锅炉控制系统

1、工业锅炉自动化控制系统一、系统概述我国是以煤作为主要能源的国家，锅炉是耗能的主要设备，约占全国总能耗量的二分之 一左右，按照国际先进水平衡量我国能源的利用率很低。因此，节能的潜力很大。一般来说 生产过程中的节能有三大途径：（1）改造设备节能；（2）改进工艺节能；（3）提高应用管理和自控技术节能。为了使锅炉工作稳定、安全、经济，需要提高对锅炉的监控品质，提高平均热效率，节 省能源和减少污染，减轻操作人员的工作负担，提高锅炉的科学管理水平。可以获得可观的 经济效益。应用管理和自控技术节能可做到少投入多产出，见效快，效果好。一般采用自动 化技术后，可以提高锅炉热效率3-5%，节煤5-8%，自动化技术

2、的投资在2年左右时间既可收 回。用户既可以收到节约能源节省资金的效果，由于减少了大量原煤的燃烧，还净化了空气， 美化了环境，节省了资源，在贯彻可持续发展战略的今天，具有特殊的意义，因此而产生的 社会效益，将是十分重大而深远的。锅炉控制通常是采用人工结合常规仪表监控，一般较难达到满意的结果，原因是锅炉的 燃烧系统是一个多变量输入的复杂系统，影响燃烧的因素十分复杂，较正确的数学模型不易 建立，以经典的PID为基础的常规仪表控制已很难达到最佳状态，如果靠人工手烧则要受人 为因素（经验、责任心、白夜班）的影响，而计算机提供了诸如数字滤波，积分分离PID， 选择性PID，参数自整定等各种充分发挥计算机这

3、一智能化、多功能的优势，是常规仪表和 人力难以实现或无法实现的，是提高工业锅炉自控水平和节能的重要措施。本系统是针对链排式燃煤锅炉而设计开发，可以实现对一到五台锅炉及总供热系统进行 自动控制和自动检测，能够实现锅炉系统的安全和经济运行，完成各项管理功能和报警保护 功能，达到节约能源、减少环境污染、降低劳动强度的目的。锅炉吨位可从4150T/h。整套系统设计合理，设备选型先进，控制功能完善，通用性强，具有手动/自动无扰切换 功能。控制设备可靠性高，拆装简便，维护方便，抗干扰能力强。本系统具备远程通讯功能， 可以和上位计算机和下位换热站进行通讯。二、自控系统构成系统控制功能描述*锅炉自动控制：鼓风

4、、引风、炉排实现自动控制和仪表盘手动操作。*超压超温（水锅炉为高低液位）报警及停炉自动联锁*循环水泵软启动软停止及故障报警联锁停炉*变频自动补水及手动操作*各电器控制设备的运行指示和故障停车*锅炉其它热工参数检测（详见表：系统测控点要求）* 换热站热工参数调节系统控制功能描述锅炉运行要达到以下要求：根据负荷要求，使锅炉出水温度（热水锅炉）或出汽压力也 随之变化；由于负荷变化而相应调整进煤量和进风量，而实现锅炉的经济燃烧。根据以上要求，可以将锅炉控制系统分为为汽包水位控制系统、燃烧过程控控制系统、 过热蒸汽控制系统、除氧器控制系统、负压调节控制系统、负荷调节控制系统来分别实现对 锅炉给水量、锅炉

5、引风量、锅炉进煤量、锅炉送风量的自动控制。锅炉汽包水位控制系统汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，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。所以其值过高过低都可能造成 重大事故。它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节，使汽 包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，由于锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流 量变化的响应呈积极特性。但是在负荷（蒸气流量）急剧增加时，表现却为逆响应特性，即 所谓的虚假水位，造成这一原因是由于负荷增加时，导

6、致汽包压力下降，使汽包内水的沸 点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系统，实质 上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进 水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提 高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象， 运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双重量和水 位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。控制目标值：（汽包水位均匀量为：220，水位控制在中间值，偏差W10）1、在操作界面上利用文本实现对水泵启停的控制。2、在

