余热锅炉控制系统设计

2025-01-10

余热锅炉控制系统设计（精选12篇）

余热锅炉控制系统设计篇1

1 概述

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

[1]林万超.火电厂热系统节能理论[M].西安:西安交通大学出版社, 1994.

余热锅炉控制系统设计篇2

循环流化床锅炉具有高效、低污染、低成本等的特点，在目前被广泛的看好。

1996年，华电内江高坝电厂从芬兰引进的第一台100MW机组，2002年分宜电厂投产的国产第一台100MW，到2006年四川白马电厂引进的第一台300MW机组，再到2006年底国产第一台300MW机组的相继投产，在中国的市场在不断扩大。

CFB锅炉燃烧技术是煤洁净燃烧发电的核心技术之一。CFR电厂具有环保性能好、煤种适应性广、综合利用性能好、优越的调峰经济性和负荷调节范围大等显著特点，是符合国家环保政策、产业政策和市场需求的电厂新技术。目前我国已掌握了135MWCFB电厂的制造和设计技术，已建和在建同等容量的机组已有100多台。

300MW级CFB锅炉电厂技术是我国“十五”国家重大技术装备研制项目，该项目由原国家经贸委立项，体制改革后变更为由国家发展和改革委员会高技术产业司负责。经过研究论证和比选，国家最终决定采用技贸结合的方式对300MW鲁奇型CFB锅炉系统设计与制造采用技术引进和消化吸收的方式最终形成自主设计、制造能力，尽快实现产业化、商品化，从而缩短开发周期，推动我国发电设备技术进步和优化火电结构，目前大型CFB已成为国内电厂建设的热门话题。

中国电力工程顾问集团公司承担了对法国ALSTOM鲁奇炉型锅炉岛系统设计技术引进相吸收消化工作，并在此基础上实现了CFB锅炉系统的自主设计，成为国内唯一一家(包括下属7个子公司)拥有法国ALSTOM公司200～350MWCFB电厂系统设计技术转让产权并具备独立设计和审查大型CFB电厂能力的企业。

鲁奇型CFB锅炉是国际上三大主流CFB技术之一，ALSTOM公司也是国际上两大生产大型CFB锅炉的厂家之一。200～350MW等级的CFB锅炉在国内外的应用实践较少，法国普罗旺斯250MWCFB电厂是世界首台该炉型电厂并已成功投运近l0a。四川白马工程是ALSTOM公司在世界范围内第1台300MW级CFB锅炉电厂，该项目已进入设备安装阶段。在白马1×300MWCFB锅炉示范电厂项目之后，我国正在进行河北秦皇岛、内蒙古蒙西、云南巡检司、云南小龙潭等一批大型CFB锅炉电厂的前期工作，因此，对ALSTOM公司设计的仪表与控制系统方案进行不断完善相优化，逐步形成自主设计能力势在必行。

CFR机组与常规煤粉炉机组相比，从控制策略和仪表检测2个方面都有很大不同，鉴于大型CFB技术转让的知识产权要求，现仅就CFB机组仪表与控制系统的主要设计原则进行讨论。

一、大型CFB锅炉仪表设计的特殊性

目前，国外大型CFB锅炉主要有两大流派，一是以德国的LurgiLentjiesBabcock(LLB)、法国的Stein和ABB-CE等公司为代表的鲁奇(Lurgi)派;二是以美国的FosterWheeler(FW)、芬兰的ALSTROM(后者于1995年被前者兼并)等公司为代表的FWPyropower派。

大型CFB锅炉的炉型主要有3种:德国Lurgi公司的Lurgi型、原芬兰ALSTROM公司(现为美国FosterWheeler公司)的Pyroflow型和德国Babcock公司研制的Circofluid型。本文主要针对我国引进的法国ALSTOM的Lurgi型锅炉进行研究。

CFB锅炉仪表与控制的设计范围至少包括:锅炉汽包、蒸发受热面及其联箱、省煤器、空气预热器、过热器、再热器、减温器、旋风分离器、密封槽、锅炉布风板及喷嘴、锅炉点火系统、吹灰系统及助燃油系统、炉底灰冷却器、外置床、锥形阀等锅炉本体设备;锅炉汽水系统;一次风、二次风系统;密封风系统;高压流化风系统;锅炉烟气系统;锅炉灰系统;石灰石破碎及输送系统;输煤设备及系统;除灰渣设备及系统等。

国内300MW亚临界、600MW亚临界/超临界常规煤粉炉的仪表与控制系统设计与选型都已非常成熟，而300MW级的CFB锅炉与常规煤粉炉相比在仪表设计与选型方面具有一

定的特殊性和难点。仪表与控制设计人员应根据CFB锅炉本体的结构特点、工艺系统设计要求和锅炉运行方式等进行检测仪表的设计与选型，要注意选用技术先进、质量可靠、有成熟应用业绩的设备和元器件。CFB锅炉的过程测量仪表除满足常规要求外，还应考虑以下几方面的特殊性。

1.1仪表的防堵与耐磨设计

CFB锅炉的工艺流程和被测介质的要求决定了其一次检测元件及仪表的选型必须考虑防堵和耐磨。例如用于炉膛、床料循环系统、石灰石、热风或烟道的压力、差压等测量仪表应采取有效的防堵措施，必要时应加装吹扫装置，吹扫气源可来自电厂内仪表用压缩空气。

CFB床温测量信号是床温控制的重要参数，要求在炉膛燃烧室内密相区分层布置多支热电偶，并将多个测量值进行综合运算后得出床温信号，床温热电偶应选用稳定性好、反应灵敏、耐磨、维护量小的检测元件。

1.2需增设的工艺检测仪表

与常规煤粉炉相比，热工检测除应增加CFB锅炉床温和床压的测量外，还应增加流化风压力、流量和温度检测，石灰石料仓料位及给料量检测，旋风分离器温度和压力检测，冷渣器温度、压力和冷却水流量检测，风量检测，密封回料器温度和压力检测及用于炉膛燃烧和脱硫控制等的检测。

CFB锅炉系统的风量测量仪表是CFB的重要检测仪表之一，包括一次风、二次风和流化风的母管和支管风量测量。白马1×300MWCFB示范电厂风量测量仪表近40支，选用了插入式测量装置，满量程测量精度可达到±1%。目前阿牛巴、威力巴及德国的易它巴(ITAB)测量仪表的测量原理基本相同且都能满足CFB锅炉风量测量要求，具体工程实施时应通过招标方式择优选择。

1.3设置汽包水位工业电视和烟气连续监测系统

汽包水位是CFB锅炉启动和运行的重要监视参数之一，应设置汽包双侧水位工业电视摄像探头，并单独设置彩色监视器布置在机组集中控制室内便于运行人员监视。

为达到良好的脱硫和脱硝效果，满足环保要求，CFB锅炉炉膛燃烧室温度应控制在850-900℃，实现中温稳定燃烧。根据法国ALSTOM公司有关资料，在钙/硫为1.5时脱硫效率能达到90%，脱硝后NOx的体积分数能达到(l00-300)×l0-6，完全能满足我国国家标准GBl3223-2003《火电厂大气污染物排放标准》的要求。CFB锅炉机组设置的烟气连续监测系统(CEMS)的测量项目包括NOx、S02、CO及粉尘浓度等，其中S02信号通过硬接线接入机组分散控制系统(DCS)的模拟量调节系统，控制石灰石给料量从而控制脱硫效率，其余测量结果可通过通信方式接入DCS，在单元控制室指示及记录。同时，烟气连续监测系统的信号接口还应能满足当地环保检测站的要求。

1.4不宜装设炉膛火焰监视工业电视系统

CFB锅炉炉膛物料的燃烧是高速流化状态的，燃烧方式与常规煤粉炉有很大区别，所观察到的炉膛火焰并不明显，因此一般建议不设置炉膛火焰监视工业电视系统。

1.5不宜装设炉管泄漏检测装置

CFB锅炉炉膛燃烧的噪音相对较大，国内在煤粉炉上设置的炉管泄漏检测装置大多采用声波导入原理，根据法国ALSTOM公司设计师的经验和目前135MWCFB锅炉的运行经验，建议不设CFB锅炉炉管泄漏检测装置。

1.6带点火装置的燃烧器应装设火焰检测装置

炉膛结构和运行方式的不同决定了CFB锅炉燃烧器与煤粉炉燃烧器存在很大区别。CFB锅炉的风道燃烧器和床上燃烧器应装设火焰检测装置，床枪不设火焰检测装置。随CFB锅炉本体成套提供的风道燃烧器设备应包括油枪、点火枪、伸进和退出装置、高能点火器、就地点火控制箱等现场仪表设备。CFB锅炉的火焰检测装置数量比煤粉炉的数量要少，火焰

检测冷却风也无需设置专门的冷却风机。

1.7系统设计方与锅炉本体制造商的接口原则

由于国内几大锅炉厂早期分别引进过100MW级CFB锅炉不同技术流派的炉型，国内建设投运的中、小型CFB电厂五花八门。本次ALSTOM公司300MW级CFB鲁奇炉型的制造与系统设计技术转让期限为15a，且属于中国市场独家转让。在国家发展和改革委员会统一领导下，于2003年底至2004年，由东方、上海、哈尔滨三大锅炉制造集团和中国电力工程顾问集团公司共同承担300MWCFR锅炉制造与系统技术引进和消化吸收工作。

为规范设计院与锅炉制造厂商的接口工作，建议设计院和制造厂之间的设计界面在依据国内电力市场惯例划分的基础上，按锅炉系统设计的一次检测元件和仪表、控制系统应由设计院设计方案，由业主招标采购的原则进行。但CFB锅炉本体制造商应提供监控和性能试验所必需的压力、差压、液位测点开孔，并提供相应一次仪表阀门、门前脉冲管、必需的空气过滤减压阀等附件。

原则上建议CFB锅炉制造商仅成套提供就地显示仪表，包括弹簧管压力表、双金属温度计、就地风量指示仪、汽包双色水位计、锅炉安全控制阀(PCV)就地控制装置、空气预热器间隙调整控制装置、空气预热器着火监测报警装置等。

二、大型CFB锅炉的控制方式和控制水平

CFB锅炉系统自动控制的设计应包括一次检测元件及仪表配置、控制系统配置与功能、主辅机可控性、控制室布置及运行管理模式等方面。控制系统的设计原则应遵循“安全可靠、先进适用、符合国情”的原则。

