供自动调节的检测信号。
1.2 对程序进行控制
编制相应的程序, 实现锅炉自动化操作, 满足锅炉正常的启动、停止。例如针对燃煤锅炉, 按照启动的先后顺序进行设置, 先启动引风机, 再启动鼓风机等。
1.3 安全保护
如锅炉非正常运行, 其运行参数将超过标准值, 会进行声光报警, 提醒工作人员及时注意同时采取有效安全措施, 以保证锅炉安全运行。例如水位及蒸汽压力出现异常都应采取声光报警及停炉等系列安全保护措施。
1.4 自动调节
锅炉正常运行参数具有自动调节功能, 便于适应外界负荷与标准参数要求, 并且保证锅炉在运行中节省成本、产生的经济效益最大。
2 集散控制系统设计
2.1 建立人机界面操作平台
人机界面操作平台由操作员站与工程师站联合组成, 配备工业控制计算机, 整个平台的操作员站与工程师站是互相配合协调工作的, 联网操作使得一方工控机在发生故障时可以让他们替代对方, 为系统正常运行提供保障。在控制室的操作台中安装操作员站的主机及其相关外围设备, 负责对现场控制站采集的有关参数及设备工作情况进行记录、数据处理以及指示等。工程师站则主要负责编制应用程及系统组态, 同时具有操作员站的相关功能[2]。
2.2 设计控制系统软件
采用专业编程工具进行硬件组态、程序编制, 以及参数的设置、调试等。应尽量采用程序编写便捷、且程序通用性高的系统进行程序编写, 能确保各功能块实现对锅炉准确有效控制。锅炉在启用单动模式下, 将直接由上位机设置有关器械如鼓风、水泵等的转速, 再通过专业通信手段发送至变频器。锅炉在联动模式下, 可使用控制系统在线查询理想的风煤比例以确定鼓风机、水泵及炉排电机等器械的变频器频率, 确保锅炉内汽包水位稳定、燃烧充分;某一功能块完成锅炉汽包水位与燃烧系统中电机的所有操作, 如启动、暂停, 远程、就地切换;某一功能块负责搜集有关模拟量转化为有量纲的参数;某一功能块可负责计算锅炉各类能源的消耗量以及对热效率参数等进行等统计;其余功能块则负责完成水处理及综合上煤系列公共设备中的启动、暂停操作和参数设置;最后一功能块负责通信处理, 设定变频器的频率, 采集变频器各项有关数据[3]。
2.3 上位机监控软件设计
对于监控软件的选择, 操作员站与工程师站配备的上位机监控软件应选用兼容性强且开放性良好、具有深度扩展功能、易于联网通信的软件。
在人机界面的设计上, 锅炉的主监控界面应能直观准确显示出锅炉各项参数的变化情况, 在非主监控界面中, 可以采用手动调节输入, 以方便操作人员的管理操作为原则。
为提高系统工作的可靠性, 在监控软件的设计过程中制定数据报表必不可少。对所需资料进行储存, 根据需要打印报表数据。数据报表包含着查询分析、统计结果, 综合记录着监控对象的状态。报表主要分为实时报表与历史报表, 可根据实际情况调出规定时间内的报表数据。
3 集散控制系统的应用
集散控制系统通常具备数据采集、顺序控制及模拟量控制这三项主要功能。
3.1 数据采集应用
数据采集系统可不间断采集和快速处理与锅炉相关设备的状态信号, 及时为工作人员提供可靠有效的运行信息, 保障锅炉实现经济安全运行。数据采集系统的显示功能操作方便, 查询方式简单灵活;满足系统操作人员不同的报表需求, 也可对报表格式进行自定义设计。除此之外, 操作员站应具有屏幕拷贝功能, 能够直接打印屏幕显示的流程图或者曲线图等;能够根据工作需要进行操作权设置, 操作软件的权限保护应保持在五级以上。
3.2 顺序控制应用
顺序控制功能主要在启动或停用锅炉时发挥作用, 尤其在进行联锁停炉操作时需严格按锅炉操作规定进行。
3.3 模拟量控制应用
通过运算器处理后, 自动调节回路的模拟量会输出控制信号, 送至变频器或者执行机构达到闭环控制目的。若在调节回路中变送器出现故障或者运行发生模块故障时, 相关自动调节回路将无法实现自动调节, 此时需工作人员人工进行手动操作。模拟量控制系统可通过对水位 (汽包水位、给水流量大小) 的控制、燃烧 (烟气含氧量等) 及除氧系统的控制对控制回路进行调节[4]。
4 结论
目前实际生产中采用的锅炉集散控制系统, 摒弃了传统的信号传递方式, 不再使用模拟信号, 将电缆与电线进行互连。转而使用现场总线技术建立的控制系统, 其控制功能更为强大细致, 系统组成灵活可靠、准确性大为提高。通过其他技术与集散控制系统相结合, 也有效解决了基础操作自动化与管理控制之间的问题。已有大量实践证明, 锅炉集散控制系统在很大程度上能有效降低工人劳动强度, 同时为生产设备的经济运行提供可靠保障;锅炉系统安全运行效率得到有效提高, 事故发生明显率降低, 最终使系统在安全节能状态下运行。
摘要：为提高实际生产过程中自动化控制水平, 目前在锅炉上安装集散控制系统的情况已十分普遍。对于锅炉集散控制系统的设计要求设计人员按照实际需要, 使用合适的配件, 进行编程、运用合理的方式进行调节。通过长期实践证明, 集散控制系统具有强大而且精确的控制功能, 在实际生产中得到广泛应用。
关键词：锅炉,集散控制,设计与应用
参考文献
[1]杨虎.集散控制系统在工厂的应用[J].山西冶金, 2009 (6) :28-32
[2]王整风.集散控制系统在大中型选煤厂中的应用[J].微计算机信息, 2009 (31) :16-19.
