锅炉控制系统

锅炉控制系统（精选十篇）

锅炉控制系统 篇1

1) 锅炉燃烧控制系统的组成具有复杂性, 其中燃烧控制系统是锅炉控制系统的主要组成部分之一。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制系统、燃烧效率控制系统组成。燃烧控制系统主要对主燃料的给煤量、辅助燃料及风量进行控制。另外燃烧控制系统的每个子控制系统通过不同的测量手段、控制手段, 保证燃料的安全性和经济性。气压、过剩空气系数以及炉膛负压是燃烧调节系统的被调参数。

2) 锅炉喷燃器控制系统的主要目的是保证锅炉安全和经济运行。作为锅炉燃烧器的重要组成部分, 喷燃器是锅炉运行控制的关键, 对锅炉燃烧的稳定性、锅炉汽包压力有巨大影响, 而传统控制和人工监测难以满足现代化生产要求。气压特性调节与燃烧系统具有耦合关系, 将直接影响锅炉蒸汽生产流程的优化设计及锅炉喷燃器的运行效果。

3) 锅炉送风控制系统。锅炉的送风量直接关系到锅炉的经济燃烧状况。送风量过小, 不仅会造成锅炉的不充分燃烧, 还会使锅炉煤气混烧的效果恶化, 增加热损失, 影响锅炉的整体热效率;当送风量太大时, 锅炉将出现富氧燃烧情况, 导致锅炉结焦以及锅炉水冷壁系统的氧化腐蚀加剧, 对锅炉的长期运行有极大的影响, 降低锅炉的经济效益。因此, 为保证锅炉的充分燃烧, 应对锅炉送风控制系统进行优化, 以提高锅炉燃烧的经济效益和整体热效应, 保护锅炉设备的安全运行。

4) 炉膛负压的自动调节系统。引风机的电机变频器、风机出口挡板开度控制炉膛负压。炉膛负压的大小决定火焰中心的高度以及燃料烟气流的形状, 直接影响炉膛的辐射黑度与锅炉的水汽循环。当炉膛负压过小, 火焰温度上升, 造成烟气流速上升, 过热器被烧坏现象发生, 影响锅炉过热器的换热效率, 增加锅炉排烟热损失;炉膛负压太大, 会造成锅炉燃带区域温度上升, 烧坏喷燃器, 影响锅炉的安全运行。为保障锅炉的喷燃器安全运行, 应对炉膛负压的自动调节进行优化设计。

2 锅炉主蒸汽压力控制系统优化设计

在锅炉蒸汽产量和负荷用汽量不平衡关系基础上, 根据锅炉主蒸汽压力变化情况, 通过制粉系统改变给煤量, 达到改变锅炉蒸汽产量的目的, 实现对主蒸汽压力的控制。制粉系统的给煤量和蒸汽负荷直接影响锅炉主蒸汽压力。为达到有效控制锅炉主蒸汽压力的目的, 需计算锅炉主蒸汽压力传递值, 其函数表达式为

式中:Kp为静态增益系数, Tp1与Tp2均属时间常数, 而 τp为延迟时间, 单位为s。在实际设计过程中, 以相关资料为依据, 将锅炉主蒸汽压力系数设置为:τp=40 s, Kp=1, Tp1与Tp2分别为100, 50。

1) PID控制系统。比例微积分控制系统简称PID, 其原理简单、应用方便, 参数值具有灵活性、适应性、鲁棒性等, 控制质量不受对象变化影响。主蒸汽PID控制系统结构见图1。

其中, e (t) 为PID控制系统参数, 偏差公式[1]为

采用MATLAB仿真PID控制系统, 在选定的参数值下, 可以得出以下结果。其中选定参数值Kp= 1.2, Ki= 0.008, Kd= 20。 Kp的论域为{-0.3, 0.3}, Ki为积分控制系统的准确性, Kd为微分控制系统的准确性, 是根据Kp的比例来确定的积分和微分[2]。

在实际生产工作中, 主蒸汽压力控制具有非线性, 受随机干扰大, 采用普通的PID控制方法难以达到理想效果。为了消除迟滞性对控制系统调节性能的影响, 实现控制过程的无迟滞性, 可以将SMITH引入PID控制系统。

2) 主蒸汽压力模糊控制系统具有超调小等特点, 引入SMITH预估控制系统, 可以提高模糊控制器的调节能力, 其结构见图2。在主蒸汽压力模糊控制系统中引入SMITH预估控制方法, 能够消除滞后性对控制系统的影响, 达到最优的控制效果, 满足实际生产需要。

3 锅炉控制系统的实现

1) 锅炉DCS控制系统, 即锅炉总线控制系统。按照集散控制思路将其划分为3 个层次:一是信息管理层。主要任务是设定控制系统的关键技术参数、实时参数, 监控运行状况和趋势、故障提示和处理等。二是控制层, 包括PID调节器等模块。系统指令的完成、控制方法选型、自动处理装置异常等是控制系统控制层的主要任务。三是设备层, 包括模拟信号隔离分配器、交流接触器等, 主要作用是接受和执行控制系统指令, 采集和传送检测数据等。

2) 锅炉DCS控制系统的实现。锅炉DCS控制系统中的信号变送器将检测到的信号发送至控制模块, 经处理后形成控制信号, 再由信号变送器返还至执行机构, 实现了锅炉DCS控制系统的设计预期效果。利用现场总线技术、PLC技术等改善和优化锅炉控制系统, 突破传统锅炉DCS控制系统的缺陷, 可切实提高锅炉整体的稳定性。燃烧优化系统在人工神经网络模型的计算基础上, 获得最佳运行参数, 在DCS运行参数设定偏差补偿形式下输入DCS, 从而达到补偿相加的目的, 迫使实际运行参数与最优运行参数值相一致。

在输入DCS优化补偿过程中, 必须先满足自身高低限和变化速率, 以保证顺利进入DCS。在此基础上, 检查数据安全性, 将其设置于加法器中, 避免对原系统产生影响。各分路优化系统组成锅炉燃烧优化系统, 但各分路可单独运行。在锅炉燃烧优化系统异常运行时, 通过DCS自动切除功能, 达到切除各分路的目的, 提升燃烧优化系统的灵活性和独立性, 具体投入逻辑见图3[3]。

4 锅炉热效率试验

以太原某大型国企使用的13 号、14 号锅炉为例。该锅炉由东方电站集团公司生产, 为亚临界、中间再热、自然循环、全悬吊、平衡通风、燃煤汽包炉, 型号为DG-1025/18.2-Ⅱ4。

