燃油锅炉自控系统设计（精选12篇）
燃油锅炉自控系统设计 篇1
1 引言
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
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燃油锅炉自控系统设计 篇2
双燃料发动机电控燃油喷射系统的设计
介绍了数字电位器X9221的结构、工作原理及特点,利用数字电位器X9221与单稳态触发器14538组成脉宽控制电路控制液化石油气喷射时间,设计了柴油-液化气双燃料发动机电控系统.由于X9221存储数据的.不易丢失性,系统的可靠性得到提高.同时,系统具有结构简单、调节方便等特点.该电控系统的应用大大改善了机组的废气排放性能.
作 者：赵杨生 郑荣良 作者单位：江苏大学汽车与交通工程学院,江苏,镇江,21刊 名：排灌机械 ISTIC EI英文刊名：DRAINAGE AND IRRIGATION MACHINERY年，卷(期)：21(6)分类号：U464.173关键词：数字电位器 电控 双燃料发动机 排灌机组
燃油锅炉自控系统设计 篇3
[关键词] 安全保护；系统构成；系统功能；系统控制逻辑
一、锅炉安全保护系统概述
锅炉安全保护系统主要是以锅炉炉膛安全监视系统和燃油管理系统构成，炉膛安全监控系统是锅炉监视和保护系统，是对锅炉本身在不同的工况进行不间断的监视，并进行逻辑判断，通过保护系统的辅助设施保证锅炉的安全运行。炉膛安全监控作为锅炉安全保护系统的核心系统，是实现对锅炉启动、燃烧过程、运行状态、安全保护等保护措施的重要基础，监控系统可以在锅炉启停、运行的情况下，连续获得锅炉的运行参数，并形成完整的运行情况，然后通过联锁装置对整个运行辅助系统进行控制，利用合理的操作和处理来控制事故苗头，以此保护锅炉的安全。燃料管理体系具有管理燃烧器顺序、油层顺序管理、燃油系统保护、燃油系统防泄漏等功能，系统在提供必要的燃烧支持的同时也具有事故保护功能，也是实现自动化控制的重要基础，可以减轻作业人员的工作，提高安全性。
二、安全保护系统的构成和基本结构
锅炉安全保护系统重要的电子系统构成有：逻辑（PLC）模块、工业计算机、模拟信号采集系统、炉膛信号采集系统、系统电源等构成。在锅炉安全保护系统炉膛安全监控系统需要接收8-6路4-20mA模拟信号和18路的开关信息，此处理量还可以进行增加，系统利用多画面的现实功能，实现对监控情况的直观反映，火焰监视和压力监视、炉膛吹扫这三个画面。当出现异常跳闸的时候，将可以自动跳出故障的所在位置的监控画面，并显示跳闸时刻的各个参数，同时储存相关参数，以备查询，直至出现再一次的MFT；在 火焰监控的画面中操作人员可以获取压力开关的动作情况和保护开关的状态，在监控压力的界面上可以实时了解火焰报警的情况以及保护开关的投切情况；在吹扫监控的界面上，显示的是吹扫条件的状态，并随之对吹扫的效果进行评价。系统中如果出现越限报警的时候，信号经继电器的接点的形式进行输出，而跳闸的信号则是独立驱动跳闸的继电器，并将三路的继电器的接点按照三相取二的方式进行输出，而提高了装置可靠性。
三、锅炉安全保护系统的主要功能
1.主燃料MFT
系统在锅炉运行的过程中，检测到危机锅炉运行安全的情况时就会选择进行跳闸，即停炉来保证锅炉的安全。也就是主燃料跳闸，如：炉膛压力超标、炉膛压力过低、送风中断、引凤中断、燃料中断、锅炉水位异常、手动MFT跳闸等。
2.控制吹扫
因故障停车后或者点炉前都应当对炉膛进行清理，吹扫炉膛和烟道的残余的燃料和空气混合物，异常防止点火爆燃。吹扫的条件是：炉膛无火、送风正常、引凤正常、水位正常、燃料全部清除，即给粉、排粉、供油全部失去；MFT处在复位的位置；风量应保证一定的条件。
3.异常报警
当遇到异常时将发出警报，如：燃烧不稳、炉膛压力超标、系统接点出现故障等情况。
4.其他功能
另外系还具备了其他的辅助功能，包括：跳闸记忆功能；手动/自动吹扫功能；限时点火功能；事故动作参数和原因的记录；模拟量故障的追索功能；双机保护；保护性分投；打印报表功能等。
四、锅炉安全保护的逻辑控制
1.对压力的检测逻辑控制，对炉膛压力设有多个检测点，高低各自三个，炉膛压力过高或者压力过低都会采用三取二的逻辑进行取舍，炉膛压力异常就是之超过过高或者过低的逻辑。当系统判断炉膛压力异常时就会发出MFT信号，进行跳闸。
2.对燃油逻辑的控制：在给料端系统设置了对该检测点，排料端也设计了两个检测点，给料异常的逻辑是所有的检测点出现“于”逻辑，排料侧的逻辑也是出现“与”的情况；燃料供给异常的逻辑为给粉异常逻辑和排粉的异常逻辑出现“或”的时候。如果系统判断供料异常则就会发出系统MFT信号。