[3]王延锋.DCS在锅炉自控系统中的应用[J].数字通信世界, 2009 (3) :75-76.
锅炉监控系统设计 篇8
锅炉排烟热损失是火力发电厂锅炉各项热损失中最大的一项, 我国近年来逐步推广了利用低温省煤器加热凝结水的排烟余热利用方法。本文以等效热降为理论基础, 以典型300MW级火力发电机组为实例, 对排烟余热利用系统的凝结水取水方式和分水系数两个重要内容进行优化计算分析。
2 等效热降理论应用于排烟余热利用技术
等效热降理论在电厂热力系统设计中, 主要探讨热力系统和设备中各种因素的影响以及局部变动后的经济效益, 从而论证系统方案的技术经济性, 是热力系统优化的重要工具[1]。
抽汽等效热降是指排挤1kg加热器抽汽返回汽轮机后的真实作功大小。排烟余热利用在凝结水低压加热部分, 因此其抽汽等效热降为:
3 凝结水取水方式设计优化
为应对低温省煤器换热管低温腐蚀的问题, 需严格要求进入低温省煤器的凝结水温度不低于某一限值, 而电厂通常无法在各低压加热器进出口取得合适温度的凝结水, 因此需要采用以下两种方式确保低温省煤器入口水温: (1) 从一级低压加热器入口取水并从加热后的回水中取部分再循环水与入口取水混合至合适温度; (2) 从两级不同的低压加热器入口取水并混合至合适的温度。现以典型300MW级火力发电机组为例, 分析两种取水方式对排烟余热利用项目节能效果的影响。
该火电机组汽轮机型式为亚临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、抽汽凝汽式汽轮机。回热系统包含三台高压加热器、四台低压加热器以及一台除氧器。THA工况下热耗率为7982k J/k Wh, 排汽焓值为2364 k J/kg, 机组功率为320024k W。锅炉效率为92%, 管道效率为99%, 发电煤耗率为299.4g/k Wh。该热力系统THA工况下部分低压加热器相关参数如表1所示。
根据第2章节所述等效热降理论, 计算部分低压加热系统等效热降, 如表2所示。
通过增设排烟余热回收利用装置, 低温省煤器烟气进口温度为126℃, 出口温度降至90℃, 低温省煤器的烟气回收量 (Q) 为14713 k W。设凝结水吸收余热并加热至110℃后回到3号低压加热器入口。为防止换热器低温腐蚀, 设定凝结水进入低温省煤器的温度为70℃。此时有两种进水方式, 如图1 (a) 和1 (b) 所示。图1 (a) 为从1号低加入口取水并通过再循环水与入口取水混合至70℃, 图1 (b) 为从1号低加和2号低加入口分别取水并混合至70℃后进入低温省煤器。
通过以上计算分析可以看出, 在吸收余热量和加热凝结水回水温度相同的情况下, 图1 (b) 所示取水方式下的排烟余热利用系统热经济效益明显较好。
3 凝结水分水系数设计优化
假设排烟余热利用系统采用图1 (b) 所示的系统方式, 低温省煤器管束采用螺旋翅片管的换热管型, 换热系数为44.2W/m2℃该系统折算单位换热面积的造价为140元/m2, 系统设计使用寿命为5年。以第3章相关参数为基础, 在低温省煤器的凝结水进水温度、低温省煤器烟气进出口温度以及余热回收量均已确定的情况下, 选取三个不同的分水系数进行节能收益和工程造价的计算, 计算结果如表3所示。
表3中技术经济性即排烟余热利用系统设计寿命内的节能收益减去系统工程造价。从表3可以看出, 凝结水分水系数对排烟余热利用系统的节能收益以及工程造价产生双重影响。同时, 当分水系数减小到工况2时, 技术经济性较好, 可以说明存在一个较为合理的分水系数使得系统技术经济性最好。
4 结语
