基于plc的鍋爐控制系統設計(專業版)

　　

【正文】 900℃ 左右的高溫物料通過外置式換熱器換熱后 ,返回爐膛時基本上只有 400℃ 到 500℃ ,低溫物料進入爐膛 ,能降低爐膛內床溫 ,將床溫控制在840℃ 左右 ,既能減少爐膛內的低溫結焦和高溫結焦 ,還能控制氮氧化物的生成量 ,同時 ,在此床溫下 ,通過加入石 灰石粉與爐膛內產生的二氧化硫反應 ,生成硫酸鈣 ,大大降低了二氧化硫的排放量。在運行中如直接采用空氣系數α能比較正確地反應燃燒經濟性的指標。 變頻器有兩種工作方式手動方式與自動方式，由于要實現鍋爐風煤比隨鍋爐負荷變化的自動調，變頻器采用自動方式。例如出廠時設置 DIN1 為正向運行， DIN2 為反向運行等，根據需要通過修改參數可以改變功能。儀表有氧量 “ O(2) ” ,氧電勢 “ E ” ，溫度 “ ℃ ” 顯示，還具有 010mA,420mA 雙路隔 離 模擬量輸出，帶負載能力大。 ●采用相變增韌技術，氧化鋯固體電解質管強度高，抗冷熱急變性好。 本科生畢業設計（論文） 21 量程比比是指變送器最大測量范圍和最小測量范圍之 比，它是變送器的一個重要指標。 HD01 系列溫度變送器是一種將溫度傳感器 (熱電阻和熱電隅信號 )，經全隔離放大轉換成標準直流信號， 從而實現對被測信號精確測量的儀器。不同的熱電偶需要不同的補償導線，其主要作用就是與熱電偶連接，使熱電偶的參比端遠離電源，從而使參比端溫度穩定。 熱電阻雖然在工業中應用也比較廣泛，但是由于他的測溫范圍使他的應用受到了一定的限制，熱電阻的測溫原理是基于導體或半導體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。 2 路最大可達 20kHz 的高頻脈沖輸出，可用以驅動步進電機和伺服電機以實現準確定位任務。整體式結構餓特點是將 PLC 的基本部件，如 CPU 板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊地安裝在一個標準機殼內，構成一個整體，組成 PLC 的一個基本單元（主機）或擴展單元。對二次風量的調整主要是依據煙氣中的含氧量多少，通常以過熱器后的氧量為準，一般控制在 35%左右，如含氧量過高 ，說明風量過大，會增加鍋爐的排煙熱損失；如過小 本科生畢業設計（論文） 12 又會引起燃燒不完全，增加化學不完全燃燒損失和機械不完全燃燒損失。 床溫 的測定一般采用不銹鋼套管熱電偶作一次元件，布置在距布風板 200500mm 左右燃燒室密相層中，插入爐墻深度 1525mm，數量不得少于 2 只。 由于 傳統 鍋爐為非節能型燃燒方式，控制風量靠人工操作風道擋板，蒸汽壓力單靠人工控制燃燒不好。并且，由于風機長期在額定轉速的狀態下運行 ，電動機組軸承容易損壞，維修量和維修費用較大。近年來，單片機的使用壽命在延長，運行速度也在加快，噪聲在降低，可靠性技術在加強 。 (6)負荷調節范圍大，負荷調節快 當負荷變化時，只需調節給煤量、空氣量和物料循環量，不 必像鼓泡流化床鍋爐那樣采用分床壓火技術。因此，加到床中的新鮮煤顆粒被相當于一個 “大蓄熱池”的灼熱灰渣顆粒所包圍。同時通過調節灰渣的排放量，來控制鍋爐 料床的高度，滿足運行的安全，經濟性要求。流化過程用于燃料燃燒，即為流化燃燒，其爐子稱為流化床鍋爐。在 當時的國務院重大辦的領導下，在中央領導同志的直接關懷下，參加單位本著學習、引進、消化、吸收，最終實現國產化的原則開始了各方面工作。在國民經濟日趨進步的今天，國家要求工農業每年總產值翻兩番，但能源只能翻一番，這就要求通過節能措 施，以提高能源的有效利用，有效的彌補能源供應方面的缺口，這是一迫切的任務。隨著工業的不斷發展、規模不斷擴大，生產過程不斷的改革和強化，作為生產動力源的鍋爐，也隨著這些發展的需要而發展與改革，例如大容量多參數、高效率方向發展，以及從節能出發進行各種設 備的改革。 鍋爐是供熱之源，鍋爐機器設備的任務在于安全，可靠，有效地把燃料的化學能轉化成熱能，進而將熱能傳遞給水，以生產熱水和蒸汽。目前積存下來的煤矸石達 14 億噸，并以每年 6 千到 7千萬噸的數量增加。在國內，一些儀表公司和研究單位早已開始引進或代銷 DCS，并逐步形成合資經營、合資生產，以便向國內供貨。 石灰石粉經加料裝置加入燃燒室主燃燒區，在料床溫度為 850℃ ~950℃的較佳脫硫溫度下與硫反應，生成比較穩定的硫化鈣，除去煤中的硫，大大減少煙氣中SO2 的排放量。 