2.1控制方式

CFB锅炉机组的控制设计水平应不低于相同容量常规煤粉炉机组的监控水平，应采用CFB锅炉、汽轮机、发电机一变压器组组成的单元集中控制方式，根据不同工程的实际建设规模可采用1台机组设1个集中控制室、2台机组合设1个集中控制室或多台机组合设1个集中控制室的布置方案，在集中控制室内实现单元机组的炉、机、电全能值班运行管理模式。

2.2控制系统

采用DCS作为机组的核心控制系统，以操作员站和键盘等人机界面作为监视和控制中心，实现CFB锅炉机组的炉、机、电统一集中监控，满足机组冷态、温态、热态、极热态启动方式，正常运行工况(带基本负荷或调峰)，事故处理工况，安全停机及机组快速减负荷(RUNBACK)的需要。

CFB锅炉机组DCS对工艺系统实现集中监控，完成数据采集和处理(DAS)、模拟量控制(MCS)、顺序控制(SCS)及炉膛安全监控(FSSS)功能。

CFB锅炉机组DCS的设计采用功能和物理分散的总体原则，控制网络按分级、分组结构配置，即在垂直方向分层或分级，水平方向分组。DCS重要的控制器、通信网络、I/O通道应采用冗余设计以满足系统安全可靠运行的需要。

2.3控制系统的后备手操设置

CFB锅炉采用DCS对其工艺系统实现集中监控后尚需设置必要的后备手操。后备手操是指独立于DCS软手操之外的后备硬操作。

当DCS发生全局性或重大故障时，如DCS电源丧失、通信网络故障、全部操作员站死机、重要控制器失去控制和保护功能等，为确保CFB锅炉紧急安全停机，并结合锅炉运行的实际特点，建议设置下列后备手操:锅炉紧急跳闸、锅炉安全门打开、汽包事故放水门打开、锅炉汽包紧急补水泵启动。

三、大型CFB锅炉的热工调节设计

热工调节包括单冲量和多冲量的调节，CFB锅炉模拟量调节由DCS实现，应能满足机、炉协调控制的要求，参与电网一、二次调频和调峰。

CFB锅炉控制系统的设计要求对风煤比、配风比等回路进行控制，实现CFB锅炉稳定、经济的中温燃烧并满足环保脱硫、脱硝的要求。在控制策略上CFB锅炉与常规煤粉炉有很大不同，如锅炉主控，协调控制，给煤控制，总风量控制，二次风压力、流量、温度控制，一次风压力、流量、温度控制，流化风压力、流量控制，床枪压力控制，炉膛压力控制，一、二级喷水温度控制，再热蒸汽温度调节，炉膛温度、差压调节，给水调节，空气预热器冷端温度调节，旁路控制等均有不同的控制策略和调节回路，鉴于大型CFB技术转让的知识产权要求，在此不作详细论述。

四、大型CFB锅炉的热工联锁设计

CFB锅炉的热工联锁应能满足机组启动、停机、正常及异常工况下的控制要求，CFB锅炉辅机联锁项目至少包括:风机、空气预热器、除尘器及引风机在启停和事故跳闸时的顺序联锁;风机、空气预热器、除尘器之间的跳闸顺序及与烟、风道中有关阀门、挡板的启闭联锁;燃料系统的投入/切除及与风道燃烧器、床上燃烧器和床枪之间的启停顺序及联锁;石灰石制备、输送系统中各设备启停顺序及与阀门、挡板之间的联锁;煤燃料制备、输送系统中各设备启停顺序及与阀门、挡板之间的联锁;渣循环系统的相关冷渣器、密封回料器设备之间及相应的烟、风道中有关阀门、挡板之间的启停顺序及联锁等。

五、大型CFB锅炉的热工保护设计

CFB锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)在DCS中实现，它包括以下主要功能:锅炉吹扫;风进入炉膛的允许条件;燃料进入炉膛的允许条件;主燃料跳闸;锅炉跳闸。

六、结语

针对法国ALSTOM公司转让的鲁奇(Lurgi)炉型技术就大型CFB锅炉仪表与控制系统的主要设计原则进行了探讨与研究，并论述了大型CFB锅炉的仪表设置和检测、调节、联锁及保护功能的设计。

目前在建的世界上第几个大型CFB锅炉(鲁奇炉型)电厂工程——四川白马1×300MWCFB项目预计2005年年底投运。相继的大唐云南开远电厂、内蒙古蒙西电厂、国电云南小龙潭电厂三期、华电云南巡检司电厂、河北秦皇岛电厂、淮北平山电厂、内蒙古准能煤矸石电厂、广东韶关坪石B厂三期等应用300MW级大型CFB锅炉的建设项目正在进行工程前期工作，有的项目已进入实施阶段。

余热锅炉控制系统设计篇3

【关键词】卷烟企业锅炉设备；控制系统；设计；实现

【中图分类号】TP27

【文献标识码】A

【文章编号】1672—5158（2012）10-0147-01

一、背景简介

锅炉生产的蒸汽用于卷烟制品的加工，为满足生产工艺要求需持续的进行供给，蒸汽的使用一般没有规律性，这种现状导致锅炉系统所经受的负荷变化量非常大，相应的对锅炉系统自身的品质以及控制策略也就有着更高的要求。

锅炉设备在卷烟企业内最主要的任务就是为整条生产线提供安全可靠、稳定的蒸汽，随着现代生产设备改造技术的发展和进步，以可编程控制系统为核心的工业网络控制系统在各类生产工厂中广泛使用，上文所述的S7系列可编程控制器就是其中较为典型的代表之一，应用成熟且性能优越，能够最大程度的提高整体的自动化水平。

二、卷烟企业锅炉设备运行控制任务分析

卷烟企业锅炉设备在运行过程当中控制任务主要有：一是自动调节，也就是锅炉设备自行对运行参数进行调整使其能够良好的适应外界负荷和工质参数变化的要求；二是自动检测，利用检测元件或者是仪表来连续进行热工参数的测量和显示，并在此基础上为自动调节和安全保护提供必要的检测信号；三是程序控制，主要是通过程序来实现各个部分的顺序启动和投入使用，实现操作上的自动化；四是保护联锁，主要是在系统具有超压、水位不正常时实现停炉或者是热工联锁保护等功能。

三、系统设计整体结构

1、硬件配置

卷烟企业内锅炉设备除了在控制任务和运行工艺上有较明确的要求以外，还在输煤系统、除氧系统、汽水系统和燃烧系统等多个方面有着具体的要求，因此在进行设计的过程当中需要根据国内外一系列的先进技术和行业特点来进行总体控制方案的确定和选择。在这其中，控制系统起到多方面的作用，包括对锅炉启停顺序的确定、输煤系统程序控制以及其他设备的自动保护停炉等。

2、软件配置

软件系统的设计与配置需要从两个具体的方面来进行，一方面是组态软件的监控，另一方面是控制站编程软件和通讯设置软件的确定。其中，我们对监控组态软件选择的是GE　Fanuc公司的iFIX4.0中文版，而控制站的编程软件则是选用的STEP75.4Professional版，通讯设置软件选用SIMATIC　NET　2005，上述软件均为西门子公司全集成的自动化产品，相应的操作系统也应当选择较为稳定可靠的Windows产品。

四、系统设计网络选择

系统设计和网络选择主要通过以下三个方面的具体工作来实现：一是对现场总线进行确定，其通讯速率最大为12Mbit／s，拓扑结构可以分为光纤环网或者是总分型，传输介质相应的可以选择为光纤或者是屏蔽的双绞线，其支持的协议为Profibus-DP。二是工业以太网的选择，其通讯速率选择为10Mbit／s或者是100Mbit／s，拓扑结构选择为光纤环网或者是星型网，传输介质则相应的选择为电缆、光纤和屏蔽双绞线，考虑其主要的应用就是监控通讯的操作，因此其支持协议应当为ISO或者是TCP／IP。三是标准以太网的选择，以太网的通讯速率选择为100Mbit／s或者是1000Mbiffs，拓扑结构选择为树型、环型或者是星形均可，相应的起传输介质选择为光纤、电缆或者是屏蔽双绞线，同样是考虑到其应用主要是能源的管理调度以及操作的监控通讯，因此其支持协议选择为TCP／IP。

五、系统设计注意事项

在进行系统设计的过程当中，一是要保证整个系统内电源系统设计的合理性，这主要是因为电源系统自身的合理性将直接影响到整个系统设计的成败，在S7的控制系统当中，进行电源选择时首要考虑的就是电源上应当具备正常供电和在线供电的自动切换功能，除此之外还需要进一步的配备开关断路器，这主要是希望能够在任何一个部位出现故障时予以及时的维护和拆除。

二是在对整个系统的电源进行选择时，需要优先考虑支持并联冗余输出功能的电源，这样做的好处主要包括两个方面：一方面是能够保证足够的电源载荷，以此来尽可能多的提供电源部件所需要的多重冗余，即便是在电源出现故障的时候也能够保持整个控制系统的正常运行；另一方面就是要实现直流电源功能分类的细化，希望能够分散电源系统内的故障危险，并在此基础之上隔离开不同需要的电源接地系统，能在运行的过程中避免一损俱损的状况的发生。

三是现场总线的适配器是艾默生变频器的一个可选件，在应用的过程当中通过现场总线适配器将变频器产品连接到现场总线当中去，对其采用24V的外部工业电源来进行供电，接地线选择3，5mm²的铜芯线，还需注意连接变频器与现场总线适配器之间的通讯电缆是需要利用屏蔽层实现单端可靠接地。

结语：上述设计在实践过程中效果良好，运行稳定、可靠、无明显故障，使管理与控制真正结合。本文当中以S7系列可编程控制器和iFIX组态软件为基础，结合现场总线及通讯技术来对控制与管理的需求予以满足，使其成为卷烟企业锅炉设备控制系统较为理想的现场解决方案，且其应用价值可进一步推广。

参考文献

[1]陈在平，赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计[M].北京：机械工业出版社，2007

余热锅炉控制系统设计篇4

锅炉余热资源的回收利用是节约能源的重要措施, 工业锅炉排烟余热所占锅炉热量的比重较大, 尤其对于燃气锅炉。在天然气锅炉热损失中, 主要为排烟热损失。通常燃气锅炉的排烟温度较高, 一般在160~240℃。烟气中含大量过热态水蒸气, 是烟气热量的主要携带者, 约为55%~75%。天然气锅炉尾部增设烟气冷凝换热装置, 可回收利用排烟显热与烟气凝结潜热, 并减少有害气体排放量, 烟气冷凝水可经简单处理后回收利用。

烟气凝结换热包括水蒸气凝结和烟气中的不凝结气体对流换热2个过程。烟气在流经换热器时, 由于水蒸气的凝结造成了烟气的组成成分发生变化, 使得换热过程比较复杂。当冷凝换热器的表面温度低于水蒸气露点温度时, 烟气中水蒸气释放潜热后, 开始凝结, 换热器表面形成凝结液膜包围, 同时在该液膜外还存在一层不凝结气体。

