蒸汽锅炉监控系统方案(仪表)

蒸汽锅炉监控系统方案蒸汽锅炉监控系统方案 华控伟业科技有限公司 2007 年 12 月 1 一 方案概述一 方案概述 锅炉控制系统的主要任务是保证锅炉的安全 稳定运行 减轻操 作人员的劳动强度 同时提高热效率 降低煤 电的消耗量 实现经 济运行 而且要便于操作 易于生产管理 根据国家锅炉主管部门的 技术要求和我公司多年锅炉控制经验及 蒸汽锅炉安全技术监察规程 的要求提出本锅炉计算机控制系统方案 控制系统采用 集中监测 分散控制 控制思想 是微型计算机 软硬件 自动监控仪表 变频节能等几项技术综合运用 控制系统具 有完善的监控功能 实现锅炉的联锁起停 燃烧系统的自动调节 汽 包水位的自动调节 除氧罐水位的自动调节 电机及变压器的在线监 测和保护功能 保障锅炉系统安全 稳定 经济地运行 本系统以我公司自主研发的锅炉上位机软件作为监控主站 实现 锅炉的自动调节 记录分析 报表打印 语音报警 黑匣子及运行指 标记录等功能 达到集中监测的目的 以我公司研发的各种锅炉监控 仪表实现炉体各部分的分散控制 两者之间采用 CAN 总线通讯方式 最大限度的减少电缆接线数量 减轻维护量 本系统的优势在于即使上位机出现故障时 在仪表分散监控下也 可以保证锅炉系统的正常运行 实现锅炉监控的双重运行保证 进一 步降低事故的发生 二 系统二 系统的硬件的硬件组成组成 控制系统的硬件组成由以下部分 2 1 1 安装于现场一次仪表 执行机构及电机安装于现场一次仪表 执行机构及电机 一次仪表包括热电偶 热电阻及各种压力 差压变送器 传感器 等 执行机构指用于鼓 引风风量调节 炉排调速 汽包水位调节的 执行器 调节阀及变频器等 电机指引风 鼓风 炉排 给水泵 出渣 除灰 除氧泵等各种 电机 2 2 安装于集控室的仪表操作台安装于集控室的仪表操作台 仪表操作台内装有与本台锅炉运行相关的炉膛温度 炉膛负压 给水压力 蒸汽压力 给水流量 蒸汽流量的监测仪表 汽包水位三 冲量调节仪 炉排调速器 引风控制器 鼓风控制器 以及引风 鼓 风 炉排 给水泵电机的起停按钮 指示灯和引风 鼓风 给水泵电 机的电机智能监控器显示表等 3 3 安装于集控室的计算机操作台 工业电视操作台 安装于集控室的计算机操作台 工业电视操作台 计算机操作台装有一套计算机 包括工控机主机 显示器 键盘 鼠标 音箱 打印机及电源抗干扰抑制器 UPS 等 工业电视操作台安装用于监视蒸汽锅炉汽包水位的工业电视 4 4 安装于水处理间的水处理仪表操作台 除氧罐水位控制柜安装于水处理间的水处理仪表操作台 除氧罐水位控制柜 水处理仪表操作台装有锅炉房水处理包括软化 除氧部分的温度 压力 流量 液位等仪表 除氧罐水位控制柜用于除氧罐水位 水温的自动控制 5 5 安装于配电室的变频柜 安装于配电室的变频柜 3 包括鼓风 引风 炉排 给水泵 循环泵 除氧泵 补水泵等电 机的配电柜 三三 系统的控制功能及原理系统的控制功能及原理 1 1 锅炉的顺序起停和超限报警时的联锁停炉 锅炉的顺序起停和超限报警时的联锁停炉 起炉时先起除渣机 引风 再起鼓风 炉排 分层给煤机 停炉 时先停分层给煤电机 炉排 鼓风 再停引风电机 除渣机 有多种起停电机的方法 1 可通过工控机起停电机 用鼠标点击的软件电机控制界面的 方式 单独或联锁起停相应的电机 需要联锁起停的电机数量 起停 顺序 