3.火焰异常检测逻辑，火焰检测每层设计有四个检测点，层熄灭采用的四取三逻辑条件，炉膛熄火采用的n层熄火“与”逻辑。符合炉膛熄火的逻辑就会使得系统给出MFT信号，控制系统动作。
4.送风、引凤、水位检测的逻辑，在系统运行中，如两台送风机同时失去、运行两台引风机同时失效、两个水位信号采集同时异常，系统就会发出MFT信号，系统跳闸。
5.炉膛吹扫逻辑，炉膛吹扫的目的就是清理整个系统中的残余混合物，降低点火的危险。所以在点火前或者出现故障跳闸、正常停车后必须对吹扫系统发出清理的指令，进行吹扫。
五、结语
随着电子技术的发展，锅炉安全系统已经可以利用各种电器元件的合理配合和控制逻辑的限定，形成一个完整的控制系统，全面监控异常并作出正确的指令，提高锅炉的运行安全，并且利用数据记录系统为检修和维护提供了必要的基础数据。
参考文献
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锅炉温度测控系统的设计 篇4
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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锅炉燃油系统跑油应急预案（共） 篇5
在学习、工作或生活中，有时会出现一些不在自己预料之中的事件，为了降低事故后果，通常需要提前准备好一份应急预案。应急预案的格式和要求是什么样的.呢？以下是小编整理的锅炉燃油系统跑油应急预案范文，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。
一、燃油系统存在的问题和危害
徐州发电厂燃油系统已投用十五、六年，部分油管路腐蚀严重，阀门、法兰、接头易渗漏点较多，一旦发生燃油系统跑油。一方面容易造成火灾、爆炸事故，危及人身安全：另一方面燃油渗入地沟造成水体污染，且造成浪费，降低效益。严重时会导致投油点不着火，甚至引起锅炉灭火，特别是灭火处理时，不能及时投着油枪，就会拖延处理时间，引发和扩大事故，甚至造成停机的事故。
二、油管泄漏现象
1、油管爆破时燃油压力迅速降低，爆破处大量燃油喷出。
2、投油助燃时锅炉燃烧不稳，甚至导致灭火。
3，爆破处如遇有明火或高温管道，喷出的燃油将会引起着火。
三、应急预案和响应措施
1、应急预案
(1)燃油管路，特别是弯头或易锈蚀部位应定期进行检查。
(2)阀门定期检修、打压，禁止使用铸铁阀门，结合面垫片应定期更换，活节接头应经常检查。
(3)油枪软管应定期更换；及时对油枪进行手动吹扫，吹扫结束，隔绝炉前燃油系统并检查系统无泄漏，停吹扫汽(气)源。
(4)锅炉公司每季度应对燃油系统所有滤网全部清理一次，安全部应将此列入季度反措计划。进行监督考核。
(5)检修油系统完毕后，检修人员应要求对检修的部位进行压力试验，检查确无渗漏后，方可终结工作票。
(6)检修工作开始前，应严格落实工作中的安全措施，长时间的检修，阀门或法兰处应加装堵板。临时性检修时，现场应有人监督。
(7)各炉油管道排污门应加装堵板：设备巡查应细致，及时发现设备隐患。
2、响应措施
(1)当燃油管路、阀门渗漏时，应立即切断油源(必要时停止燃油泵运行，并关闭燃油泵出口阀)，并及时消除渗漏，渗漏油应及时清理，严禁直接排入地沟。
(2)各炉投油助燃时，运行人员应经常检查燃油系统各部件的严密性，发现渗漏及时联系消除。
(3)如燃油泵进口滤网堵塞、冷却水中断、强烈振动、轴承温度急剧升高超过规定值或电机发生故障等，应立即切换至备用泵运行，汇报主值班员联系检修处理。
(4)发现燃油系统严重泄漏时，应立即采取隔离措施，现场设置围栏及警告标志，防止发生火灾，并即时通知上级领导，积极组织消缺，燃油系统需动火应严格执行动火工作票制度：如发生火灾立即汇报值长。联系消防队并及时组织人员救火。
燃油锅炉自控系统设计 篇6
关键词：铁岭市西丰县集中供热工程热源厂锅炉房供配电系统自控系统
1 项目简介
本项目為亚洲开发银行贷款铁岭市西丰县城市集中供热工程，项目建设地点位于铁岭市西丰县中心城区。热源厂锅炉房为本项目的一部分。热源厂单台锅炉的额定功率确定为70MW，锅炉类型确定为链条锅炉。热源厂设计规模为近期210MW，远期最终350MW。锅炉设计台数为近期70 MW锅炉三台，远期再增设70MW锅炉两台，热源厂最终锅炉设计台数为70 MW锅炉五台。
2 供配电系统
2.1 供电电源
本锅炉房确定为二级用电负荷，锅炉房采用两路10KV电源进线，一路为10KV专线作为主供电源，引自公合二次变电所；另一路引自附近公用10KV线路作为备用电源，两线路分别出自公合二次变电所的不同母线段。两路10KV电源厂区外架空敷设，进厂区后电缆入户。主供10KV电源能满足热源厂全部电力负荷，备用进线能满足一台2500KVA变压器负荷。当主供电源失电，自动投入备用电源，并断开高压联络。当主供电源恢复供电，手动断开备用电源，投入主供电源和高压联络。
