研究锅炉机电一体化节能控制系统

摘要:该文主要以锅炉房锅炉电控系统改造为背景，介绍了锅炉自动节能控制系统 DCS 技术的应用，阐述了锅炉控制系统的设计方案，锅炉检测站点的设置，以及控制系统的优越性。

关键词 锅炉 变频 自动控制

　　　采用工业锅炉变频节能电控系统技术对设备进行改造，实现了锅炉给水、炉排、风机等运转的自动控制。

1 控制系统的总体方案

　　　（1）系统控制分为三部分: 锅炉运行、保护控制和公共设备控制(包括: 出渣机、补水泵控制、软水控制) 。

　　　（2）锅炉控制系统能实现自动控制和手动操作两种控制方式。自动与手动控制为独立双线制，可互相切换。锅炉的自动控制按照预先编制的控制程序进行控制，并可在锅炉房集中控制室通过鼠标、键盘进行控制。手动控制由设在开关柜和集中控制室操作台上的按钮进行操作。

　　　（3）系统自动控制部分采用集中控制方式，锅炉鼓风、引风、水泵、炉排采用智能控制，各自相互独立，运行协调。

2 控制系统的具体技术要求

2.1 给水系统

　　　（1）锅炉的给水为一台水泵对应一台锅炉的供水方式，水位根据设定要求自动调节，实现恒液位供水。

　　　（2）锅炉水位实时监测、监控。

2.2 锅炉炉排给煤

　　　炉排根据压力、流量、炉膛温度的变化以及风煤比的设定，实现给煤量和鼓风量的自动控制。

2.3 鼓、引风系统

　　　（1）安装微压差变送器检测炉膛负压，并以此控制引风量，保证炉膛负压相对稳定。

　　　（2）鼓、引风系统与给水实现联锁控制。

2.4 排渣控制

　　　排渣控制与锅炉运行状态连锁，可实现自动(手动) 开停。

2.5 锅炉安全联锁保护

　　　锅炉安全联锁保护主要考虑三个因素:

　　　（1）汽包水位的安全保护: 锅炉汽包水位过低，应停鼓风机、引风机、炉排，并声、光报警。锅炉汽包水位过高发出声、光报警。

　　　（2）超压: 应停鼓风机、引风机、给煤机，并声、光报警。

　　　（3）鼓风机、引风机、炉排电动机的联锁保护: 鼓风机、引风机、炉排电动机出现任何电气故障，均应联锁停止工作。

3 单台锅炉参数检测点设置

　　　（1）压力: 共设计 3 个压力检测点，分别是:①压力; ②炉膛负压; ③给水压力。

　　　（2）液位: 汽包水位连续测量 (电极信号和电感信号两种参数) 。

　　　（3）电流: 显示共 3 点: ①引风机电流; ②鼓风机电流; ③水泵电流。

　　　（4）温度: ①炉膛温度; ②排烟温度; ③省煤器出口水温; ④省煤器出口烟温。

　　　（5）流量: 对每台锅炉的流量检测。

4 公共部分参数检测点设置

　　　（1）软水池液位检测、炉膛负压、压力、给水压力、汽包液位(两种显示) 、炉排转速、流量、炉膛温度、排烟温度、鼓风机电流、引风机电流、水泵电流等信号在仪表盘上可以直观地显示出来。

　　　（2）炉膛负压、压力、给水压力、汽包液位、蒸汽流量、炉膛温度、排烟温度、省煤器出口水温、省煤器出口烟温、引风频率、鼓风频率、炉排转速、水泵频率、软水池液位，也在计算机显示屏显示出测量数据。