烟气冷凝热能回收利用装置集成了防腐技术与传热传质强化技术等多项关键技术, 可使热能回收装置耐腐蚀、高效紧凑、流动阻力小、全寿命周期废弃物少, 可以适应我国天然气高效利用和节能减排的迫切需要。

1 园区锅炉机组概况

北京三元食品工业园共配置4台燃气锅炉, 2台20t/h (带省煤器) 、1台10t/h和1台8t/h燃气蒸汽锅炉, 提供工业园的生产和供暖用热。20t/h锅炉经省煤器后排烟温度仍有150℃, 10t/h和8t/h锅炉的排烟温度在230℃左右, 锅炉运行中排出了大量的高温烟气, 因此有很多的热量没有得到有效利用就排到大气中, 包括烟气余热及水蒸气的凝结热 (即汽化潜热) , 浪费了大量的能源, 又污染了环境。

经现场勘查, 锅炉房现场具备安装施工的条件, 适合采用热交换技术, 不改变余热能量形式, 只是通过换热设备将余热能量直接传递给自身工艺的耗能流程, 降低一次能源消耗, 这是回收工业余热最直接、效率较高的经济方法。

2 烟气余热回收技术方案设计

针对园区锅炉的实际情况设计采用加设余热回收器, 利用余热回收器将热量回收, 回收的热量用于提高锅炉的给水温度, 从而节约能源, 减少高温烟气对环境的污染。

由于8t/h锅炉没有足够的空间加装余热回收器, 故设计只在20t/h和10t/h的锅炉的出烟口处安装1台烟气余热回收器, 其中20t/h锅炉的出口处安装ZCRH-20-Q/S, 通过加装2台循环泵将软化水箱中的软化水循环通过烟气余热回收器, 加热锅炉补水;10t/h锅炉的出口处安装ZCRH-10-Q/S, 通过加装2台循环泵将生活水箱中的水循环通过烟气余热回收器, 加热生活用水。锅炉余热回收系统原理图如图1所示。

余热回收器的设计参数为:余热回收器后的排烟温度降至50℃左右;热能利用率提高7%~11%;ZCRH-20-Q/S的长、宽、高分别为1.7m、1.7m、1.8m;ZCRH-10-Q/S的长、宽、高分别为1.4m、1.4m、1.8m;为解决烟气对余热回收器腐蚀的问题, 回收器的材质采用ND钢。

3 烟气余热回收系统低碳效果分析

烟气余热回收系统的回收器及相应水箱实物图如图2所示。

3.1 节能效果估算分析

1) 20t/h蒸汽锅炉。

燃气消耗量q=1447m3/h, 排烟温度150℃, 经过烟气余热回收器后排烟温度为50℃。此时, 烟气中的比显热γ=13.35k J/ (m3·℃) , 排烟中的水蒸气的焓值hb=2373k J/kg, 根据测试和计算, 燃气燃烧后烟气中的水分含量x约为40%, 烟气实际压力下的水蒸气密度ρ=1.58kg/m3。

每小时烟气中回收的热量为:

式中:Q显—排烟中的水蒸气潜热;

Q潜—烟气中的显热。

代入数据, 得Q回收=4100798k J, 相当于节约燃气量113.9m3, 因此烟气余热回收器的节能率约为7.8%。

2) 10t/h蒸汽锅炉。

燃气消耗量q=750m3/h, 排烟温度为230℃, 经过烟气余热回收器后排烟温度为50℃。其他参数与20t/h锅炉相同。则每小时烟气中回收的热量2927052k J, 相当于燃气量81.3m3。

因此, 该烟气余热回收器的节能率约为10.8%。

3.2 烟气余热回收系统低碳效果测试分析

完成余热回收系统改造后, 对20t/h蒸汽锅炉的节能效率进行了测试验证, 测试依据为《工业锅炉热工性能试验规程》 (GB/T10180-2003) [1]、《设备热效率计算通则》 (GB2588-2000) 。锅炉效率测试数据如表1所示。根据测试的结果, 查表得到的锅炉效率参数如表2所示。

采用正平衡法[2,3]对改造后的锅炉效率进行计算, 有:

式中:D—锅炉实际蒸发量;

h蒸汽—锅炉出口蒸汽焓;

h给水—锅炉进口给水焓;

B—天然气耗量;

Qdw—天燃气的低位发热量。

带入数值后计算得到η=91.4%。根据三元食品工业园原有的锅炉测试报告, 该台锅炉未加装余热回收器的锅炉效率η'=82.28%, 因此加装余热回收器后, 该锅炉效率提高了9.12%。

该烟气余热回收器单位时间回收的热量为:

带入数据, 得Q回收=1618176k J/h。对于10t/h的锅炉, 出口烟气约为230℃, 烟气含热量更大, 因此烟气余热回收器节能效果理论上会高于20t/h锅炉的节能效果。在实际使用中, 20t/h锅炉和10t/h锅炉交替工作, 全天工作约16h, 每年工作300d, 因此可按照20t/h锅炉的余热回收器回收的热量来保守的估算全年回收利用的烟气热量。则Qtotal'=7.77×106MJ, 相当于约265吨标煤或21.6万m3天然气。

烟气余热回收器寿命期内环保减排CO2的计算式为:

式中:QCO2—余热回收器寿命期内减排二氧化碳减排量, kg;

Qtotal'—余热回收器年回收利用的热量, MJ;

n—系统寿命, 取n=15a;

FCO2—二氧化碳排放因子, 取FCO2=0.866;

W—标准煤热值, 取W=29.308MJ/kg;

Eff—常规能源水加热效率, 取Eff=90%。

代入数据, 可得QCO2=14030t。

4 结语

三元食品工业园设计的锅炉蒸汽余热回收方案技术可行、实施方便, 系统投入运行以来, 各设备及装置运行正常, 年可节约天然气约21.6万m3, 该系统不仅回收了大量的余热并得到了有效利用, 同时也减少高温烟气的直接排放带来的环境污染, 取得了良好的经济效益和环境效益。

参考文献

[1]GB/T 10180-2003, 工业锅炉热工性能试验规程[S].

[2]齐国利, 管坚, 冷浩.工业锅炉定型产品热效率测试方法探讨[J].节能技术, 2013, 13 (2) :120-122.

余热锅炉控制系统设计篇5

本文以电弧炉炼钢过程烟气余热的回收利用及烟气净化除尘为主线，以热管蒸发器为换热元件，合理控制烟气流速，解决高温烟尘的沉降和蒸发器热管灰堵以及烟气温度波动大的难题，完成了50t电弧炉烟气余热回收净化系统设计与施工。对电弧炉炼钢过程中所产生的高温烟气直接进行余热回收，满足电弧炉炼钢过程中VD真空处理对蒸汽的需求，实现了高温烟气余热回收利用和环境净化，为国内电弧炉节能降耗和清洁生产进行了有益的探索。

进入21世纪后，由于废钢资源的限制，我国电弧炉开始普遍使用铁水装热技术，这是中国在特定情况下的资源利用。对于电弧炉炼钢而言，铁水提供了大量的物理热和化学热，减少了装料次数，改善了电弧燃烧条件，特别是避免了.废钢中残余金属元素带来的污染，是电弧炉炼钢高效、节能的首选条件。然而使用铁水后，电弧炉排放烟气温度增加，最高温度可达1400℃，随烟气显热带走的热量占总投入热量的13%—20%，所以回收电弧炉烟气余热是现阶段电弧炉高效低耗生产的必由之路。

一、50t电弧炉概况

1、电弧炉工艺参数

50t电弧炉主要工艺技术参数见表1

2、电弧炉的烟气特点

1）间歇性、波动性

电弧炉在冶炼过程中，排放出的烟气流量、温度、含尘量在不断地变化，呈现周期性波动，氧化期的烟气温度最高，流量最大，含尘量最多，在出钢期的烟气温度最低，力量最小，含尘量也最小。

2）烟气中粉尘浓度大，粒径小

电弧炉在冶炼过程中，排放出的烟气中粉尘浓度大、粒径小，属于微细尘。烟尘含量一般在8—15g/m3（标态），最大达到30

g/m3（标态）；烟尘粒度小，粒径分布在0—30μm范围内，吸附力大。电弧炉烟尘化学成分见表2.3电弧炉能量平衡

50t电弧炉爱配加30%铁水冶炼时的能量平衡表如图1所示

由图1可知，在50t电弧炉的能量平衡中，高温烟气带走的热量一般约占电弧炉总热量的11%，冶炼强度增加，单位时间内高温烟气带走的热量增加。实现电弧炉余热回收利用，对节能降耗和清洁生产具有重要意义。

4电弧炉烟气系统概况

为了利用电弧炉烟气热能，很多企业将高温烟气用来加热废钢，其中典型的案例便是Consteel电路Fuchs竖炉。但是在烟气加热废钢的过程中，烟尘中对炼钢有害的元素（如Zn、Sn、Pb等元素）产生富集，对冶炼的产品质量有不利影响，同事在废钢预热的过程中有毒物质二噁英的形成会对环境造成污染。鉴于对以上问题的考虑，此电弧炉选择在炉盖第四孔回路上新增一套余热回收装置，经余热回收后的低温烟气在进入单独的一套除尘器进行净化，余热回收装置生产饱和蒸汽，用以满足VD真空炉生产。改造后的系统示意图如图2所示。

二、烟气余热回收系统设计

1、余热回收系统工艺流程

余热回收系统工艺流程如图3所示，电弧炉产生的1200℃左右的高温烟气，经过炉盖第四孔静茹移动烟道，在进入燃烧沉降室，CO等可燃物进一步燃烧，同时大颗粒得以沉降，通过调整燃烧沉降室出口混风阀将烟气出口温度控制在800℃以内，在经过高温烟道进入热管蒸汽发生器进行热量回收，热交换后的温度降到160℃左右进入除尘器净化，热管蒸汽发生器生产的饱和蒸汽通过分气缸供生产和生活实用。

2、余热回收系统设备组成1）移动烟道

移动烟道两端分别连接炉盖第四孔和燃烧沉降室，移动烟道要满足炉盖旋入或旋出时不与第四孔弯烟道发生干涉，并且还要满足在吸入高温烟气的同时，也要吸入足量的外界空气，供后部沉降室内蓄积的CO的二次燃烧，故设计为活动烟道，其结构如图4所示。

