锅炉房自动化控制应用方案.doc

浅谈锅炉房自动化控制与应用方案 浅谈锅炉房自动化控制与应用方案摘 要： 随着计算机技术的飞速发展，计算机在工程建设领域的地位日益重要。锅炉房自动控制系统的方案选择与计算机配套是关系到自动化程度是否达到预期的投资目标和控制目标的有效途径，如何优选自动化控制方案及应用是实现自动化的最终目的。关 键 词：自动化 锅炉 温度 压力 流量 检测 联锁 燃烧.设备配置原则1 热水锅炉房自动控制系统主要由：操作员站、现场控制站、现场检测仪表、后备显示仪表、执行机构等几部分构成。l 热水锅炉房自动控制系统由现场控制站（DCS站），操作员站和工程师站（计算机管理）及后备仪表操作四大部分组成。主要用于锅炉和辖区公用部分以及换热站的系统控制，操作人员通过现场控制站DCS及计算机系统对锅炉系统和辖区系统以及换热站的生产过程进行集中监视和操作。l 操作员站/工程师站的配置：操作员站/工程师站的硬件由计算机构成，其配置为PIV2.8 CPU、256M内存、80G硬盘、21彩色显示器、52倍速CD-ROM、3.5软驱、10M/100M网卡、Windows2000中文版一套、操作员键盘。其中操作员无管理软件系统。2 各部分主要功能（概括）：热水锅炉房控制系统主要功能包括：锅炉出水温度控制、锅炉燃烧控制、炉膛负压控制、循环水流量自动控制、自动补水控制、换热站温度控制等。各种热工参数、电气参数、管理参数的采集和监视，并将必要的信息送至管理站。其中：l 工程师站的功能：工程师站用于对整个控制系统进行控制，调整，数据管理。其操作系统采用WindowsNT4.0/Windows 2000，并且采用了集成的全局数据管理和统一的程序管理器，对项目进行管理、处理、归档和建立文件同时所生成的数据都自动存到同一个数据库中。l 操作员站的功能：具有主要工艺参数的监控、报警、历史曲线的显示、报表打印、信息上传、控制参数的修正等功能。l 现场控制站的功能：具有各种热工参数及电气参数的采集、出水温度的控制、燃烧系统的控制、自动补水控制、炉膛压力控制、循环水流量自动控制、换热站温度控制、联锁控制等功能。下面就几个重要的控制回路作简单说明。、调节控制功能l 燃烧调节是以供水温度为主的调节，采用风-煤配比控制，通过调节炉排转速和鼓风机频率使供水温度尽快达到设定温度。用烟气含氧量修正风-煤配比，以达到较佳燃烧状态。采用时间程序设定方式，根据不同供热时期自动改变供水温度设定值，同时通过测量室外温度自动修正供水温度设定值，以达到较佳的设定温度，实现经济供热。l 根据炉膛负压信号及鼓风量信号构成前馈既时反馈控制，调节引风机电机频率，使炉膛负压保持在一定的范围内（-20Pa）。同时采集各种热工参数及电气参数。、控制联锁功能：热水锅炉的连锁控制；l 供水温度过高报警、超高联锁停炉；l 供水压力过低报警、超低联锁停炉；l 锅炉出水流量过低报警、超低联锁；l 回水压力过低报警。系统功能的介绍1. 检测功能部分：1 温度系统的控制：l 系统回水温度。l 系统供水温度。l 室外温度。l 锅炉进水温度。l 锅炉出水温度。l 炉膛出口烟温。l 除尘器出口烟温。l 换热站一二次进出口温度。2 压力系统的控制：l 系统回水压力。l 系统供水压力。l 系统补水压力。l 循环水泵压力。l 锅炉进水压力。l 锅炉出水压力。l 鼓风机出口风压。l 炉膛出口压力。l 换热站一二次进出口压力。3 流量系统的控制：l 系统供水流量。l 系统补水流量。l 锅炉出水流量。4 液位系统的控制：l 补水水箱水位。5 其它部分的控制：l 烟气含氧量。l 炉排转速。l 各种相关设备启停状态指示。 系统自动统计、安全运行报警及联锁功能： 自动统计（计算）功能：l 系统供热量及累计功能安全运行报警参数的设置：l 锅炉出水压力上下限报警。l 锅炉出水温度上下限报警。