4.1根据等效热降理论, 回收余热应用于热力系统时, 所替代的抽汽能级越高, 其热经济性越好。因此, 在低温省煤器回收余热量、低温省煤器取水温度和回水温度相同的情况下, 从两级不同的低压加热器入口取水并混合至要求的低温省煤器进水温度比只从较低一级低加入口取水并通过回水再循环与入口取水混合至要求的水温具有更好的节能收益。
4.2若系统方案最终的评定标准从节能效果和工程造价两方面综合考虑时, 需对凝结水的分水系数进行设计优化, 通过计算选取一个最为合理的分水系数确保排烟余热利用项目的技术经济性。
4.3在进行凝结水取水方式和分水系数优化计算前, 需充分考察电厂低压加热器实际布置情况, 是否有条件从某一级低压加热器取水, 综合判断取水位置。
参考文献
锅炉房燃气系统安全设计探讨 篇9
随着经济社会的快速发展, 城市大气污染状况日益严重, 部分城市雾霾天气频繁出现。为减少大气污染物的排放, 清洁的燃气锅炉逐步取代城市近郊污染严重的燃煤锅炉将成为发展趋势。然而, 燃气的易燃、易爆等安全问题也备受人们关注, 燃气系统设计是否合理, 直接关系到锅炉安全可靠的运行, 如果设计时考虑不周全, 运行过程中有可能发生燃气爆炸的严重事故。
2 锅炉房燃气爆炸的条件和原因分析
众所周知, 燃气爆炸有两个必要条件:一是燃气在空气 (氧气) 中的浓度要达到爆炸极限;二是要有一定的温度、火焰或火花。燃气锅炉调试、运行中只要上述两个条件同时具备, 就会发生爆炸事故。本文从发生爆炸的原因和阶段, 将锅炉房爆炸事故分为点火爆炸、熄火爆炸和漏气爆炸。
点火爆炸即锅炉点火时发生的爆炸事故。锅炉长时间停运或检修完毕后首次点火或首次点火未成功重新进行点火时, 未对炉膛通风吹扫或吹扫时间不够时, 炉膛内可能积聚有一定量的燃气空气混合物, 此时直接打开燃气开关进行点火, 就具备了浓度和温度两个条件发生爆炸。据相关统计数据, 以往燃气锅炉爆炸事故中, 大多数是发生在点火过程中。
熄火爆炸即锅炉熄火或燃烧不稳定时发生的爆炸事故。当风压过低或燃气压力突然降低时, 燃气与空气匹配失调, 燃烧器出口处的流速降低造成回火, 此时燃烧器内具备了爆炸的两个条件。当燃气压力过高时, 燃烧器处于欠氧燃烧, 未完全燃烧的燃气在炉膛或烟道内逐渐聚集达到爆炸极限。燃气与空气比失调, 导致燃烧不稳定, 甚至熄火, 这时如仍有可燃气继续进入炉膛, 燃气的聚集同样会达到爆炸极限。当燃气浓度达到爆炸极限时, 由于炉膛、烟道中都有一定的温度, 就具备了爆炸条件。
漏气爆炸主要是指燃气泄漏到室内或地下密闭空间发生的爆炸。当燃气管道、锅炉本体、燃烧器或管道零部件出现漏气而没有及时发现, 泄漏的燃气经过一段时间聚集后达到爆炸极限, 这时遇到明火或火花就会发生爆炸。埋地管线防腐措施不当或遭破损, 被燃气中或潮湿土壤中的腐蚀性介质腐蚀, 导致管线穿孔漏气, 泄漏到地下空间中的燃气聚集后遇火花发生爆炸。
3 燃气系统安全设计措施
3.1 安全设计的原则
从上述燃气爆炸的两个必要条件可知, 理论上只要去掉其中一个条件就可以避免爆炸, 然而锅炉房燃气系统与单纯的燃气输送系统不同, 锅炉点火、燃烧已经具备爆炸必须的温度条件, 另外锅炉调试、运行、检修过程中产生的静电、火花等因素也无法绝对排除。因此锅炉房燃气系统安全设计原则是从燃气爆炸必须的浓度条件着手, 采取相关措施避免燃气浓度达到爆炸极限。
3.2 燃气系统阀组设置
锅炉房燃气管道入口处应装设总控制阀与紧急自动切断阀, 以便在紧急情况下能快速切断燃气, 避免发生事故。
每个燃烧器前的供气支管上, 应装置手动切断阀, 用以切断气源;为防止燃气管路压力波动造成的燃烧不稳定, 应设置稳压阀和压力上、下限开关;为实现燃气与空气的最佳匹配, 燃气管道还应设置流量调节阀;燃烧器前送风管道上设置止回阀, 以防止回火或空气倒流。为提高燃气系统安全性, 电磁速关阀和手动切断阀串联使用。
