学位论文某大型锅炉供暖输煤系统的设计论文.docx

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学位论文某大型锅炉供暖输煤系统的设计论文

毕业论文

作者：

商晓旭学号：

0714400415

院系：

输变电技术学院

专业：

机电一体化技术

题目：

某大型锅炉供暖输煤系统的设计

指导者：

张金果副教授

评阅者：

2010年6月吉林

摘要

21世纪，能源越来越短缺，特别是地下煤的储量，煤炭越来越成为一种战略资源。

随着社会的快速发展，工业化程度的提高，对电力的需求越来越大，由于中国核电站还未发展壮大，现在还是以火电为主。

如何更好的节约煤炭资源，合理的设计锅炉及输煤燃煤系统越来越受到关注。

燃煤输送是锅炉运行的一个重要环节，如何保证设备运行的可靠性、减少操作人员与维护人员劳动强度、提高经济效益，成为一个重要的研究课题。

可编程控制器（PLC）是近年来发展极为迅速，应用面极广，以微处理器为核心，集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置。

它具有功能齐全、使用方便、维护容易、通用性强、可靠性高、性能价格比高等优点，已在工业控制的各个领域得到了极为广泛的应用，成为实现工业自动化的一种强有力工具。

本文基于OMRON公司的CPMIAPLC，设计了某大型锅炉供暖输煤控制电气系统。

各机械之间均设计安全的联锁保护控制功能：

系统中的输煤电机启停是有严格控制顺序的，彼此间有相应的联锁互动关系，当启动某台输煤设备时，从该设备下面流程的最终输煤设备开始向上逐级启动，最后才能使该台设备启动；当停止某台输煤设备或某台设备故障时，从该设备上面流程的源头给煤设备开始向下逐级停车，最后才能使该台设备停止。

这样，就保证了上煤传输的正常运行在线控制煤流量，避免了皮带上煤的堆积，也保护了皮带。

PLC控制系统硬件设计布局合理，工作可靠，操作、维护方便，工作良好。

用PLC输煤程控系统，不但实现了设备运行的自动化管理和监控，提高了系统的可靠性和安全性，而且改善了工作环境，提高了企业经济效益和工作效率。

关键词：

输煤系统；PLC；自动控制系统

绪论

锅炉是工业生产或生活采暖的供热源，按其供热的方式分为蒸汽和热水两种。

前者主要用于发电、工业生产及间接供热；后者主要用于生活供暖和生活热水，多用于集中供暖地区及宾馆、饭店。

从80年代石横工程全套引进第一台300MW机组到至今，锅炉厂房控制系统、控制思路发生了很大的变化，其设计己基本成熟。

由原来的继电器实现控制功能转化为用PLC实现控制功能。

随着电力系统市场的开放，减人增效越来越得到工厂包括各级领导的重视，如何优化车间的控制已成为每个工程所必须面临的问题。

大型锅炉输煤控制系统的主要任务就是卸煤、堆煤、上煤和配煤，以达到按时保质保量为机组（原煤仓）提供燃煤的目的。

整个输煤控制系统是锅炉安全可靠运行十分重要的支持系统，它是保证机组稳发满发的重要条件。

基于输煤控制系统在整个锅炉控制中心中的重要性，且煤场面积大、工作环境恶劣、人工作业通讯难以畅通，利用现代成熟技术PLC和现代总线网络通讯实现其控制功能。

可编程逻辑控制器（PLC）是八十年代发展起来的新一代工业控制装置，是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物，是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。

由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和运行的长期连续性，使PLC在设计上有自己明显的特点：

可靠性高，适应性广，具有通信功能，编程方便，结构模块化。

在现代集散控制系统中，PLC已经成为一种重要的基本控制单元，在工业控制领域中应用前景极其广泛。

在笔者参与开发的某锅炉供暖输煤自控系统中用于联锁控制的程序设计，系统要求在远离输煤廊的主厂房控制室里，对输煤线的8台设备进行控制，并实时监测设备的运行状态等情况。

输煤系统设备多，工作环境恶劣。

为保证系统运行的安全性和可靠性，选用高可靠性的继电器、接触器等组件，通过优化设计，大大减少了接点数，从而减少了故障点，使设备的可靠性、安全性和可扩展性都大大提高，实现了系统安全可靠的运行。