5 具体控制方案

5.1 锅炉机电一体化燃烧控制系统

　　锅炉机电一体化燃烧控制系统首先需要进行引风，调节其风量以及炉排对煤的需求量，一般都是借助调节变频技术、自动调节仪表和PID的运算公式来进行，以使锅炉的气压值保持在标准的值区间也就是 －20 ～ －40Pa 之间。此外，可还需要借助压力的作用，调节锅炉的燃烧系统，尽可能的降低鼓风量，进而实现刁姐锅炉燃烧状态的目标。但是因为控制系统的制作基于自动化理念，因此锅炉燃烧和煤量的控制都是借助压力和锅炉膛的负压值来调控的，这并不需人的干预，工人唯一需要做的事情就是查看煤的质量，并作出判断制定炉排转动的速度以及炉膛的压力值，这样锅炉就会自动的进入锅炉燃烧的最好的状态，已达到锅炉燃烧控制系统创建的目的。锅炉燃烧控制系统见(图1)

图1 锅炉燃烧控制系统框图

5.2汽包水位控制

　　采用最新PID模糊控制理论,并借助自动基于恒频控制系统技术开发新产品它接受锅炉电平信号，并将该信号被转换为一个标准的PID运算和延迟补偿器，产生一个新的信号，以控制泵的运转频率，实时调节泵的转速。当鼓电平低于一定的水平时，PID调节器将自动调节迅速增长的水泵，相反当级别高于一定水平的高度时，PID控制器将自动降低速度泵，以减少水量，达到水的恒定水平。

当变频器发生故障时，系统使用两个频率控制模式，这样可以立即切换到原来的操作模式频率，以保证锅炉的正常运行。

5.3水池液位控制

检测池水的具体水位，制定集水池的水位低于水的最低水平，或者高于最高水平时，发出警报，并保持软水池水位在一定的标准范围内。

6 上位控制系统

（1）锅炉机电一体化上位控制系统具有良好的人机接口，包括总体状况的显示，分组的显示，参数的显示，电动屏幕，屏幕故障报警，报告显示，参数设定画面。

（2）收集并实时监测的实际参数锅炉运行的系统，该系统将出现的相关页面上。

（3）按照预定的程序监控数据，并在设定好的系统的基础上，调节锅炉设备的操作。

（4）锅炉机电一体化上位控制系统提供了相应的处理算法，基于测得的运行参数，可以自动生成和打印报告。

（5）使用TCP / IP协议的远程监控计算机通信，集成访问控制端口的信息平台，可以与控制室联网，锅炉房操作将被实时传送到控制中心。

（6）设置权限系统注册表，实施严格区分操作员的职责。尤其是运用固定的口令区分系统的操作人员和工程师。

接线员：只能用刚刚设置好的屏幕，功能和外观，无权更改设置并退出，这样可以并最大限度地降低系统的权利。

工程师：可以对被配置，参数设置，退出系统设置。由于RTC的工程师们改变了一些控制结构，更改会立即生效，并且可以存储在控制器联机。

7 锅炉机电一体化节能控制系统的优点

（1）具有友好的界面，保护功能。由于使用电脑控制，通过电脑屏幕操作者可以及时了解锅炉燃烧工况，鼓风量，炉压，水位，实时的风速以及其它参数，水在极高或极低水平的超压声光时报警，也可以运行联锁鼓。

（2）减轻操作者劳动强度，还可以稳定压力。

（3）电动机的起动电流，起动转矩大，具有良好的柔软启动性能，从0到额定100实现无级转速范围。

（4）由于水供给的恒定电平的结果，提高了锅炉操作的效率和可靠性以及使用频率。

（5）系统设计和变频调速两种方式，采用DCS频率控制方式，在系统出现故障时可以立即切换工作模式。

（6）节能效果非常棒。经过专门的测试系统，锅炉机电一体化节能控制系统最大能节电20％，节煤约5％，效果非常好。

参考文献:

［1］王辉，晋民杰．锅炉司炉工．北京: 煤炭工业出版社，2005

［2］于任燕，王经安．锅炉工操作要领图解．济南: 山东科学技术出版社，2007( 2008 重印)

［3］过程控制工程．梁昭峰，李兵，裴旭东．北京: 北京理工大学出版社，2010．8