手动切断阀应优先考虑球阀, 阀门的填料密封等材质避免使用铜或铜合金, 以免与燃气长时间接触后被腐蚀产生漏气。
3.3 燃气泄漏保护
锅炉房内燃气可能的泄漏点主要是锅炉本体、燃烧器、燃气阀组以及燃气的控制、调节、测量等零部件, 由于燃气比重较轻, 泄漏的燃气很快会聚集在锅炉房内上部。因此为了能及时发现燃气泄漏情况, 应在主要泄漏点上方设置高性能、高灵敏度的可燃气体报警装置, 并且报警装置必须与燃气管道紧急切断阀和机械排风设施联锁, 当燃气报警装置报警时, 紧急切断阀立即动作切断气源, 同时排风设备迅速将锅炉房内燃气排出室外。
3.4 燃气吹扫和放散
为避免燃气管道内出现燃气与空气混合情况, 在管道开始供气和停止供气时, 以及对发生泄漏的管道进行电气焊处理时, 需要用氮气或惰性气体置换管道内的燃气或空气。因此燃气管道上必须合理地设置吹扫口、放散口和放散管道, 置换出的燃气需经放散管道排至室外。
设置吹扫、放散口应以排净管道内的燃气或空气为原则, 如锅炉房进气管总切断阀的前面 (顺气流方向) 、燃气干管的末端、管道的最高点、燃烧器前两切断阀之间的管段处应设置放散口, 在总切断阀的后面、两切断阀中间的管段应设置吹扫口。
3.5 燃气系统连锁保护
为避免人为误操作, 设计自动点火程序时应考虑各种可能的误操作情况, 要求程序能识别错误指令并予以纠正, 比如点火前必须进行充分吹扫, 无论首次点火还是点火未成功后紧接的再次点火, 必须按先吹扫后点火的逻辑进行。
为消除燃烧过程中燃气、空气压力波动以及一些偶然因素造成的安全隐患, 应设燃气压力过高和过低、送风风压过低、熄火、断电、风机跳闸、燃气泄漏 (泄漏量达到一定值) 的联锁保护, 一旦出现上述故障时应立即切断燃气阀。
3.6 燃气管道布置要点
对于锅炉房输气管道, 布置时尽量缩短燃烧器前电磁阀组与燃烧器的间距, 以保证阀门打开后燃气迅速到达燃烧器, 减少点火逻辑时间差, 阀门关闭后进入炉膛的燃气量 (电磁阀到燃烧器之间管道内) 最小。为减小燃气管线压力波动造成的不良影响, 调压器后燃烧器前的管道应有足够的汇管容量, 具体容量根据调压器和安全阀的参数计算确定。对于放散管道, 应根据具体布置情况引至室外, 放散管出口与百叶窗、吸风口等保持一定距离, 防止排出室外的燃气再次被吸入室内。按《燃规》要求, 放散管出口应高出屋脊2m以上。为防止燃气聚集, 放散管口顶端严禁装设弯管, 但应采取其他方式防止雨水灌入。对于埋地的燃气管道, 可采用高性能的防腐涂料与阴极保护相结合方法进行防腐处理, 确保埋地管道的可靠性。管道敷设时与建筑物基础、电缆、热力管道等之间应满足《燃规》中相应的间距要求。此外, 对于锅炉房、烟道等必要时合理设置泄压口, 以减小燃气爆燃时的破坏力。
4 结束语
尽管锅炉房发生燃气爆炸有多方面的原因, 但如抛开调试、运行时的误操作和设备故障等不确定因素, 仅从燃气系统的设计方面考虑, 设计过程中充分考虑安全性, 采用合理的燃气系统, 设置必要的安全装置和冗余措施, 将能有效地减小或避免安全事故的发生。
摘要：分析了锅炉房燃气爆炸的两个必要条件和主要原因, 并对燃气系统设计时应考虑的安全措施进行了讨论。
关键词：燃气系统,安全,设计
参考文献
[1]GB50028—2006城镇燃气设计规范[S].北京:建筑工业出版社, 2006
[2]韩应战, 张世明, 林卫全, 韩明杰.燃气锅炉可燃物的爆炸及其预防[J].冶金动力, 2007, (5) :43-45.