本系统有程序控制、联锁手动、解锁手动三种控制方式。

在现场设备状态正常的情况下，程序控制为系统的最佳控制方式，在此方式下，设备的空载运行时间最短，操作员的操作步序最少。

联锁手动方式是对要启动的流程中设备按逆煤流方向一对一的启动，按顺煤流方向一对一停车，设备的保护动作处理均同自动控制方式。

解锁手动是在设备间解除了联锁关系的情况下，一对一启动设备，此方式绝不可带负载运行，因设备已经不存在联跳功能。

考虑到设备带负载停机等因素，流程启动时，只按逆煤流方向逐台启动，联锁手动方式下启动流程也须遵循此原则。

流程按顺煤流方向逐台停机，在故障停机情况下，各设备均立即联跳，故障解除后，可将停掉的设备以自动控制再次启动。

紧急情况下，可操作上位机的急停按钮或同时按控制台右侧红色的急停按钮，它将使现场所有运行中的受控设备立即停机。

第一章工艺要求

1.1锅炉系统的发展及概况

1.1.1分类

锅炉的燃料多分为煤和燃油，还有天然气等。

按其蒸发能力大小可分为三类：

（1）小型锅炉蒸发量在10t/h及以下，多用于工业生产及采暖。

主要是火箭或火箭管组合及小型水管式。

（2）中型锅炉蒸发量为10~75t/h，多用于发电厂。

国内生产多为“

”型。

（3）大型锅炉蒸发量大于75t/h，多用于发电厂。

国内生产多为“

”型。

1.1.2设备配置

共有六大系统：

（1）点火系统。

锅炉点火，保护及控制。

（2）燃料配给系统。

给煤机、碎（粉）煤机、煤仓及输煤皮带运输机，燃油（汽）输送泵。

（3）燃煤系统。

炉排电动机（有些类锅炉不用），除渣机。

（4）水循环系统。

循环水泵往往是多台，且有备用。

（5）补水系统。

补水泵，往往为备用设置，以防断水。

有时还有水处理系统的系列水泵，搅拌电动机。

（6）送引风系统。

送风机（有时还有一次、二次送风之分）又称配风机、引风机又称抽风机

1.1.3特点及注意事项

（1）设备相互之间往往有一定时间限制的控制顺序。

如点火时，给水泵先启动，然后除渣；引风机起动数秒后鼓风机启动；停炉时，先停鼓风和炉排，数秒后停引风和和除渣，最后停给水泵。

（2）设备间往往有联锁如给煤机和运输机、碎煤机；又如鼓风和引风机。

（3）设备间往往有联动如如锅炉故障时，汽泡极低水位；蒸汽压力过高时，应自动停止排风、炉排，起停给水泵等。

（4）一般锅炉属于二级负荷，无起动给水的蒸汽锅炉，以补水定压的高温热水锅炉的给水泵应保证可靠供电。

（5）配电宜以锅炉机组为单元，放射式配电。

蒸发量为6.5t/h及以下的锅炉宜设低配室。

锅炉房内就地配电，起动设备宜用保护、防水，防尘型。

（6）每台锅炉宜单独设置控制屏，宜由锅炉配套、宜设集控室，并将其置与室内。

（7）线缆宜穿金属管及金属桥架，必须注意敷设时与高温设备的间距。

（8）锅炉间、除氧间、水处理和风机间，顶层料仓等的检修照明，宜采用12V安全电压。

对就地指示仪表，宜设局部照明。

1.1.4锅炉发展史及展望

我国的发电设备从50年代初自行建造6MW机组开始，经过40年左右的努力，电力工业取得了巨大的发展，我国火电装备已接近世界先进水平。

其主要标志为：

（1）1992年底全国发电设备总装机容量达165GW，年发电量为7447亿KWh，其中火电占84％。

1993年底装机容量提高到178GW，年发电量达8150亿kWh，火电占82.3％。

而这些火电装备中，国产机组约占80％。

（2）1991年到1993年，我国发电装备都以每年超过13GW的速度增长，成为世界上同期电力最快的国家。

（3）“七五”期间我国成套引进了美国西屋公司（CE）DE的300MW和600MW火电亚临界机组技术，考核机组均投产运行。

第一台具有世界80年代中期水平的超临界600MW火电机组已于1992年7月在上海石洞口二厂投入运行。

我国锅炉已从高压、超高压锅炉发展到亚临界和超临界压力大容量锅炉作为主力机组。

但在技术经济指标上与国外进口机组相比，还有相当差距。

特别是我国电力的平均供电供煤耗，从1990年的427g/（kW·h）下降到1993年的419g/（kW·h）.因此，如何提高电站锅炉的性能和质量、提高设计制造和运行控制水平，是一项十分艰巨的任务。

