酒泉西郊工业园及金塔县城市供热与计量系统

摘要:锅炉是工业生产最为重要的动力设备,我国的锅炉燃料逐步从煤炭发展到油、气,无论以哪种燃料为锅炉提供能源,其能源消耗是巨大的。如果采用锅炉的自动控制系统代替常规仪表或...

     锅炉是工业生产最为重要的动力设备,我国的锅炉燃料逐步从煤炭发展到油、气,无论以哪种燃料为锅炉提供能源,其能源消耗是巨大的。如果采用锅炉的自动控制系统代替常规仪表或者人工监控操作方式,不但可以大幅提高燃烧效率,保证锅炉运行参数的稳定,节约能源,减少环境污染,而且能够减轻工人的劳动强度,改善工人的劳动环境,保证锅炉设备安全运行,确保工人的人身安全为综合的科学管理提供必要条件。
目前,锅炉自动控制系统主要有以下三种形式:以工业控制机为核心的工控系统-STD总线单板机系统[1]、集散控制系统即DCS系统[2]和以PLC为核心的控制系统[3],其中以PLC为核心的控制系统由于其配置灵活,能适应恶劣的生产环境,抗干扰能力强,可靠性高,编程语言易懂易学,直接面向生产过程,适合工程技术人员直接使用,在控制领域里具有广阔的发展前途。本文将着重对PLC在锅炉自动控制系统中的应用进行介绍。 
  1 控制系统组成 
  PLC自动控制系统是由上位机系统和下位机系统构成。下位机系统采用ABB构成,与现场设备的AI\AO\DI\DO模块相连。上位机系统采用全球最领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件IFIX完成生产数据的实时显示、存储、报警以及控制参数的设定,软件编程采用VB语言,Windows 2000作为系统平台界面,组成计算机操作系统,实现人机通讯。上位机系统与下位机系统之间的通讯采用Ethernet方式,其传输速率可达10-100Mbit/s,完全能够满足对生产参数进行实时监控的要求。 
  2 控制功能 
  2.1 监控功能 
  在电脑的监控画面上可以显示运行炉与备用炉的状态,同时能够显示运行炉的温度、压力、水位、历史趋势、报警窗口、水位调节设置窗口以及出口压力调节设置窗口,并能够实时提供除氧器、给水泵、上水泵的运行状态以及关键阀门的开度。系统主要提供以下功能: 
  主菜单:提供系统登录、报警查询、报表生成以及各台锅炉的相互切换窗口。 
  系统登录:系统登录功能主要向不同的操作人员提供不同的操作权限。一般的操作人员登陆后只能对运行锅炉的参数进行监控,不能进行设置参数操作,技术员级别的操作人员登录后可以对参数进行修改和设定。 
  主窗口:可以显示运行锅炉的整个工艺流程以及相关的主要参数值,如锅炉水位、炉膛压力、烟道温度、蒸汽流量、给水流量、省煤器进出口温度、除氧器出口温度等。 
  报警查询:对运行锅炉的各种运行参数按照工艺流程设定报警值,当过程值超过报警值范围时,报警画面上显示报警发生时间、报警值、报警点,操作员在报警画面上可以完成报警确认等功能。 
  报表生成:锅炉水位、炉膛压力、烟道温度、蒸汽流量、给水流量、省煤器进出口温度、除氧器出口温度等重要生产运行参数能够实时进行查询历史数据,并根据客户要求定时将重要生产数据录入到生产报表中。 
  2.2 锅炉水位调节功能 
  锅炉水位调节选用三冲量的调节方式,所谓三冲量指的是:锅炉水位、蒸汽流量、给水流量。当锅炉负荷瞬间突变时,如负荷上升瞬间,因汽包蒸汽压力骤减,锅炉中的饱和水蒸气从饱和水中分离出来造成较高的虚假水位。同理,当蒸汽负荷减少时,会造成较低的虚假水位。若按照虚假水位进行单冲量调节,将造成锅炉水位大幅度波动而酿成事故。因此,将蒸汽流量信号作为前馈控制量引入到PLC水位控制系统中,可有效克服这一缺陷[4]。 
  2.3 锅炉负压调节功能 
  锅炉炉膛负压的大小对锅炉的安全运行与节能影响较大。负压较大时,被烟气带走的热量就大,热损失增加,耗气量增大;负压小时,则会出现烧烤炉膛,较为严重时会向外喷烟喷火。因此,合理的自动锅炉负压调节可以使气体充分燃烧,提高效率。为了合理控制负压波动,根据负压调节风门开度是锅炉维持在-10~20Pa较理想的状态下燃烧。 
  2.4 锅炉燃烧控制功能 
  主要是解决送风量与燃气量最佳配比的问题,其中送风采用自动控制,使锅炉所投入的燃料在炉膛中燃烧时,自动投入合适的风量,以保证锅炉的经济燃烧,主要控制的参数为燃气压力及送风压力,进而达到最高的锅炉热效率。在运行较稳定期间,监测烟道含氧量对风量调节,保证风量与燃气量达到最优的燃烧比例。 
  2.5 报警及连锁停炉功能 
  对锅炉的生产运行参数进行分级管理,重要的生产参数如锅炉水位、炉膛压力、烟道温度为一级,对这些参数设置连锁停炉报警,只要上述参数超过设定值,控制室出现声光报警、语音弹框提示并连锁停炉;一般生产参数如省煤器进出口温度、除氧器出口温度等为二级,只是单单对这些参数设置简单的语音弹框提示报警,并不进行连锁停炉。通过对运行参数的分级设置,使员工能够清晰的理解运行参数的重要程度,特别是加上声光报警、语音弹框报警提示之后,对员工的提示作用越来越大,以便员工更加及时的发现锅炉故障。 
  3 应用情况 
  采用ABB控制系统以及相关控制流程以后,极大方便了司炉工作人员,整个锅炉的运行状况在显示器上一目了然。该控制系统能提高能源利用率,保证系统高效安全运行,各控制系统波动小,运行平稳。在节能降耗上看,该控制系统提高了锅炉系统的可靠性、稳定性,减少了故障停炉时间,给企业带来了可观的经济效益。 

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