锅炉监控系统设计 篇10
锅炉是工业生产及采暖供热系统中将一次能源转换为二次能源的重要设备, 它是利用燃料释放出的能量或其他能量将工质加热到一定参数的设备。在供暖系统中, 热水锅炉房供暖所占比例很大。而燃煤锅炉中, 大多为燃煤链条炉, 虽然它应用广, 但它仍存在技术落后、设备陈旧、操作水平低下、 热效率低、能耗高、自动化程度低等各种的问题。而且 它还具有燃烧所产生的烟气大, 各种废气对环境污染严重等缺点。根据我国近些年来的多次实践表明, 除设备本身经过合理的改进或采用先进的节能设备之外, 另一条节能的途径就是通过对锅炉的微机控制。
锅炉微机控制是一项结合了计算机软件、自动控制、锅炉节能等的新型技术, 目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。由于我国工业锅炉生产 操作水平落后, 造成大量的热能丢失, 经济效益很低。随着科学技术的发展, 计算机的逐步普及, 工业锅炉逐渐开始采用微型控制。事实证明, 锅炉的微型控制, 是锅炉安全生产, 提高热效率, 节约能源的一大创举, 具有深远意义。
2 系统设计
设计了基于PLC和变频调速的微机锅炉监控系统。锅炉房的控制原来虽然也实现了常规集中盘控和微机控制相结合的方式, 但是由于引风机、鼓风机、循环泵和补水泵等都是手动控制, 工频配电; 只实现控制参数的显示和部分控制等, 使得锅炉操作水平低、效率低、能耗高、自动化程度低。 锅炉系统工作在高温高压条件, 有一定的危险性, 对控制系统的可靠性要求高, 因此本系统的结构结合远程控制和就地控制, 远程控制采用计算机和可编程控制器, 一旦远程控制出现故障, 启用本地控制直接操作变频控制箱, 确保正常供暖。本系统的上位机采用IPC 610工控机, 可靠性高, 对锅炉统一监管和调度, 下位机采用西门子公司的S7-200, 完成完成锅炉燃烧系统、循环泵系统和补水泵系统的自动控制。
3 硬件
3.1 系统结构
本系统的上位机采用两台工控机, 构成双机冗余系统。下位机采用S7-200系列的PLC, 控制站和操作站之间通过RS-485连接通信, 通过I/O模块控制控制器所有设备的开关, 从而实现远程控制。系统采用三层模式, 系统结构如图1所示, 由图1中可见一旦系统上电, 锅炉就能正常工作, 即使上位机出现故障, 不影响PLC控制系统的运行。即使PLC也出现故障, 还可通过变频控制系统操作, 确保系统运行。如果这些都损坏, 也可采用手动方式控制, 切实保证供暖正常。
3.2 硬件配置
信息管理部分采用两台IPC610工控机, 一台为主控机, 另一台为辅控机, 构成双机冗余系统。此外还有组态软件、通信模块等。两台工控机的系统配置为: CPU板采用PIII 850, 60G硬盘 , 1G内存 , 激光打印机。工控机工作稳定可靠、 平均无故障时间MTBF>100000h, 抗干扰能力强。系统还配置灵活可选的通信接口, 适合多种通信接点。
下位机选用高性能的S7-200系列PLC可编程控制器, 它能满足中等性能的各种应用。特点是模块化、软件支持强大、 易于实现分布、适应恶劣环境、易于掌握等, 符合文中锅炉房规模。其多种性能递增的CPU和丰富的I/O扩展模块, 使用户可以根据实际需要选择模块。用户通过上位机发送指令到下位机, 由PLC控制设备、仪器等。
此外还选用DDZ-III型仪表, 抗干扰能力强, 仪表输出为4-20mA电流。变频器采用FRENIC 5000 G11 S/P 11 S系列变频器, 其多功能、低噪声、高性能。控制柜内配置各种型号 的低压电器设备, 控制电机的启、停。
3.3 PLC 控制系统
S7-200系列PLC控制程序采用编程软件STEP7V5.0, 它是基于Windows的应用软件, STEP7V5.0是针对PLC组态和编程的标准软件包, 用项目来管理硬件和软件, 支持多种形式的语言。S7-200系列PLC用通信模块建立起点对点的通信网络。PLC控制程序由一个主程序和若干子程序构成, 编程、调试等全部在计算机上完成, 工控机上配置有MPI通信卡, 编译后通过MPI接口连接上位机, 实现PLC的在线编程。本系统选择组态硬件, 由于它是一个复杂的综合系统, S7-200系列PLC用STEP 7中的HW Config程序组态机架, Netpro程序组态网络, STEP 7自动根据模块的位置确定I/0点地址, 有利于编程。
3.4 变频调速技术
