余热锅炉控制系统方案.pdf

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1、余热锅炉控制系统方案西安科技大学机械工程学院(陕西710000)张复宝焦作煤业(集团)新乡能源有限公司(河南453634)张金富【摘要】为积极响应“十二五”规划节能减排要求，进一步推进工业余能的回收利用，以余热锅炉运行控制系统为研究对象，结合实际运行的工艺参数，从给水、汽包压力和汽包水位等几部分简要分析探讨了余热锅炉的控制方案。以可编程序控制器(PLC)为核心，与变频器结合后而具有优良控制功能和丰富运算能力的控制系统，代替了常规的人工操作，降低了经营者对人力的要求，节约了余热锅炉供水系统的水耗、

2、电耗等运行成本，有较好的节能优势。【关键字】余热锅炉控制系统PID控制算法PIC一、刖吾余热锅炉是一种能将工业生产过程产生的余热烟气转化为蒸汽，为生产过程提供热能、动力，或通过热电站汽轮发电机组转化为电能的一种节能设备。它能够回收余热，高效利用和节约能源，对于企业实现“节能减排”具有重要作用。随着世界能源的日益枯竭，各国越来越关注节约能源。其中，采用余热锅炉回收各类余热源也成为提高一次能源利用率的重要手段，世界各国都先后开展了余热锅炉和余热利用技术的研究工作，并大力推广应用。在国家“十一五”规划

3、的要求下，我国的余热锅炉应用也得到了迅速的发展，取得了显著的节能成果。在实际应用中，目前由于部分检测设备技术落后，控制手段较低，造成余热锅炉在运行过程中仍存在诸多问题，例如：1)由于监控手段大多采用人工巡视，对于蒸汽压力超限、水位超限不能及时发现与处理，存在安全隐患。GM通用朝冀、、、m．ebjx．【01112013tF第5期2)锅炉补给系统发生溢流，造成了水的浪费，增加了运行成本。3)锅炉给水泵连续运转，造成了不必要的电能浪费。针对上述问题进行分析探讨，我们对余热监控系统进行一些设计改进，合理

4、地改善了余热锅炉的运行控制，能有效地保证余热锅炉安全、经济运行。二、余热锅炉结构及热工自动控制1．研究内容首先，拟实现热工检测功能，即对余热锅炉运行时的各种参数给予时刻检测；其次，就是实现控制功能，对于汽包水位，可采用变频器直接驱动锅炉的给水泵，RPLC实现对汽包水位的自动控制；对于汽包压力和蒸汽温度的控制，可RPLC控制的电动机拖动挡板，调节挡板开口大小来实现；再次，就是要有信号报警和事故联锁装置；最后，研究的内容还应包括控制系统的管理功能，即实现蒸汽量、用水量的累计和报表打印等。2．余热锅炉

5、的结构余热锅炉是利用高温的烟气、工艺气、产品的余热来加热水，以产生蒸汽的一种热交换设备，余热锅炉的结构如图1所示。它主要是由汽包、挡板、执行器及监控设备等组成。其中，汽包内储存一定的水与蒸汽，具有储能作用，当负荷变化时，它对蒸发量与给水量的不平衡、汽压的变化速度都有一定的缓冲作用。烟道其实就是余热的流经通道。而挡板在这里的主要作用是用来实现对汽包压力和蒸汽温度的调节。瓣规用Ⅲ通肋力．耋皂饥熙图1余热锅炉结构1．变频器2．执行器3．挡板4．监控设备5，汽包3．余热锅炉的控制方案余热锅炉的控制方案包

6、括汽包水位自动控制和过热蒸汽温度自动控制。(1)汽包水位自动控制考虑到单冲量水位调节系统是以水位为唯一的调节信号，即调节器只根据水位变化去改变给水调节阀的开启度，它不能克服虚假水位对水位控制的不良影响。因此，考虑在余热锅炉中采用双冲量调节系统，它可以应用蒸汽流量作为前馈信号，当蒸汽负荷变化引起水位大幅度波动时，蒸汽流量信号起着超前的作用，它可以使水位还未出现变化时，提前使调节阀动作、减小水位波动。其在结构上又比三冲量调节系统简单和易于控制。其控制方框图如图2所示。图2汽包水位双冲量控制框图(2)

7、过热蒸汽温度自动控制通过对蒸汽压力动态特性的分析可知，蒸汽压力受到输入的余热量和输出蒸汽流量的影响，因此主要通过对余热烟气输入量的控制来调节蒸汽压力。在此，采用以输入余热烟气量为主控量的单冲量控制方法，来控制过热蒸汽温度的自动化进程。其控制方框图如图3所示。(3)汽包水位PID自适应模糊控制器的设计在本次余热锅炉的设计中，采用蒸汽压力的单冲量、增GM谊ElectricPowet"图3蒸汽压力单冲量控制框图量式PID算法对蒸汽压力进行控制，控制系统I主IPI控制单元，执行器(挡板)，汽包对象，变频

8、器构成一个回路。其作用是消除扰动使汽包压力尽可能维持与给定值相当。通过PID的调节作用，使蒸汽压力维持在一个以给定值为中心的稳定的范围内。本次设计的控制要求，选用增量式PID控制算法，简单、准确、适用。通过对参数的整定，然后按照图5的流程就能实现对控制量的自动调节。再根据汽包水位的双冲量和蒸汽压力的单冲量控制方法，结合PLC就能实现对汽包水位和蒸汽压力的自动准确的控制。三、控制系统分析把余热锅炉的控制系统分为硬件控制系统和软件设计两个方面进行分析。1．硬件控制系统余热锅炉的控制系统硬件主要I主t