2.2 用电负荷
锅炉房内安装三台锅炉，主要的用电负荷有锅炉系统的引风机、鼓风机、炉排、循环泵、除渣机、输煤系统、脱硫除尘系统用电及室内外照明设备等。总用电负荷为Pe=5240.2KW;计算有功功率Pjs=4097.3KW;视在功率Sjs=4240KVA。非采暖期视在功率约为160KVA。
2.3 供配电系统设计
在热源厂锅炉房内设有附设变配电所一座，内设高压配电室、变压器及低压配电室、直流电源室。10KV主接线采用双电源进线，主供和备用电源自动投切，通过投切中间联络柜调配用电负荷。高压配电室设KYN28-12铠装移开式交流金属封闭开关柜。操作电源采用直流220V电源。采暖期主厂房采用二台SCB10-2500KVA－10/0.4KV干式变压器同时使用，低压母线采用二段母线分段运行，中间设联络柜。脱硫除尘系统采用一台SCB10-1000KVA－10/0.4KV干式变压器，安装于脱硫泵房内。非采暖期使用一台SCB10-200KVA－10/0.4KV干式变压器，变压器均安装于低压配电室内，与低压柜并列安装。低压配电系统采用GGD配电柜和GGJ补偿柜，正常时中间联络柜断开分段运行；变压器故障时，系统可以切除部分不重要负荷，中间联络柜合闸。非采暖期只有维修和部分照明用电，其非采暖用变压器与采暖期变压器具有电气连锁，供电系统灵活、可靠。输煤系统、除渣系统各设一台XL-21动力配电柜。沉淀池及泵房设变配电室一处，变配电室内安装1台SCB10-1000KVA－10/0.4KV干式变压器，低压配电系统采用GGD配电柜和GGJ补偿柜，为脱硫、除尘设备配电，配电室变压器电源由锅炉房内的高压配电室采用电缆直埋引来。热源厂无功补偿采用低压集中补偿方式，补偿后的功率因数为0.9以上。继电保护装置采用微机综合保护装置，进线电源采用带时限速断和过电流保护。变压器采用电流速断、过电流、温度单相接地保护。低压进线开关采用短路速断保护、过负荷保护、单相接地保护。低压配出线采用速断和过载保护。计量采用高压侧计量。
3 自控系统
3.1 自控系统选择
本工程根据建设单位的要求及满足工艺专业的条件下，采用现代化控制管理方式。锅炉房控制采用集散型（DCS）自动监控系统作为锅炉设备主要控制手段，配以部分后备控制手段，当计算机控制系统故障时，后备控制手段作为短时运行的操作和监控。输煤系统、除渣系统、脱硫系统、除尘系统各设一个PLC控制站。
3.2 系统结构
DCS系统其结构可分为三部分，第一级为现场I/O数据模块，第二级为DPU过程控制站以及输煤系统、除渣系统、脱硫系统和除尘系统PLC控制站，第三级为控制室操作员监控站和工程师站。通讯系统采用现场总线方式。现场I/O数据模块：现场I/O数据模块安装于数据采集控制柜中，其功能是采集现场的各种过程检测仪表的流量、压力、温度和设备运行状态等信号，传递上级控制站的各种控制命令，就地采集，就地转换，以数字通讯方式通过数据总线上传至系统主机。DPU过程控制站：DPU过程控制站为两台，互为热备冗余系统，安装于控制室内，具有自动控制环节的PID运算，实时数据处理，在线控制等功能。操作员、工程师站：由三台工控机组成，22”液显，安装于控制室内，作为监控的人机接口，具有良好的操作平台和逼真组态画面，其中2台为操作员站，另1台为工程师站。
3.3 控制功能
锅炉出水温度控制：根据室外的温度自动调节锅炉出水温度，以控制室内的温度在规定的温度内，并且节约用煤。同时还具有根据一天室外的温度，分时段提出运行锅炉台数的参考解决方案。最大限度的发挥锅炉的运行效率，实行最优化调用。锅炉的自动燃烧控制：根据煤量和风量在不同负荷下的关系进行燃烧控制，控制烟气含氧量。实现锅炉燃烧最佳控制。炉膛负压控制：采用炉膛负压为主控信号，送风量为前馈信号，控制引风量。补水定压控制：通过调频补水泵补水，控制热网回水压力恒定。顺序控制：锅炉系统、输煤系统和除渣系统的设备顺序控制启动停止，锅炉停机，热网循环泵继续定时运行，防止高温水的汽化现象发生，保证锅炉安全运行。事故报警处理功能：热网出水压力高，设备故障时应具有声光报警，停电故障发生时，应报警并投入第二路电源，维持循环泵和补水泵运行。
3.4 软件实现的功能
生动形象的生产工艺流程画面，电气系统图，实时数据状态图，趋势图，历史曲线图，棒状图。实时锅炉经济分析，计算成本，指导运行人员最佳运行操作，控制回路画面。事故报警记录。定时打印日报、月报表。
参考文献
[1] GB50053－94.10KV及以下变电所设计规范[S].