变频调速技术的基本原理是根据电动转速与工作电源输入频率成正比的关系。变频器是采用交-直-交电源变换技术, 结合电力电子、微电脑控制等多种技术的综合性电气产品。当电机转速降低时, 既可降低能量, 又能增加经济效益。转速公式:
上述公式中, n表示电机的同步速度, 单位为r/min; n0 表示电机转子转速; P为磁极对数; F表示电动机定子电压额定频率; S表示转速; 可见任意改变公式中的P、S或电源频率f都能起到电动机转速。变频器就是基于上述原理采用交—直—交电源变换技术, 集电力电子技术、微电子控制技术、计算机技术于一身的综合性电器产品。
4 监控组态软件
本系统上位机监控软件选用西门子工控组态软件WINCC VS.I。WINCC是一种高效HMI的组态工具, 是一个32位的监视系统, 具有良好的开放性、易用性和集成性。其自动化过程是集合实现生产自动化和过程自动化于一体, 实现整合。
硬件环境: WINCC支持IBM/AT兼容的控制中心。推荐配置: CPU Pentium III, 内存128MB, 图形控制器XGA, 硬盘>20G。
操作系统: 系统要求安装Service Pack 5的WindowsNT 4.0或Windows 2000的SP1。
WINCC系统由组态软件和运行系统软件组成。监控软件的任务是要完成整个系统的运行状态, 包括: 在联动和单动模式下, 设定锅炉运行参数; 启动和停止控制, 并记录它们的状态; 监视水温、压力、电压电流等的变化; 监控循环泵系统; 监控补水泵系统; 模拟量信号、统计量等系统运行数据归档; 上下限报警记录; 各类记录报表打印。
5 结语
一个计算机控制的锅炉监控系统, 下位机选用S7-200系列的PLC, 上位机采用IPC 610工控机, 软件部分采用工控组态软件WINCC, 上下位机通过RS-485连接通信, 使系统具有硬件可靠性和良好的控制性, 同时能够节约能源, 减少污染。
摘要：基于PLC和变频调速的微机锅炉监控系统。提出了系统的方案,并介绍系统的硬件设计和监控组态软件设计。
锅炉监控系统设计 篇11
【关键词】锅炉除渣系统 脱水仓改造
【中图分类号】 F407.4【文献标识码】B【文章编号】1672-5158（2013）07-0298-02
淮北国安电力有限公司320MW锅炉除渣系统脱水仓改造和华电潍坊发电有限公司670MW锅炉除渣系统改造效果较好，获得了成功。本文谈谈改造过程中的技术细节和工作安排，并就670MW锅炉除渣系统改造频繁发生故障的原因进行了分析。
一、320MW锅炉除渣系统脱水仓改造
淮北国安电力有限公司一期安装两台320MW机组，锅炉除渣系统采用脱水仓脱水外运方式，共安装两台脱水仓，轮换进行脱水除渣工作。由于锅炉燃煤灰熔点较高，灰渣粒度较细，致使灰渣脱水效果较差，脱水时间较长。同时又由于目前燃煤质量较差，燃煤灰分含量大，由此经常造成脱水仓脱水不及时，脱水后的渣含水量大，无法外运等问题，既影响除灰系统的正常运行又污染了周边的环境，因此计划对脱水仓进行改造完善。相关改造技术要求如下：
1、脱水仓原始相关参数
规格型号：φ10m脱水仓：1.有效容积：615m3 储存容积560m3；2.析水元件：8组/台，规格：1800*270 ；3.析水时间6～8 h；4.卸渣含水率 ≤25%；5.排渣门口径：φ914；6.排渣门为气动，气缸直径：φ400 储气量：1～1.5m2；7.制造厂家：江苏锡山市电站除灰设备厂。
2、改造初步方案
改造脱水仓底锥析水元件，将底锥内部析水元件拆除，在底锥外侧增加4路嵌入式析水元件及相应反冲洗水管组件系统。同时底锥要加装检修人孔门及相应的检修平台，便于析水元件的清洗和更换工作，并实现不进入舱内就可对析水元件进行清洗更换。加装脱水仓中心滤水装置，中心滤水装置应采用吊笼式滤芯摞装结构，做到无螺栓连接。利用脱水仓上部原起吊装置基础上实现更换或检修滤芯，确保检修、清理方便快捷，检修人员不必进入仓内就可进行滤芯更换等维修工作。将脱水仓内部8组周边滤水装置进行检修，更换所有析水装置。每组析水元件单独设置冲洗支管及反冲洗控制阀门，确保能将积存在各处的渣冲洗干净。更换脱水仓分粒器，分粒器材质必须耐磨，结构合理。对现脱水仓紊流圈、排渣门等进行检修完善，做到排查门开关灵活，密封完好，稳流圈完好正常。
3、改造技术要求