7、仪表盘上使用原有的变频设备系统对水泵进行手动/自动调节控制。系统给水自动调节分为三种模式：单水位控制模式：只通过检测汽包水位来控制给水量。双冲量水位控制模式：监测汽包水位、蒸汽流量，将蒸汽流量作为前馈信号，与汽包 水位组成前馈-反馈控制方式。三冲量水位控制模式：监测汽包水位、蒸汽流量、给水流量，将汽包水位作为主控编 练个，给水流量作为辅助被控变量的串级控制系统与蒸汽流量作为前馈信号组成前馈-串级反 馈控制方式。三冲量水位控制实现方式：1）在异常情况下，如液位偏离正常值较大时，采用规则控制，可以快速恢复水位，保 证锅炉的安全稳定运行。2）当水位控制和主蒸汽温度控制发生矛盾时，可根据矛盾的主要方面

8、进行两者的协调 控制。3）它包含给水流量控制回路和汽包水位控制回路两个控制回路，实质上是蒸汽流量前 馈与水位一流量串级系统组成的复合控制系统。当蒸汽流量变化时，锅炉汽包水位控制系统 中的给水流量控制回路可迅速改变进水量以完成粗调，然后再由汽包水位调节器完成水位的 细调。锅炉燃烧过程控制系统锅炉燃烧过程有三个任务：给煤控制，给风控制，炉膛负压控制。保持煤气与空气比例 使空气过剩系数在1.08左右、燃烧过程的经济性、维持炉膛负压，所以锅炉燃烧过程的自动 调节是一个复杂的问题。对于35t锅炉来说燃烧放散高炉煤气，要求是最大限度地利用放散 的高炉煤气，故可按锅炉的最大出力运行，对蒸汽压力不做严格要求；

9、燃烧的经济性也不做 较高的要求。这样锅炉燃烧过程的自动调节简化为炉膛负压为主参数的定煤气流量调节。炉膛负压Pf的大小受引风量、鼓风量与煤气量（压力）三者的影响。炉膛负压太小，炉 膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加， 排烟损失增加，引风机电耗增加。根据多年的人工手动调节摸索，35t锅炉的Pf=100Pa来进 行设计。调节方法是初始状态先由人工调节空气与煤气比例，达到理想的燃烧状态，在引风 机全开时达到炉膛负压100Pa，投入自动后，只调节煤气蝶阀，使压力波动下的高炉煤气流 量趋于初始状态的煤气流量，来保持燃烧中高炉煤气与空气比例达到最佳状态。保因此，锅

10、 炉燃烧过程自动控制系统按照控制任务的不同可分为三个子控制系统，即蒸汽压力控制系统、 烟气氧量控制系统和炉膛负压控制系统。过热蒸汽温度控制系统过热蒸汽的温度是锅炉生产过程的重要参数，一般由锅炉和汽轮机生产的工艺确定。从 安全生产和经济技术指标上看，必须控制过热蒸汽温度在允许范围之内。在35T锅炉计算机 控制系统中，过热蒸汽温度控制系统设计。调节手段是改变减温水流量。从结构上看，这是 一个简单的单回路控制系统，但是实际系统存在以下问题：锅炉的进水系统中实际有三台调 节阀，即锅炉总给水阀(V1)、减温水阀(V2)和汽包给水支阀(V3)。因为这3个阀都控制给水 量，将会通过图中进水交点处压力P的变化

11、而产生关联作用。除氧器控制系统除氧器控制系统包括除氧器压力和液位两个控制子系统。在35T锅炉计算机控制系统中， 除氧器压力控制系统和除氧器液位控制系统都设计为单回路PI控制方式。在满足锅炉生产的 实际要求的前提下，单回路PI控制方式具有结构简单、容易整定和实现等优点。对于除氧器压力系统而言，当除氧器压力发生变化时，压力控制系统调节除氧器的进汽 阀，改变除氧器的进汽量，从而将除氧器的压力控制在目标值上；同样，对于除氧器液位系 统，当除氧器液位发生变化时，液位控制系统调节除氧器的进水阀，改变除氧器的进水量， 从而将除氧器的液位控制在目标值上。负压调节控制系统炉膛负压的大小对于节能影响很大。负压大，