[2] GB50052－2009.供配电系统设计规范[S].
[3] 刘二雄,等.热工仪表及自动装置技术问答[M].北京:中国电力出版社,2006,1.
燃油锅炉自控系统设计 篇7
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
大型自卸车燃油预热系统设计 篇8
河北钢铁集团司家营研山铁矿有限公司自2009年从白俄罗斯陆续引进了30台大型矿用自卸车, 载重量分为180t和220t两种, 其发动机均为MTU公司生产的16缸V型柴油发动机, 功率为1 715kW, 单位油耗为208g/kWh, 冬季使用-20标号柴油, 其他季节使用0标号柴油。
为减少发动机油耗, 降低运输成本, 达到节能减排和降本增效的目的, 进行了发动机燃油系统和冷却系统的设计改造, 改造后每年可节约燃油成本约10万元/台, 且燃油升温后可降低燃油油耗, 减少发动机积碳, 增强发动机功率。本文就改造中如何解决发动机在低温环境下正常使用0标号柴油, 保证燃油油温在正常范围, 确保发动机的正常运转进行了论证。
1 燃油预热系统的设计
1.1 燃油预热系统结构模型
燃油预热系统结构模型如图1所示。
1.2 燃油预热系统工作原理
利用热交换装置, 回收发动机冷却液带走的大量热能, 对燃油进行预热。主要从以下两个方面实现:
(1) 要保证发动机的正常运行, 必须满足发动机的正常启动, 通过低温启动装置 (如图2所示) 燃烧柴油加热冷却液, 使得发动机在低温下正常启动。它有两方面的作用: (1) 通过装置中的水泵将加热后的冷却液输送至燃油粗滤器热交换器和油箱热交换器中, 以加热油路和油箱中的柴油; (2) 通过装置中的水泵将加热后的冷却液输送至发动机的汽缸盖水道, 加热发动机的配气机构, 以增加混合气温度, 满足柴油在燃烧室的正常压燃。
(2) 当发动机启动后, 发动机内冷却液温度达到15℃时, 燃油温度控制装置接收温度传感器1信号, 打开阀门1, 关闭低温启动装置和阀门2, 这时, 燃油粗滤器热交换器和油箱热交换器的冷却液来自发动机内部, 加热燃油。燃油温度控制装置通过采集温度传感器2的信号, 控制阀门1的开度, 保证加热后的燃油温度在30℃~40℃, 满足发动机的正常运转。
1.3 低温启动装置的改造
图2中所示装置为矿车自带装置, 其最初的目的就是燃油预热系统中所讲的作用 (2) , 通过管路的改造使其增加了作用 (1) 的功能。
1.4 燃油粗滤器的改造
燃油粗滤器在汽车中广泛应用, 其作用是过滤燃油中的大颗粒杂质。通过在该装置的内部加装热交换管, 又赋予了它新的功能, 即进行冷却液和柴油的热量交换, 其关键是确定内部热交换管的长度L。利用能量守恒定律 (理想状态, 忽略粗滤器的散热效果) 确定L值:
其中:S为热交换管的截面积;P为每秒流过燃油粗滤器的油量;C1为水的比热容;C2为柴油的比热容;T1、T2分别为冷却液的进口、出口温度;t1、t2分别为柴油的出口、进口温度。
1-燃油进油口;2-空气进气口;3-冷却液进水口;4-加热后的冷却液出水口;5-冷却液出水口
1.5 油箱加热棒的设计
图3为油箱热交换器改造示意图, 其主要是利用油箱底部观察孔, 将自制的热交换管固定在观察孔的盖板上。改造过程中热交换管没有特定的长度限制, 利用油箱的结构, 尽可能地增加热交换管和燃油的接触面积, 以保证冷却液与燃油有足够的热量交换。
2 实验验证
图4为燃油温度变化曲线图。实验数据是在室外温度-18℃时进行采集的, 从实验的数据可以看出, 燃油温度随时间在逐步上升, 并稳定在35℃左右, 其中间出现过温度下降的情况, 这是由于发动机启动后, 预热锅炉停止工作, 发动机冷却液温度逐步上升而造成的。
3 结论
利用发动机冷却液的热量, 与燃油进行热交换, 完全满足0标号燃油在0℃以下的环境中正常使用, 并利用自动化控制装置, 保证燃油温度在安全的温度范围。以上设计改造已经过理论实验和实际测试, 实验和测试结果均达到了预期的设计要求。
摘要：结合大型矿车的自身特点, 利用矿车发动机冷却液, 经过对燃油油箱和油路加装预热装置, 对燃油进行预热升温, 并通过自动化控制, 使燃油温度维持在30℃40℃, 保证了大型矿车在室外温度低于4℃且使用0标号柴油时, 能够正常启动和运行。
关键词：燃油预热,低温启动装置,燃油粗滤器,热交换器,自卸车
参考文献
[1]王建昕.汽车发动机原理[M].北京:清华大学出版社, 2011.
[2]陈义锋.PLC的应用及控制系统设计[J].湖南农机, 2010, 37 (2) :46-47.
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.
