热载体锅炉控制系统的设计与应用

热载体锅炉控制系统设计的特点与实例 谭仁玺 王曦宁 亓庆宪 热载体锅炉具有高温低压和温度控制精度较高等特点 被广泛应用于工业领域 在工 业生产过程中 它作为供热设备 能够提供比较稳定的高温热源 热载体锅炉的控制在温 度控制或加热控制上与热水锅炉控制非常相似 但是由于它被用于工业生产及工业环境 在系统控制和系统可靠性方面有着其明显的独特性 下面根据我们的实践 谈一谈热载体 锅炉控制系统设计的一些体会和应用实例 一 国内热载体锅炉控制的几种类型 国内热载体锅炉控制的几种类型 目前 国内热载体锅炉的控制系统大至分以下几类 1 温控表 强电逻辑控制 此类控制系统使用传统的强电元件进行简单的逻辑控制 用温度控制仪表控制出口温 度 其优点是价格较低 缺点是体积大 显示和控制功能弱 可靠性差 一般用于中小型 热载体锅炉的简单控制和低档场合 2 专用电脑控制器 专用热载体锅炉电脑控制器 采用集成电路 替代了前者粗大并带机械触点的强电元 件 提高了可靠性 用电脑软件实现智能化控制 用薄膜开关 LED 显示或液晶显示等现 代人机界面 替代了前者传统庞大的按钮和指示灯 该控制器可以实现前者所有的功能 还可以实现前者难以实现的定时 故障记忆 较复杂的控制 例如 我公司的燃煤热载体 锅炉电脑控制器 可以对鼓风 引风 炉排 出渣等设备进行自动启动延时和顺序控制 自动停止延时和顺序控制 还可以在手动控制鼓风和引风时 带有延时控制 该控制器适用于中小型热载体锅炉控制的较为复杂和中高档的场合 是温控表 强电 逻辑控制的替代形式 该控制器还具有通讯联网功能 可以作为 DCS 控制系统中的下位机 3 PLC 可编程控制器 PLC 具有很强的模块扩展能力 因此常用在大型热载体锅炉的复杂控制和多参数监 控上 PLC 可以用触摸屏作人机界面 锅炉的工作情况用图形或中文来显示 并可进行触 摸操作 该控制器适用于高档的使用场合 PLC 也具有通讯联网功能 可作 DCS 系统中的下位机 也可作为功能简单的上位机 在环境条件较恶劣的使用现场和可靠性要求较高的场合 应选用 PLC 作下位机 PLC 是专 为工业控制设计的 与其他下位机相比 可靠性最高 运行和维修最方便 性能价格比最 高 4 工业控制计算机 工业控制计算机 工控机 具有强大的数据记录 存储 分析和处理 复杂显示 打印输出能力 可以用在热载体锅炉的任何复杂的控制和监测场合 一般用作 DCS 系统中 的上位机 由于工控机的价格已经不高 也可作为下位机使用 工控机用作下位机时 其 可靠性要比 PLC 低得多 原因之一是容易死机 死机后必须关机 造成系统停止 原因之 二是突然停电会造成开机困难 5 DCS 集散控制系统 DCS 控制系统是当今工业控制的主流 它用专用总线将系统中的节点联接起来 由 若干上位机 工程师站 操作员站 和若干个下位机 测量控制 组成 下位机负责对现 场控制对象 锅炉 进行过程控制 并接受上位机的系统监控指令 上位机不参与下位机 的过程控制 只对各个下位机的数据进行处理 并发出系统监控指令 任务分明 相对独 立 当上位机或某一下位机出现故障时 不会影响整个系统的正常工作 高档的 DCS 系统由大型的 DCS 控制站组成 热载体锅炉的系统较小 一般用多台 PLC 或电脑控制器 与工控机组成小型廉价的 DCS 系统 二 热载体锅炉控制系统设计的 2 个原则 热载体锅炉及其控制系统用于工业领域 其工作环境要比民用环境要恶劣较多 系 统不允许突然停止运行 否则会造成重大经济损失 如熔盐锅炉系统 因此 热载体锅炉 控制系统的设计 必须遵照工业控制设计的下述原则 1 高可靠性高可靠性 A 必须满足工业级电磁兼容性标准 能抵抗各种电磁干扰 B 必须满足工业级运行环境标准 能耐受高温 低温 高湿 粉尘 振动 冲击等 恶劣环境 甚至还能在可燃气体环境中工作 防爆 例如 我公司为克拉玛依石化公司提 供的热载体锅炉下位机控制系统 就是工作在露天和可燃气体环境中 防爆 防雨淋 可 在低温 40 和高温 70 极端环境温度中工作 2 高安全性高安全性 A 传感器 执行器 信号传输等故障 不影响系统安全 B 意外失电 不影响系统安全 C 操作失误 不影响系统安全 D 操作方式变换 不影响系统安全 E 信号传输干扰出错 连线错误 