全套基于plc的鍋爐實時監控控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 合物又 回到汽包并經過汽、水分離，分離出的水繼續進入下降管循環，飽和蒸汽則離開汽包進入過熱器系統 [2]。飽和蒸汽經過熱器升溫后，通過主蒸汽管道送入汽輪機進行最終的生產運作。 燃 燒 器爐膛汽包過熱器省煤器空氣預熱器爐墻水冷壁飽和蒸汽出口管道煙汽出口 圖 “鍋”的結構示意圖 燃燒系統主要任務是使燃料在爐內良好燃燒，放出熱量。它由爐膛、煙道、燃燒器、空氣預熱器等組成。此外，鍋爐本體還包括用來構成封閉爐膛和煙道的爐墻，以及用來支全套設計（圖紙）請聯系 174320523 各專業都有 撐設備的構架。 磨煤機送風機 空氣預熱器爐膛煙氣管道煙囪引風機除塵器給煤機排 渣 管 道煤斗燃燒器 圖 “爐”的結構示意圖 鍋爐的工作過程 煤礦傳送帶把燃煤送至煤斗 ,通過磨機磨煤后由空氣管進入的熱空氣進行粗細分離，分離出不符合要求的粗煤被返回至煤磨機，合格的細煤粉存到煤粉倉庫，按爐膛燃燒的需求量送至爐膛，粗細分離產生的粉塵與一部分熱空氣被排粉機通過輸送管道送至爐膛，經過燃燒器后參與爐膛的燃燒 。 煤粉在爐膛內迅速燃燒后放出大量熱，使爐膛的溫度達到上千攝氏度或更高的溫度。爐膛四周內壁布置著許多水冷壁，爐膛上方布置著過熱器等受熱面。過熱器的作用是吸收爐膛內的熱量，降低火焰溫度，保護爐墻不被燒壞。此外為了防止熔化的煤灰黏在煙道等受熱面上，煙氣向上流動到達爐膛上面的出煙口時，煙氣溫度必須低于煤灰的熔點。 最后，燃燒產生的廢氣經除塵器、引風機等過濾大量飛灰后通過煙囪排入大氣。 鍋爐水位控制方案設計 鍋爐汽包水位控制 要求 汽包水位在鍋爐的運行過程中起著 十分重要的 作用，決定著鍋爐的工作質量。汽包水位作為鍋爐安全運行的前提條件，如果 太低 則 會破壞鍋爐的水循環， 引發水冷壁管 破裂 和鍋體干燒等現象，如果 汽包 受此影響損壞，還會引發爆炸；水位過高會 使得 汽水 混合物無法正常分離，產生“帶水”蒸汽， 引起過熱管壁結垢，而且 這種 不合格的水蒸汽 不滿足生產的要求， 會使 相關負載 設備的 傳動 葉片損壞。 整個給水系統控制最易出現也是最難解決的問題是鍋爐的“虛假水位”，具體體現為：負荷突然大幅度增加時，水位迅速上升，但隨后又迅速地下降；負荷突然大幅度下降時，水位迅速下降，隨后又迅速上升。 因此水位控制的主要目的在于有效的調節汽包處于規定范圍，并且解決鍋爐的虛假水位問題。 全套設計（圖紙）請聯系 174320523 各專業都有 鍋爐汽包水位控制 方案設計 對于汽包水位的控制一般有單沖量、雙沖量和三沖量三種控制方案 。 三級沖量控制系統與單沖量、雙沖量控制系統有明顯的優越性，雖然雙沖量控制系統可以克服單沖量控制系統無法克服的“虛假水位”問題，但是它還是無法做到對調節閥的靜態補償和無法及時克服給水系統的干擾。 因此工業鍋爐汽包水位控制一般都采用 三沖量控制 的方式，即為在雙沖量水位調節控制系統的基礎上加 入給水流量信號構成的三沖量控制系統：汽包水位為主沖量信號、給水流量為反饋信號、蒸汽流量為前饋信號。 蒸汽流量前饋主調節器汽包水位 給定值給水電機副調節器 汽包給水流量變送器汽包水位變送器++ 圖 三 沖量汽包水位控制方案圖 鍋爐燃燒控制方案設計 鍋爐燃燒控制要求 工業鍋爐是一個多輸入輸出、非線性的復雜控制對象，當某個參數變化時，其他的參數都會做出相應的改變，各個參數之間相互關系錯綜復雜，并且相互影響。 鍋爐燃燒過程中的主要控制任務是給煤控制、給風控制和爐膛負壓控制。 實現燃料量控制調節蒸汽壓力，送風量控制調節煙氣含量以及引風量控制爐膛負壓，并有效克服了彼此間的干擾，保證鍋爐經濟安全運行的同時又能使產生的蒸汽可以滿足設備負荷的需求。 給煤量送風量引風量蒸汽壓力蒸汽流量爐膛負壓 圖 鍋爐輸入輸出變量的關系示意圖 全套設計（圖紙）請聯系 174320523 各專業都有 主蒸汽壓力控制方案設計 鍋爐主蒸汽壓力是整個燃燒控制系統的重要調節參數之一，引起蒸汽壓力變化的因素有許多，給煤量、蒸汽流量是其中主要的兩個原因。