锅炉火焰检测系统的设计和应用 篇10
根据燃烧学的理论, 锅炉燃料的燃烧实际上是燃料当中的碳以及碳氢化合物与空气当中的氧形成了化合反应, 由此在燃烧器喷出燃料之后, 锅炉内的火焰大概分为4个区域, 燃料混合区、充分燃烧区、初始燃烧区及燃料燃尽区, 根据相应的试验研究表明, 锅炉内火焰波动频率将随着不同的燃烧阶段分布在2Hz~600Hz范围内, 并且由于初始燃烧区域的火焰亮度变化较大, 试验研究表明, 锅炉火焰的燃烧区域亮度变化的频率较大、亮度也最高, 由于对于单只燃烧器而言, 初始燃烧区是最佳的火焰监测区域。由于不同的燃料光谱分布特性较大, 火焰当中包含大量的红外线、部分的可见光以及少量的紫外线, 气体火焰包含丰富的紫外线、可见光以及红外线, 同时, 锅炉内部火焰的持续稳定燃烧以及无火状态辐射能量的强度以及闪烁的频率并不相同。锅炉在有火状态下辐射较大, 无火状态辐射强度辐射较小。由此以外, 锅炉燃烧状态在不同火焰辐射频率并不相同, 在稳定燃烧时, 锅炉稳定燃烧之时, 火焰闪烁的频率较高。波动的幅度也较小, 而当燃烧不稳定之时, 辐射频率较低, 波动辐射将有效增加。尤其是炽热的锅炉壁将产生极为强烈的红外辐射, 同时还将对检测的结果造成了相应的干扰, 同时由于其亮度变化的频率较低, 最高值一般不会超过2Hz, 而炉壁上火焰反向光线所产生的频率一般也是如此。
2 锅炉火焰检测系统的设计
2.1 活检探头设计分析
硅光电池性能较为稳定、频率特性较好、光谱范围较广同时转换效率较高。同时耐高温辐射等相关特性, 由此在可见光型的检测系统当中, 适用于煤粉火焰的检测。相关实验数据说明, 硅光电池所发出的短路电流在较大范围内与光照度形成了线性关系。同时由于负载电阻较小, 同时若是线性关系越好, 那么线性的范围将越广。由此在使用硅光电池检测火焰信号之时, 应尽可能减少检测系统的负载电阻, 从而使硅光电池在接近短路状态下持续工作。
由于相应的光电流与光照的强度形成了正比例, 若是光电信号进行线性放大, 若是燃烧器火焰强度变化范围较大之时, 从而容易使相应的放大器处于过于饱和的状态, 难以获得真实的信号, 由此在检测系统设计过程中使用对数放大器以适应相应的检测系统的状况。从而保证可见光的辐射强度都能在几个数量级的范围内变动和发展都得以实现准确的检测。从而便于信号远距离传输以及有效提高检测系统的抗干扰的特性, 从而能将所得到的电压信号转换为4m A~20m A的电流信号, 通过屏蔽电缆传输到后续处理装置进行持续的分析以及处理。
2.2 系统软件设计
锅炉火焰检测系统的主要程序当中主要为完成系统当中初始化以及火焰状态当中的判别工作, 同时数据采集等其他的任务都在中断过程中完成的, 相应的软件设计的流程如下图所示。软件通过模块化处理, 同时通过DSP汇编语言编写成为1024点的FFT底层运算子程序, 而后是通过使用C语言进行调用, 保证代码的运行效率以及可读性。
3 锅炉火焰检测系统的完善
由于当前火焰检测设备落后以及见火调节效果不好以及火检箱安装位置并不合理, 信号处理功能落后的状况下, 应在设计之后对相应的系统进行完善。相应的智能火焰检测系统是基于微处理器, 通过两个放大器智能单元MFD, UR600等系统检测器探头以及工作站的软件部分构成。内置火焰检测软件数据包。由于相应的操作员以及燃烧器管理系统能对Uvsior系统的所有参数, 从而也能在不同的火检系统在不同的操作条件以及操作环境之下, 从众多的燃烧火焰和背景中检验出需要检验的目标火焰。
3.1 检测器的探头
ABB Uvisor多种燃料火焰检测系统以及相关系统中所使用的紫外线型感应检测器探头以及红外线型感应探测器探头。探头一般都具有自动检测的功能和体系。保护等级为IP66, 从而保证在燃烧器喷嘴附近的恶劣环境当中进行转换。
3.2 MFD工作站的软件
通过与MFD智能单元进行协调配合, 通过在Windows平台之上所开发的火焰检测软件, 最新的系统检测版本具有中文环境, 同时通过MODB-US网络连接整台锅炉上的智能单元, 从而实现对火焰检测器的统一完善和管理模式。
工作人员需要相应的电脑体系, 则能通过相应的软件在工作办公室内部就能较为轻松地监视以及管理相关火焰检测器的运行和发展, 同时也能对组态以实现在检测系统运行当中的特殊要求, 同时也节约了锅炉现场以及主控室的相应的沟通, 切实建立了自动的生产和管理体系。
3.3 MFD智能单元体
MFD智能单元体系在相应的微处理器的放大设备为基础, 同时接收到两个检测探头信号能力。从而从每一个探头的信号送入相应的独立的通道, 每一个通道都有其自身的火焰继电器以及用户现场设置出来的4m A~20m A或者0V~10V模拟输出, 并且使用先进的燃料智能库技术。同时, 系统的自我诊断功能的持续运行保证了相应燃烧器的安全。
3.4 探头冷却风设备