1) 试验准备。一是经有关试验各方确认该机组已达满意状态。二是整个锅炉机组的严密性检查。三是试验开始前, 所有受热面应保持正常运行时的清洁度。四是锅炉主要运行控制系统正常, 主要运行参数测量元件应经过校验。五是试验开始前, 锅炉运行持续时间大于72 h, 每种工况试验持续时间大于4 h;锅炉主要运行参数至少稳定30 min, 试验期间主要运行参数允许存在波动范围, 锅炉额定蒸汽流量为±3%;额定蒸汽压力为±2%;额定蒸汽温度为+5~-10 ℃。

2) 试验实施。锅炉热效率试验前, 对锅炉各受热面和空气预热器进行全面调试, 调整炉膛氧量在设计值附近, 然后维持主蒸汽温度、主蒸汽压力、再热蒸汽温度和再热蒸汽压力等参数稳定后进行氧量和烟气温度采集。试验期间没有任何干扰工况的操作, 待各参数稳定后, 开始测量各参数, 试验时间维持4 h。

3) 试验结果。锅炉热效率试验结果见表1。

4) 锅炉热效率试验结论。300 MW负荷下, 空气预热器出口氧量为4.09%, 飞灰可燃物含量为3.90%, 实测热效率为90.72% , 修正后热效率为90.98%。280 MW负荷下, 空气预热器出口氧量为5.28%, 飞灰可燃物含量为2.40%, 实测热效率为91.70%, 修正后热效率为91.85%, 与改善前相比, 锅炉热效率提高1.82 个百分点。250 MW负荷下, 空气预热器出口氧量为4.96%, 飞灰可燃物含量为3.16%, 实测热效率为92.46% , 修正后热效率为92.65%。与改善前相比, 锅炉热效率提高1.65 个百分点。190 MW负荷下, 空气预热器出口氧量为6.19%, 飞灰可燃物含量为1.39%, 实测热效率为92.62%, 修正后热效率为92.85%, 与改善前相比, 锅炉热效率提高0.57 个百分点。

综上所述, 由于锅炉装置自身的复杂性和特殊性, 常规锅炉的控制系统很难达到预期控制效果。经过优化设计后的锅炉控制系统能有效弥补和改善传统锅炉的缺陷, 实现锅炉装置的安全、稳定运行, 提升整体运行经济效益。但是面对实际生产要求, 仍然存在一定的弊端, 还需要相关研究者继续深入探索。

摘要：文章结合实际情况, 分析了锅炉控制技术的发展情况和应用现状, 探究了锅炉燃烧控制系统与锅炉主蒸汽压力控制系统的优化设计, 讨论了锅炉控制系统的实现路径。

关键词：锅炉控制系统,富氧燃煤,蒸汽压力

参考文献

[1]于永茂, 高德欣, 杜厚朋.基于C#与组态软件的锅炉优化控制系统设计[J].自动化与仪表, 2013 (1) :39-42.

[2]刘智.基于辐射能信号的300 MW直流锅炉优化控制系统的研究和应用[D].武汉:华中科技大学, 2011.

锅炉上水系统改造 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。

锅炉控制系统 篇3

【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。

锅炉水处理控制系统的改造 篇4

关键词：自动控制,水处理,PLC,再生

1 引言

锅炉水处理是锅炉使用过程中的重要环节[4],为了保证锅炉安全经济运行,通常要求锅炉补给水的质量不低于相应锅炉给水质量标准的规定。锅炉水质不良会在受热后结垢,大大降低锅炉热效率,产生受热面金属过热损坏,如鼓包、爆管等。另外还会产生金属腐蚀减少锅炉寿命,因此为了锅炉的高效安全运行,水处理系统整个高效、安全的运行尤为重要。

2 改造背景

现有的锅炉水处理控制系统是SIEMENS S5系列PLC构成,使用年份过久,随着设备的老化、故障率的升高、水质的不稳定性和原设计的局限性,再加上DCS主控室的升级和其它配套设备的更新,现有的水处理系统的控制功能和运行方式都不能满足整个工厂自动化的要求。为了达到工厂运行集中控制,节约成本,减轻劳动强度,提高工作效率。因此需要进行水处理系统进行自动控制技术改造。

3 系统功能改造

在改造中,采用以程序自动控制为主,人工参与为辅的控制系统模式。在工控机上利用IFIX工控软件编制程序能够模拟显示整个系统的工艺流程和当前运行状况如:工艺参数设定、变化趋势,实时报警并显示故障点和故障原因,并且可随时查询故障历史记录。对各个阀门、水泵和电机进行点动操作时,提示工作人员操作步骤。同时专业工程师或操作人员可在工控机界面上设定相关的工作时间、参数调节、阀门开关状态的界面。PLC完成采集数据、各状态的控制、数据计算、向上位机输出数据及状态信号。通过通讯端口接受上位机的控制命令,通过相应的控制模块进行处理和输出、控制阀门的开/关、泵的启/停。PLC程序采用模块化结构编程方式,由主程序根据条件调用各子程序块,整个程序采用工艺顺序控制、时间控制、条件控制相结合的原则进行设计。图1为生产工艺流程图[1]

4 控制系统结构及硬件配置

现有的锅炉水处理控制系统是SIEMENS S5系列PLC构成,需要改造成SIEMENS S7-300系列PLC,选用315-2DP CPU,另加CPU 2块PS307电源模块,IM360模块1块,IM361模块3块。PLC编程软件选用STEP7 V5.2。并设PC操作站,上位机选用研华工控机。通过图形界面执行操作。我们选用的工控软件为IFIX,考虑到以后进行远方操作,故要求PLC支持profibus总线通讯,水系统DCS子站与中央控制室DCS主系统通过通信总线双冗余接入。根据水处理系统改造需要,有以下统计:其中AI:47点;AI(TC):5点;DO:195点;DI:339点。这些点未包括锅炉取样及加药装置,但已经考虑到为适合制水系统自动化改造所需增加的点数。例如:因自动控制需要将手动门而改成电动门此外,系统中的各气动门也要按照一点DO输出,两点DI反馈统计;各水泵按照两点DO输出,一点DI状态反馈来统计。所有DI、DO点都采用24VDC,所有DO点都要通过继电器盘隔离输出。控制系统组织框架见图2。

注:PS为电源模块。IM360和IM361为扩展模块;一个CPU只能有一个IM360模块,一个360模块最多可连接3个361模块,每个扩展模块最多可以有8块I/O卡件。