l 炉膛温度上限报警。l 系统回水压力上下限报警。l 系统供水压力上下限报警。l 系统供水温度上下限报警。l 炉膛负压上下限报警。l 补水水箱水位上下限报警。l 锅炉供水流量下限报警。l 锅炉给水压力上下限报警。安全运行联锁控制部分的设置：l 锅炉出水压力上下限报警联锁停炉。l 锅炉出水温度上限报警联锁停炉。l 炉膛温度上限报警联锁停炉。l 锅炉出水流量下限报警联锁停炉。 图形系统处理及网络通讯介绍： -图形系统可处理运行时在屏幕上的所有输入和输出。直观的操作和显示图形。在未经授权的访问时，系统拒绝所有访问，同时对所有系统进行保护、归档避免未经授权的操作员输入记录改变各种变量输入，并带有日期、时钟，时间、用户名以及新、旧值之间的比较。系统还可以提供各种图形对象，按钮状态、柱状图和相关的用户对象。 - 网络及通讯系统： 锅炉自动化控制系统是整个自动化过程控制系统中最重要的、最关键的组成部分，它由现场级、系统网络级、操作管理级三个子系统组成。在网络通讯系统中除了要求具备高速、可靠和先进之外，还应该与其它子系统联系在一起，构成一个完整的网络通讯系统。自动控制系统流程图工程师站/系统进行控制，调整，数据管理操作员站/参数的监控、报警、显示曲线、报表打印、信息上传、控制参数修正现场控制站/各种热工参数及电气参数的采集，自动控制、联锁控制为了形象地监视、分析和操作整个锅炉控制过程，锅炉燃烧控制系统、供水温度调节系统、炉排控制系统、循环水流量控制系统、自动补水系统、上煤及除渣系统。设备运行状态、排烟污染情况监测等动态流程画面。同时，为了方便开车调试、事故分析、控制方案修改，还可设置总体布置画面、报警显示画面、棒图显示画面、调整参数画面、报表打印画面、实时趋势画面、历史趋势画面和系统自检画面。控制方案的选择1. 概述:链条式锅炉是应用最为广泛、应用历史较长的一种锅炉。虽然有众多的科研及工程技术人员致力于链条式锅炉控制技术的研究和实践工作，但是，目前国内该行业的自动化技术应用的普及率较低，自动化程度也较低，其原因是多方面的。锅炉的燃烧系统是一个多参数的对象，多扰动的对象，各种参数交叉影响的系统。链条式锅炉存在较大的不确定性、复杂性、和不稳定性，以及较大的容量滞后性和较长的滞后时间。因此，采用常规的调节很难达到理想的要求，甚至无法投入自动运行。分析现有许多锅炉自动控制系统和热水锅炉的运行情况，确实存在以下控制难点：链条式热水锅炉从给煤量的变化到其燃烧产生热量，并使锅炉出口水温度发生变化需要较长的时间，即锅炉出口水温度滞后时间长、容量滞后大，用简单的控制很难获得理想的效果。煤质的变化，造成风-煤比的改变，采用一般的定值控制无法使系统始终运行在最佳的燃烧状态和基本最佳的燃烧状态。燃烧过程相对复杂，影响燃烧工况的因素较多，控制对象变化较大，很难准确地建立单一的控制模型。2. 锅炉控制方案热水锅炉燃烧系统调节如下图所示：环境温度24小时时间变化锅炉燃烧系统调节的主要任务是保证水温的稳定，同时保证锅炉的安全运行。除此之外，关键在于如何保证经济燃烧，这也是热水锅炉节能降耗的关键所在，众所周知，经济燃烧问题，实质上就是进煤量和进风量的配比问题，如果能保证适当的风-煤比，就可以实现最高的燃烧效率，实现经济燃烧。如果空气含量不足会造成不完全燃烧，产生CO，这种情况除污染环境外还造成严重的热能损失；相反，当空气量过多时，一方面使炉膛温度降低，另一方面也会造成烟气换热损失的增加。由于现阶段的检测手段和检测设备尚不能方便地测得准确的进煤量和进风量，给整个风-煤比的自动控制造成一定的难度。但进煤量与炉排转速、煤层厚度存在着相互对应的函数关系，而进风量同样与鼓风机的转速也存在着相互的关系，这就可以巧妙地避开这一难题。使风-煤比在整个运行过程中始终保持在最佳的燃烧状态或基本最佳状态。