通过增加系统压力低于8k Pa报警, 而这个报警是通过压力变送器进行判断的。通过将压力低于7k Pa的报警以及低于8k Pa报警以及低压低报警引入原本失去冷却风热工光字牌报警信号。通过对冷却风压力低连锁逻辑, 在原本逻辑的基础之上, 也应增加冷风压力低延时6S联锁开启所有的冷风机处理逻辑。在完善之后冷风机联锁逻辑更为完善, 同时也能使联锁功能更为可靠。
4 结论
通过对锅炉火焰检测系统的设计和分析, 使相应的响应速度较快、精度以及逻辑判断较为准确等优势, 同时由于稳定性以及抗干扰性能相对较好。由于相应的检测系统调试较为简单便利。能有效适应锅炉结构复杂、燃煤质量差异较大等特征, 从而也能为锅炉的运行发展提供了有效的保障。
参考文献
燃油锅炉自控系统设计 篇11
关键词：工控机；锅炉控制器；DCS
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 08-0000-02
Small DCS System Design Based on IPC and Dedicated Boiler Controller
Zhang Daode,Hu Xinyu,Xu Cheng,Pan Yurong
(School of Mechanical Engineering,Hubei University of Technology,Wuhan430068,China)
Abstract:A small boiler in distributed system is designed.Industrial computer is taken as superior PC to realize human-machine interface,data management,and system control,fault tracing,network communication function,with special boiler controller as slave machine to realize the boiler temperature control,pressure and water data acquisition and heating control.The system structure is simple and easy to use with low cost.
Keywords:IPC;Boiler Controller;DCS
一、概述
锅炉是工厂重要的动力设备，它必须根据生产工艺要求提供合格的蒸汽，并使锅炉产汽量及压力适应负荷的需要。因此，生产过程的各个主要参数必须严格控制。本文介绍了一种基于工控机、专用锅炉控制器的小型锅炉DCS控制系统。DCS又称集散控制系统或分布式控制系统（Distributed Cotroll System），集计算机技术、控制技术、通信网络技术为一体，在结构上将管理监控、实时控制、数据采集等功能分散到不同的计算机中，每台计算机均采用高可靠的工业计算机，必要时采用冗余技术，从而保证了系统的高度可靠性。利用计算机软件和图形化技术，可以方便地实现系统功能的模块化组态，以适应不同工业过程的控制要求和算法，便于系统的调试和投运，又可以实时记载过程数据，并通过网络将这些数据自动传送到生产管理计算机系统，实现计算机集成化的管理与控制。
二、系统总体设计
本DCS系统应用于某酒店锅炉房，管理三个锅炉。系统分为三层：第一层为现场传感器、执行器等；第二层为现场控制层，现场控制层采用现有锅炉控制系统的IPC作为控制核心，配合二次仪表，根据集中控制台的指令、规定的工艺要求、各种逻辑连锁关系的要求、现场状态保护的要求，对现场实时控制）；第三层为集中控制台（上位机），上位机选用工业控制计算机。上位机加入modbus通讯协议，可将锅炉工况上传至楼宇集中控制系统。
图1.控制系统拓扑结构图
DCS集散式控制系统，是当今锅炉自动控制领域的主流。其下位机可以在现场控制对象进行独立控制，当上位机或其他下位机出现故障时，不会影响本机的正常工作。同时上位机也可以对每个下位机进行管理和系统监控。因此，DCS集散式控制系统具有很高的可靠性，系统下位机采用南京仁泰公司的锅炉电脑控制器。
三、上位工业控制计算机功能介绍
工业控制计算机软件平台采用Labview，该软件平台使得系统具有合理的配置和丰富的人机对话功能。以此为平台的锅炉控制软件，具有各种曲线、图表、动画画面、立体画面和动态画面显示功能，具有强大的数据记录和处理功能。动态画面和实时数据相结合，使系统控制性能得到进一步提高。中央控制台主要有工业控制计算机LCD显示器、操作台、强电元件等。工业控制计算机是锅炉组的控制中心。系统具有以下功能和特点：
（一）系统安全分级
系统具有分级安全管理功能，非法用户不能对系统进行修改和操作，以保证系统的运行安全。
（二）图形化显示
系统采用动画、图形动态反映系统的运行，对各种数据和参数做出动态分析，生成动态运行曲线显示在屏幕上。
（三）自动数据采集、处理