2）燃烧沉降室

沉降室主要作用有两个，一是从电弧炉内排出的大颗粒粉尘有足够的时间沉降，避免大颗粒烟尘进入后部设备，以防导致设备堵塞或损坏；二是烟气中未燃烧的CO在沉降室内可继续燃烧，防止CO进入后续工艺设备，导致安全事故发生，燃烧需要的氧气从第四孔烟道和移动烟道连接处混入空气中得到。

沉降过程中共受到三个力的作用，重力、浮力和烟气对颗粒的曳力。重力和浮力之差是使烟尘发生沉降的动力，曳力则是阻碍烟尘发生沉降的力。为保证烟气中大颗粒粉尘的沉降效果，沉降室烟气的进、出口设置在顶部。沉降室外形轮廓如图5所示。

3）高温烟道

高温烟道是指连接沉降室与热管蒸汽发生器之间的管路，为避免热量散失，从沉降室出口至热管蒸汽发生器入口管道均采用内保温形式，内保温分两层，分别为耐磨层和隔热层。

4）热管蒸汽发生器

为适应电弧炉炼钢烟气的特点，要求余热锅炉必须具有启动速度快、负荷适应能力强、连续无故障运行时间长、单向传热强度大等特点，故选用热管蒸汽发生器。

（1）热管蒸汽发生器的原理

热管蒸汽发生器由若干根热管元件组成，工作原理如图6所示，热管的受热段置于高温烟道内，高温烟气横掠热管受热段，热管元件的放热段因插在汽—水系统内，则使该系统的受热及循环完全与热源分离而独立存在于高温烟道之外，不受高温烟气的直接冲刷。高温烟气的热量由热管传给水套管内的饱和水使其汽化，所产生的蒸汽经蒸汽上升管到达汽包，经过汽水分离后再经主汽阀输出。这样，热管不断将热量输入水套管，通过外部汽—水管道的上升及下降完成基本的汽—水循环，达到将高温烟气降温并转化为蒸汽的目的。

（2）蒸发器的空间布置

蒸发器在空间上采取垂直布置，设备安装紧凑，占地面积小，高温烟气自上而下，温度逐渐降低，经过冲击波震动后，灰尘自上而下靠重力即可散落在最下方，容易清理积灰，整个热交换过程温度均匀，交换充分。蒸汽发生器空间布置如图7所示。

（3）蒸发器设备的基本特点

.采用热管作为传热元件，整个汽—水系统的受热及循环完全与热流体隔离二独立在热流体烟道外，使本系统有别于一般的余热锅炉。

.设备中热管元件间相互独立，热流体与蒸汽发生区双重隔离互不影响，即使单根或数根热管损坏，也不会影响系统正常运行，同时水、汽也不会因热管的破损而进入热流体。

.实际时通过调节热管两端的传热面积可有效调节和控制壁温，防止低温酸露点腐蚀。

.操作简单、维修方便、工作可靠，整个系统的热量输送过程不需要任何外界动力，故障率低，效率高。

（4）热管蒸汽发生器设计参数

热管蒸汽发生器设计参数见表3，设备外形尺寸见表4.5）冲击波清灰装置

电弧炉冶炼时的烟气量大，灰尘多，带有电荷，易吸附，热管容易堵塞，因此解决在线热管清灰问题是保证余热系统正常运行的关键。现场运行中发现，声波清灰对蒸发器壳体损伤太大，蒸汽清灰也是会造成热管板结堵塞，实践证明两种清灰方式在本系统中均不可行，最终选用冲击波清灰，满足了热管在线清灰的需求，保证了余热系统的安全稳定运行。

6）蓄热器

蒸汽蓄热技术是将间断供汽变为连续、稳定的汽源以利用用户使用。蓄热器是利用高压与低压时饱和水的焓差使水闪蒸，放出蒸汽。初期使用时充入除氧水，当高压蒸汽过量时，蒸汽通过内部充热装置喷人水中，并迅速凝结放热，使蓄热器内水位和压力升高，直至压力与蒸汽压力相等，完成冲热过程。这是蓄热器内的水是高压下的饱和水；当低压蒸汽用量大于锅炉产气量时，与蓄热器汽空间相连的低压管道压力下降，蓄热器中的饱和水成为过热水，将自行沸腾放热，水位下降，产生低压蒸汽供给设备，完成放热过程。

为保证余热回收系统产生稳定流量的蒸汽，该方案配套两台150m3的蓄热器，设计充水系数85%，入口蒸汽压力1.6MPa，出口蒸汽压力1.0MPa。实践证明系统自产蒸汽足以满足生产生活需要。

3系统控制方案（略）

三、结论

1电弧炉余热回收利用系统工程的实施实现了余热回收和环境治理的双赢，是电弧炉炼钢企业节能能源、降低能耗和实现清洁生产的有效途径。

2系统自产蒸汽量平均15t/h左右，折合吨钢产汽量约为200kg/t，能够满足VD正空处理的蒸汽需求。燃油锅炉的停运，每年可减少的燃油消耗费用2256万元，经济效益可观。

3冲击波在线清灰系统成功应用于电弧炉余热系统中，有效的保证了系统的畅通，防止了翅片板结积灰，4风机变频器技术成功应用于电弧炉余热回收系统之中，通过风机频率与沉降室出口温度的连锁，完成温度自动控制，实现热量回收最大化。

余热锅炉控制系统设计篇6

关键词：燃气炉灶烟气余热回收系统可靠性和实用性

中图分类号：TK115 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（a）-0076-02

商用燃气灶具主要是指适用于商业餐饮场所及各大机关单位、学校、工地食堂的大型厨房燃气烹饪设备，目前大量使用的有中餐燃气炒菜灶、炊用燃气大锅灶、燃气蒸箱等。商用燃气灶具设备大多采用传统型式结构，热能利用热效率较低，大量剩余热量通过散热和排烟系统直接排出，造成后堂温度上升，厨房工作环境恶化。为此，在采纳新型节能燃烧器和产品结构的基础上，综合考虑商用灶具以及厨房后堂等的能源需求关系，设计和研制一种新型燃气炉灶烟气余热回收系统，有利于烟气余热回收，制备下级热水使用，提高系统工作的稳定性和可靠性；同时提高能源综合利用率，降低能源消耗，改善厨房环境。

1 系统介绍

燃气锅灶在燃烧过程中有大量的高温烟气释放，将烟气废热回收装置安装于燃气锅灶后靠排烟烟道上，采用上下口相互插入方式，冷水从夹套下部进入，顶部出水，在夹套内侧沿烟气垂直流动方向，布置数根翅片管，煙气从管外翅片间穿过并传热到翅片，冷水自管内流动并与管壁进行热交换，充分获得烟气热量，烟气温度可从进口处600 ℃下降到排出160 ℃左右，甚至更低，将烟气中热量转移到水中，并通过管道输送到储水箱待下级使用（图示略）。

如何提高烟气余热利用的技术措施，包括合肥顺昌公司等生产企业与研究机构做了大量的工作，如在采用高效燃烧器、改进炉膛内部结构、改进配置锅具的吸收热量性能、采用防空烧技术、提高烟气余热利用率、减小热损失等方面做了卓有成效的研究和实践。文章在总结比较以往设计和使用的经验基础上，提出改进并开发一种新型燃气炉灶烟气余热回收系统。

1.1 内置换热器的改进

为保障水质符合饮用水质要求，换热器材质更换为SUS304不锈钢，不再使用水夹套并取消拉筋加固以防止内侧板承压变形的设计方式，改为由SUS304轧制的进出水联箱，在联箱之间安装数根翅片管，翅片管的管子材质也为SUS304不锈钢，考虑到不同材质对烟气传热的影响，翅片材质采用碳素冷板，厚度0.3～0.4 mm。上下排列的翅片管换热管束采用叉排，翅片管倾斜安装，以保证热水自然流动的畅通，换热排管外侧采用不锈钢SUS201或SUS304与进出水联箱组成换热烟室。烟室外板采用保温隔热处理，减少热量损失。

1.2 加热系统水循环形式的改进

由于以往系统较多采用了电磁阀和温度传感器控制，故障点较多；用户如不能及时用完水箱存水，会导致炉灶再次使用中热水无法储存的问题，引起水箱溢流，出现热能和水资源的双重浪费；或者较长时间不用时，会使得水箱内原有存水温度下降，无法再加热使用；当采取按流量计费方式时，不利于节能减排量的核实，实际运行中容易产生争议等问题。为了提高系统的稳定性和可靠性，便于系统的实际操作和应用，对烟气余热加热系统水循环形式进行了创新性改进。

1.2.1 自然循环加热系统

利用热水自然提升的原理，改进水路方式，采用自然循环加热系统（图示略），这样可以大大减少电磁阀和温度传感器的配置数量。该系统适合于炉灶数量较少情况下，换热装置共用1根循环冷热水管，要求水箱安装置于炉灶高度以上，水箱底部超过换热器出水口位置0.3～0.5 m以上，换热器下部进水口全部并联并与水箱下部出水口连接，换热器上部出水口也汇合到总管上回到水箱，回水总管要求有不小于3°的向上倾斜到水箱的角度。单组并联炉灶数量不超过4台，如炉灶数量较多，可采取多并联回路方式进行。

1.2.2 强制循环加热系统

当炉灶数量较多、或水箱无法安装置于炉灶高度以上、或水箱与炉灶距离较远、或者现场安装困难时，在自然循环烟气废热回收系统上增加水泵强制循环加热系统（见图1）。即在每个炉灶换热器进水口安装电磁阀，当炉灶使用时，电磁阀将自动打开，换热循环泵工作由压力开关控制，当水泵出口压力低于设定值，水泵将启动循环加热。

为保证系统的热效率，在每台炉灶换热器进口管道上安装电磁阀一个，与燃气灶风机联动，当风机电源接通时，电磁阀打开，反之则关闭。

在采取强制循环情况下，水箱的位置高低及与炉灶的距离将无关紧要，管道的安装坡度将不做严格要求、管路将可以做的直径较小。

1.3 系统运行控制的改进

原系统由于为一次性热水制备，必须及时用完或用掉部分，否则炉灶再次使用中制备的热水将无法储存导致水箱溢流，从而引起水和热量的双重浪费；另外，水箱原有存水较长时间变冷，不能回流加热，必须先排空放尽才能重新储备热水。基于以上问题，新型系统采用变液位控制保证水箱水温的稳定和符合使用要求的方式。在水箱满水时采用上水电磁阀及浮球阀双重控制切断上水，保证不会出现溢流情况，水箱水温在原设定基础上可继续循环升温；另外，水箱剩余水即使温度较低，但在下次的炉灶使用中还能得到再循环加热而不会浪费。

采取自动化运行控制，应用系统的理论，总体控制与分时段控制相结合，提高系统的实际运行效果，客户满意度大大提高。

2 结语

新型炉灶废热回收系统不仅优化了产品结构，易于加工制造，与水直接接触的材料采用不锈钢材质，保证了水质符合使用要求；取消了原先每台炉灶进出口的电磁阀和温控探头，即使在强制循环加热情况下安装有电磁阀，但其作用也与原来不同，电磁阀关闭不严不会对系统运行造成影响。

参考文献

[1]CJ/T 392-2012炊用燃气大锅灶[S].