起停间隔时间等可根据要求任意组态设置 设置菜单及电机起 停菜单均有密码保护 有效地防止误操作 2 在控制室操作台上单独起停各电机 3 在就地控制按钮箱上单独起停对应电机 4 当出现汽包水位超低 蒸气压力超高时 系统在发出报警的 同时 使锅炉的自动联锁停炉 避免事故的发生 在控制室操作台上设有电机起动方式转换开关 锅炉正常运行时 开关转换到集中控制位 在控制室由计算机或操作台起停电机 电机 或其所带负载检修时 开关转换到就地控制位 只能在就地起停电机 巡回检查时发现电机或负载故障时 不论起动方式转换开关在何位置 均可通过就地控制按钮箱上的急停按钮随时停机 2 2 电机 变压器的综合监测保护及运行参数的在线测量 记录 电机 变压器的综合监测保护及运行参数的在线测量 记录 1 电机综合保护 所有电机控制回路均安装智能电机监控器 电机监控器除具有过 4 流 缺相 相不平衡 欠压 反序 漏电保护功能外 还具有三相电 压 三相电流 有功功率 无功功率及功率因素的测量功能 并且以 通讯的方式将以上参数传送到上位工控机 当运行中的电机出现过流 缺相 相不平衡 欠压等故障时 系 统可精确 迅速地切断控制回路 避免电机烧毁 计算机除可以监测 记录电机的起停开关量状态 还可以实时监 测 记录电机的三相电压 电流 功率因素 有功功率 无功功率 并可对本台电机的耗电量做累积计算 对电机故障保护停机原因 时 间进行记录 以供事故分析处理 2 变压器的综合监测 为每一台变压器加装一台变压器智能监控仪 在变压器上安装配 套的专用测温传感器 由工业控制计算机 变压器智能监控仪等硬件 结合可靠的专用监控软件 完成对三相交流变压器的温度 三相电压 电流 有功功率 无功功率及功率因数的精确测量和不间断记录 对 有功 无功电度及运行时间进行累积 并且实现变压器运行中出现的 过热 过负荷 过电流 缺相 相不平衡 欠压 反序等故障的有效 报警保护 并且将故障原因 时间 故障期间的运行数据进行记录 以供事故分析处理 3 3 锅炉运行参数的全面检测 报警记录 锅炉运行参数的全面检测 报警记录 为了全面反映锅炉的运行状态 系统对与锅炉运行相关的各种参 数全部检测 分别在锅炉操作台及水处理操作台上显示 对需要报警 的参数设有声 光和语音报警功能 计算机完成数据的存储 记录 报警 打印及分析处理 5 系统检测的参数有 1 温度 每台炉的炉膛温度 省煤器进口烟温 省煤器出口烟 温 空预器出口左侧烟温 空预器出口右侧烟温 引风机出口烟温 鼓风机出口冷风温度 预热器出口热风温度 热水锅炉的锅炉热水出 口温度 回水温度 热水总管温度 水处理部分的除氧罐水温等 2 压力 每台炉的炉膛左侧负压 炉膛右侧负压 炉膛出口烟 气负压 一级省煤器出口烟气负压 二级省煤器出口烟气负压 空预 器出口左侧负压 空预器出口右侧负压 引风机出口烟压 预热器后 热风总管压力 鼓风机出口冷风压力 蒸汽锅炉的蒸汽压力 分汽缸 压力 热水锅炉的锅炉热水出口压力 热水总管压力 回水压力 自 来水压力等 3 流量 蒸汽锅炉的给水流量 蒸汽流量 热水锅炉的进水流 量 锅炉出水流量等 4 液位 蒸汽锅炉的汽包水位 水处理的软水箱液位 冷凝水 箱液位 除氧罐液位等 5 电机电流 频率 阀门开度 鼓风 引风 炉排 给水泵 循环泵等的电流 频率 锅炉进水管电动闸阀 出水管电动闸阀开度 指示 4 4 汽包水位报警 自动控制 