系统执行操作人员的指令，并且收集来自下位机的所有状态，分析生成动态运行数据，自动存入数据库，据此系统进行各类情况的分析，使锅炉处于最佳的运行状态。
（四）人机界面友好
工作人员仅需通过鼠标操作，就可以控制、查询各个设备的状态，计算机响应工作人员操作、进入新的画面和设备改变工作状态时，就有相应的信息提示，当有故障报警时，系统会发出相应的报警信息，操作简单。
（五）故障跟踪监控
对从下位机送来的有关锅炉运行信息进行故障跟踪监控，一旦锅炉出现不正常的情况，立即显示发生故障的锅炉画面，显示出故障的性质和部位，并将故障的具体数据通过打印机打印出故障报表。同时，计算机也将所有的故障信息自动存挡，作为重要的历史数据以供随时查询。
（六）报表以及数据打印
系统能够很方便地产生各类报表，查询以及维护数据库。配备数据打印机，可以打印锅炉在运行中产生的实时数据记录、历史数据记录和故障报表。打印有两种形式：及时打印和定时打印。
（七）负荷调节
上位机除随时对单台锅炉的运行状态进行全面跟踪显示外，还根据系统的需求，对下位机及多台锅炉进行投运和停止控制，以实现系统的负荷调节，在满足系统供热工艺要求的同时，最大限度地节能。
（八）系统通讯网络
因为RS-4.85接口具有抗干扰性强及传输距离远的特点，上、下位机采用RS-485接口，通过下位机控制柜将锅炉的运行工况、重要参数、重要数据和报警记录等上传至上位机，方便管理人员实现对锅炉操作系统的实时监测、集中控制，实现现代化的管理。
四、下位机及其接线方法
系统下位机采用南京仁泰锅炉自控设备有限公司YLZK-WQ2210/1型电脑锅炉控制器。该控制器采用μPSD3200型CPU作为电脑控制器系统的核心。以该型单片机为核心的控制器是国内锅炉电脑控制器中最先进的产品之一，具有锅炉压力控制、缺水保护、炉壁温度检测、超压保护、定时控制、实时时钟等自动控制功能。参照该型号锅炉控制器的使用说明书，其接线分输入信号及输出信号两种。
（一）输入信号
1.温度传感器。炉壁温度传感器热电阻分度号：Pt100，测温范围：0～400℃，R（0）=100.00Ω。该传感器在温度每变化1℃时其电阻变化仅0.39Ω左右。故应特别注意接线质量，尽量减小导线接头处的接触电阻，以免影响测温精度。
2.水位电极（水位电接点）。当水电极两端的电阻低于50K时，控制器即认为水面已高于电极，当水电极两端电阻升至200K以上时，控制器即认为水面已低于电极。请注意电极两端的绝缘。
3.燃烧器故障。可将燃烧器故障灯并联接入控制器，控制器检测并做出报警，提示用户处理。此信号为220伏交流强电信号。
4.压力信号。可将压力控制器、压力开关等传感器信号接入控制器，控制器检测器通断状态显示并做出报警。
（二）输出信号
控制继电器触点容量为10A/220VAC，使用时负载应小于0.5KVA。
1.燃烧器控制。控制器提供一组独立的小火（启停控制）触点（J10），一组独立的大火（大小火转换）控制触点（J11）。可配接各种进口、国产燃烧器。小火控制继电器既可接燃烧器的小火控制端，也可直接控制燃烧器的电源。
2.泵（或阀）控制。控制器可配接各种泵或阀。使用功率小于0.5KVA的单相泵（或阀）时，可直接将控制器的泵控制输出串入水泵（或阀）的供电回路。如泵功率较大或为三相水泵则应配接适当功率的接触器。
五、结束语
本文设计的锅炉DCS系统具有较好的人机操作界面、结构简单，因为采用专门的锅炉控制器作为下位机，具有低成本、使用方便的特点，系统具有较好的应用价值。
参考文献：
[1]于海兴.基于PLC和WINCC的锅炉控制系统[J].青岛远洋船员学院学报,2006,2:P14-17
[2]刘莹.小型集散系统在锅炉控制中的应用[J]测控技术,1999,7:P48-50
[3]南京仁泰锅炉自控设备有限公司.YLZK-WQ2210/1型锅炉电脑控制器使用说明书.2010
燃油锅炉自控系统设计 篇12
飞机燃油电气系统是由机电管理计算机、燃油转换盒、机电参数显示器和燃油控制盒以及传感器、电磁阀、转输泵等组成,可以实现燃油油箱低油面和高油面的告警,完成压力加油和抽油操作控制,解算并显示燃油油量,实现油箱之间的油量转输等功能[1,2]。为了将某型飞机机电管理系统对燃油系统的管理控制结果形象具体的展示出来,便于学员理解燃油系统的工作模式,提升教学效果,因此设计了燃油系统动态演示装置。
2 总体方案设计
2.1 燃油系统组成
燃油电气系统相互之间的关系如图1所示。燃油系统主要功能包括飞机的压力加油/抽油,燃油的相互转输。
飞机共有8个燃油油箱,分成前、中、后三组,每组油箱给一台发动机供油,其中中组油箱又分为中组前和中组后两个油箱。每组飞机油箱中都安装有燃油油量传感器、油面传感器、燃油温度传感器三种传感器,其中油面有高油面传感器和低油面传感器两种。
2.2 燃油系统模拟器功能
燃油系统模拟器能接收加/抽指令以及转输指令信号和反馈燃油系统各电磁阀的状态信号,并能显示出三组油箱的油量信号,然后模拟显示燃油电气系统的工作情况,功能结构如图2所示。