引起蒸汽壓力改變的干擾有兩種：給煤量 M 的變化的干擾和蒸汽流量 D 變化的干擾。 如圖 所示，當給煤量 M 突然改變時，煤粉由加入到燃燒發出熱量有一定延遲，液體吸熱變為氣體有需要一段時間，故在煤粉加入后的一段時間內，主蒸汽壓力 Pm 不會馬上上升，而是經過一段時間才會開始上升。 如 圖 所示，主蒸汽壓力 Pm 在蒸汽流量 D 增加后下降，此時如果給煤量 M 不再增加，不再提供熱量，主蒸汽壓力 Pm 就會一直下降，直至增加給煤量 M 來產生熱量，并與蒸汽流量 D 相互平衡后才能恢復鍋爐的主蒸汽壓力。 Pm Pmtt ttM D 圖 給煤量階躍變化時，主 圖 給煤量階躍變化時，主 蒸汽壓力的反應曲線 蒸汽壓力的反應曲線 如圖 所示，主蒸汽壓力的控制系統是一個串級控制系統。主蒸汽壓力調節器作為主調節器，給煤調節器為副調節器，主蒸汽壓力調節器的輸出與給煤量的給定預設值作為輸出送至給煤量調節器，控制變頻器調速，從而改變給給煤量。 主蒸汽壓力 調節器給煤量調節器給煤量變頻器給煤機 爐膛給煤量變送器主蒸汽變送器 給煤量預設值主蒸汽壓力 預設值主蒸汽 壓力 圖 主蒸汽壓力控制方案圖 全套設計（圖紙）請聯系 174320523 各專業都有 送風控制方案設計 送風調節的目標是維持系統風煤比處于規定范圍以保證煤粉燃燒的經濟性。但因為煙氧量主要由送風量決定，因為在控制時不能及時調 節煙氧量，所以采用由煙氣含氧量為主回路，送風量為副回路構成的串級控制，并結合比值控制調節送風量和給煤量，優化送風控制系統，保證煙氧量處于穩定值。 煙氧量（煙氣含氧量），即過剩空氣系數 α。實際生產中通常以煙氣含氧量或過剩空氣系數表示供給空氣量的大小。燃燒過程中，如果 α過小，煤粉無法完全燃燒，產生大量的一氧化碳，造成環境污染；反之，當 α過大時，高溫燃燒產生煙氣會帶走過多熱量，產生大量 N0x，同樣引起環境污染。給煤量穩定時，燃燒效率 η與風煤比的關系如圖 所示： 燃 燒效率%/ NO x 、 CO 含量風煤比 燃 燒效率NO x 含量CO 含量最高燃燒效率 圖 燃燒效率與風煤比關系示意圖 對于送風量，煙氣含氧量是衡量其是否合適的重要標準，以送風量為調節量，煙氣含氧量為被調節量構成一個串級比值控制系統，其控制系統結構方案如圖 所示。 煙氧量調節器送風量調節器送風量調節閥爐膛送風量變送器給煤量變送器煙氧量變送器給煤量煙氧量送風量煙氧量預設值圖 送風控制系統結構方案圖 圖 所示的控制系統中，經過主蒸汽壓力溫度補償的給煤量能良好的反應出外界負荷的變化，給煤量經過變送器轉換后的信號在外界負荷變化時能夠及時改變送風回路的負全套設計（圖紙）請聯系 174320523 各專業都有 荷，以確保整個燃燒過程都有合適的風煤比。 主調節器為煙氧量調節器，主調節器接受煙氧量與煙氧量定值信號；副調節器為送風量調節器，它接受給煤信號，并結合送風量反饋信號及煙氧量調節器的輸出作為輸入信號，再將此信號送到副調節器，粗調回路的風煤比。主回路用來進行煙氧量校正調節，起細調作用。通過主副回路不斷調節風煤比，以確保爐膛的最優燃燒率。 引風控制方案設計 引風量控制系統的主要任務在于調節控制引風調節閥，確保引風量 始終穩定在規定范圍，由此維持爐膛負壓的穩定 。一旦 爐膛內 燃燒 情況 發生變化，爐膛負壓 就會立即發生波動， 因此 要使鍋爐能正常運行就必須控制爐膛負壓。 爐膛頂部的煙氣壓力 即為爐膛負壓 。 鍋爐運行時，爐膛負壓若過低，不僅熱量損失增加，使鍋爐滅火等不利情況；爐膛負壓若過高 ，則 爐膛內的高溫煙氣甚至火焰就會外泄，產生巨大的安全隱患，又會 導致煤耗量的增加，加大鍋爐的運行成本，增加企業負擔。 如圖 所示，爐膛負壓控制系統選擇單回路控制系統。由于送風調節系統和引風調節系統的關聯作用明顯且聯系復雜，因此轉變送風系統的送風量為 前饋 信號后，將其與引風量信號一起送入引風控制裝置，形成一個快速補償系統。 