锅炉液位PID控制系统的设计篇7

1 系统实验平台

本系统采用SAC-JGK-Ⅱ型过程控制实验装置,该装置以热水锅炉为对象,配以高位水箱、液位水槽、循环水泵以及相应的检测仪表、执行机构、调节装置等。

2 锅炉液位控制系统的各个环节

2.1 控制环节

控制调节环节是整个系统的核心部分。笔者采用Rockwell公司生产的MicroLogix1500可编程控制器作为处理器,它由CPU模块,输入输出模块,编程设备和电源模块组成。本系统选用了1769-IF4-4路模拟量输入[1]和1769-OF2-2路模拟量输出模块[2]。MicroLogix 1500的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的[3],采用循环扫描工作方式,这种工作方式是在系统软件控制下,顺次扫描各输入点的状态,按用户进行运算处理,然后顺序向输出点发出相应的控制信号。整个工作过程(图1)可分为5个阶段:自诊断、与编程器等的通信、输入采样、用户程序执行和输出刷新。

2.2 执行环节

2.2.1 电动调节阀

QSVY系列智能电动小流量调节阀,电动执行机构接受0～10mA/4～20mA/0～5V/1～5V等控制信号改变阀门的开度,同时将阀门开度的隔离信号反馈给控制系统,实现对压力、温度、流量及液位等参数的调节。液位控制设计方案中电动调节阀接受PLC扩展输出模块1796-OF2的4～20mA输出信号,由电动执行机构改变阀门开度从而调节水箱的进水流量。电动调节阀功能组件最重要的是智能伺服放大器(A、B、C),A、B、C智能伺服放大器(图2)以专用单片微处理器为基础,通过输入回路把模拟信号、阀位电阻信号转换成数字信号,微处理器根据采样结果通过人工智能控制软件后,显示结果及输出控制信号。

2.2.2 变频器及固态继电器

系统选用160SSC变频器[4]来控制电机的启动和停止;选用SSR-D10固态继电器。若条件允许,本系统的执行机构可选用PowerFlex40变频器来控制电机的启动和停止,以提高控制精度。1769-IF4-4路模拟量输入模块保持不变,1769-OF2-2路模拟量输出模块变为1768-OF2-2路模拟量输出模块。

3 锅炉液位控制系统的设计

锅炉液位控制系统由4部分组成:单容下水箱的液位单闭环控制、串接双容下水箱的液位单闭环控制、双容水箱液位的串级控制和下水箱的温度单闭环控制。

3.1 单容下水箱的液位单闭环控制

单回路调节系统指用一个调节器来保持一个调节对象参数的恒定,调节器只接受一个测量信号,其输出也只控制一个执行机构。单容下水箱的液位单闭环控制的对象是下水箱的液位,其工艺流程如图3所示,设计目的是使下水箱的液位通过单闭环控制能稳定在给定值,能减少或消除来自系统内部或外部扰动,结构如图4所示。若选用PowerFlex40变频器来作为执行机构,需将图4中的电动调节阀改为变频器。

系统控制的任务是控制下水箱液位等于设定值所要求的高度。PLC将设定值与从液位变送器2采集进来的液位高度值相比较后经过PID运算,输出电流控制信号给智能电动调节阀,调节阀将根据控制信号调节阀门开度来控制进水管道的流量,从而控制下水箱的液位高度。该系统采用AB公司的MicroLogix1500作为处理器,软件设计的系统程序主要由4部分组成[5],即系统起停控制、与监控组态软件通讯、PID控制算法和控制输出。

3.2 串接双容下水箱的液位单闭环控制

串接双容下水箱的液位单闭环控制是一个单回路控制系统,有两个水箱相串联,控制的目的是使下水箱的液位高度等于给定值所期望的高度,在相连的两个水箱间有控制水流量的阀门。当阀门关死时,两个水箱之间的水不能互相流通,在这种状态下相当于单独对一个的水箱实施控制。当阀门打开时,两个水箱之间的水就可以互相流通了,且水流流通的速度一部分由上水箱的液位高度决定,一部分由阀门的开度决定。本设计仅仅打开上水箱的入水阀门,而完全关闭下水箱的入水阀门,由上水箱控制整个系统的入水,同时上水箱的出水阀门完全关闭,仅仅打开下水箱的出水阀门,由下水箱的出水阀门出水。系统不但是一个含有积分环节的过程,而且由于两水箱串联而存在容量滞后,上水箱的进水流量由电动调节阀控制,因而还存在从电动调节阀到上水箱的纯滞后。

3.3 双容水箱液位的串级控制

与单回路方案相比,串级控制系统具有明显优点,在克服容量滞后和纯滞后对控制质量的影响方面有其独到之处。串级控制系统在结构上形成两个闭环,即主回路和副回路,不只采用一个控制器,而是将两个控制器相串级,主控制器的输出作为副控制器设定值的控制系统。串级控制系统只比单回路控制系统多了一个测量变送器和一个调节器,而控制效果得到了显著的改善。

3.3.1 结构框图与电气接线

基于双容水箱的特征,下水箱的液位高度不仅由阀门的开度决定,而且由上下水箱的液位差决定,本系统将上水箱的液位作为副参数,下水箱的液位为主参数,系统框图如图5所示。若选用PowerFlex40变频器来作为执行机构,图5中调节阀应改为变频器。

从图5中可以看出液位变送器2将采集的下水箱液位信号送入主调节器,主调节器将其与设定值进行比较,经PID运算后将结果送入副调节器作为设定值,与液位变送器1采集的上水箱液位信号相比较后,PID运算后的结果给电动调节阀,调节阀根据控制信号调节阀门开度来调节流量,从而达到控制液位的目的。电气接线如图6,电动调节阀改为变频器,AC改为380V,与变频器的输出三相线连接,通过1768-OF2-2路模拟量输出模块的Iout0+和ANLG Com 端子与变频器PowerFlex40相连。

3.3.2 程序设计

双容水箱液位的串级控制系统程序由4部分组成,即系统起停控制、与监控组态软件通讯、PID控制算法和控制输出。其中系统起停控制、与监控组态软件通讯和控制输出与单容下水箱的液位单闭环基本相同。不同的只是PID控制算法,由于串极控制需要两个调节器,因此在程序中需要两条PID指令,将PD9:0设为主调节器,PD9:1设为副调节器,MOV指令将主调节器的输出传送给副调节器的PD9:1.SPS,作为副调节器的设定值。

3.4 下水箱的温度单闭环控制

温控系统是典型的工业控制对象,由于温控系统大都是大惯性、纯滞后和参数时变。所以如何能对其很好地控制一直是控制领域中的一个难题,尤其是一些高技术行业,需要高精度温控,下水箱的温度单闭环控制的对象是下水箱的水温,采用单闭环控制方案,其结构框图如图7所示。

该系统的控制任务是控制下水箱的水温等于设定值所设定的温度。根据图7,由温度变送器将采集到的水箱温度信号通过模数转换,变成数字量。用编制好的程序对其进行计算,将运算结果转化为PLC的脉冲信号来控制固态继电器的通断,从而控制加热器是否加热,进而达到控制水温的目的。

4 结束语

分析说明了锅炉液位控制系统的设计的过程和方法及其中的技术要点。使用Rockwell公司的PLC(MicroLogix1500)对锅炉液位控制系统进行PID控制,实验结果表明,系统运行正常。

摘要：以Rockwell实验室的过程控制实验装置为实验平台,使用Rockwell公司的MicroLogix1500可编程控制器及其梯形图开发软件RSLogix500对锅炉液位控制系统进行控制,完成了锅炉液位PID控制系统的设计.并说明了锅炉液位控制系统的设计的过程和方法及其中的技术要点。

关键词：锅炉,液位控制,PID,MicroLogix1 500,RSLogix500

参考文献

[1]Allen-Bradley.CompactTM1769-IF4 Analog Input Mod-ule[M].USA:Rockwell Corporation,2000:5~12.

[2]Allen-Bradley.CompactTM1769-OF2 Analog OutputModule[M].USA:Rockwell Corporation,2000:6~11.

[3]钱晓龙,李鸿儒.智能电器与MicroLogix控制器[M].北京:机械工业出版社,2003:102~264.

[4]Allen-Bradley.160 SSCTM Variable Speed Drive UserManual[M].USA:Rockwell Corporation,2000.9~20.

锅炉微机控制设计与改进篇8

锅炉微机控制是近年来开发的一项新技术,目前国内只有几百台锅炉采用,占总数的很小一部分。目前大多数锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态,提高热效率、用微机进行控制是大势所趋。高峰人造板有限公司2010年在技改时结合20t热能工厂项目,对已运行了15年的锅炉系统进行了改进处理。

1 锅炉微机控制系统

锅炉微机控制系统一般由锅炉本体、一次仪表、微机、手自动切换操作、执行机构及阀、滑差电机等部分组成。一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流送入微机。手自动切换操作部分,手动时由操作人员手动控制,用操作器控制滑差电机及阀等,自动时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行。为保证锅炉运行安全,在微机系统设计时,对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置,以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置。

整个系统以PLC为控制核心,通过PLC可以实现与变频器的通信连接,控制鼓、引风机和炉排电机,还可实现与上位机组态的连接,对运行进行实时监控。锅炉微机系统如图1所示。

2 锅炉控制系统

2.1 炉膛负压的控制

炉膛负压大小受引风量、鼓风量与煤气量(压力)三者的影响。炉膛负压太小,炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气,危及设备与运行人员的安全;负压太大,炉膛漏风量增加,排烟损失增加,引风机电耗增加。炉膛负压一般通过控制引风量来保持在一定范围内,但锅炉负荷变化较大时,采用单回路控制系统难以保持负压。因为负荷变化后,炉排及鼓风调节控制燃烧量和鼓风量与负荷变化相适应,鼓风量变化时,引风量只有在炉膛负压产生偏差,才由引风调节控制去调节,这样引风量的变化落后于鼓风量,必然造成炉膛负压的较大波动。为此,设计了炉膛负压前馈-反馈控制系统,用鼓风调节输出作为前馈信号,可使引风量随着鼓风量的变化提前作相应的调整,使炉膛负压始终保持在一定负压值上,维持整个燃烧系统的稳定性。控制原理见图2。