投标单位根据发标方改造的初步方案报出详细的改造实施方案，包括图纸、部件的规格尺寸、数量及材质等。提出的改造方案必须是技术成熟并应有实际应用业绩。投标单位也可以提出发标方改造初步方案之外的改造方案，但在投标中要单项提出，价格单列。底锥析水系统改造要保证脱水仓整体强度，阀门、人孔等要利于操作和检修，必要时必须加装平台。中心滤水装置改造必须要明确安装的具体位置、结构形式（圆筒、三角等）及滤水面积等，必须做到检修维护方便，实现不进入仓内即可检修维护；冲洗和排水系统布局合理，不能阻塞脱水仓的排渣。内部原8组析水元件全部更新，腔室内结垢清除干净。脱水仓析水组件的反冲洗系统要求设有夹层式脉冲喷射分组反冲洗系统，清洗面积不小于98%，确保具有良好的冲洗效果。改造更换的脱水仓的析水组件及紧固件均采用不锈钢材质。对脱水仓排渣门进行大修，气缸解体检修，拖动滚轮及所属控制部分进行检修，做到排查门开关灵活，密封完好。排渣门检修完善后要达到原设计功能要求，操作灵活可靠，密封、析水完好。脱水仓紊流圈调整、加固，达到最佳稳流效果。改造部分应按相关规范要求进行油漆，颜色与原脱水仓颜色一致。反冲洗管道阀门应进行保温及外护。
4、改造后的目标与工程量
脱水仓改造后，必须达到如下要求：在现有灰渣粒度状况下，装车灰渣含水率≤25%；脱水仓的静态脱水时间为≤8小时。脱水仓改造使用半年以后，脱水仓的静态脱水时间也应满足≤10小时要求。
脱水仓两台套均进行改造，主要改造底锥析水设备，加装中心析水设备，对原仓内8路析水元件进行检修更换，分粒器更换2个，排渣门检修2个，相应的冲洗系统进行改进完善。本改造工程为交钥匙工程，改造的设计、制造、施工均由投标方负责。改造所需的各种部件、设备及材料、工器具、脚手架等均由承包方负责，发包方只提供气（汽）源、电源、水源接口。
5、工期要求与质保要求
由于发包方发电机组处于运营状态，脱水仓要尽可能保持运行，因此要求承包单位要尽可能缩短改造工期，在投标时明确合理的改造停运时间计划及整体改造工期。本工程质保期为1年，自工程改造结束后始计算。在1年中分三个阶段进行验收：第一阶段改造投运后1个月；第二阶段改造投运后6个月；第三阶段投运后1年。
二、670MW锅炉除渣系统改造
华电潍坊发电有限公司二期工程为2×670MW机组，其捞渣设备为GBL20D.1型水浸刮板式捞渣机，该捞渣机由青岛四洲电力设备有限公司设计、制造。#3-4炉分别布置一台捞渣机。其结构为加长、加强型，水槽为加深、加大型，具有防爆、防溅、强粒化、能承受大焦块冲击和塌渣时的冲击力。该设备由机体总成、驱动装置、导轮总成、刮板、链条总成、张紧系统、液压动力站、电气系统等部分组成。将渣输送至钢渣仓的设备为DTII型双向输送胶带 ，DTII8050型固定式带式输送机是通用型系列产品，为青岛四洲电力设备有限公司制造。水渣分离设备为ZC-7000/2钢渣仓，钢渣仓设备结构简单，操作简便，占地面积小，运行安全可靠，脱水速度快，效果显著，分离析出的溢流水经过澄清后，可重复使用，有利于节省水源，改益环境污染。华电潍坊发电有限公司二期工程投产后，通过机组的日常运行及检修相继发现四处设计不合理之处，并根据实际情况的需要，进行了相应的改造，收到了预期的效果。
1、DTII型双向输送胶带机故障及对策
DTII型双向输送胶带机将捞渣机捞渣输送至钢渣仓时，当有较硬的渣块通过胶带时，很容易划裂胶带；当胶带两端的电动滚筒故障时，胶带机也不能正常运行：由于双向输送胶带机露天安装，受自然界腐蚀较重，而其运输的渣水混合物对其腐蚀更加严重，因此，双向输送胶带机故障检修的次数较多。但双向输送胶带机一停，只能降低锅炉负荷减少出渣量，或把胶带人为的划裂取下，而且检修时间紧迫，加大了检修的难度，不仅造成人力、物力的极大浪费，而且影响机组的安全稳定运行。2011年7月利用检修的机会，在DTII型双向输送胶带机框架底部增加三根导轨和三套导轮，使胶带机框架沿着导轨可以移动，为胶带机增加了一个检修位置。当双向输送胶带机故障或电动滚筒故障需要检修时，可以把双向输送胶带机从运行位置拖至检修位置，捞渣机刮板运送的渣通过落渣口直接落入其下的钢渣仓，消除了以前故障后的一切后患，保证了机组的安全稳定运行。
2、水渣分离设备ZC-7000/2钢渣仓的改造
当双向输送胶带机运行向钢渣仓运渣时，会有少许的渣水沾在胶带上，双向输送胶带运行到下部时，残留的渣水就落在钢渣仓的平台上，时间一长，很容易积渣，尤其到了冬天，渣水的混合物极易结冰，很难清扫。当积渣的高度触及胶带时，易造成双向输送胶带机跑偏及停运的现象，不能顺利除渣。为此，2011年2月利用检修的机会对钢渣仓进行改装。通过观察找到了胶带机残渣由于重力作用落到平台的准确位置，在A、B两个渣仓的一侧各加装一个小漏斗，上部与渣仓平台平齐，下部连接到钢渣仓的上，渣仓平台开一相应的小口，当双向输送胶带机运行到此处时，残渣恰好落入小渣斗，从而进入钢渣仓。这样即减少了清扫的工作量，又保证了双向输送胶带机的稳定运行。