引風控制裝置 擋板調節閥爐膛爐膛負壓變送器+引風量調節器送風量調節器爐膛負壓 預設值 爐膛負壓 圖 引風控制系統結構方案圖 鍋爐過熱蒸汽溫度控制方案設計 過熱蒸汽溫度控制方案要求 鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統的任務是維持過熱器出口蒸汽溫度在 規定 范圍內，并 保證過熱器管壁溫度 始終處在安全值 。 過熱蒸汽溫度控制 一般采用 減溫水流量調節法 來實現 。 減溫器等相關設備結構簡單，操作起來簡便快捷，因此通過 減溫水來調節 過熱器出口蒸汽溫度 的辦法 應用較 為廣泛 。 在安裝減溫器時應盡可能 靠近蒸汽 的 出口， 確 保過熱器 工作的 安全 。 過熱蒸汽減溫器的安裝設計 為了保護過熱器、提高蒸汽溫度調節的靈敏性，過熱蒸汽溫度控制系統都采用前后兩個噴水減溫器。第一個減溫器安裝在前屏過熱器后面，調節幅度和惰性都較大。因為末級的過熱器熱慣性小，第二個減溫器安裝在末級過熱器前方，以便迅速調節出口蒸汽溫度。 汽溫控制一般采用兩個調節器串聯互相配合的工作模式，彼此協調，當一級減溫器出全套設計（圖紙）請聯系 174320523 各專業都有 現擾動時，它立即進行調節，隨后二級減溫器對擾動再次調節。相較 于單一控制系統來說，優勢明顯。 小結 鍋爐的控制系統主要在于汽包水位的控制和燃燒過程的控制，以及過熱蒸汽的控制。其中汽包的水位采用三沖量串級控制，提高了水位系統的穩定性；在燃燒控制中，關于給煤量、送風量、引風量的控制分別給出可行的控制方案，以確保對應主蒸汽壓力、煙氧量、爐膛負壓都處于給定范圍。最后對過熱蒸汽的調節則保證了鍋爐運行的穩定安全。 全套設計（圖紙）請聯系 174320523 各專業都有 3 鍋爐控制系統設計 本次課題的控制系統中，參與運作的主要設備器件有電動機、變頻器、調節變送 器、調節閥、直流電源、 PLC。其中電動機和變頻器實現對各個控制環節的調節；變送器和調節閥對重要控制參數進行調節調整；直流電源為整個系統中的直流元器件供能； PLC 作為核心控制器最終實現鍋爐的控制系統。 鍋爐控制系統硬件設計 硬件型號選定 1. 電動機 在鍋爐汽包水位控制系統和燃燒控制系統中，電動機是主要的動力設備。選擇了合適的電動機才能保證供水準確、給煤適當，讓鍋爐運作更為穩定安全。 以常見工業鍋爐的蒸發量為 35t/h，汽包壓力 ，管道直徑為 50mm 為例，電機的正常工作功率 大約為： KwssmkgP 95100003600 ?? ????? （ ） 由估算結果可以選定 110Kw 的三相異步電動機即可滿足上產要求。由于主回路中必須接入變頻器來對電機進行調速控制，因此選定采用鼠籠式異步電動機，無需采用繞線式異步電機。 西瑪特機電設備有限公司 生產的 YJTG 系列變頻調速三相異步電動機 滿足這次設計 要求，適合型號為 YJTG315L28，詳細參數如下表 31所示： 表 31 YJTG315L28 銘牌參數 參數 對應內容 參數 對應內容 品牌： 型號： 額定功率： 額定轉速： 西瑪牌 YJTG315L28 110kw 600（ rpm） 產品類型： 極數： 額定電壓： 產品認證： 三相異步電動機 8 極 380(V) ISO9001 2. 變頻器 變頻器是實現變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現對交流異步電機的 軟起動 、變頻調速、提高運轉精度、改變 功率因數 、過流 /過壓 /過載保護等功能 [4]。 采用變頻器調節來取代風門、擋板、閥門的直接控制方案，實現給煤、給水、送風以及引風等被調參數的調節。變頻器的調節范圍廣，且調整特性曲線光滑穩定，能實現連續的平穩調節，精度、可靠性、效率都更高，操作簡單，綠色環保。 從電機的選型可以知道電動機工作在 50Hz 的三相交流電時的功率約為 100KW，處于基頻以下的交流異步電機工作時為恒轉矩輸出，此時電機的轉速會小于額定轉速，故電機的輸出功率也會小于其