2.2 汽包水位的控制

汽包水位是锅炉安全运行的重要参数,水位过低会破坏水循环,引起水冷壁管的破裂,严重时会造成干锅,损坏汽包;水位过高,会影响汽水分离装置的正常工作,严重时会导致蒸汽带水增多,增加在管壁上的结垢并影响蒸汽质量。它的被调量是汽包水位,调节量是给水流量,通过对给水流量的调节,使汽包内部的物料达到动态平衡,变化在允许范围之内。锅炉汽包水位对蒸汽流量和给水流量变化的响应呈积极特性,但是在负荷(蒸汽流量)急剧增加时,表现却为“逆响应特性”,即所谓的“虚假水位”,原因是负荷增加时,汽包压力下降,使汽包内水的沸点温度下降,水的沸腾突然加剧,形成大量汽泡,而使水位抬高。汽包水位控制系统,实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标,通过调整进水量来达到进出平衡,将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近,以提高锅炉的蒸发效率,保证生产安全。实际应用中可根据情况采用水位单冲量,水位蒸汽量双冲量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。汽包水位控制如图3所示。

2.3 进料系统的改进

锅炉燃料主要由粉尘、木片、废板条组成。锅炉原采用旋转下料装置,但在运行过程中,由于燃料的不规则、大小不一,经常发生旋转下料装置卡死、堵转的情况,影响正常的生产。为此,将旋转下料装置改成气动门式下料装置,解决了装置卡死的问题,又提高了炉体的密封性能。

2.4 监控管理系统

上位机要完成以下功能:

(1)实时准确检测锅炉的运行参数。为全面掌握整个系统的运行工况,监控系统将实时监测并采集锅炉有关的工艺参数、电气参数以及设备的运行状态等。系统具有丰富的图形库,通过组态可将锅炉的设备图形连同相关的运行参数显示在画面上(见图4),并且能将参数以列表或分组等形式进行显示。

(2)诊断故障与报警管理。主控中心可以显示、管理、传送锅炉运行的各种报警信号,从而使锅炉的安全防爆、安全运行等级大大的提高。同时,对报警的档案管理可使业主对于锅炉运行的各种弱点了如指掌。为保证锅炉系统安全、可靠地运行,监控系统将根据所监测的参数进行故障诊断,一旦发生故障,监控系统将及时在操作员屏幕上显示报警点。当报警发生时,操作员可立即访问该报警点的详细信息并按照所推荐采取的应急措施进行处理。

(3)综合及时发出控制指令:监控系统根据监测到的锅炉运行数据,按照设定好的控制策略,发出控制指令，调节锅炉系统设备的运行，从而保证锅炉高效、可靠运行(见图5)。

(4)记录运行参数。监控系统的实时数据库将保存锅炉运行参数的历史记录,另外监控系统还设有专门的报警事件日志,用以记录报警∕事件信息和操作员的变化等。历史记录的数据根据操作人员的要求,系统可以显示为瞬时值,也可以为某一段时间内的平均值。历史记录的数据可有多种显示方式,如曲线、特定图形、报表等。历史记录的数据可被以此为基础的多种应用软件所应用。

3 结语

锅炉是一个较为复杂的调节对象,调节量多,各种量之间相互联系、相互制约,锅炉内部的能量转换机理比较复杂。本次技改把锅炉系统作了简化处理,化分为3个相对独立的调节系统,实现了对负压、蒸汽压力、油温等主要参数的数据采集和实时控制,完全满足现场的生产要求,运行良好。

参考文献

[1]张晓慧.论锅炉微机控制技术[J].锅炉制造,2005,(3)

[2]沈丁洋.工业锅炉的微机控制应用[J].云南大学学报(自然科学版),2009,(3):1273-1276

[3]汤翠鹃.试述锅炉微机控制系统的优势与应用[J].民营科技,2009,(12):32

[4]刘力,刘江南.多热媒介供热——热能工厂[J].湖南电力,2000,(1)

余热锅炉控制系统设计篇9

本文运用MATLAB仿真软件对串级三冲量给水控制系统对汽包水位控制的研究, 根据仿真结果, 设计出能更好地克服系统的内、外扰动, 实现汽包锅炉水位控制要求的串级三冲量控制系统。

1 汽包锅炉给水控制系统

汽包水位是锅炉运行的主要指标之一, 是一个非常重要的被控量。其任务是使锅炉蒸发量适应给水量, 且在一定的范围内使汽包中的水位基本不变, 其要求包括以下两个方面:

(1) 在一定范围内维持汽包水位。

(2) 保持稳定的给水量。

上述两个任务中, 第一个任务尤为重要。实践证明, 无论是电站锅炉, 或是工业锅炉, 用人工操作调节水位, 既不安全, 也不经济, 其最有效的方法是实现给水自动调节。故给水控制系统应该符合以下基本要求:

(1) 必须采用带比例作用的调节器以保证系统的稳定性。

(2) 引入蒸汽流量的补偿信号来克服“虚假水位”现象对控制系统的不利影响。

(3) 消除内扰。

2 串级三冲量给水控制系统

2.1 串级三冲量给水控制系统原理图

串级三冲量给水控制系统原理方框图如图1所示, 控制系统由两个闭合回路及前馈调节部分组成。WD1 (s) 表示主回路中的调节对象、γH是水位测量变送器、WT1 (s) 是主调节器;G是副回路的给水流量、γG是给水流量变送器、nG是给水流量信号分压系数、WT2 (s) 是副调节器、KZ是执行器、Kf是调节阀;D是前馈部分蒸汽流量信号、γD蒸汽流量变送器、nD蒸汽流量信号的分压系数构成[2]。

2.2 串级三冲量给水控制系统主回路的分析

在主回路中, 当把副回路近似看作比例环节, 主回路就等效为一个单回路控制系统, 主回路的等效方框图如图2所示。

如果以给水流量G作为被控对象的输入信号, 则可以把WT1 (s) 与副回路两者看作为等效主调节器, 它的传递函数为:

undefined. (1)

undefined. (2)

由式 (1) 和 (2) 可得:

undefined. (3)

可见, 等效主调节器仍是一个PI调节器, 但等效的比例带为:

undefined. (4)

T*i1=Ti1.

其中δ1是主调节器WT1 (s) 的比例带。

等效主调节器的积分时间T*i1就是主调节器WT1 (s) 的积分时间Ti1。

主回路仍按单回路系统的整定方法整定, 如通过试验方法求取主回路被控对象的阶跃响应曲线, 并由曲线上求得τ和ε, 再按相应曲线整定法中给出的公式计算等效主调节器的整定参数为:

δ=1.1ετ

Ti=3.3τ. (5)

所以: δ1=1.1γHγGετ

Ti1=3.3τ. (6)

3 串级三冲量给水控制系统的MATLAB仿真

图3为有前馈装置串级三冲量给水控制系统在蒸汽流量扰动下SIMULINK结构图, 对应仿真图为图4。图4说明对应有前馈通道的系统能够抵抗蒸汽流量扰动, 系统最后达到稳定值0, 该系统稳定。

4 串级三冲量给水控制系统的仿真结果分析

从上述的设计与仿真结果可以看出, 该系统的前馈通路用于补偿外扰, 克服虚假水位现象。主副回路主要是校正水位偏差和快速消除内扰。

给水流量扰动是串级三冲量给水控制系统的内扰, 当水位有扰动时, 首先变化的是汽包水位, 主回路系统通过水位变送器将变化量立刻反馈到主调节器, 主调节器及时进行调节, 可以使未进入副回路的扰动消除, 达到稳态时使汽包水位保持原来设定值, 维持系统安全可靠的运行[4]。但这种扰动发生后, 系统是通过反馈作用来进行调节的, 所以系统调节会存在一定的迟延, 不如调节前馈扰动量及时。而蒸汽流量扰动是外扰, 有扰动发生时, 给水调节阀受蒸汽流量信号的影响, 向正方向移动, 蒸汽流量增加, 给水调节阀开大, 由于“虚假水位”引起的反方向移动被抵消了, 从而使水位和给水流量的波动幅度减少。维持系统安全可靠的运行、校正水位偏差是主调节器的作用。前馈控制是将扰动信号经前馈控制器处理后用以消除扰动对被调量的影响, 它是按扰动进行的补偿控制, 所以前馈控制又叫作“扰动补偿”。由自动控制原理知道, 扰动补偿属于开环控制。前馈控制对系统的稳定性无影响, 只要原系统是稳定的, 施以前馈控制后, 系统仍然稳定。前馈控制只能对于可以测量的扰动作用进行扰动补偿。前馈控制器的结构、参数取决于被控制对象与扰动通道的特性。

从仿真效果可知, 串级三冲量给水控制系统不仅有较高的调节精度和调节质量, 且能够维持汽包水位的稳定, 保障锅炉机组的安全稳定运行[2]。

5 总结

通过仿真曲线可以看出汽包给水的串级三冲量控制系统具有良好的稳定性、抗扰性、快速性。可以达到理想的控制效果。

参考文献

[1]王文兰.控制系统MATLAB仿真与设计[M].呼和浩特:内蒙古教育出版社, 2009.

[2]黎兵, 李夔宁.汽包锅炉串级三冲量给水控制系统的MATLAB仿真[J].东北电力技术, 2006 (6) :21-23.

[3]王正林, 郭阳宽.过程控制与Simulink应用[M].北京:电子工业出版社, 2006.