5 PLC系统软件

PLC编程软件选用STEP7 V5.2,采用模块化的设计,把系统所需完成的功能分成阳床再生、阳床单体控制、阴床再生、阳床单体控制、混床再生、阳床单体控制、加药系统、系统停运八个模块,分别进行设计。这样做的优点是设计方便、便于程序修改。各个模块程序一般是独立运行的,单独运行时有自动和手动操作。自动运行时每一步都是按事先设定的步序时间、互锁条件和参数设置运行。此外,程序还包括故障报警模块,全自动运行状态时,发生故障时除发出声光报警外.还能实现备用设备自投。如:图3是阴床单体控制程序流程。由流程图可知:阴床运行时间由阴床出水累积制水量、SiO2浓度、电导率三个指标控制,当其中一个指标超出时,即自动停运该床体,此时应可将备用床体投入运行,再对停运的床体进行再生。当再生结束时,床体的累积制水量自动清零。

6 工控机监控管理软件

我们选用的工控软件为IFIX,其运行环境是WINDOWS2000PRO,IFIX是一套实现现场数据采集,过程可视化及过程监控功能的高性能的工业自动化软件解决方案。在工控机上利用IFIX工控软件编制的人机界面具有一个主画面和五个子画面。每个画面都可以通过鼠标或键盘相互切换。所有的被控对象都设置了动态属性,如阀门开关状态的变化就会引起其颜色的变化。

人机界面[2]具有以下功能:(1)安全级管理功能,操作画面显示,事件调度,都赋予权限管理,明确区别工程师和操作工的使用权限。除此之外还限制某些关键程序的访问;(2)手动/自动切换功能,在运行状态画面和流程图画面下,根据生产条件下进行设备运行方式的改变;(3)参数设置功能,可以根据生产实际情况对所有监控的工艺参数和预设参数进行修改;(4)流程图监控,可以直观地监视各装置生产情况,并目在此画面下启动某一个工艺参数显示,就可以监视此参数的变化趋势;(5)监控点统计,此画面下可以直观地看到所有被监控参数的实时数据、历史数据和文档数据及实验数据,并且无论在任一时刻启动本画面下的报表打印选择,就可以生成当前所有被监控参数的打印报表;(6)运行状态监控,此画面下可以监视到生产装置的运行状态,方便操作人员注意不同工艺生产时各种参数变化是否在限值之内,便于及时调整操作,保证安全生产;(7)报警功能,此画面下可以查阅参数何时发生了超限现象,事故是何原因引起等,对于分析事故原因、明确责任是非常有用的。

7 系统改造后分析对比

改造后投自动,可严格控制运行工况(如床体再生时,太早进入再生会增加酸碱耗量,太晚进入再生,则很难保证出水品质,投自动后,可控制床体在接近失效时,进入再生阶段,这样,既不会增加酸碱用量,又可保证出水品质),使运行更加稳定、安全。假设投自动后,能节省10%的酸碱耗量,一年约节约成本费用为:22.5万元R M B。

此系统可实现远程操作,可实现对整个水处理、工艺流程实时监测动态模拟、所有数据的采集与存储以及实时趋势曲线描述。自动定时班报表、日报表、月报表以及年报表的打印输出。自动超限报警以及对报警信号的汇总、存储以及报警报表打印输出。系统实施后操作工人由原来的4人减少到2人,按照四班三倒制,可以减少操作工8人,一年减少工资成本10万左右[2]。

可连续监控运行指标,锅炉水质能得到很好的控制,能随时发现异常情况,避免事故的发生,即使遇到紧急情况,有利于及时处理。良好的水质,能使锅炉、汽轮机等设备的使用寿命增长,降低生产成本。投自动后,开关阀门、水质化验、统计报表等都可减少劳动强度,缩短劳动时间[2]。

8 结束语

改造后的水处理系统,自动化程度高,操作容易,该系统己投人运行,并取得了满意的效果,程控系统提高了运行控制水平。系统的各个操作都可以在主控室通过自动控制或远操完成,各过程的时问预先设置[3]。节约能耗,降低员工劳动强度,值得在其它系统工程上推广应用。

参考文献

[1]李颖.锅炉补给水处理系统的比较及相关问题探讨[J].江西电力,2005,29(3):43-44

[2]湛洪然.锅炉水处理装置的自控系统设计[J].沈阳工程学院学报,2006,(4):153-154

[3]李春光.230t/h锅炉自制冷凝水减温系统改造措施[J].热电技术,2007,(1):19-20

锅炉除渣系统改造建议 篇5

一、我厂锅炉除渣系统简介：

我厂锅炉除渣系统采用机械输送，在锅炉底部从东至西一共设有三个排渣管，在东西两个排渣管下方，各安装有一台SC8-43/20型气槽式冷渣机（编号为1#、2#）。1#、2#冷渣机均由南侧进渣，北侧排渣。在1#、2#冷渣机排渣口下，沿东西方向布置有一部DS540型链斗输送机（编号为1#）。在1#斗式输送机的出口转载点下方，沿北南方向布置有一部DS540型链斗输送机（编号为2#），2#斗式输送机的出口进入渣库。

排渣工艺流程为：

正常运行时：锅炉排渣管——――1#、2#气槽式冷渣机——－1#斗式输送机——2#斗式输送机——――渣库————汽车运输至排渣场地。

机械输送系统发生故障的情况下，用1#、2#气槽式冷渣机中间的事故排渣管放渣，然后由人工运输。

二、现有除渣系统存在的问题与不足之处：

1、冷渣机的出力低，不能满足锅炉正常运行的需要。

设计工况下，锅炉的排渣量计算为12.06T/h（290T/d），而冷渣机的额定出力只有8 T/h，两台冷渣机必须同时运行才能满足运行。而在校核工况下（煤：矸为3：7，实际取样化验低位发热量只有1846千卡/千克），锅炉的排渣量计算为23.5T/h（564 T/d），两台冷渣机同时运行，出力只有16 T/h，远远不能满足运行。

2、锅炉事故排渣口处的场地狭窄，事故情况排渣时，场地空间太小，无法使用平车运输。

3、排渣系统是单系统运行，一旦其中一部输送机发生故障，都会使整个系统停运。

4、气槽式冷渣机采用风、水两种冷却工质作为冷却介质，因此又专门配有冷渣风机和冷却水系统。一旦冷渣风机出现故障就会使冷渣机降负荷或停运。而冷却水系统的问题更突出：由于采用循环水作为冷却水，极易引起结垢，损坏冷却水管。

5、采用这一除渣系统，必需设置专人在锅炉零米监视设备运转情况，并及时处理下渣不畅、堵塞等问题，员工的劳动强度大。

6、由于系统的正常运行完全依赖与转动设备的运转状况，可靠性小，维护工作量大。

7、由于炉渣在冷却、运输过程中处于非封闭状态，跑灰、二次扬尘会严重污染厂房及厂区环境。

三、改造目的：

四、改造方案：

针对锅炉除渣系统存在的问题与不足之处，我厂组织有关技术人员进行了研究，认为采用目前的除渣系统从根本上不能保证锅炉按额定工况正常运行。为此，应该对锅炉除渣系统进行改造。同时确立如下原则：