另一个难题是，由于煤质的变化同样会造成风-煤比比值的漂移，那么一个不变的定值控制系统是无法适应煤质变化这一因素的，所以在这里应加入计算机自动寻优控制方案，初次投运时，可根据经验摸索和初步设定调风-煤比的给定值，系统工作稳定后，再启动自寻优功能，根据炉膛温度的变化和烟气含氧量的变化，自动微调风-煤比逐步达到最佳或次最佳的燃烧状态，达到经济合理的运行。根据所需热量调节锅炉燃烧系统:上面的锅炉燃烧是在环境温度没有变化的理想状态下的调节，它所克服的干扰仅仅是风量的变化、煤质的变化，风的温度的变化及锅炉负荷大小的变化。但是，热水锅炉是用来冬季供热的，因此在整个冬季室外的环境温度的差别是很大的。有的年份初冷期与深冷期的室外环境温度差可达到20。甚至一天24小时的温差也可达到10左右。这样就提出了锅炉必须按不同的环境温度提供不同的热量，在一天24小时内根据不同的时间段提供相应的热量。锅炉供水热量公式为：Q=K*F*（T供-T回） =K*F*T供-回Q热量 F出水流量K系数 T供-回=供水温度-回水温度当锅炉回水温度变化被控制在很小时，如果改变锅炉供水温度，使锅炉出口水温随着室外环境温度的变化作相应的调整，就可使热量达到所需热量。但人为的随意改变锅炉出口水温度的设定值，会给系统带入较大的人为干扰，也不利于节能降耗。根据实际情况，结合本地历年冬季室外环境温度数据和经验，可以制定出锅炉出口水温随室外温度变化的曲线，使自控系统根据室外温度的变化自动调整锅炉出口水温度的给定值，这样就做到了实时调整，又避免了人为修改给定值，对系统带来的较大扰动，同时节约能源。另外，考虑到在冬季初冷期和深冷期，白天和晚上所需的热量（负荷）不同，因此考虑，可使自控系统自动跟踪室外温度变化和24小时时间变化。来实现自动跟踪改变锅炉出口水温的给定值，使锅炉提供出的热量与所需热量保持一致。具体控制方法如下：将出水温度的设定值和室外温度及热量（负荷）的变化联系起来，以出水温度为调节信号，构成回路调节，调节输出控制中炉排转速和鼓风风量，改变燃煤量和风煤比，使锅炉燃烧参数相应改变，以达到出水温度和设定值的一致。炉膛压力调节如下图所示：炉膛负压一般通过控制引风量来保持在一定范围内，但对锅炉负荷变化较大时，采用单回路控制系统就比较难于保持，因为负荷变化后，炉排及鼓风调节控制燃煤量和鼓风量与负荷变化相适应。由于鼓风量变化时，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，使用前馈-反馈控制系统比较合理，用鼓风调节输出作为前馈信号，这样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上，维持整个燃烧系统的稳定性。定压调节:补水泵和循环水泵及换热站温度控制是保证正常、稳定供热的重要环节，补水泵和循环水泵控制均采用定值调节。根据定压点的压力，通过变频器调节补水泵转速，及时补充水量，防止系统缺水，保证系统安全运行。通过循环水泵调节，保持系统供回水压力稳定，为系统正常供热提供保障。对操作人员上岗配置的要求： 各班持证上岗人员中应有以下主要工作人员；电脑操作员1名。司炉工1名。值班电工1名。水处理工1名。维修工2名及其他工作人员。 、项目控制系统配置清单:(1)操作站/工程师配置 设备名称规格型号或性能描述单位数量生产厂操作员站DELL P4 2.8G 256M 40G 21”TCP/IP网卡，串口，USB口等台2DELL工程师站DELL P4 2.8G 256M 40G 19”TCP/IP网卡，串口，USB口等台1DELL激光打印机HP-1010 A4台1HP工程师站软件WCC6.0(RC256)开发运行版套1SIEMENS操作员站软件WCC6.0(RT256)运行版套2SIEMENS交换机3com 16RJ45台13com换热站用光缆及配套