本科生畢業設計（論文） 6 (2)高速度、高濃度、高通量的固體物料流態化循環過程 從圖 中可看出，循環流化床鍋爐內的固體物料（包括燃料、殘炭、灰、脫硫劑和惰性床料等）經歷了由爐膛、分離器和返料裝置所組成的外循環。與煤粉燃燒鍋爐相比，不需采用尾部脫硫脫硝裝 置，投資和運行費用都大為降低。 (10)給煤點少 循環流化床鍋爐的爐膛截面積小，同時良好的混合和燃燒區域 的擴展使所需的給煤點數大大減少。 PLC有以下功能特點：可靠性高，抗干擾能力強； 配套齊全，功能完善，適用性強；系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造； 5 體積小，重量輕，能耗低等。維持汽包水位、蒸汽壓力和爐膛負壓在規定的范圍內，各個子控制系統分別通過不同的測量、控制手段來保證經濟燃燒和安全燃燒。 、床層溫度和床高； 通過調節返料風機的轉速來控制返料回灰量的大小。 床高 (即料層差壓 )可以通過爐底放渣管排放底料的方法來調節。 故應保持爐膛負壓在正常范圍內。 S7 系列 PLC 包括 S7200、 S7300 和 S7400 系列 PLC。 圖 模擬量擴展模塊 EM235與 EM232結構圖 EM235 模塊上部共有 12 個端子，每 3 個點為一組可作為一路模擬量的輸入通道，共 4 組，對于電壓信號用兩個端子（如 A+、 A），電流信號用三個端子（如RB、 B+、 B），其中 RB 與 B+端子短接。溫 差電勢是指同一導體的兩端因溫度不同而產生的電勢，不同的導體具有不同的電子密度，所以他們產生的電勢也不相同；而接觸電勢顧名思義就是指兩種不同的導體相接觸時，因為他們的電子密度不同所以產生一定的電子擴散，當他們達到一定的平衡后所形成的電勢。當溫度超過1000℃ 后，本身的機械強度和抗氧化能力呈增強趨勢。低頻位移檢測放大器的輸出電流 I 反映了所測大小。600Kpa 中間量程可選 允許過載： 200% 測量精度： 177。 氧量分析儀主要部件是氧傳感器，而氧化鋯固體電解質制成的濃差電池又是氧傳感器的關鍵元件。該系統的設計降低 了電能以及燃料的損耗，設備的運行更加可靠。 AOUTAOUT2 端子為模擬量輸出 020mA 信號其功能可是可編程的，用 于輸出指示運行頻率、電流等。 HG3 指示變頻器出現故障。 PID 圖 風煤比控制系統結構圖 氧量 變送器 出口煙氣含量 給煤機 PID 給風機 出口 壓力 壓力變送器 PID 引風機 爐膛負壓 壓力變送器 K 圖 爐膛負壓控制系統結構圖 本科生畢業設計（論文） 29 設計中 鍋爐中引入了四個外置式換熱器 (英文簡稱 EHE),解決了尾部煙道受熱面多 ,不宜布置的難題 ,使爐膛溫度控制更為靈活。 床高 (即料層差壓 )可以通過爐底放渣管排放底料的方法來調節。 在送風量變化的同時，爐膛負壓發生變化，引風調節器去改變引風量，以維持爐膛負壓。 模出通道 AO1 設置為變頻器 輸出頻率指示，模出通道 AO2 設置為變頻器輸出電流指示，數字輸出 指示燈 用于變頻器故障或報警指示 ， HG2 用于當變頻器輸出頻率低于 5Hz 超過 5s 指示 ,系統正常運行時輸出頻率一般在 8Hz～ 45Hz。 KAKA KA3 為繼電器輸出。與傳統的氣動調節閥相比具有明顯的優點：節能（只在工作時才消耗電能），環保 （無碳排放），安裝快捷方便 ，設計采用電動調節閥。 YFC 氧化鋯氧量分析儀是一種新穎的智能化工業自控儀表。 技術性能 測量范圍： 0～ 177。矢量機構將推力 F 分解成 F2 和 F3， F2 使矢量機構的推板向上偏轉，并通過連接簧片帶動副杠桿以支點 M 逆時針偏轉，這使固定在副杠桿的差動變壓器的銜鐵靠近差動變壓器，兩者之間距離的變化量再通過低落頻位移檢測放大器轉換并放大為 420mA 直流電流又流過電磁反饋裝置的反饋動圈產生的力矩 MM2 達到平衡時，變送器便達到一個新的穩定狀態。保護管材料硬度大，僅次于金剛石。將兩種不同的導體或半導體連接成閉合回路，當兩個接點處的溫度不同時，回路中將產生熱電勢，這種現象稱為熱電效應，又稱為塞貝克效應。 CPU 224 有 14 輸入 /10 輸出， I/O 共計 24 點，可以擴展 7 個模塊，有內置時鐘，有很強的模擬力量和高速計數的處理能力。 根據本次設計的要求， PLC 的選型需要滿足以下條件： 1. 具有模擬量的采集、處理過程及開關量的輸入 /輸出功能； 2. 具有簡單回路控制算法。 