1.改造后的系统要有高度的运行可靠性；

2.在保证运行可靠的前提下，应尽量采用非机械除渣系统，以减少运行值班人员的工作量和检修维护工作量。

在上述原则的指导下，我厂组织相关人员进行研讨后认为，采用水利冲渣是一种较理想的除渣方式。具体的方式是： 从成庄热电厂冲渣泵出口管上引一根DN300管道，直埋于地，沿北南方向由新电厂东侧道路进入厂区，到气化风机房北侧后，向西拐约45度后进入锅炉零米，作为冲渣水源。排渣沟由铸石板砌筑，沟道走向与冲渣管路平行，直通到成庄热电厂沉渣池。

采用水力冲渣的原因有以下几个方面：

1.成庄热电厂采用水力冲渣，从97年电厂投产一直到现在，运行非常稳定可靠。

2.利用成庄热电厂的沉渣池及灰渣泵系统，可以减少投资，节约成本。目前热电厂冲渣泵房共有四台灰渣泵，两运两备。全部开起来后，预计能满足所需水量（需要进一步的设计计算才能确定）。即使现有设备不能满足，泵房里也有足够的场地安装增加的泵。

3.采用水力冲渣，运行费用低，维护成本少。4.采用水力冲渣，可以减轻除渣工的劳动强度。5.采用水力冲渣，可以保持锅炉零米环境清洁。

6.采用水力冲渣，拆除冷渣机等附属设备后，锅炉零米的空间开阔，便于在故障情况下人工除渣。

7.采用水力冲渣，锅炉二次返料的放料可以直接放到冲渣沟中，一并解决锅炉二次返料放料的问题。

水力冲渣系统管路布设示意图附后。

锅炉排渣、排灰量计算

一、设计工况下灰渣量： 1.查锅炉热力计算汇总表知：

a.设计工况下，燃料的应用基低位发热量Qdwy＝13588kj/kg 燃料的应用基灰份Ay=34.54% 燃料灰份中灰渣份额αhz=0.6 烟气带走飞灰份额αfh=0.4 机械不完全燃烧热损失q4=2.84% 灰渣总量M=Ay+q4×Qdwy/8100=20.1T/h 灰渣中渣量为0.4M=0.4×20.1=12.06T/h 灰渣中灰量为：0.6×20.1＝8.04T/h

二、校核工况下灰渣量：

校核工况下，燃料的应用基低位发热量Qydw＝1846千卡/千克（7716.28kj/kg）燃料的应用基灰份Ay=65% 锅炉有效利用热量Qyx=170856.73kj/s 燃料消耗量

浅谈锅炉防腐控制 篇6

[关键词]锅炉；腐蚀；缓蚀剂

[中图分类号]TK223

[文献标识码]A

[文章编号]1672—5158（2013）05—0137—01

1锅炉腐蚀特征与现状

1.1锅炉腐蚀的原因

腐蚀一词是指材料在周围环境介质的化学或电化学作用下发生的破坏。从腐蚀的观点来看，锅炉仅仅是一层钢支承着的磁性氧化铁薄膜。锅炉腐蚀控制主要取决于这层薄的、均匀的、附着牢固的保护膜的生成和维持。水中溶解过多的氧及氢离子、氢氧根离子均能部分或全部破坏已生成的保护膜使金属发生严重腐蚀。

1.2锅炉腐蚀的危害性

腐蚀会严重影响锅炉运行的安全性和使用寿命，其主要危害为：

第一、产生腐蚀后，锅炉的省煤器、水冷壁、对流管束、锅筒等金属构件遭到破坏而变薄，或局部点状腐蚀而凹陷甚至穿孔。严重的腐蚀会使金属内部结构破坏而强度显著降低发生爆管。这都会缩短锅炉的使用年限，或需停炉停产进行修复。

第二、若锅筒发生苛性脆化，会引起锅炉爆炸。

第三、金属腐蚀产物转入水中，使水中杂质增多，又加剧受热面上的结垢过程。含有高价铁的水垢，容易引起垢下金属铁的腐蚀，而铁的腐蚀又容易重新结成水垢。这种恶性循环会迅速导致爆管事故。

1.3锅炉防腐技术现状

统计数据显示，2011年全国在用锅炉总台数64.58万台。因此，控制锅炉腐蚀提高设备安全性的任务格外艰巨。通过对锅炉腐蚀的研究，特别是氧气对腐蚀影响的研究，为人们提供了一系列解决锅炉腐蚀的方式方法。通常可以分为除氧器法，除氧剂法和缓蚀剂法。

2除氧器法和除氧剂法防腐技术

2.1除氧器是一类能够从水中除去氧气的设备，种类繁多，大致可分为以气体融解定律为基础的热力除氧器、真空除氧器、解析除氧器，类似于离子交换的氧化还原除氧器，利用氧和铁发生腐蚀反应的钢屑除氧器等。

2.2除氧剂是一类能够从水中除去溶解氧的物质。作为有代表性的腐蚀控制方法之一，除氧剂广泛用于锅炉水处理、油田水处理、污水处理以及许多化工过程的工艺用水处理中，以防止水中溶解氧对金属的腐蚀。

最常用的除氧剂是亚硫酸盐。亚硫酸钠不但可作为运行锅炉除氧剂，而且还可作为停用锅炉保护剂。

工业上广泛使用的另一种化学除氧剂是水合联氨。水合联氨能与溶解氧反应生成氮气和水，除氧效果优于亚硫酸钠，广泛用于高压锅炉给水除氧，作为机械除氧的辅助措施。

3缓蚀剂法防腐技术

3.1缓蚀剂的定义

缓蚀剂是用于腐蚀环境中抑制金属腐蚀的添加剂，又称腐蚀抑制剂或阻蚀剂。目前缓蚀剂尚无统一的定义，美国实验与材料协会《关于腐蚀和腐蚀术语的标准定义》（ASTM-G15：76）对缓蚀剂的定义为：“缓蚀剂是一种当它以适当的浓度和形式存在于环境（介质）时，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物。”

3.2缓蚀剂的特点：

第一、基本上不改变腐蚀环境，就可获得良好的防腐蚀效果。

第二、可基本不增加设备投资，操作简便，见效快。

第三、对于腐蚀环境的变化，可以通过相应改变缓蚀剂的种类或浓度来保证防腐蚀效果。

第四、同一配方的缓蚀组分有时可以同时防止多种金属在不同腐蚀环境中的腐蚀破坏。

第五、缓蚀剂可以作为一种化学品单独使用也可以作为添加剂使用。

3.3缓蚀剂在锅炉贮运过程中的应用

在锅炉贮运过程中，经常会受到大气中水分、氧气和腐蚀.性气体的作用而遭受大气腐蚀。金属结构、机械、工具、仪器等都会遭受大气腐蚀。缓蚀剂法是最重要的防止金属大气腐蚀的方法。防止铁基合金的腐蚀又称防锈，铁基合金的缓蚀剂又称防锈剂。根据保护对象的不同，缓蚀剂既可直接使用，又可以其他材料为载体，制成防锈纸、防锈油、防锈脂、防锈漆等使用。

