板集煤矿工业蒸汽锅炉自动化控制分析.doc

板集煤矿锅炉自动化控制分析文：国投新集能源股份有限公司板集煤矿 李军-摘 要：锅炉控制系统采用自动化控制能够确保设备在良好的智能工况条件下运转，并切对整个锅炉节能减排效果方面也比较明显，值得广泛地推广。它不仅能够通过自动化控制技术实现安全生产的目的，还能够节煤、节电并能使排放更环保。关键词：控制系统；自动化控制；环保 1 引言 锅炉自动化控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有锅炉每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，用微机进行智能控制是一件具有深远意义的工作。 2 锅炉控制系统的一般结构与工作原理 锅炉自动控制系统，一般由以下几部分组成，即由一次仪表、现场机、上位机、PLC、手自动切换操作、执行机构及阀、电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、转速等量转换成电压、电流等送入PLC。控制系统包括手动和自动操作部分，手动控制时由操作人员手动控制，用操作器控制变频器、滑差电机及阀等，自动控制时对上位机发出控制信号经PLC运算后，对执行部分进行自动调节操作。各传感设施对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行自动控制系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，以免锅炉发生重大事故。 自动控制系统由PLC、工控机、显示器、打印机、手操器、报警装置等组成，能完成对给水、给煤、鼓风、引风等进行自动控制，使锅炉的汽包水位、蒸汽压力保持在规定的数值上，以保证锅炉的安全运行，平稳操作，达到降低煤耗、提高供、送汽质量的目的，同时对运行参数（压力、温度、流量）等有流程动态模拟图画面并配有数字说明，还可对汽包水位、压力、炉温等进行超限报警，发出声光信号或停炉，还可定时打印出十几种运行参数的数据。以形成生产日志和班、日产耗统计报表，有定时打印、随机打印、自定义时间段打印等几种方式。 3 锅炉控制系统中各控制回路的介绍 锅炉控制系统，一般有蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压等控制系统。锅炉的燃烧控制实质上是能量平衡系统，它以蒸汽压力作为能量平衡指标，不断根据用汽量与压力的变化调整燃料量与送风量，同时保证燃料的充分燃烧及热量的充分利用。3.1 锅炉给水控制回路 给水自动调节的任务是使给水流量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在允许的范围内。给水自动调节的另一个任务是保持给水稳定。在整个控制回路中要全面考虑这两方面的任务。在控制回路中被调参数是汽包水位、给水流量、蒸汽流量，调节机构是给水调节阀，调节量是给水流量。 对汽包水位调节系统产生扰动的因素有蒸发量、炉膛热负荷（燃料量），给水量。 由于给水调节对象没有自动平衡能力，又存在滞后。因此在一般锅炉控制系统中汽包液位回路采用闭环三冲量调节系统。所谓三冲量调节系统就是把给水流量，汽包水位，蒸汽流量三个变量通过运算后调节给水阀的调节系统。 锅炉给水系统中还有一个比较重要的控制回路是给水压力回路，因为汽包内压力较高，要给锅炉补水必须提供更高的压力，给水压力回路的作用是提高水压，使水能够正常注入汽包。但在蒸汽流量未达到满负荷时，对给水流量的要求也不高。在板集煤矿锅炉系统中采用给水泵一直以工频方式运转，用回流阀降低水压，防止爆管。3.2锅炉鼓、引风系统变频控制回路锅炉鼓、引风电机是用ABB变频器控制的，能够实现全自动PID闭环调节。根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。现板集煤矿锅炉变频控制是通过炉膛负压传感器反馈信号，对引风机电机频率实现自动调节，以达到炉膛负压恒定，使鼓、引风系统更好地匹配。这样既达到炉膛不出现正压，又避免负压过大而使热量流失，同时也节约了电能。- 3.3 锅炉燃烧调节系统 燃烧过程自动调节系统的选择虽然与燃烧的种类和供给系统、燃烧方式以及锅炉与负荷的联结方式都有关系，但是燃烧过程中自动调节的任务都是一样的。归纳起来，燃烧过程自动调节系统有三大任务： 维持汽压恒定。汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应，必须相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量。 保证燃烧过程的经济性。当燃料量改变时，必须相应地调节送风量，使它与燃料量相配合，保证燃烧过程有较高的经济性。 调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。 燃烧调节系统一般有三个被调参数，汽压、炉膛温度和炉膛负压。一般有3个调节量，他们是燃料量，送风量和引风量。燃烧调节系统的调节对象对于燃料量，对链条来说，其控制对象是炉排移动速度、鼓引风机变频频率，根据燃料种类的不同可能是炉排电机，也可能是燃料阀（煤闸板）。对于送风量和引风量一般是变频器调节。 系统各回路中都设置了手自动两种操作方式，为了实现无扰动切换，系统引入了各控制对象的反馈值，在手动操作时PLC输出会自动跟踪控制对象的反馈，当切换到自动状态时可以进行无扰动切换，使系统平稳的过渡到自动状态。 4 锅炉控制系统组成结构 上面我们针对锅炉控制系统的各控制回路原理的做了简要分析，依据以上分析，我们知道构建一个可靠的、智能随动的智能控制系统是保证锅炉安全生产的基础。锅炉控制系统是典型的多变量、纯滞后、强耦合的控制系统，如果不能在控制策略和软件实现上很好地解决多变量的关系和滞后响应问题，那么，智能锅炉控制系统后同样也将无法实现预期的目标。 在控制系统设计上我们采用集中控制分散驱动的集散控制思想，把控制系统分为三层： （1）信息管理层：完成系统关键技术数据的设定、实时数据和运行状态的监视与控制、历史数据的查看、数据报表的记录与打印、报警与故障的提示处理等功能；主要由上位工控机、组态开发软件、应用程序、通讯模块等组成； （2）控制层：主要完成各种控制动作命令、实时数据的采样与处理、连锁动作的关联表达、控制算法的实现、异常现象的自动处理等功能；主要由可编程逻辑控制器的开关量模块、模拟量模块、智能PID调节仪、变频器、可编程逻辑控制器应用程序等组成； （3）设备层：主要接受来自的控制器控制命令，执行相应的动作或提供相应的检测数据。主要由断路器、交流接触器、变频器、压力变送器、温度变送器、流量变送器、电动开关阀、模拟信号隔离分配器等组成。 5 结束语 综上所述，锅炉控