爐膛負壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設備與運行人員的安全。在鍋爐運行中， 床高 會直接影響鍋爐的流化質量，如 床高 過大，有可能引起流化不好造成爐膛結焦或滅火。另一種方 法為根據該爐實際燃燒的情況，找出煤量和風量在不同負荷下的關系曲線，把它存在計算機中，按這一經驗曲線進行燃燒自動控制，當煤種或運行工況有較大變化時，可重新設置這一曲線。其中燃燒控制系統在電廠鍋爐中是最主要的控制系統。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量和數字量之間的 A/D 轉換及 D/A 轉換。此外，由于床內沒有埋管受熱面，啟動、停爐、結焦處理 本科生畢業設計（論文） 8 時間短，可以長時間壓火等。當鈣硫比為 ～ 時，脫硫率可達 85～ 90％。由于循環流化床鍋爐內相對來說溫度不高，并有大量固體顆粒的強烈混合，這種情況下的燃燒速率主要取決于化學反應速率，也就是決定于溫度水平，而物理因素不再是控制燃燒速率的主導因素。 燃燒系統的流程：原煤破碎，篩選后送煤斗，經計量式給煤機進入燃料室底，爐底來的一次 風混合成 ，固流化燃燒。 DCS具有高可靠性、快速性、實時性和大容量的存儲能力等特點，它的控制功能分散、顯示操作集中、它有高速通信系統、軟件可以生成，具有冗余度和自診斷功能。全國煤產量的 25％是含硫量超過 2％的 高硫煤。電力，機械，冶金，化工，紡織，造紙，食品等工業和民用采暖都需要鍋爐供給大量的蒸汽。 循環流化床 (CFB)鍋爐由于其高效低污染、煤種適應性好、調負荷能力強、造價相對便宜、技術相對容易掌握等特點，已成為目前最為實際的煤清潔燃燒技術之一，得到了較快的發展。此外，是鍋爐能因地制宜的有效地燃用地方燃料，并為滿足環境保護的要求而努力解決煙塵污染問題，以提高操作管理水平，減輕勞動強度，保證鍋爐額定輸出及運行效率，安全可靠的供熱等課題，所以我們 需要研制鍋爐燃燒自動控制系統 ，設計出一整套比較合理的鍋爐運行設備。引進技術的第一套 300MW、 600MW 鍋爐控制系統分別配套在山東石橫發電廠和安徽淮南平圩發電廠的１＃機組上。被煙氣攜帶排出爐膛的細小固體顆粒，經分離器分離后，再送回爐內循環燃燒。顯然，燃料在爐膛內燃燒的時間延長了。在這個加熱過程中，所吸收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾，因而對床層溫度影響很小，而煤顆粒的燃燒，又釋放出熱量，從而能使床層保持一定的溫度水平，這也是流化床一般著火沒有困難，并且煤種適應性很廣的原因所在。一般而言，循環流化床鍋爐的負荷調節比可達（ 3～ 4）： 1。 方案 二 ：采用 PLC 進行控制。 使用變頻調速風機的優點 : 實現風機的平滑輪起動、停止 ,降低起動電流 ,減少機械沖擊給設備帶來的影響 ,提高設備運行的可靠性 、穩定性 、安全性 ，對局部電網減少了沖擊 ,保證電力供應的安全性 ；根據工藝要求的風量 ，通過檢測元件 、調節器和變頻器 ,閉環控制風機頻率 ， 實現無級調速 ， 極大地滿足工藝 ，提高產品質量； 不再使用風門、旁通等調節設備 ， 使風機工作在最佳工作點上 ，使風機效率達到理想狀態； 變速運行下的風機不僅降低 了噪音 ， ,同時減少了機械磨損 ， 延長了電機和風機的使用壽命 ， 降低 了維修成本和時間； 特別值得一提的是節能效果顯著。使用變頻器可根據生產需求任意調整電機速度 ， 使輸出風量可以調節，提高生產工效并且節能降耗。必須嚴格控制料層溫度最高不能超過 970℃ ，最低不應低于 800℃ 。 爐膛負壓是反映燃燒工況穩定與否的重要參數，是運行中要控制和監視的重要參數之一。整體式結構的 PLC 體積小，成本低，安裝方便。 CPU 選型、 I/O分配及模塊擴展 燃燒控制系統需要檢測的 參數 檢測量 輸入點 控制量 輸出點 床溫 2AI 鼓風電機轉速頻率 1AO 料層差 壓 1AI 引風電機轉速頻率 1AO 爐膛壓力 1AI 給煤電機轉速頻率 1AO 出口氧氣含量 1AI 返料量電磁閥 1AO 根據 I/O 點數如果選用 CPU222 則輸出點數不滿足要求；如果選用 CPU226，CPU226 有 24 輸入 /10 輸出，比 CPU224 增加了通信口的數量，通信能力大大加強，但是由于 I/O 點數剩余較多，價格很高，浪費很大。 工業用熱電阻一般采用 Pt100、 Pt Cu5