浅析燃气锅炉热力系统综合自动控制技术的应用

浅析燃气锅炉热力系统综合自动控制技术的应用

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摘要:通过改造锅炉,计算机控制系统完全实现对锅炉和辅助系统的控制和管理功能,与此同时,锅炉的自动运行和安全检查系统也得以实现,则实现了锅炉运行安全可靠,降低了燃气消耗成本,减少了锅炉废气排放量,降低了炉内作业强度。

关键词:锅炉;控制系统;数据采集与监控;模拟量回路控制;汽包水位安全保护

供热是保障北方城市居民正常生活的基本条件,也是城市功能正常运转的基本保证。科学合理规划供热建设和发展,对提高供热保障能力、满足人民生活需要、改善大气环境、构建和谐社会具有重要意义。

1燃气锅炉白动控制系统概述

控制系统可以采用新航智公司的EDPF-N控制系统作为单个燃气蒸汽锅炉系统和公共系统的控制核心,充分实现对锅炉及辅助电机系统的控制和管理。在此基础上,锅炉控制系统与人机界面触摸屏之间的数据通讯通过网络进行,锅炉控制系统通过IP协议,实现数据与用户监控系统的数据交换。上位监控管理计算机完成所有锅炉控制系统的数据通讯和处理,负责完成所有重要锅炉运行参数的历史记录、存储和打印报告,以及作为锅炉多个运行负载的统一部署,充分体现了控制分散,现代工业设备的控制侧重于信息管理,具有投资合理、可靠性高、易扩展、技术先进的优点。

锅炉控制系统的结构设计如下:控制系统分为三层网络结构,即运行管理层、过程控制层、检测层和现场控制。运营管理网络配置两个独立的以太网,这两个网络互为冗余。过程控制层使用互相冗余的过程控制器。现场检查和控制层收集信号,并将其发送到过程控制器,以进行分析处理。

1.1现场检测与控制层

该层主要实现数据采集、指令执行、现场关联保护等功能。其由工业计算机、显示器、键盘和鼠标组成,主要是将收集的信号以图形和表格的形式展示出来。报警值的修改和恢复,调节阀的远程手动操作,流量的积分,系统数据的存储以及多个报告的生成。

1.2过程控制层

该层主要实现系统的顺序控制、节能控制算法的实现等功能。配置两个互相冗余的过程控制器,并使用双网卡链接。其由现场控制器、电源和多个I/O卡组成,主要完成多个信号的整体处理、环路的计算和处理、逻辑环路的处理、执行先进的控制算法。

1.3操作管理层

该层主要实现操作和系统监控、存储和数据分析的功能。配置4个操作站作为用户访问接口终端,配置2个历史数据库服务器存储历史数据,如过程参数、设备信息、事件、故障和控制系统报警。4个操作站中的每一个站都可以得到认证以获得操作或工程授权,其中2个用于监测燃气锅炉,1个用于监测燃气蒸汽锅炉,1个用于监测外部网络,每个操作站都使用双网卡连接。

控制系统的操作分为三种模式:DCS自动控制、DCS软件手动控制、强电动硬手动操作。在正常工作条件下,采用DCS自动控制模式,在调试状态下,采用DCS手动控制方式,在DCS系统出现状况时,使用强电动手动控制模式来确保整个控制系统的安全性和可靠性。

2燃气蒸汽锅炉的本体控制功能

根据燃气锅炉的控制点,锅炉控制系统分为数据采集和控制、模拟控制回路、燃烧顺序控制和安全保护三部分。

数据的采集和监测,通用数据采集是变送器或传感器的非电参数中的电参数,这些参数通过电缆直接发送到DCS检测模块,经A/D转换后由DCS的CPU预算处理,计算机形成可视和可控的数据。

模拟控制技术的主要应用是:燃烧器控制、汽包水位控制、烟雾温度控制等。汽包水位的频率控制由独立的PID控制器完成,该控制器提供与锅炉控制系统的数据接口,比例调节器完成燃烧器控制的下级控制,优化了蒸汽压力、压力锅炉本体控制系统,实现了比例调节器与锅炉本体控制系统数据对接。