汽包水位报警 自动控制 锅炉汽包水位是确保蒸汽锅炉安全生产和提供优质蒸汽的关键参 数 水位过高 会破坏汽水分离装置的正常工作 严重时会导致蒸汽 带水增多 增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量 水位过低 则会破 坏水循环 引起水冷壁管的破裂 严重时会造成干锅 损坏汽包 所 6 以其值过高过低都可能造成重大事故 且水位不稳定会造成产汽量的 不稳定会 影响锅炉安全 稳定运行 为此本系统配置了多套水位检 测 报警 保护和调节装置 1 汽包水位测量 报警 系统配置三套汽包水位测量装置 智能电接点水位计 由现场电接点取样筒和二次显示仪表组 成的水位测量和报警装置 汽包水位水位超限报警及联锁停炉信号取 自此表 该仪表采用双色光柱及数字显示液位 具有 4 个可任意设置 的报警控制点及对应的控制输出 由于采用了电接点水电阻智能检测 可自动适应水质的变化而准确地测出水位 数显调节仪表 由双室平衡容器 差压变送器将汽包水位信 号转换为标准的电流信号 由操作台上的智能数显调节仪表显示并调 节 工业电视 由彩色摄象机实时拍摄锅炉汽包旁的双色水位计 画面 将汽包水位变化显示到控制室的工业电视上 2 汽包水位自动调节 传统的汽包水位自动调节给水泵是连续恒速运行的 由调节阀的 开度改变上水流量 但是随着阀门开度的减小 水泵出口压力上升 达到 2Mpa 以上 阀门两侧的压差将增大 达到 1 3Mpa 以上 远远 大于原设计的水泵出口压力高于锅炉汽包压力 0 5Mpa 包括给水垂直 落差及管路压降 的要求 不但造成能量的浪费 而且使得水泵的振 动和磨损加大 寿命缩短 采用回流支路调节时 大量水的回流同样 造成能量的无谓消耗 因此 必须 7 采用变频控制 调节电机转速 降低水泵的出口压力 消除回流 减 少能源消耗和设备磨损 而且变频器可实现大的电动机的软停 软起 避免了启动时的电压冲击 减少电动机故障率 延长使用寿命 同时 也降低了对电网的容量要求和无功损耗 本方案采取了给水泵出口压力变频恒压控制和汽包水位三冲量自 动调节相结合的方法 给水泵恒压控制 由压力传感器 智能数显调节仪 变频器等组成恒压控制系统 压力传感器检测给水管压力 智能数显调节仪显示给水管压力 并与 压力设定值比较输出控制信号控制变频器的输出频率 进而改变给水 泵电机转速 系统启动后 智能数显调节仪根据给水管压力与设定的压力差进 行比较运算 实时动态控制变频器输出频率 改变电机的速度保持给 水管压力保持恒定 给水泵运行时 若一台泵不能满足要求 系统自 动将该电机切入工频 同时变频启动下一台 直到满足用水需求 汽包水位自动调节 以锅炉水位做为最终调节对象 由双室平衡容器和差压变送器获 得水位信号 由智能调节仪表根据水位给定值调节电动调节阀的开度 从而实现对汽包水位的控制 锅炉汽包水位采用单冲量调节时 当蒸汽负荷突然增大时 会产 生虚假水位现象 引起给水阀误动作 严重时有可能造成人员设备事 故 将蒸汽流量信号引入调节系统 8 当蒸汽流量变化时 在水位还未出现变化前使调节阀动作 从而达到 减少水位波动的目的 即前馈控制 将给水流量 PID 控制组成控制内 环 减小因给水压力波动造成的水位波动 水位 PID 控制组成控制外 环 这样就形成了三冲量调节系统 在蒸汽参数稳定 给水流量允许 的情况下给水调节系统可自动或手动切换到三冲量调节系统 