锅炉PLC.docx

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锅炉PLC

热能厂锅炉PLC自动控制系统改造

1.现状：

1.1热能厂现状

我厂有两台八十年代SHL20-2.5/400燃煤锅炉，主要生产蒸汽为满足炼钢抽真空和煤气站生产煤气，负荷是在不断变化的，长期锅炉处于两种状态运行：

高负荷运行（额定蒸发量>20T/h），炼钢真空时负荷较大,超负荷运行，负荷阶跃变化，真空后又阶跃变化为低负荷运行，负荷变化较快，每次时间半小时左右，对压力要求较高，且周期不定；低负荷运行（额定蒸发量<10T/h），满足煤气生产和自用汽消耗，且对压力要求不高。

由于缺乏有效的自动控制系统，锅炉控制基本上采用通过仪表显示进行手动操作，使运行的不稳定因数增强，锅炉安全性得不到有效保证，同时影响生产的稳定性，且燃烧效率低，加大污染物排放，操作的劳动强度大，锅炉损害大等等。

1.2主要问题

锅炉目前存在的主要问题：

自动化程度低，仪表简单落后，煤种不固定，操作依靠压力表、负压、流量等参数，手动操作调节挡风板和炉排速度来满足蒸汽量的变化，且负荷变化波动较大，常常为满足生产，一味加大鼓风和炉排速度，造成漏风系数、烟气量、排烟温度、灰渣含碳量等升高，同时锅炉设计过程中，根据固定的煤种，按照负荷计算好使用的风机，都要打出设计安全系数等等，这些因素造成锅炉不在最佳状态运行，浪费能源。

同时由于生产的需要，改造的时间紧。

1.3解决思路

如何使锅炉生生产安全、稳定、节能、环保，使锅炉处于经济运行状态下生产，加强在自动化程度是关键。

锅炉PLC自动控制，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。

采用PLC为主要控制元件，对锅炉生产过程实现快速、准确的控制，从而达到节省人力、物力，提高锅炉热效率和节省能源的目的，由于PLC具有输入输出光电隔离、停电保护、自诊断等功能，所以抗干扰能力强，能置于环境恶劣的工业现场中，故障率低。

PLC编程简单，易于通信和联网等等，很好满足了锅炉的安全性、节能性、稳定性、环保性，同时投资较少，适合小型锅炉自动化改造。

2.自动调节:

锅炉系统主要由给水系统、蒸汽系统、烟气系统、风系统等部分组成。

锅炉自动燃烧控制系统实质就是针对这几个系统的运行过程进行自动控制，其主要控制系统：

锅炉汽包水位自动控制和锅炉燃烧自动调节系统两部分。

调节如下图：

2.1水位控制系统：

锅炉汽包水是正常运行主要指标之一，汽包水位是一个十分重要的调节参数。

锅炉汽包水位对锅炉的安全运行起到至关重要的作用，大约80%以上的锅炉事故与水位有关，同时水位的高低对锅炉的经济运行起到重要的影响。

汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸汽带水过多，使过热蒸汽温度降低；水位过低，负荷增大时，水的汽化速度加快，汽包内水量迅速减少，如不及时调整，会使汽包内的水全部汽化，危及锅炉安全。

当负荷非常不稳定时，受给水流量的影响，使汽包水位有较大延迟，蒸汽流量变化，会出现虚假水位等。

对汽包水位调节系统产生影响的因素有蒸发量D、炉膛热负荷（燃料量M），给水量W。

a.蒸发量D影响特性

当给水流量不变，蒸发量忽然增加时，如果只从物质不平衡角度来看，则反映曲线如图中的H1所示，但由于蒸发量增加时，汽包容积增加，水位将上升，水位的反映曲线如图H2所示。