断线 传感器和执行器出错 不影响系统正常 运行或系统安全 三 三 7MW 燃气导热油炉 DCS 控制实例控制实例 以下是 2 台 7MW 燃气导热油炉 DCS 控制系统的实例 该系统现已用于克拉玛依石 化公司 1 系统框图 上上上上上上上上上上上上上 上 上上上 1 上 上上 上上 上上 上上 上 上 上 上上 上上 PLC 上 上 AI 5上 DO 4上 DI 24上 上上上上 上 上 1 上 上 2 上 上 上 上 上 上 上 2 上上上上 上上上 上上 PLC 上上 上上 上上 上上 上上 DO 4上 DI 24上 AI 5上 上 上 上 上上 上上 1 上上上上上 2 上上上上上 2 系统描述 该系统采用了高可靠的 DCS 集散控制系统 2 台 7MW 导热油炉安装在油田的露天 环境 就地操作装置也在导热油炉附近的露天环境 以便就地手动操作和控制 上位机设 在远处的中央控制室里 该系统的 2 个子系统控制柜 下位机 分别控制相应的导热油炉 互为备用 相对独立 又有系统联系 具有很高的系统可靠性 可以满足石化工业生产连 续不能中断的要求 该系统的就地操作装置 如循环泵操作 就在受控设备现场 操作者 能在现场直接观察到设备的实际状态 该子系统控制柜安装在锅炉现场 操作者也能直接 了解锅炉现场的实际情况 这使子系统操作的可靠性得到很大提高 3 极苛刻的环境要求及其解决方案 子系统控制柜要求装在油田的露天环境 最低温度 40 最高温度 70 要防雨淋 更要防爆 防爆等级为 EXdIIBT5 解决方案是采用特制的防雨的防爆控制柜 控制柜内装 有正压控制装置 使控制柜始终处于微正压状态 以有效阻止可燃气体进入柜内 柜面元 件全部采用防爆元件 柜内还装有温度调节装置 以使柜内的温度保持在一般电气元件允 许的 0 50 范围内 在有防爆要求的现场 防爆控制柜一般是不允许打开的 这就要求柜 内的元件必须采用高可靠和高品质的 以保证能够长期使用 4 子系统控制柜 子系统控制柜用于各台导热油炉的全部控制 由于该控制柜的可靠性要求很高 柜 内的下位机采用了 PLC 可编程控制器 PLC 对本锅炉进行程序控制和联锁保护 并把导热油炉的各种信号上传给上位机 这些信号有 导热油进 出炉温度 循环泵状态 燃烧器运行状态 燃烧器熄火 燃气泄漏 燃气压力高 风压过低 导热油进出炉压差过低 膨胀罐导热油液位低 导热油炉排烟温 度超高等 导热油出炉温度的控制由专用比例调节器完成 控制温度的设定值可以在现场的比例 调节器上设定 也可以在中央控制室里的上位机上进行调整 本系统的导热油出炉温度的 实际控制精度在 2 以内 本柜可以通过柜面的按钮对导热油炉进行手动控制 为了提高操作的可靠性 本柜的 自动 手动切换采用了无扰切换技术 本柜与就地手动控制也实行了无扰切换 5 上位机 上位机在系统中发挥重要作用 因此我们选择工控机作本系统的上位机 工控机适宜 工业环境运行 可以接入来自现场的输入和输出信号 该工控机配有工业控制组态软件和 我公司的系统控制软件 可以动画显示每台导热油炉的运行画面和温度曲线 可以进行报 表显示和打印 进行报警显示 记录和打印 数据可以保存 1 年 可以修改控制参数和报 警参数 该上位机还可以通过网络 与上级管理中心计算机联网 成为其中的一个子系统 四 四 7MW7MW 余热导热油炉控制实例余热导热油炉控制实例 热载体锅炉的加热方式一般有燃油 燃气 燃煤及余热 电热等 5 种 余热方式一般 是利用工业生产的废料 经焚烧炉燃烧产生的热量对热载体进行加热 该方式使废料得到 充分利用 既降低了生产成本 又保护了环境 因此余热热载体锅炉也有较大的市场需求 1 7MW 余热导热油炉系统示意图 该图也是 10 彩色触摸屏上显示的系统主画面 2 系统简介 本例导热油炉控制的主要区别在加热部分 其他与一般导热油炉基本相同 本系统把木材加工的废料 木粉 送入焚烧炉 木粉焚烧产生的高温烟气成为导热油炉 的加热源 因此 要控制导热油炉的出炉温度 就应该控制高温烟气的温度 要控制高温 烟气的温度 就必须控制木粉焚烧炉的燃烧 即调节引风 鼓风 炉排和木粉输送量 由 于该烟温系统用户正在完善中 第一期工程暂为烟温手动或仪表控制 系统的程序控制和 联锁保护由 PLC 可编程控制器完成 本系统采用 10 彩色大触摸屏