12、被烟气带走的热量大，热损失增加，煤耗 量增大，理想运行状态应在微负压状态。它能明显增加悬浮煤颗粒在炉膛内的滞留时间，增 加沉降，减少飞灰，使煤充分燃烧提高热效率。但由于负荷变化，需要改变给煤量和送风量， 随之也要改变引风量，以保证炉膛负压的稳定，但由于系统有一定的滞后时间，为避免鼓风 变化而引起炉膛负压的波动，系统中引入鼓风信号作为前馈信号对引风机进行超前调节。调 节精度可以控制在设定值土 10Pa。控制回路原理图：负荷调节控制系统由于负荷需求变化而改变锅炉的出水温度(蒸汽锅炉为蒸汽压力)，首先要通过调节链排 速度来改变燃料量，并改变送风量，再由烟道中安装的氧量检测仪测定烟气含氧量，调整送 风

13、量，以实现较好的风煤配比调节。由于烟气含氧量不是一个定值，在锅炉满负荷运行时含 氧量较低，在低负荷运行时含氧量较高，所以在系统中设置了烟气含氧量设定值的自动修正， 以保证风煤配比达到较好状态，实现锅炉的经济燃烧。系统调节精度：蒸汽锅炉压力调节为 5% ；热水锅炉温度调节为1C。控制回路原理图：三、系统配置本系统采用德国西门子的S7-300系列可编程控制器来实现整个系统的自动控制。在控制 系统中工控机作为上位机，S7-300可编程序控制器PLC作为下位机的微机自控系统。凭借可 编程序控制器PLC高抗干扰能力、高可靠性以及工业控制机高可靠性，强大的通讯管理能力 实现了对锅炉的自动化控制水平。共配置

14、了 1套S7-300现场控制单元及1台工业控制计算机， 来控制整个锅炉及附属换热设备。S7-300现场控制单元分别控制各台锅炉及辅助系统，控 制器和工控机进行通讯，由工控机对锅炉运行状态进行监控、管理和运行状态的优化，以实 现对锅炉的自动控制。系统配备后备操作器，以备控制系统时出现故障时手动调节进行操作。S7-300系列可编程控制器通用性强，可使用附加模块对PLC进行扩展，可以很方便地适 应今后系统扩充和改变的需求。由自动化仪表对现场工艺参数进行检测，通过模拟量输入模 块检测现场低度表的4-20mA或0-5V标准信号传送到PLC，PLC通过MPI通讯接口和计算机 进行数据交换。通过计算机对整个

15、锅炉运行状态进行监控并计算，计算后通过模拟量输出模 块输出信号驱动调节阀或变频器实现对锅炉运行参数进行自动控制。PLC通过开关量输入与输出模块，可以对锅炉电器设备运行状态进行监控，并在锅炉事故状 态时进行停机自动联锁控制。利用西门子上位机组态软件WINCC，可非常形象地组态出与生产流程完全相同的过程画面， 并把PLC采集到的如锅炉水位、压力、温度、流量、电机状态等信号在画面上显示出来，并 实现报警、报表输出等功能。实时曲线功能可以直观地显示出工作时间内的各种工艺参数， 可快速判断工艺是否稳定，生产是否正常。通过组态WINCC服务器/客户机，可以实现不同的 操作权限，每个操作员只能在工控机上操作与自己的工作，不能够随便修改程序和操作与自 己工作无关功能，确保生产的正常进行。也可以通过组态服务器/浏览器，车间领导和公司领 导坐在办公室或家里就可以通过internet轻松浏览实时生产状况和查询报警及报表，及时对 生产做出指导。此外，对于大型锅炉车间呀发电厂锅炉，因设备较分散，如果把几百上千根信