H1和H2相结合，实际的水位反应曲线如图中的H所示。

b.炉膛负荷（燃料量M）对水位影响的特性

燃料量增加时，蒸发量大于给水量，水位下降。

但开始是由于有虚假水位存在，水位线上升，然后再下降。

如图所示：

c.给水流量（W）对水位影响的特性

当蒸发量不变，而给水量阶跃扰动时。

汽包水位如图所示。

在开始阶段。

由于刚进入得水水温较低。

使汽水混合物中的汽泡吞量减少。

水位下降，如图中的H1所示。

而H2反映了物质不平衡引起的水位变化，H1和H2相加得到了总的给水量扰动的反应曲线H。

当负荷阶跃改变时，水面下汽泡容积变化引起的水位变化是很快的，H1~H2的时间常数只有10-20秒。

由于“假水位”而出现的水位最大偏差很难依靠调节来克服，如果要求水位波动不能太大，只有限制负荷D的变化速度或限制负荷一次变化量。

“虚假水位”变化的幅度与锅炉的汽压与蒸汽量有关，对于—般的中高压锅炉．加负荷跳跃变化10%时，“虚假水位”现象可使水位变化达30-40毫米。

装设给水自动调节装置。

给水自动调节的任务是，使给水量跟踪锅炉蒸发量并维持汽包中的水位在工艺允许的范围内。

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。

锅炉汽包水位的自动调节，是根据汽包水位的特性来设计的。

引起水位变化的因素很多，但主要是给水量和蒸发量的阶跃变化，调节器就是依据水位信号、蒸汽流量和给水流量的偏差信号进行调节。

为保证锅炉运行安全，给水自动调节系统应选用可靠性较高的仪表和自动调节系统。

同时由于安全的需要，装设相应的水位报警系统。

2.2锅炉燃烧自动调节系统：

2.2.1变频设备更换：

鼓、引风变频控制：

为更好的满足节能和PLC自动控制配合的需要，更换引风机和鼓风机变频取代原有的挡板控制。

通过控制交流电频率来控制电机转速来达到控制鼓、引风流量。

流量Q,转速N，压力P，功率W存在以下关系：

Q1/Q2=N1/N2、P1/P2=N1²/N2²、W1/W2=N1³/N2³

由上述关系可见，当需求流量下降时，通过调节转速可以节约大量能源。

例如：

在理想情况下，一般流量需求为70%，如通过变频调速，则理论上讲，仅需额度功率的34.3%，即可节约65.7%的电能。

如采用传统的挡板方式调节风量，虽然也可相应降低电能消耗，但节约效果与变频相比，则是天壤之别。

注意:

设置鼓、引风参数时，要考虑风机的全压，是否满足烟、风道的阻力，只有当全压>烟、风道阻力时，风机才是有效的。

炉排变频控制

炉排电动机很小，因而采用变频器控制。

其主要目的是稳定运行。

当然节电也很大只是绝对数值占的比重很小。

炉排变频控制的特殊性在于：

1、炉排由于经常处于低速运行，所以电动机散热会出现问题，解决的方法是选用变频专用电动机。

2、由于低速运行时变频器输入电流很小，但输出电流很大，远大于电机额定电流。

此时变频器是采用低压大电流保证电动机恒转矩运行。

因此，变频器必须提高一档选型。

否则，无法保证炉排电动机的低速运行。

意义：

工业锅炉控制系统采用变频器调速实现锅炉自动控制，稳定性和可靠性高，调节性好。

变频调速使电机运行明显改善，维护量明显减少，同时大大减少机械系统控制机构。

系统采用过流、过压、瞬时断电、短路、欠压、缺相等多种保护，避免了因此造成电机烧损而影响生产所带来的直接和间接经济损失，更为重要是它的节能效果取得了可观的经济效益。

2.2.2燃烧自动控制：

　锅炉燃烧系统主要有煤种、汽包压力、蒸汽流量、鼓风量、引风量、给煤量、炉膛负压、烟气含氧量等参量组成，通过调节各参数，目的就是使燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的变化和需要，同时到经济燃烧，主要任务有：