3.4缓蚀剂在锅炉运行期间的应用

3.4.1氧腐蚀缓蚀剂

高压锅炉一般使用联氨类物质。联氨的优点在于热分解产物和除氧反应产物都是挥发性的，既不会增加水中固态物含量，也不会在蒸汽冷凝时造成腐蚀。联氨在水中和氧的反应非常缓慢，—部分联氨和氧共存，可以采用加入催化剂的方法加速联氨和氧的反应。

重铬酸盐和亚硝酸钠也曾被采用来防止运行锅炉的氧腐蚀。它们的作用是使金属表面钝化，能在不除氧的情况下防止锅炉的腐蚀。但是，由于它们在高温下能引起金属严重局部腐蚀以及加量不足时可能引起孔蚀而没有继续采用。 3.4.2碱腐蚀缓蚀剂 碱腐蚀曾是锅炉的一大危害，特别是胀接和铆接锅炉，破坏事例很多。随着水处理方法和锅炉设计的改进，由碱引起的应力腐蚀破裂事故已大大减少。但由于碱在垢下、水线等处浓缩所引起的腐蚀仍然存在。一种获得广泛应用的防止碱腐蚀的方法是调和磷酸盐法。该法是根据磷酸三钠的水解反应：Na3PO4+H2O～Na2HPO4+NaOH调整锅水的化学成分，消除游离氢氧化钠而防止碱腐蚀。

3.4.3蒸汽凝结水系统缓蚀剂

常见的蒸汽凝结水系统中钢和铜的腐蚀是由二氧化碳和氧引起的，可用环己胺、吗琳等挥发n生缓蚀剂。将环己胺或吗琳投入锅炉给水中，它们就会和蒸汽一道挥发，溶解于凝结水中。当凝结水中含有缓蚀剂1～2mg/L时，钢和铜的腐蚀会大大减轻。在大多数情况下，两种缓蚀剂的浓度保持较低不会加速铜的腐蚀，其中尤以吗琳为好。两种胺都是钢的阳极性缓蚀剂，能够中和二氧化碳、提高凝结水的pH值，因而习惯上称它们为“中和胺”。

更有效的凝结水系统缓蚀剂是一些分子量大的直链烷基胺，最常用的是十八烷胺。将其加入蒸汽管线中，使之在凝结水中的含量为hng/L，即可有效地保护钢和铜免遭腐蚀。这类胺是吸附型缓蚀剂，能够在金属表面形成疏水性的吸附膜，将金属与腐蚀介质隔开。因此.这类胺习惯上称为“膜胺”。

3.5缓蚀剂在锅炉停用备用期间的应用

普遍认为，锅炉设备在停用和备用期间的腐蚀甚至比运行时的腐蚀更严重。传统的停用备用保护方法是干法和湿法。前者是从系统中除去水，后者是从系统中除去氧。但是，由于实施过程比较复杂难以达到技术条件，实行了保护而仍然发生腐蚀的事例很多。中国近年来用TH901法对停用备用锅炉进行防腐。TH901是一种专用缓蚀剂，只要按一定工艺将其放人设备，它就能挥发到整个金属表面使干净金属和垢下金属都得到有效保护。

3.6缓蚀剂在锅炉清洗过程中的应用

锅炉使用前和在运行一段时间之后往往需要清洗，缓蚀剂是保证化学清洗安全的关键。中性清洗剂由具有湿润、分散、乳化和增溶作用的表面活性剂、缓蚀剂及水等组成。碱性清洗剂由氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠、磷酸三钠等碱性化合物及表面活性剂、缓蚀剂和水等组成。酸性清洗药剂由盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、氯氟酸、氨基磺酸、草酸、柠檬酸、羟基乙酸等无机酸或有机酸及缓蚀剂和水等组成。鳌合清洗剂由EDTA等鳌合剂、缓蚀剂和水组成，溶液多为中性或碱性。有机溶剂包括全氯乙烯、三氯乙烯、二甲苯、汽油、煤油、柴油、松节油、丙酮、二氯甲烷、二氯乙烷等等，向其中加人缓蚀剂即可制成清洗剂。

结束语

汽包锅炉给水控制系统的设计 篇7

(1) 单冲量给水控制系统。单冲量汽包给水控制系统指的是将汽包水位测量值作为控制信号, 由变送器将水位的测值送到水位调节器, 调节器接收到汽包水位的测量值与给定值的偏差信号后调节给水阀, 水量的改变使汽包水位维持在合理的范围内[2]。 (2) 双冲量给水控制系统。双冲量给水控制系统在单冲量控制系统的条件下增加了蒸汽流量信号。双冲量给水系统存在着两个缺点, 其一是此系统会受到给水系统的干扰, 其二是想要让控制阀的工作特性达到静态补偿是很难实现的。 (3) 三冲量给水控制系统。为了克服双冲量的两个缺点, 将给水流量引入到双冲量给水系统中, 构成一个新的系统, 也就是三冲量给水系统。给水流量、蒸汽流量以及液位这三个参数控制着三冲量给水系统, 主冲量信号是汽包水位, 两个辅助冲量信号分别是蒸汽流量和给水流量。两个辅助冲量信号引入到了汽包水位, 如若两个辅助冲量任何一个发生波动, 就可以及时的通过加法器改变调节阀开度进行校正, 水位的调节精度得到提高[3]。

2 给水自动控制系统的主要算法

(1) 串级控制系统的设计。主、副回路的设计原则:副回路的作用是要确保主参数保持平稳。选择副回路控制通道短, 需选择反应灵敏的值做为副参数;副回路在串级系统中有很强的抗扰动能力, 设计时尽量使副回路多一些扰动, 从而验证其抗干扰性能。但是副回路也具有反应快、控制通道短的特点, 所以在设计应综合考虑, 选取合理的方案;串级系统中主、副回路虽然联系紧密但又相互独立。当某种干扰使主参数发生改变, 改变后的主参数进到副回路中去, 使副回路内增加了参数振幅。而改变后的副参数又会回到主回路, 又增大了主参数幅度。反复如此, 最总的结果会使主、副调节器长时间大幅度的波动, 产生“共振现象“, 共振的结果导致系统失控, 可能引发生产事故[3]。主、副调节器的选型:副调节器的作用是要尽快消除进到副回路内的扰动, 所以首先选取副调节器, 通常副调节器选取P调节器。其次选取主调节器, 主调节器需符合实际生产方面的要求, 所以要保证被调量的精确度。通常情况下, 如果控制对象惰性区有较多的容积数目, 而且主扰动在副回路以外的情况下, 可以采用PID调节器。