1.2输煤系统工艺简介

供暖锅炉输煤系统设计示意图如下：

图1.1输煤系统示意图

1．给煤间；2.转运间；3.5＃皮带；5.破碎机；6.除铁器；7.3＃皮带；

8.受煤坑；9.给煤机，电磁铁门，堵煤振动器；10.受煤斗

由于控制对象使用环境的特殊性和运行的长期连续性根据供煤系统要求，流程启动时，只按逆煤流方向逐台启动， 联锁开车顺序：

1＃皮带机→破碎机→除铁器→3＃皮带机→给煤机→电磁铁门→堵煤振动器。

当系统停车时，流程按顺煤流方向逐台停机，联锁停车顺序：

与开车顺序相反，延时时间按要求设定。

另有一套上述设备备用。

1.3控制原理

由控制器运算并控制执行器件进行输煤动作，且由传感器件反馈信号，控制器、执行器、传感器构成控制回路。

原理图如下：

传感器件

执

行

器

件

输煤

控

制

器

图1.2原理图

第二章控制器部分

2.1控制方式论证

目前，就系统控制要求来讲：

ⅰ）可以应用继电器控制来实现。

其特点是价格便宜，电路简单，但是由于受外界环境的影响较严重，寿命短易误动作，且不易维护。

以前工业中多采用此方案。

ⅱ）一种是PLC来做控制器。

PLC即可编程控制器（ProgrammableController简称PLC或PC）：

它以微处理器为核心，有机地将微型机计算机技术、自动化技术及通信技术融为一体。

可编程控制器作为一种通用的工业控制器，它可以用于所有的工业领域。

当前国内外已广泛地将可编程控制器（PLC）成功的应用到机械、汽车、冶金、石油、化工、轻工、纺织、交通、电力、电信、造纸、军工、家电等各个领域，并取得了相当可观的技术经济价值。

与以往继电器控制系统相比，由于PLC具有性能好、环境适应强，性能可靠。

ＰＬＣ高可靠性、能适应恶劣环境、运行时间长、速度极快，可直接应用于工业环境具有很强的的抗干扰能力广泛的适应能力和应用范围，这也是区别一般微机控制系统的一个重要特征。

所以当今大多大数中型企业都是使用ＰＬＣ。

PLC与以往所讲的鼓式、机械式的顺序控制器以及继电式的程序控制器在“可编程”方面有着质的区别，后者是通过硬件或硬件接线的变更来改变程序，而PLC引入了微处理半导体存储器等新一代的微电子器件，并用规定的指令进行编程，能灵活地修改，即用软件方式来实现“可编程”的目的。

PLC出现后就受到普遍重视，其应用发展也十分迅速，原因在于与现有各种控制方式相比，它有一系列的手用户欢迎的特点，主要是：

（1）可靠性高，抗干扰能力强在恶劣的工作环境下工业生产对控制设备的可靠性提出很高的要求。

PLC是专为工业控制而设计，由于采用一系列措施，使PLC控制系统的平均无故障间隔时间的一般能达到四~五万h，远远超过传统继电器控制和计算机控制系统。

可以说，到目前为止尚五任何一种工业控制系统的可靠性能达到和超过PLC。

保证PLC工作可靠性高、抗干扰能力的主要措施是：

采用循环扫描、集中采样，集中输出的工作方式。

硬件设计采用模块式结构并采取屏蔽、滤波、隔离、联锁等一系列抗干扰技术，同时增加输出联锁、环境检测与故障诊断等提高可靠性电路。

软件设计中设置事时监控、自诊断、信息保护与恢复等程序与硬件电路配合实现各种故障诊断、处理、报警显示及保护功能。

因此PLC优于微机控制的首要特点是它能适应恶劣的工作环境。

例如能在下列条件下可靠工作。

电源电压：

AC220±15%

抗振强度：

10～55Hz0.5mm3轴方向各2h

抗冲击强度：

10g3轴