生物質(zhì)鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)節(jié)能改造的實(shí)現(xiàn)

鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)化工產(chǎn)品、煉油、發(fā)電等工序不可缺少的能源設(shè)備。出于這個(gè)原因，生產(chǎn)過程的所有主要參數(shù)都必須嚴(yán)格控制。由于中國(guó)工業(yè)鍋爐的控制基本上仍處于簡(jiǎn)單的手工操作和模擬儀表操作狀態(tài)，因此也容易引發(fā)操作事故。在這種情況下，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來控制鍋爐生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制具有重要意義，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的普及，工業(yè)鍋爐的自動(dòng)控制將得到更廣泛的應(yīng)用。 

 一、 工作原理 鍋爐作為重要的動(dòng)力設(shè)備，其控制的基本要求是:

供應(yīng)合格的蒸汽，使鍋爐蒸發(fā)量滿足需求。出于這個(gè)原因，生產(chǎn)過程的所有主要參數(shù)都必須嚴(yán)格控制。工業(yè)鍋爐作為一個(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象，是一個(gè)互連的、多輸入、多輸出、多回路、相互連接的對(duì)象。所有這些特性都取決于鍋爐本身的特性。因此，理想的自動(dòng)鍋爐控制系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)多回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這樣，當(dāng)鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化或受到一定的擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)將同時(shí)改變其調(diào)節(jié)量，使所有調(diào)節(jié)量具有一定的調(diào)節(jié)精度。但是，這種調(diào)整非常復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)。

二、主要調(diào)節(jié)任務(wù) 

 ①鍋爐供應(yīng)的蒸汽量適應(yīng)負(fù)載變化的需要或保持一定的負(fù)載; 

 ②鍋爐供汽設(shè)備的蒸汽壓力保持在一定范圍內(nèi); 

 ③過熱器的蒸汽溫度保持在一定范圍內(nèi); 

 ④汽包水位保持在一定范圍內(nèi); 

 ⑤保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)和安全; 

 ⑥爐內(nèi)的負(fù)壓保持在一定范圍內(nèi)。 

 為了執(zhí)行以上的調(diào)整任務(wù)，鍋爐設(shè)備的控制被分成幾個(gè)控制系統(tǒng)。主要控制系統(tǒng)如下: 

 2.1鍋爐汽包水位控制系統(tǒng) 受控變量是汽包水位，操作變量是給水流量。主要考慮汽包內(nèi)物料平衡，保證汽包水位在工藝允許范圍內(nèi)，是保證鍋爐汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件之一。 

 2.2鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 有三個(gè)控制因數(shù)，蒸汽壓力、煙氣中的氧氣含量和鍋爐的負(fù)壓;還有三個(gè)操縱變量，燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量。燃燒氣體的蒸氣壓或煙氣成分反映了燃料經(jīng)濟(jì)性指數(shù)和爐內(nèi)的負(fù)壓，控制的目的是使燃料燃燒產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)載的需要。通常使用蒸汽壓力作為控制變量以維持燃料和空氣之間的一定關(guān)系，正常燃燒煙氣中的氧氣含量是控制變量，以提高燃燒效率。 

 2.3過熱器蒸汽溫度控制系統(tǒng) 受控變量是過熱器的輸出溫度，操作變量是減溫器的噴水量。過熱蒸汽的溫度是鍋爐生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要參數(shù)，過熱器溫度控制的任務(wù)是將離開汽包的飽和蒸汽加熱到一定的溫度，形成過熱蒸汽，然后送到工作的汽輪機(jī)。過熱蒸汽的溫度過高會(huì)影響過熱管的使用壽命，甚至?xí)p壞汽溫。如果溫度過低，會(huì)直接影響到設(shè)備的運(yùn)行，所以過熱器的出口溫度必須保持在允許范圍內(nèi)。 

 三、控制原理及實(shí)現(xiàn) 

 鍋爐的運(yùn)行必須滿足以下要求:由于負(fù)載的變化和溫度的變化，鍋爐的出口溫度或蒸汽壓力也會(huì)改變。根據(jù)上述要求，鍋爐控制系統(tǒng)可配置汽包位控制回路、鍋爐恒壓供水系統(tǒng)水控制回路、輸出蒸汽壓力控制回路，分別控制鍋爐給水量，鍋爐給水、鍋爐引風(fēng)量、送風(fēng)量及鍋爐進(jìn)煤量。 