(2) 单级三冲量给水控制系统。系统中只采用了一个调节器, 而调节器有三个输入, 这种系统相较双冲量系统而言, 多了一个流量反馈信号, 一但给水量G发生变化, 流量信号比水位信号反应速度快很多。

(3) 串级三冲量给水控制系统。串级控制系统有两个闭环构成, 在内部的闭环称为内回路 (副回路) , 起粗调的作用, 用于快速消除内扰;在外部的闭环称为外回路 (主回路) , 起细调的作用, 主要用于校正水位偏差。副回路、主回路和前馈回路构成了串级三冲量给水控制系统[3]。

3 串级给水控制系统的设计

(1) 主、副调节器的参数整定。在串级三冲量给水控制系统中, 副回路的等效调节器可以当作PI规律调节器, 其对象Kf可以近似当作比例环节, 通常可以用试探法来整定/nG;整定主回路需要的条件是当副回路看作快速比例环节, 然后通过经验公式的方法进行整定;前馈通路中的nD是根据“虚假水位”情况决定的, 其主要目的是为了补偿“虚假水位”的现象。下面将对其具体参数进行整定[3]。

给水流量传递函数为:

蒸汽流量传递函数为:

水位变送器斜率为:

给水流量和蒸汽流量变送器斜率为:

(2) 副回路的参数整定。调节工阀Kf和管道系统作为被调对象, 若WT2 (S) 采用的PI调节方式为1/δ2 (1+1/Ti2s) , 则公式如下:

则:

—副调节器比例带;—副调节器积分时间;由此可以看出, 副回路中的等效调节器能近似当作PI调节器:

(3) 主回路的参数整定。主回路的整定条件是当副回路等效为快速比例环节, 等效副回路为1/ (n GγG) 。内回路的整定:

外回路的整定:

4 结论

通过分析可以得知, 串级系统要优于单级系统, 例如在给水流量下的扰动仿真曲线能够看出, 当发生给水流量扰动时, 串级三冲量控制系统比单级三冲量控制系统的稳定时间快, 所以其抗干扰性更好。因此在大型汽包锅炉中普遍采用串级三冲量给水控制系统, 因为其可以快速消除系统带来的扰动因素, 具有较高的调节能力, 确保了机组的安全运行[4]。随着科技的不断发展, 未来会在自动控制领域出现更先进的技术, 从而不断完善锅炉汽包水位控制系统中出现的隐患, 同时提高其工作效率, 这将为火电厂等领域带来了希望[5]。

参考文献

[1]高俊.锅炉汽包水位模糊控制的应用研究[J].自动化仪表, 2003 (03) .

[2]马育锋, 吴汉松, 郭劲东.锅炉水位系统的计算机控制[J].自动化仪表, 1999 (04) .

[3]汤兵勇等编著.模糊控制理论与应用技术[M].清华大学出版社, 2002.

[4]张亮明, 夏桂娟编.工业锅炉微机控制[M].中国建筑工业出版社, 1990.

锅炉清洗自动控制系统设计 篇8

锅炉化学清洗是防止锅炉受热面因腐蚀和结垢引起事故的必要措施, 同时也是提高锅炉热效率、改善机组水汽品质的有效措施之一。现阶段各清洗公司均采用化学清洗人工采样、手动控制的方式, 因清洗人员疲劳作业、取样不及时、实验室仪表不准确等因素造成了采样不准, 控制不及时的情况, 这样不仅浪费了大量的人力物力, 甚至产生了锅炉设备出现金属结晶析出等过洗现象。因此, 对锅炉化学清洗系统进行自动控制改造非常必要。

1.锅炉清洗工艺及控制参数

根据《火力发电厂化学清洗导则》 (DL/T794-2012) 要求, 化学清洗工艺一般步骤为:水冲洗→碱洗→碱洗后的水冲洗→酸洗→酸洗后的水冲洗→漂洗→钝化[1]。实际上根据锅炉运行情况及化学小试的分析结果, 可简化清洗步骤。清洗过程主要控制清洗介质的温度、流速、PH值以及介质的酸浓度、含铁量等参数。

2.自动控制系统组成

控制系统选择PLC (可编程序控制器) + 上位机的控制方式, PLC负责采集各分析仪表上传的数据, 控制输出设备实现设定的控制目标, 上位计算机负责清洗工艺的选择、控制目标值, 设定并实时显示各设备运行参数及历史趋势, 为清洗工程师提供参考和决策依据[2]。

各设备选型原则及安装位置要求:如图1 所示, 可编程序控制器选择OMRON CJ2M系列PLC, 安装于自动控制柜中, 要求所有数字量输入、输出均采用中间继电器隔离。在排水管出口附近安装在线浊度分析仪, 在清洗泵出口附近 (水平管段上) 安装温度变送器、压力变送器、超声波流量计、在线PH分析仪、总铁在线监测仪 (PH分析仪和总铁检测仪可安装在环境良好的场合, 通过取样水管接入样水) 各1 台。在回水管路上安装温度变送器、在线PH分析仪、在线酸浓度计各1 台。在清洗水箱和分离器储水箱或汽包上各安装1 台液位变送器。在清洗箱蒸汽入口管道上安装1 台蒸汽调节阀。安装变频启动开关柜2 面, 用于控制2 台清洗泵 (一备一用) 的启动和运行。为满足现场操作、调试方便考虑, 将自动控制柜、变频起动柜、清洗泵、加酸泵、出入口阀门统一安装在清洗平台上, 其他设备安装在工程现场[3]。

3.控制软件的功能与设计

由于锅炉清洗所用水量很大, 350m W发电机组的锅炉大约水容积为220m3, 对于清洗液的温度、流量、投药量作为控制对象具有很强的惯性和滞后性, 并且每个控制对象都是多变量输入、多变量输出控制, 因此, 传统的控制理论不能满足控制需求, 本文采用模糊控制理论, 利用简化的模糊控制策略实现控制对象的快速、精确的响应。

以温度控制为例, 说明这个控制方法。控制思想为:如果泵出口温度过低, 则蒸汽调节阀全开, 迅速升温;如果泵出口温度已到达设定温度范围, 依据回水温度实时增加或减小蒸汽调节阀开度, 使泵出口温度达到设定温度范围;并通过输出开度值的历史数据进行判断, 实时调节开度的增量值。控制策略如下表所示: (A表示泵出口温度设定值、a表示设定的出口温度范围增量, B表示回水温度设定值、b表示设定的回水范围增量, C表示控制阀门的开度输出值, c表示开度值增量。则泵出口温度设定值为A±a, 回水温度设定值为B±b) 。