通过人工操作面板的控制开关,实现加油、抽油、油量转输的控制,燃油电气系统模拟器具体功能如下:
1)能接收加抽油指令和转输油指令;
2)应当能够模拟三个油箱内的三个高油面和三个低油面的功能;当模拟油箱内的油面达到高油面时,应当提供一个信号;当模拟油箱内的油面达到低油面时,应当提供一个信号;
3)应当能够模拟油箱内燃油油量的多少;
4)在接收到加/抽油指令、转输指令后,能够模拟出各个油箱间油路的工作情况,并实时显示出各油箱内油面的变化情况;
5)能够显示加抽油电磁阀、转输电磁阀和转输泵的工作情况。
实现上述功能,模拟器主要由显示面板、控制面板和处理器组成。
3 硬件电路设计
硬件电路的设计是实现效果显示和控制功能的表现方式和前提条件,只有硬件电路的设计足够完善,才有完成预计功能的机会。硬件设计主要分为单片机最小系统、控制电路设计和显示电路设计,以及PCB电路板制作,相应的结构图如图3所示。
3.1 单片机最小系统
单片机最小系统是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统[3],通过对端口数量及处理速度等需求进行分析,本系统选用以Microchip公司生产的PIC18F4520单片机作为核心处理器的最小系统。
3.2 控制电路设计
3.2.1 三极管驱动电路
在自动控制电路中,常使用半导体三极管作为电子开关来驱动控制发光二极管、蜂鸣器、电动机、继电器等器件的工作状态。利用三极管的开关特性,经单片机I/O端口控制来驱动LED灯。
3.2.2 4线-16线译码器
由于系统需要控制的二极管较多,单片机自带的I/O口不能满足要求,需要对I/O口进行扩展[4]。本文选择4线-16线译码器74LS154,可以将4个输入的二进制编码译成16个彼此独立的输出信号[5]。
利用两片74LS154译码器,其选通输入端都接地,第一片的4线输入端接PIC单片机的RD4—RD7端口,16线输出端则定义为端口X0—X15;第二片的4线输入端接PIC单片机的RD0—RD3端口,16线输出端则定义为端口Y0—Y15,如图4所示。这样便将单片机的8个I/O端口扩展为了32条控制线,虽然不能同时控制全部,但在分时控制下也相当于同时控制32个端口。
3.2.3 矩阵键盘
为了减少单片机I/O口的占用,将按键设计排列成矩阵形式[6],如图5所示。
按键所对应的控制面板上的开关分别为:S1(JQ)——中组油箱加油开关,S2(JZ)——中组油箱加油开关,S3(JH)——后组油箱加油开关,S4(CQ)——前组油箱抽油开关,S5(CZ)——中组油箱抽油开关,S6(CH)——后组油箱抽油开关,S7(ZSQ)——前组油箱转输开关,S8(ZSZQ)——中组油箱中前转输开关,S9(ZS⁃ZH)——中组油箱中后转输开关,S10(ZSH)——后组油箱转输开关,S11(BZ)——转输泵正转,S12(BF)——转输泵反转。
3.4 显示电路
系统所有的显示功能利用LED来实现,具体方式如下:
1)油箱的轮廓及管路采用线条的方式进行描述;
2)油箱内油面的高低采用LED灯的亮暗指示;
3)每个油箱内的高低油面传感器采用LED灯的亮暗指示;
4)加抽油电磁阀、转输泵和转输电磁阀的工作状态采用LED灯的亮暗进行指示;
下面以加/抽油管路为例来说明实现方式。
加/抽油管路采用LED灯的灯带指示,并分为加抽油公共管路LED灯带、前组油箱管路LED灯带、中后组公共管路LED灯带、中组油箱管路LED灯带和后组油箱管路LED灯带五个部分,如图6所示。
公共管路LED灯带在每个油箱加抽油时均要工作,因此应当是一直燃亮的;中后组公共管路LLEEDD灯带则在中组和后组至少有一个工作时燃亮;前组油箱管路LLEEDD灯带、中组油箱管路LLEEDD灯带、后组油箱管路LLEEDD灯带只是在该油箱加//抽油时工作,因此,油箱管路的指示灯应当与该油箱的加//抽油电磁阀一起工作。每一路的LLEEDD灯带由几组灯构成,每组灯进行单独的控制,且每组灯最多88个LLEEDD灯。具体的加//抽油路设计原理图如图77所示。
最后通过绘制PCB板及元器件焊接,完成硬件电路的设计制作。
4 软件程序设计
该燃油系统演示装置的程序设计主要分为控制开关的程序设计、显示界面的程序设计和程序调试等,用C语言作为编程语言,集成开发环境使用MPLAB IDE,单片机程序的烧写采用PICkit 3编程器/调试器。程序设计结构图如图8所示。
5 结论
本设计采用单片机为中心控制器,实现了在控制开关的操作下,模拟燃油系统加抽油或转输油工作时各油路的工作情况,以及三个油箱液面的显示。在进行设计之前先对飞机燃油电气系统进行了介绍,概述了燃油电气系统的功能和组成情况,详细阐述了燃油系统模拟器的硬件设计过程和程序设计过程。最终完成了硬件电路的调试,如图9所示。
参考文献
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