 3.1汽包液位調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)(熱水鍋爐無此系統(tǒng)) 為了安全運(yùn)行鍋爐，系統(tǒng)使用雙面水位變送器，一直到報(bào)警聯(lián)鎖，一路調(diào)整控制。為保證控制精度，采用反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即引入蒸汽流量和給水流量使用三沖量水位。 

 3.2鍋爐定壓補(bǔ)水調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)(循環(huán)水定壓補(bǔ)水控制回路) 在鍋爐循環(huán)水(直接供水)或水循環(huán)(區(qū)間供水)過程中，滯水量小于供水量，因此停滯水壓降低，系統(tǒng)必須實(shí)施補(bǔ)水措施，以確保供水平衡和回水壓力。 為了使系統(tǒng)平穩(wěn)安全運(yùn)行，采用變頻器進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)充水。 

 3.3 負(fù)壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng) 爐內(nèi)負(fù)壓的大小對(duì)節(jié)能有很大影響。負(fù)壓大，散發(fā)的熱量大，熱損失增大，煤耗增加，理想運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)處于輕微負(fù)壓狀態(tài)。其可以顯著增加懸浮碳顆粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間，增加沉降，使煤完全燃燒，從而提高熱效率。但是，由于負(fù)載的變化，爐內(nèi)的負(fù)壓發(fā)生波動(dòng)，系統(tǒng)中的鼓風(fēng)信號(hào)會(huì)提前對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 

 3.4負(fù)荷調(diào)節(jié)控制系統(tǒng) 為了達(dá)到鍋爐的最佳燃燒效果，采用了負(fù)載控制系統(tǒng)。由于外部溫度的變化，負(fù)載需求發(fā)生變化。以這種方式，可以在不降低室內(nèi)熱量的情況下，避免外部溫度的升高，使得環(huán)境溫度保持恒定的同時(shí)，降低外部溫度。有五種不同的溫度曲線供用戶選擇。隨著負(fù)荷需求的變化而改變鍋爐出口溫度，首先調(diào)整鏈速以改變?nèi)剂狭浚淖兯惋L(fēng)量，然后用安裝在煙道中的氧氣檢測(cè)器測(cè)量煙氣的含氧量，調(diào)整送風(fēng)量，以達(dá)到更好的風(fēng)煤比。由于煙氣的氧含量不是固定值，所以當(dāng)鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)氧氣含量較低，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)氧氣含量較高，因此，將含氧量設(shè)置為自動(dòng)修正的狀態(tài)，以確保風(fēng)煤比達(dá)到良好狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒。 

 四、系統(tǒng)構(gòu)成 控制系統(tǒng)的上位機(jī)是工控機(jī)，下位機(jī)是PLC可編程邏輯控制器。憑借PLC的高抗干擾能力、高可靠性及強(qiáng)大的通訊管理能力，達(dá)到了鍋爐自動(dòng)化控制水平。共配置了2臺(tái)S7-300現(xiàn)場(chǎng)控制單元和1臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，以控制2臺(tái)鍋爐和輔助熱交換設(shè)備。S7-300現(xiàn)場(chǎng)控制單元控制每臺(tái)鍋爐及其輔助系統(tǒng)、控制器及工控機(jī)通訊，運(yùn)用工控機(jī)，監(jiān)控鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)，以及運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化。 該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是一種模塊化，具有很強(qiáng)的通用性，可以使用其他模塊來擴(kuò)展PLC，這可以輕松適應(yīng)未來的擴(kuò)展和系統(tǒng)更改。自動(dòng)化儀表就檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)，并將檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4-20 mA信號(hào)并，發(fā)送至PLC，PLC通過MPI通信接口與計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)。 PLC通過開關(guān)量的輸入和輸出模塊，可以監(jiān)測(cè)鍋爐電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并在鍋爐處于事故狀態(tài)時(shí)執(zhí)行自動(dòng)聯(lián)鎖控制。 

五、總結(jié) 

 鍋爐是中國(guó)生產(chǎn)和生活中消耗能源的主要設(shè)備，應(yīng)用程序管理和自我監(jiān)控技術(shù)可以節(jié)省能源，并以更少的投入創(chuàng)造更大的價(jià)值。由于大量原煤燃燒減少，空氣得到凈化，環(huán)境得到了美化，節(jié)約了資源。如今，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施具有特殊重要性，因此造成的社會(huì)效益非常顯著。