2.1蒸汽压力一燃烧控制

需要通过调节蒸汽压力和配风等参数的控制来控制蒸汽压力,因此,在设定蒸汽压力度一燃烧控制方案时,要将压力检测值和设定值进行比较,该偏差作为来自控制器的输入信号,在控制器PID运算之后,发送控制信号以调节气体速度和鼓风机的开度。为了稳定温度,系统引入蒸汽流量作为进展信号,以便更及时地调节调压器和鼓风机。低压调节阀增加开度,减少调节阀的高度开度。稳定运行时,总空气量由PID输出调节,必要时引入风温、风压补偿。控制软件使用标准脉冲输出来控制燃烧器电机的正转或反转,以满足负载要求。控制输出的频率是按秒计算的,一般可以达到1%B-MCR/sec,因此,完全可以满足锅炉负载变化速度的要求。另外,燃烧控制算法具有人工辅助功能,用户可以自行设定从点火到满负荷的时间,因此,在不同的压力条件下,用户一旦输入需求启动的时间大于满负荷所需要的时间,燃烧控制软件将根据实际控制的蒸汽压力负荷,在差距非常大的时候,使用全开式燃烧,接近满负荷的时间时,智能软件调节动态阻尼器PID的参数,使其平稳到达满负荷状态,减少超调,从而实现最佳性能控制,在不同温度时,完全满足从启动到满负荷的时间要求。

压力负载控制系统通过A/D模块将压力传感器检测到的蒸汽压力转换成DCS,并将检测道德实际蒸汽压力显示在屏幕上。可以直接在显示屏上调节所需的蒸汽压力,DCS将所需的蒸汽压力与实际蒸汽压力进行比较,以获得相应的压力误差。在DCS内执行PID操作以获得充电控制量,并通过DCS输出控制负载。增加或减少以确保恒定的蒸汽压力。引入直接进料的蒸汽流量是为了提高燃烧控制的反应速度,并保证在满载变化很大时汽包的压力稳定。

2.2汽包水位PID变频控制

汽包水位的稳定性影响锅炉的安全、效率和经济性能,因此,必须采取有效的方法来控制汽包水位的稳定性。汽包水位的PID变频控制,也称为供水控制,反映了供水和蒸汽供应的动态平衡。给水流量作为辅助调节回路,用于克服给水流量变化的变化,将汽包水位作为主调节回路。给水控制采用变频控制,给水泵方式取代原有的调节阀,锅炉水优先使用锅炉蒸汽回收冷凝水,然后通过热回收加热软水,达到节能降耗的目的。

2.3锅炉顺序控制

顺序控制的目标是控制蒸汽锅炉安全启动,并根据安全规定停止蒸汽。发生异常情况时立即报警,当达到联锁保护值时,启动相应的联锁保护,停止设备运行。如果在连锁保护范围内没有异常情况,操作人员可以认为情况严重,并做出相应处理,保证锅炉的安全生产。燃烧器的操作程序分为五部分:准备程序、点火程序、操作程序、联锁保护程序和关机程序。

2.4锅炉安全保护控制

在锅炉启动过程中,如果启动条件不符合,则会显示报警。开机保护主要有:低水位报警、蒸汽超压报警、停机故障报警、气压故障报警、限位故障报警、天然气泄漏故障报警、鼓风机过载故障报警等等。在检修复位前没有发生报警时,锅炉不能正常启动,以保证锅炉的安全运行。

3总结

燃气锅炉改造后,取得了较好的经济效益、安全效益和环境效益。一方面,人为因素对锅炉效率的影响降低,锅炉燃烧效率提高,经过改造后锅炉的节能率比传统锅炉的节能率高25%,单位蒸汽天然气消耗量下降2%-10%。另一方面,锅炉的燃烧显着增加了3%-5%,且改造后锅炉排放废气量比传统锅炉排放废气量减少了5%以上,此外,还大大减轻了锅炉工的工作量和工作强度。

参考文献

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[3]李超.严寒地区沼气池保温增温优化设计研究[D].长春:吉林建筑大学,2015.

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