三冲量 调节系统既能克服虚假水位现象 又能减小给水压力的波动对锅炉汽 包水位的影响 5 5 燃烧系统自动调节 燃烧系统自动调节 燃烧系统调节的目的是通过调节进入炉膛的煤量和风量 达到最 佳风煤比 使炉膛热量达到一定值 以保证蒸汽锅炉的蒸汽产量 或 蒸汽压力 热水锅炉的出水量 或出水温度 与供热量相对平衡 同时保持锅炉的负压燃烧 传统的空气量 空气压力调节由电动执行器调节风门开度来实现 这一方式具有如下缺点 负荷较大时 须将风门开大 增加炉膛空气压力和空气量 加 快煤层燃烧速度 以提高单位时间内蒸汽锅炉的蒸汽压力或热水锅炉 的出水温度 满足供热量要求 负荷较小时 须将风门开小 两种状 态下 鼓 引风风机一直保持额定转速运行 在负荷较小时 鼓 引 风风机产生的巨大风量 都被风门遮挡 相当一部分电能消耗在引风 挡板的阻力降上 造成电能的浪费 鼓 引风风机功率大 在工频供电情况下 还需要降压起动设 备 使主电路电气设备增多 在起动时 产生的起动浪涌电流 将对 9 电网和风机系统造成一定的冲击 直接影响到电网的供电质量 并会 造成开关 接触器触点的损坏 风门的机械联接结构在调节过程中存在滞后 线性度差 调节 性能很差 使燃烧系统的调节难以达到应有的效果 本系统对鼓 引风和炉排电机全部用变频调速控制 由于变频起 动是软起动 因而减少了起动过程对电网和风机系统的冲击 减少了 起动过程的电耗 不会造成开关 接触器触点的损坏 故具有效率高 调速范围大 调节精度高 起制动方便灵活 能耗小 故障率低 操 作简单等优点 取消了风门及其复杂的操作机构 使风道畅通无阻 降低了压差损耗 减少了风量损失 由于鼓 引风机长期低于额定转 速的状态之下运行 电机及风机的轴承不易损坏 延长了使用寿命 电机的发热量也减少了 维修量下降 可节约了大量的维修费用 1 蒸气压力的自动调节 当供热负荷的变化而改变后 由计算机调节炉排电机变频器的输 出频率 通过调节炉排速度来改变燃料量 通过调节鼓风电机转速改 变送风量 使之达到最佳风煤比 达到锅炉最佳燃烧效果 保证炉膛 发热量 将蒸汽压力维持在设定值 2 炉膛负压调节 炉膛负压直接影响锅炉的热效率 炉膛负压也是锅炉安全运行的 重要因素 鼓风量的大小是炉膛负压产生扰动的主要因素 也就是说 引风量必须随鼓风量的变化而变化 而鼓风量又受供热负荷变化的影 10 响和限制 本控制系统由计算机在鼓风量随风煤比的变化发生变化后 根据负压给定值进行 PID 调节运算 通过变频器调速系统调节引风量 来控制炉膛负压的恒定 6 6 除氧罐水位自动调节 除氧罐水位自动调节 与蒸汽锅炉给水管道压力的变频恒压调节原理类似 由平衡容器 差压变送器 智能数显调节仪 变频器组成控制系统 平衡容器 差 压变送器检测除氧罐水位 智能数显调节仪显示除氧罐水位 并与水 位设定值比较输出控制信号控制变频器的输出频率 进而改变除氧泵 电机转速 系统启动后 智能数显调节仪根据除氧罐水位与设定值进行比较 运算 实时动态控制变频器输出频率 改变电机的速度保持保持除氧 罐水位恒定 水泵运行时 若一台泵不能满足要求 系统自动将该电 机切入工频 同时变频启动下一台 直到满足用水需求 四四 系统上位机监控系统系统上位机监控系统 本系统是基于我公司智能仪表和电机保护器开发的上位机监控系 统 主要由锅炉系统图 实时数据 趋势曲线 报表及报警记录等组 成 介