按上述控制策略要求, 如设定温度增量范围较大, 可再对输出控制策略进行细化, 以满足高精度控制。考虑到控制对象的惯性和滞后性, 设定输出控制每30 秒更新一次。这种离散控制开度方式, 有可能造成输出的震荡, 控制软件通过智能调节阀门开度的增量c, 以抑制震荡, 实现方法为:在PLC中建立一个长度为30 的先入先出的堆栈, 将阀门控制开度值入栈, 计算15 分钟内输出控制的平均值, 如果堆栈中的数值在平均值 ±c% 范围外的个数大于2, 则认为系统输出产生的震荡, 通过减小c值来抑制震荡。

不同的清洗工艺对应着不同的控制工艺, 造成控制程序复杂多变, 为解决这一问题, 控制程序可按清洗工艺的不同阶段编制控制模块 (子程序) , 通过上位监控计算机的操作控制各控制模块的组合实现不同清洗工艺的过程控制。并且控制目标也可由上位机灵活设定。

现以某电厂350m W锅炉本体酸洗工艺为例, 控制流程图如图2:其中酸洗完成调件:酸浓度、含铁量平衡的实现方法为:在PLC内存中建立两个先入先出的堆栈, 栈长度为20, 一个用于存储清洗液酸浓度, 另一个用于清洗液总铁含量, 每隔3 分钟将这两个信息入栈一次, 则堆栈中存储的数据为1 小时内酸浓度和含铁量。每次数据入栈时, 计算堆栈中数据的平均值, 若堆栈中所有数据与平均值相差不超过设定值, 认为平衡。

4.结束语

锅炉清洗的质量影响着锅炉设备安全运行。实践证明, 锅炉清洗自动控制系统可灵活满足各种清洗工艺的在线监控, 解决了清洗过程中的过洗现象, 减轻了运行人员的工作强度, 使化学清洗更加精准有效。

摘要：针对锅炉化学清洗的各阶段, 采用PLC控制的方式, 实现化学清洗的自动控制。通过上位计算机的实时监控, 使清洗过程更加直观有效, 保证了清洗的控制精度, 降低了操作人员工作强度, 延长了锅炉大修周期。

关键词：锅炉清洗,自动控制,PLC

参考文献

[1]火力发电厂锅炉化学清洗导则》 (DL/T 794-2012)

[2]甘付宾, 付林坪, 李放.基于CJ2M PLC的连续式沥青混合料搅拌设备控制系统[J].2015 (2)

锅炉上水系统改造 篇9

关键词：给水泵,变频调速

1现状

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。2004年由于负荷增加, 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1.21.3MPa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

3.2上水系统仪表方框图

4变频锅炉供水系统节能分析

4.1给水泵的运行特点

给水泵的运行特点如图所示:

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=ρg QBHC/ηC

B点的轴功率为

PB=ρg QBHB/ηb

两种情况下泵的轴功率差为

由于B、C两点的效率相差不大, 令η=ηC=ηb, 则

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。

DCS锅炉水温控制系统优化设计 篇10

关键词：分散式控制系统,锅炉,水温控制,模糊,自适应

锅炉作为主要的热能设备,在生产、生活中使用广泛。目前我国大部分企业锅炉自动化水平较低,能耗大,浪费了很多煤炭资源,且排放污染气体,已经引起国际社会的关注[1—3]。我国大多数工业锅炉是人工控制,能源浪费严重,如何对锅炉系统进行有效的自动化控制,节能减排,提高安全性和生产效率,是需要重点研究的课题。采用分散式控制系统和智能控制算法相结合的方式,比传统控制方法安全,节省耗煤量和耗电量,提高热效率,且能直观、实时地显示锅炉的各运行参数,减少了工作人员的劳动和失误,具有很好的经济价值和实用价值[4—6]。

本文根据锅炉水温控制的特点,采用8051主控芯片,由AD590温度传感器采集锅炉出水口的水温,经过ADC0804的A/D转换器进行通信,单片机根据数字PID控制算法得到控制信号,调节锅炉风电机和给料机的变频器,通过控制电机转速控制锅炉水温。软件采用模糊自适应内模控制算法实现对水温的控制,可以根据温度显示数据对电机的转速进行实时精确控制。与传统的锅炉水温控制系统相比,该方法能够及时准确地对锅炉水温进行监控,更适合工业锅炉的自动控制[7—10]。

1 DCS系统

分散式控制系统(distributed control system,DCS),又称为集散控制系统。它是一个由过程控制和过程监控组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,是以微处理机为基础,以危险分散控制,操作和管理集中为特性,集先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术即4C(computer,communication,CRT,control)技术于一体的新型控制系统。DCS系统具有分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便等特点。DCS的多元化、网络化、开放化、集成管理方式,使不同型号的DCS可以互连,进行数据交换,并可通过以太网与工厂管理网通信,实现实时数据上网,成为过程工业自动控制的主流。

DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计,系统中各台计算机的可靠性高,计算机之间采用局域网方式通信,进行信息传输,可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下,改变或扩充系统功能,几乎不影响系统中其他计算机的工作。通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态,即确定测量与控制信号及相互间连接关系,从控制算法库中选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面,从而方便地构成所需的控制系统。当某一局部或某个计算机出现故障时,可以在线更换,迅速排除故障。各工作站之间通过网络通信传送各种数据,整个系统信息共享,协调工作,以完成控制系统的总体功能和优化处理。控制算法丰富,集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体,可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制,并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的构成方式十分灵活,可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成,也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。

2 锅炉水温控制原理及设计

2.1 锅炉水温检测原理

在热水锅炉应用中,要准确地检测水温有很多方法,本次设计采用集成温度传感器AD590来测量水温,精确到0.5℃。通过AD590来采集信号,然后通过模数转换,与单片机连接,并通过LED显示出来,同时把采集到的温度信号与给定值比较,如果温度高于给定值的最高值或低于给定值的最低值时,系统就会声光报警。在热水锅炉中,必须把水加热到100℃,然后保温,因此,必须要采用测量量程大于100℃的温度传感器。本文设计的系统是温度检测系统,可以使用热敏电阻之类的器件,利用其感温效应,在线将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,同时可以将被测温度显示出来。