蒸汽锅炉计算机控制系统设计篇10

1 锅炉的计算机控制系统

某染织厂有两台10 T/h蒸汽锅炉进行自动控制系统改造, 我们应用一台工业PC工控机进行集散控制, 以PLC为控制核心, 下位系统由若干路智能调节器构成。系统包括:水位控制、炉压控制、燃烧控制、事故监控四大部分。构成一个调度管理, 操作监控, 控制核心, 现场仪表系统。实现分散控制和集中管理。系统对鼓引风电机、上水水泵和补水水泵全部采用变频调速控制, 质量可靠, 控制稳定, 节电显著。

2 系统控制特点和方法

该系统是一套多输入, 多输出, 多回路的控制系统和非线性时变系统。如给水自动控制, 鼓引风机自动控制, 蒸汽压力, 温度自动控制等。还是一个大惯性、大滞后且互相影响的复杂系统。负荷的频繁变化, 煤种、温度的不同等因素, 要建立起精确的数学模型是很困难的, 经典的控制方法很难获得良好的动态和静态性能。且易使锅炉运行不稳定, 不安全。

为此我们进行了大量的调研和查阅资料工作, 根据美国加利福尼亚大学扎德教授, 提出的模糊理论, 利用模糊数据, 模糊逻辑推理和模糊语言, 进行控制系统的设计和编程。近些年来, 模糊理论已成功地应用于许多国际先进企业的复杂控制系统中, 它是先对系统被调量进行采样, 得到精确的实际信号量, 再转化为模拟量, 查表得出模糊决策, 然后将其转化为精确的控制信号送到执行机构去控制调节。模糊控制的质量取决于决策表的编制。它是总结了高级熟练专业技术人员的经验和模糊思维反复试验得出的。使锅炉运行符合我们的控制要求, 易于操作, 安全稳定。

3 燃烧自动控制

锅炉最重要的参数是蒸汽压力。燃烧控制是使燃烧产生的热量适应锅炉蒸汽负荷, 即蒸汽流量。燃烧控制即是控制进风量, 进煤量。协调好风煤比, 使系统在符合变化煤种, 温度等干扰因素作用下, 保持希望的蒸汽压力, 煤膛负压和合适的烟气排放量, 是保证锅炉安全经济运行的控制核心, 我们根据不同负荷分成不同区段, 不同区段对应不同的调节参数, 并允许人工干预, 进行模糊控制方式, 针对锅炉的具体燃烧, 参考多年从事锅炉燃烧经验丰富的高级司炉人员和专业技术人员, 做出具体的控制模型如下:

根据蒸汽压力P, 蒸汽流量D的变化。控制给煤和鼓风的模式为:

其中K1, K2, ……K8为经验模糊参数, 其值可调。

燃烧控制是根据炉排电机转速, 鼓风电机转速跟踪蒸汽压力, 蒸汽流量的变化经模糊运算实现控制好, 当燃烧状况发生变化时, 我们可以调整一下修正值△Y。做到给煤, 鼓风, 引风的合理匹配。控制燃烧的充分经济与合理的烟气排放。炉膛负压稳定, 保证了锅炉运行的适应性, 经济性及安全性, 并达到了节能环保稳定的多重效果。

4 水位自动控制

水位自动控制就是使锅炉给水量适应锅炉蒸发量的变化, 是给水量与蒸发量始终保持平衡, 使锅炉内水位保持在一定范围之内。

我们采用目前较成熟的三冲量给水调节方案。水位信号作为被调量主信号输入, 当锅炉水位偏离正常水位时, 输出发生变化。通过控制器, 改变给水流量, 恢复水位正常水平, 蒸汽流量信号作为反馈信号输入。当蒸汽流量变化时, 给水流量随蒸汽流量变化作相应变化, 抵消蒸汽流量变化时“虚假水位”造成的调节。给水流量信号的输入作为提前反映调节效果的反馈, 信号输入。当给水流量发生自发性扰动时, 给水流量信号改变, 使输出改变。消除给水流量的自发性扰动, 使锅炉水位稳定。另外, 在水位调解过程中, 由于给水流量信号能够较水位信号提前反映调节效果, 从而可以防止水位超调, 在实际实施中, 还有一个“虚假水位”现象。单纯靠增加辅助冲量分流系数效果并不理想。为此我们在三冲量系统基础之上, 增添了非线性控制方案。在水位偏差不同的区间自动选取了不同调节参数和输出限负值, 以得到不同的调节效果对系统稳定起到良好作用。

给水的三冲量自动调节模式:水位H、蒸汽流量D、给水流量G

K9……K1 7为经验模糊参数, 其值可在线设定与修改

5 结论

经改造后的蒸汽锅炉计算机集控系统, 实现了对锅炉燃烧和水位控制, 锅压控制, 事故监控和计算机管理等的自动控制。使系统的可靠性, 先进性, 适应性, 节能环保达到了完美的统一。为最大限度地节约能源, 系统对炉排电机, 鼓引风电机给水泵电机全部应用了变频调速技术, 使锅炉各运行参数都处于最佳状态, 取得了明显的节电, 节煤, 环保的效果。提高了锅炉的热效率, 经济效益十分明显。由于采用了PLC控制和模糊控制, 使是炉排转速鼓, 引风量, 给水水泵转速自动跟踪负荷变化, 按最佳调整量稳定运行, 无忽高忽低现象, 烟气排放, 炉渣排出都达到了理想效果, 大大提高了蒸汽质量, 实现了系统经济、实用、安全、可靠、操作简单、自动化程度高的改造效果。

摘要：本文应用了先进的工业PC控制机, 实现了对中小型燃煤热水蒸气锅炉的自动控制设计和改造。系统包括:水位控制、炉压控制、燃烧控制、事故监控等控制环节, 提出了模糊控制模型。使工业热水蒸气锅炉系统具有抗干扰能力强, 运行安全稳定, 使用简便, 经济节能, 自动化控制程度高, 适应性强等优势。改造后的系统可使燃料燃烧充分, 降低污染, 提高了蒸汽质量。

关键词：蒸汽锅,计算机控制,系统设计

参考文献

[1]魏庆福.S T D总线工业控制机的设计与应用.科学出版社.1 9 9 1

余热锅炉控制系统设计篇11

摘要：风机是火力发电系统中最主要的辅助机器，其功率很大，根据实际情况可以看出，为了严格控制其实际风量，许多风机都采用液力偶合的办法来实施调试，这种相对落后的方法，在节流过程中会出现很大的能量损耗，并且不能进行准确操作，需求动能很高，但成果不好。因此，本文阐述了对火力发电厂锅炉风机进行变频调速改造，设计送、引风机自动控制系统，力争完善火力发电厂的锅炉风机系统，为优化火力发电做出贡献。

关键词：火力；发电厂；锅炉；变频器；自动化；设计

引言

中国发电总量的66%消耗在电动机上，具体到火力發电厂主要损耗是：送风机、引风机、一次风机、排粉风机、脱硫系统增压风机、锅炉给水泵、循环水泵、凝结水泵、灰浆泵。但是这些主要耗电设备由于运行方式落后，实际运行效率底下，致使我国火力发电厂中普遍存在着大马拉小车的现象，大量的能源在终端利用中被白白地浪费掉。

1变频技术概述

变频技术是指交流用电设备的供电频率发生变化时，与频率成正比的功率将随之发生变化。频率高则功率大；频率低则功率小。所以变频调速装置即变频就是将固定频率的交流电变化为频率连续可调的交流电。根据负荷的变化，通过调整风机等有电设备的输入频率，来调整风机的转速，使被控风机出口流量随负荷的变化而变化。在满足不同负荷需要的情况下，减少用电量的损耗，提高用电率。由于变频调速与原来的液偶调速原理相差甚远，故电厂锅炉风机控制系统的设计仍有诸多问题有待探讨。如果这些问题合理解决将有助于提高变频器在电厂风机节能控制效率，延长设备的使用寿命，产生巨大的社会经济效益。

2火力发电厂锅炉风机变频器改造

2.1总体方案

锅炉燃烧系统包括两台送风机和两台引风机，在工作时某一引风机是双速电机带动液偶控制，两台送风机和另一引风机是单速电机带液偶控制。按照实际要求，需要对两台送风机和另一引风机转换为变频器控制，系统的风量自动控制和炉膛压力自动控制仍然使用原先的分散控制原理，在工作过程中两台送风机和另一引风机必须要提供给变频器充足的工况。

2.2变频器电气控制系统改造方案

为了实现简单的操作过程，变频器机器需要集中安装。由于场地的因素，机器安装、电缆架设、通风系统等需要实施统一规划，并且需要满足变频器小室通风的条件，安装通风散热管路，热风通过引风管路排出，不能因为添加通风管路而降低通风量；变压器柜和功率单元柜一定都要安装通风管路，并且不可以由同一管道排出；风路周围和风机周围的间距不能小于三厘米；电源进线需要从柜的顶部接入，而且风机罩不可以把进线隐藏。风路出口需要朝下，并且需要安装铁丝网，。小室需要安装带滤网的进风管道，门窗需要封闭，主要通过外加空调实现温度的降低。变频器使用下进线，通过电缆线路引出。通过原厂用电6kv辅助机器电源开关，在引、送风机和开关中间安装变频设备，并使用原有工频回路当做旁路。变频器和电机中间、变频器和开关室中间都需要架设高压动力电缆。需要实现原有电缆的作用。如果电机发生向前移动，需要考虑其高压电缆余量。

2.3高压变频器逻辑控制系统改造方案

改造后的变频器全部由DCS实行集中控制，通过控制相应的变频电机完成对相关参数的自动调节控制。改造后，在DCS中保留电动机开关的操作控制，取消液偶勺管的操作控制，增加变频器的操作控制，变频器运行方式分为就地控制及远方控制两种。远程控制状态时，DCS输出的转速命令信号跟踪变频器转速反馈。就地控制时，对变频器远方操作无效。变频器受DCS控制时分自动和手动两种方式。原逻辑中送、引风机的停止、运行信号，改为变频器控制后，相关信号取变频器运行状态、变频器隔离开关位置及电动机开关相应位置的综合判断信号。由变频器控制的送、引风机启动条件中取消液偶开度小于10%的条件，改为对应变频器控制信号、变频器隔离开关位置的综合判断信号。

2.4电机与风机连接方案

送、引风机电机改变频调速，对电机的处理有两种方案。方案一是电机前移，将电机与风机轴用联轴器直联。送、引风机在停炉后拆除液力偶合器和附属的油、水管路，临时将电动机吊离现场，在液偶和电机处的基础上新钻孔，满足液偶取消后电动机前移的设计、安装要求。并在新电机位置将上部凿除、凿毛，重新安装电机后进行二次灌浆。原联轴器通过改造或新配一只半联轴器。该方案优点是运行维护简单、可靠性较高，缺点是施工工期长。方案二是电机位置不变、用过渡轴及联轴器将电机与风机轴直联。引风机在停炉后拆除液力偶合器和附属的油、水管路，在液偶和电机处的基础上方增加一根过渡轴，将电机与风机轴用联轴器直联。优点是施工工期短，风机停运后1天内即可完成。缺点是过渡轴及l对联轴器重量在300公斤以上，找中心时困难，风机停运后过渡轴会下沉致使中心变化，联轴器销子易损坏，且机械故障率高，可靠性较低。综合考虑方案一具有安全性高、工期合理的优点。投资费用基本相同。为此确定采用方案一即电机前移，将电机与风机轴用联轴器直联的技术方案。