锅炉监控系统设计 篇12
关键词：PLC,PID控制,触摸屏
1 研究背景与意义
工业锅炉是消耗能源将把水加热成为热水或蒸汽重要的机械设备, 这一设备很复杂, 原因在于其包含几十个相互作用和影响的测量参数、控制参数和扰动参数, 加之这些参数间显著和非显著的因果关系以及测控参数非线性特性的扰动一定程度上增加了锅炉的控制难度。
锅炉灭火保护系统的主要目的就是通过一定的控制算法, 使得锅炉可以连续高效的运行, 而不至于炉膛的火焰熄灭的这么一种控制。炉膛的火焰只是一种我们所能看到的表象, 实质是对水, 汽, 热的综合控制, 让它们都处在一个稳定的区域, 这样才能起到不让锅炉内炉膛火焰熄灭, 起到灭火保护的意义。本文以工业锅炉为研究对象, 基于PLC控制结合高控制稳态精度的PID控制器设计了一套高效实用的自动灭火系统, 此系统克服了锅炉控制系统的大惯性、非线性等特点, 将水, 气, 热通过综合性控制达到平衡完成锅炉灭火保护的要求。
2 锅炉灭火保护系统的总体设计
2.1 锅炉的自动控制
2.1.1 控制任务
(1) 保持蒸汽压力稳定。在锅炉工作时随时变化的蒸汽负荷致使蒸汽压力变动, 因此, 须按负荷的需要随时增减燃料量从而确保气压稳定。
(2) 保证经济燃烧。将燃料量与风量之间调节到合适的比例可以有效的保证最经济的燃烧工况, 即只要燃料量变化, 送风量就会随之改变以保持与燃料量间的比例不变。
(3) 保持炉膛压力一定。炉膛负压值若过高, 漏风量就会增加, 从而降低锅炉的热效率, 无法得到燃烧的经济性, 致使引风机的耗电量提高;相反, 该值若过低, 由于炉灰和火苗因此会经过炉门和火孔等处外溢导致炉膛喷火等事故。
2.1.2 蒸汽压力控制
蒸汽压力若过小, 锅炉现有产出的蒸汽量多于消耗量, 蒸汽的供需难以达到平衡, 则设备无法在长时间运行中稳定;相反, 则使金属制品加快蠕变。
2.1.3 炉膛负压控制
引风量和鼓风量是影响炉膛负压的主要因素, 通常在鼓风量不变的情况下, 改变引风量的多少来调节炉膛负压。若鼓风量被改变, 则引风量随之变化。
2.1.4 连锁控制
为确保锅炉稳定工作, 需设置即时报警设备和相关保护装置, 一旦某设备故障, 可及时触发关联设备实现自动联锁。在锅炉控制系统中联锁动作具体分为以下五个方面:
(1) 鼓风电机。鼓风电机自动停止需具备三个条件:一是引风电机停止, 二是炉排电机停止, 三是锅筒压力超过上限或蒸汽总管压力超过上限, 三者缺一不可。
(2) 引风电机。引风电机自动停止的条件是:锅筒压力超过上限或蒸汽总管压力超过上限。
(3) 回水压力控制。为确保锅炉管道安全性, 一般利用电磁阀和补水泵的调节来自动控制回水压力。补水泵打开时间过长或炉内加热导致热膨胀现象等原因时都会增加锅炉管道压力, 当该压力超过回水压力上限, 可通过打开电磁阀泄压可避免管道被损坏。
2.2 鼓风和引风
交流电机驱动的鼓风机和引风机都需加入变频装置, 从而实现速度可调, 其中风门只需手动分档位调整。由于PID控制控制精度高可消除静差, 缩短过渡过程, 进而保证锅炉运行稳定, 本设计选用PID控制器, 其超调量和振荡周期都小于PI, 能达到最好的工作性能, 所以选择了MM440带PID控制的变频器, 这样可简化编程。
3 硬件系统的开发
锅炉灭火保护系统主要硬件包括锅炉、变频器、PLC、触摸屏。其中, 触摸屏传递指令PLC完成逻辑控制, 变频器负责调速。
温度压力:是影响锅炉工作的主要因素, 也是该系统的核心被控被控对象。对这两个量进行调节也就是整个锅炉调节系统的中心。
传感器:通过对锅炉内的各个参数实时的调节, 来指导控制器对参数进行控制。
控制器:根据PID算法可定量地算出电机所需频率。
电机:直接控制单元, 完成系统的最终控制。
4 软件的设计
锅炉系统有水汽热三方面的参数共同影响, 其中水位高度是由水泵调节, 而温度是有风量和燃料的共同影响而造成的, 而压力是由燃料和水位来共同影响的。
5 结论
经过将近一年的研究工作, 利用通用变频器, 触摸屏和PLC实现了对锅炉的控制, 通过合理的设备选型、参数设置和软件设计, 提高了锅炉运行的可靠性, 高效性。
本设计主要实现了锅炉的水煤气热的稳定, 通过这些因素的稳定运行使得锅炉整体运行在一个最佳的状态。当然, 本次设计还存在一些不足之处, 在实际应用中还需要不断的维护和调整。
参考文献
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