1.调节适应不同煤种。

由于热能厂采用配煤技术，煤种变化不大，设置2~3种煤种的变化，实现适应不同煤种变化，以达到经济运行。

2.维持汽压稳定，满足蒸汽负荷的阶跃变化。

汽压的变化表示锅炉的蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应，必须相应地改变燃料量及其他参数，以改变锅炉的蒸汽量。

3.保证燃烧过程的经济性和稳定性。

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和稳定性。

4.调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛负压在工艺允许范围。

燃烧调节系统一般主要有四个被调参数，煤种、汽包压力、燃料量和炉膛负压。

不同煤种的调节量，他们是汽包压力、燃料量、炉膛负压、烟气含氧量、送风量和引风量。

根据之间关系控制各参数，达到自动运行的目的。

由于热能厂为适应锅炉燃烧，采用配煤技术，实现煤种是适合锅炉燃烧的煤种，且煤种变化幅度相对较小。

选择具有代表性的煤种，根据不同煤种设置参数，根据煤种的的变化，实现不同煤种间的自由切换。

以达到对煤种的适应。

在不同煤种下，通过设置出口压力，调节鼓风机变频控制器频率，从而改变鼓风量，根据负压调节引风机变频控制器频率，根据最佳风煤比调节炉排转速，也就是调节燃烧煤的供应量和进风量的比值，改变锅炉燃烧的发热量进而改变了锅炉的蒸发量，在根据炉膛负压调节引风机变频控制器频率，从而改变引风量，负荷变化不大时，应使燃料量、送风量、引风量各保持稳定；在负荷变动时，使燃料量、送风量、引风量成比例改变。

根据负荷阶跃变化幅度较大，设置高负荷和低负荷两种状态下的参数，根据流量变化，实现参数的自由切换，满足负荷的阶跃变化，达到更好控制的目的，以满足生产稳定性要求。

在满足负荷条件下通过对排烟温度，烟气量，烟气含氧量，灰渣含碳量测试比较。

设置最佳参数，满足经济运行的要求。

排烟温度（℃）

烟气量（Nm³）

灰渣含碳量（%）

烟气含氧量（%）

高负荷

180~200

55000`~60000

10~15

3.5~3.8

低负荷

160~180

50000~55000

8~12

3.2~3.5

系统各回路中都设置了手动自动两种操作方式和强制转换开关，满足异常情况下，实现手动和自动操作的自由切换。

2.3报警机制

当锅炉系统发生异常情况时（如水位、压力等异常），报警器发送报警信号，并将异常点在微机上进行显示，控制器还输出一个报警接点，用于控制带蜂鸣的报警指示灯。

进行相应处理后，异常解决，报警停止。

系统自动能把报警分为高低二种报警级别，低级别的报警只做提示用，当发生低级别报警时不影响燃烧自动调节，中报警发生时需要做相应处理，高级别报警发生时系统能立即连锁停炉，等待处理后再次投入运行，所有报警系统会自动的写入数据库备份，供以后查询、故障诊断和处理。

3PLC自动控制和原有的仪表手动控制方式相比具有以下明显优势：

1．直观显示锅炉各运行参数。

能在显示器上显示锅炉运行的煤种、水位、压力、炉膛负压、炉膛温度、燃煤量等数个运行参量的瞬时值。

2．能对运行状况进行准确地记录，便于事故追查和分析，防止事故的瞒报漏报现象。

在运行中可以随时方便的修改各种运行参数的控制值，并修改系统的控制参数。

3．提高锅炉的热效率。

从已在运行的锅炉来看，采用计算机控制后热效率可比以前提高5-10%。

锅炉系统中包含鼓风机，引风机电动机，这些风机大部分时间里是不会满负荷输出的，原有挡板控制流量，浪费非常严重。

通过进行变频控制可以平均节电达到30%-40%。

4．作为锅炉控制装置，保证锅炉运行的安全性、稳定性、经济性，效果十分明显，同时减轻操作人员的劳动强度。