3自动控制系统的设计

3.1送风自动调节系统

送风调节系统的任务是供给炉膛内燃烧的燃料以合适的风量，保证燃料的合理经济燃烧。其控制机理是通过调节系统控制两台送风机变频器指令，而控制送风机的转速，改变进入炉内的总风量。氧量信号采用双支氧化锆进行测量。由于进入炉内风量变化到锅炉尾部氧量信号的反映需要较长的时间，而是一个变化的动态过程，故需对氧的测量信号进行补偿，甲或乙氧量变送器故障、甲乙侧氧量偏差大、氧量调节器入口偏差大，氧量调节器切手动。运行人员可以由软手操增减氧量定值，直接去校正风量信号。风量调节器的被调量采用经烟气含氧量修正后的风量信号，在送风控制系统中为保证锅炉燃烧过程中送风量始终大于燃料量，即富氧燃烧，它的定值取自于以下三个信号的大值，即最小风量定值、燃料控制系统来的热量需求指令和协调控制来的能量需求指令信号。由风量调节器的输出控制变频器。

3.2引风自动调节系统

炉膛压力控制系统的工作原理是改变引风机转速，同时和送风系统一起作用，让锅炉压力稳定在可承受数值内。为了提升系统的稳定性，炉膛压力需要使用三个变送器选择其中间值。为体现炉膛压力的动态反应特點，系统能够使用引入送风量指令当做前馈调节。为确保炉膛压力的稳定，需要安装方向闭锁实施调节，假如其压力升高，自动闭锁引风机的转动速度就会降低，假如其压力降低，自动闭锁引风机的转动速度就会升高。锅炉乙侧引风机转变为变频调节，甲侧引风机保持工频稳定工作，并没有调节作用。引风自动调节系统对乙侧变频器加以调节，进而改变引风机的转动速度。当变频器工作结束后，利用调节偶管对引风机实施调节。

一般状况下，乙侧引风机是变频调节，具有自动调节作用；甲侧引风机液偶调至某一恒定值，保证稳定速度开展工作，并没有自动调节作用。引风自动调节系统对乙侧变频器加以调节，进而改变乙侧引风机的转动速度，当其需要检查维修结束运行时，转变为工频运行，甲侧引风机就能够利用液偶开展引风自动调节。两台引风机不可以同时引风。在这个封闭调节回路中，反馈信息能够通过吸风机转动速度或者其勺管部位信息来实现，目前已经规定甲引风机通过勺管部位反馈信息，乙引风机通过吸风机转动速度反馈信息。

结语

总之，对电厂锅炉送、引风机进行变频调速控制改造后，变频器实现无级调速，调速范围广，调速精度高，提高了风机风量调节的稳定性，大大改善了控制品质和运行工况，提高了机组自动装置的稳定性，为优化燃烧、提高机组效率提供了可靠保证。

参考文献：

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[2]马丽勤，梁中华，胡庆，杨光达，李达斌.变频调速技术的现状与展望[J].沈阳工业大学学报，2001，S1：22-25.

[3]竺伟，陈伯时，周鹤良，赵相宾.单元串联式多电平高压变频器的起源、现状和展望[J].电气传动，2006，06：3-7.

[4]傅松，于淑梅，边立秀.电厂风机主要应用模式的经济性分析与选择[J].华北电力技术，2000，10：25-27+36.

基于锅炉控制的过程控制方案设计篇12

1.1 被控对象工艺流程

待加热物料A经由上料泵P1101泵出,温度为常温20℃,流量为F1101,分两路,其中一路进入换热器E1101与热物料换热后,与另外一路混合,进入加热炉F1101的对流段。进入换热器E1101的待加热物料A走管程,一方面对最终产品(热物料A)的温度起到微调(减温)的作用,另一方面也能对待加热物料A起到一定的预热作用。加热炉对流段由多段盘管组成,炉膛产生的高温烟气自上而下通过管间,与管内的物料A换热,回收烟气中的余热并使物料A进一步预热。对流段流出的物料A全部进入F1101辐射段炉管,接受燃烧器火焰的辐射热量,达到所要求的高温后出加热炉,进入换热器E1101,进行温度的微调并为冷物料预热,最后以工艺所要求的物料温度输送给下一生产单元。本设计系统中,维持流量稳定和温度稳定是整个控制系统的最终目的。

1.2 控制要求

1.2.1 物料出口温度要求

保证物料A进料流量一定的情况下,使加热后的物料A达到要求的温度并且维持在允许范围里面。

1.2.2 节能减排控制要求

节能要求是在满足工艺控制要求的前提下,达到最小燃料使用量。其中,一方面要求加热炉在正常工况时燃料的使用量最少,同时在从冷态开车到加热炉达到正常工况所需的燃料用量也要达到最少。减排要求是二氧化碳的排放量少,且兼顾由于燃烧不充分产生有毒一氧化碳的排放量。

1.2.3 安全控制要求

针对炉管爆裂(A物料为可燃物质)、炉膛灭火、进料中断这三种加热炉事故进行故障识别并设计相应的安全控制系统。

1.2.4 过程特性simulink仿真

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具,是一种基于MATLAB的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。本系统中,我们可以很方便地在simulink中建立过程控制模型。通过对加热炉系统的simulink仿真测试,基本了解控制对象的特性,为得到良好的控制品质做好了充分的准备。

通过对系统综合仿真测试,可以得到:

1)加热炉系统是一个大惯性、大滞后的控制系统,燃料流量控制温度需要较长的调节时间,因此在控制时需要设计出合理的控制方法,保证控制速度,同时减少超调和调节时间。

2)加热炉输出温度的变化会影响换热器的冷物料初始温度,当对换热器进行控制时,导致冷物料初始温度发生大幅波动,造成加热炉控制系统和换热器控制系统的耦合控制,在实际控制系统设计过程中,要注意解耦控制,或者部分解耦。

3)换热器的开度控制并不能够静态改变输出温度,只能够动态调整温度的瞬态变化。

2 控制方案设计

2.1 开车方案流程图

2.2 燃烧控制系统

本系统中,耦合主要由于部分燃料两次经过换热器引起。因此,为简化模型,减弱或消除耦合的影响,采用部分解耦的方法,实现换热器阀门开度对加热炉耦合的解耦。经过matlab仿真可知,系统很快进入稳态,加热炉与换热器协同工作,保证出口温度为给定值。

2.3 进风量控制系统

为使加热炉适应负荷的变化,必须同时改变燃料量和空气量,当空气流量太大时,多余的空气会带走很多热量,造成燃烧能量的浪费;但当空气太少时,就会造成不完全燃烧,产生大量黑烟及一氧化碳。因此,为了达到最佳的经济燃烧,燃烧过程中应有最佳空燃比K。

然而定比值控制方案只能克服流量干扰对比值的影响,当系统中存在着除流量干扰以外的其他干扰,比如温度、压力、成分等其他干扰时,为了保证产品质量,必须适当修正两物料的比值,即采用变比值的控制系统。

本系统中,燃烧时需要有一定的过剩空气量,当过剩空气量增多时,一方面使炉膛温度降低,另一方面使烟气损失增加。因此,对不同的燃料,过剩空气量都有一个最优值,即最经济燃烧。因此,选用烟气含氧量作为变比值控制系统的第三参数,控制空气与燃料的比值,以此来获得最高的加热炉效率,同时防止产生一氧化碳。

2.4 炉膛压力控制方案

在实际系统中,除了要求控制系统在生产处于正常运行状态情况下能够客服外界的干扰,维持生产的稳定运行,同时当生产操作达到安全极限时,控制系统也有相应的保护措施,促使生产操作离开安全极限,返回到正常的状况,或者是生产暂时停止下来,以防止事故的发生或者进一步扩大。

本设计系统中,炉膛压力直接决定了生产的安全运行,因此要求当压力达到极限值时,系统采取相应的措施。系统中,当炉膛压力控制在一个安全范围内时,利用TT1105的温度测量变送控制器去控制挡板的开度。而当炉膛压力在这个范围之外,用压力控制器去控制挡板的开度。这样既保证了加热炉的安全性,同时又实现了节能减排。

2.5 分流阀阀位控制系统

在改变V1103的同时改变V1102的开度,从而保持整个线路上物料A流量的稳定。采用把V1103选用气开阀,而V1102选用气关阀,并且这个阀用同一个控制信号的控制方法。

控制阀气开气关的选择,首先要从安全角度出发,即当气源供应中断,货控制器出故障而无输出,或者控制阀膜片破裂、漏气等而使控制阀无法正常工作,以致阀芯回复到无能源的初始状态时,应能确保生产工艺设备的安全,不致发生事故。另外,需要保证当控制阀出于无能源状态而回复到初始位置时,不应该降低产品的质量。

本控制系统中,控制阀V1103出于安全性的考虑,当系统出故障时,关闭分流阀,使通路关闭,所以选用气开形式;燃料进料控制阀V1104出于安全性考虑,当控制信号中断时,保证进料通路关闭,因而也选择气开形式。对于长期工作在小开度、或者负荷变化比较大的工况时,阀门宜选用对数特性的阀门,因此工作在小开度的V1103、负荷变化较大的V1104,均采用对数特性的阀门。

从主控变量的回路可以看出,控制阀V1103为气开正特性,控制对象W1103为反作用,测量变送为正作用,所以分流阀流量控制器选为正作用。再看辅助控制变量回路,控制阀V1104为气开,正特性,控制对象V1104为正作用,分流阀流量控制器为正作用,所以燃料流量控制器选为反作用。

2.6 安全控制系统

2.6.1 防止回火的控制系统

当燃料压力过低,炉膛内压力大于燃料压力时,会发生回火事故。为此设置如图3所示的防止回火的联锁控制系统。在燃烧嘴背压过低时,压力开关PSA带动联锁装置,把燃料控制阀的上游阀切断,以免回火现象发生。

2.6.2 防止脱火的选择性控制系统

当燃料压力过高时,由于燃料流速过快,易发生脱火事故。从而,对于正常及异常情况下的工况,应选用不同的控制系统。为此,设置燃料压力和物料温度的选择性控制系统。正常时,燃料控制阀根据生产负荷的大小调节;当燃料压力过高,燃料压力控制器取代物料温度控制器,防止出现脱火事故。

2.6.3 炉膛灭火的应急控制方案

炉膛一旦灭火,炉膛内部温度会快速下降,通过对炉膛的温度检测,很容易就可以发现问题。一旦检测到炉膛灭火,首先切断燃料的输入,减弱引风量,同时中断物料A对下一级工艺的供给。

2.6.4 进料中断的应急控制方案

FT1101检测到管线内流量突然减少时,即可判断进料中断,此时必须采取紧急停车的方案。方案步骤如下:

1)所有控制器停止输出,切换到手动控制;

2)关闭阀门V1104,停止燃料的输入;