2.2 水温检测系统框图

通过对系统大致程序量的估计和系统工作速度的估计以及I/O口需求量的估计,考虑价格因素、元器件市场因素,选定8051单片机作为系统的主要控制芯片。各种模拟信号均需通过A/D转换器转换成数字量,考虑到被测量的有效位数及其富裕量,选ADC0804芯片作A/D转换器。由于锅炉的内的温度可能超过100℃,选用AD590芯片作为温度传感器。采用LED数码管动态显示测得的数值,采用一片8路三态反相缓冲器74LS240作为字形码锁存驱动器,报警电路采用555定时器组成的振荡电路。

由温度传感器AD590采集温度信号,经过A/D转换成数字信号送入单片机,并由单片机控制LED显示出来,该系统同时有报警功能,当温度符合报警条件时,单片机的P2.7口输出高电平,控制555定时器组成的报警电路报警。图1为水温监测系统框图。

2.3 水温检测电路的设计

采用集成温度传感器AD590测量水温。AD590是利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器(热敏器件),是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下:

(1)流过器件的电流(m A)等于器件所处环境的热力学温度(K)度数,即m A/K式中:流过器件(AD590)的电流,单位为m A;热力学温度T,单位为K。

(2)AD590的测温范围为-55~+150℃。

(3)AD590的电源电压范围为4~30 V。电源电压可在4~6 V变化,电流变化1 m A,相当于温度变化1 K。AD590可以承受44 V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会被损坏。

(4)输出电阻为710 MW。

(5)精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档,其中M档精度最高,在-55~+150℃范围内,非线性误差为±0.3℃。

AD590的外形与小功率晶体管相仿,共有3个管脚:1脚为正极,2脚为负极,3脚接管壳。使用时将3脚接地,可起到屏蔽作用。AD590的测温范围是-55~+150℃,最大线性误差为±0.3℃,响应时间仅20μs,重复性误差低至±0.05℃,功耗约2 m W。

其输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流Io=(273+25)=298μA。Vo为Io乘上10 K,以室温25℃而言,输出值为2.98 V(10 K×298μA)。测量Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不准。

AD590等效于一个高阻抗的恒流源。在工作电压+4~+30 V,测量范围-55~+155℃,对应于热力学温度T每变化1 K,就输出1μA的电流。这就表明,其输出电流I(μA)与热力学温度T(K)严格成正比。电流灵敏度表达式为:I/T=3Kln8/eR。式中的K、e分别为波尔兹曼常数和电子电量,R是内部集成化电阻。将K/e=0.086 2(m V/K),R=538Ω代入式中得到:I/T=1.000μA/K因此,输出电流的微安数就代表着被测温度的热力学温标数。AD590温度与电流的关系见表1。

AD590测温电路输出的电压信号为模拟信号,要进行数码显示,还需将此信号转换成数字信号。为此我们通过A/D转换器将输入的模拟值转换成数字值,经8051单片机处理后输出到P1以控制温度显示电路。ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片,分辨率8位,转换时间100μs,输入电压范围为0~5 V,增加某些外部电路后,输入模拟电压可为5 V。该芯片内有输出数据锁存器,当与计算机连接时,转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上,无须附加逻辑接口电路。

ADC0804与ADC0809有相同的功能,引脚与ADC0809不同。ADC0804有20个引脚,模拟信号从Vin(+)输入,转换后的数字信号从DB0到DB7口输出,ADC0804的引脚如图2所示。

水温检测电路由温度传感器AD590,模数转换器ADC0804构成检测输入模块,温度传感器AD590采集到的温度信号是模拟信号,因此要通过A/D转换后方可与8155连接,如图2所示,AD590输出的电流信号将直接与ADC0804的Vin(+)相连,Vin(-)端接地,DBO到DB7端分别与8155的A口PA0到PA7连接,锅炉内水温的变化将引起AD590的电阻值发生变化,从而使输出电流发生改变,ADC0804将电流值转换为数字量输送到8155,并通过8155发送到单片机,单片机根据不同的电流所对应的温度值便可以得出锅炉内的水温,其中不同的电流所对应的温度值可以在所给出的表中查到。电路的连接如图3所示,AD590与+5 V电源连接,并通过电阻接地,ADC0804的VCC端直接接高电平,对ADC0804进行单独供电可以保证其正常工作。

3 模糊自适应内模控制算法实现

在锅炉生产过程中,存在非线性、滞后性、时变性、不确定性和多参数耦合,且原理复杂检测难度大,传统的方法很难精确控制。在实际经验中积累的控制策略信息具有模糊性,因此引入模糊控制的概念。模糊控制不需要建立精确模型,可使用模糊规则和隶属函数进行模糊控制,有很好的鲁棒性,且结构简单,成本较低,具有很强的实用性。模糊控制包括模糊规则、模糊推理和模糊决策三部分。但模糊控制没有积分,因此无法处理稳态误差,会产生小幅振荡。本文提出了模糊自适应内模控制算法,该算法控制精度高,鲁棒性强,参数较少,有效地解决了滞后性、非线性、时变性的复杂问题,适应性强。模糊控制器设计如下:

(1)把选择偏差e和偏差变化率ec作为输入语言变量,滤波器时间常数的增量ΔTf为输出语言变量。

式(1)中Tf0滤波器时间常数初始值。

(2)模糊集为负大(NB)、负小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正大(PB)。论域为{-3,-2,-1,0,1,2,3}。

(3)输入语言变量隶属函数为高斯型,输出语言变量隶属函数为三角形。

(4)模糊控制规则是,滤波器时间常数越小,闭环输出相应越快,跟踪滞后越小;滤波器时间常数越大,鲁棒性越好。

采用固定步长1,偏差e和偏差变化率ec均为3,滤波器时间常数初始值为500,增量值ΔTf=20,进行仿真实验。并与传统PID算法进行比较,仿真结果如图4所示。

从图4可以看出,传统PID算法没有滞后性,有30%的超调量,调节时间为4 500 s,模糊自适应内膜控制算法有2%超调量,调节时间为3 600 s,后者较好地克服了滞后,实时优化滤波器参数,使系统能够实时、动态响应。加入阶跃扰动后,传统PID需要3 000 s才能恢复到稳态值,而模糊自适应内模控制只需1 500 s就能快速的恢复到稳态值,模糊自适应内模控制能够比传统PID控制更快地消除扰动,提高了系统抗干扰的能力。

4 结束语

在现代工业生产中,对锅炉的温度的检测、控制,实现自动化恒温控制有非常重要实际意义。锅炉是复杂的热工系统,本文设计的DCS温度控制系统使用模糊自适应内模控制算法实现对锅炉出水温度的控制,具有可靠、适应力强的特点。实验结果表明,该方法能够准确实现供水温度和设定值的实时跟踪和自动控制,提高了锅炉的自动化控制水平和安全性,达到了良好的控制效果,具有较好的使用价值。

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