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锅炉PLC自动控制系统设计

2020-07-18 21:54
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  锅炉PLC自动控制系统设计_工学_高等教育_教育专区。锅炉PLC自动控制系统改造

  热能厂锅炉 自动控制系统改造 热能厂锅炉 PLC 自动控制系统改造 1. 现状: 现状: 1.1 热能厂现状 我厂有两台八十年代 SHL20-2.5/400 燃煤锅炉, 主要生产蒸汽为 满足炼钢抽真空和煤气站生产煤气,负荷是在不断变化的,长期锅炉 处于两种状态运行:高负荷运行(额定蒸发量20T/h),炼钢真空时负 荷较大,超负荷运行,负荷阶跃变化,真空后又阶跃变化为低负荷运 行,负荷变化较快,每次时间半小时左右,对压力要求较高,且周期 不定; 低负荷运行(额定蒸发量10T/h), 满足煤气生产和自用汽消耗, 且对压力要求不高。由于缺乏有效的自动控制系统,锅炉控制基本上 采用通过仪表显示进行手动操作,使运行的不稳定因数增强,锅炉安 全性得不到有效保证,同时影响生产的稳定性,且燃烧效率低,加大 污染物排放,操作的劳动强度大,锅炉损害大等等。 1.2 主要问题 锅炉目前存在的主要问题:自动化程度低,仪表简单落后,煤种 不固定,操作依靠压力表、负压、流量等参数,手动操作调节挡风板 和炉排速度来满足蒸汽量的变化,且负荷变化波动较大,常常为满足 生产, 一味加大鼓风和炉排速度, 造成漏风系数、 烟气量、 排烟温度、 灰渣含碳量等升高,同时锅炉设计过程中,根据固定的煤种,按照负 荷计算好使用的风机,都要打出设计安全系数等等,这些因素造成锅 炉不在最佳状态运行,浪费能源。同时由于生产的需要,改造的时间 紧。 1.3 解决思路 如何使锅炉生生产安全、稳定、节能、环保,使锅炉处于经济运 行状态下生产,加强在自动化程度是关键。锅炉 PLC 自动控制,它是 微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的 产物。采用 PLC 为主要控制元件,对锅炉生产过程实现快速、准确 的控制,从而达到节省人力、物力,提高锅炉热效率和节省能源的目 的,由于 PLC 具有输入输出光电隔离、停电保护、自诊断等功能,所 以抗干扰能力强,能置于环境恶劣的工业现场中,故障率低。PLC 编 程简单,易于通信和联网等等,很好满足了锅炉的安全性、节能性、 稳定性、环保性,同时投资较少,适合小型锅炉自动化改造。 2.自动调节: 2.自动调节: 自动调节 锅炉系统主要由给水系统、蒸汽系统、烟气系统、风系统等部分 组成。 锅炉自动燃烧控制系统实质就是针对这几个系统的运行过程进 行自动控制,其主要控制系统:锅炉汽包水位自动控制和锅炉燃烧自 动调节系统两部分。调节如下图: 蒸发量 水位 压力、蒸发 量 反馈 省煤器 调节阀 反馈 给水调 节器 给水 负 压 鼓风机 空气预热器 变频器 空气 给煤 风煤比 烟气 除 尘 器 引风机 变频器 烟气 水位控制系统: 2.1 水位控制系统: 锅炉汽包水是正常运行主要指标之一, 汽包水位是一个十分重要 的调节参数。锅炉汽包水位对锅炉的安全运行起到至关重要的作用, 大约 80%以上的锅炉事故与水位有关,同时水位的高低对锅炉的经济 运行起到重要的影响。汽包水位过高,会影响汽包内汽水分离,饱和 水蒸汽带水过多,使过热蒸汽温度降低;水位过低,负荷增大时,水 的汽化速度加快,汽包内水量迅速减少,如不及时调整,会使汽包内 的水全部汽化,危及锅炉安全。当负荷非常不稳定时,受给水流量的 影响,使汽包水位有较大延迟,蒸汽流量变化,会出现虚假水位等。 对汽包水位调节系统产生影响的因素有蒸发量 D、炉膛热负荷(燃料 量 M),给水量 W。 a. 蒸发量 D 影响特性 当给水流量不变, 蒸发量忽然增加 时,如果只从物质 不平衡角度来看, 则反映曲线 所示, 但由于 蒸发量增加时,汽包容积增加,水位将上升,水位的反映曲线 相结合,实际的水位反应曲线如图中的 H 所示。 b. 炉膛负荷(燃料量 M)对水位影响的特性 燃料量增加时,蒸发量大于给水量,水位下降。但开始是由于有虚假 水位存在,水位线上 升,然后再下降。如 图所示: c. 给水流量(W)对 水位影响的特性 当蒸发量不变,而给水量 阶跃扰动时。汽包水位如 图所示。在开始阶段。由 于刚进入得水水温较低。 使汽水混合物中的汽泡吞 量减少。水位下降,如图 中的 H1 所示。 H2 反映 而 了物质不平衡引起的水位变化,H1 和 H2 相加得到了总的给水量扰 动的反应曲线 H。 当负荷阶跃改变时,水面下汽泡容积变化引起的水位变化是很快 的, H1~H2 的时间常数只有 10-20 秒。由于“假水位”而出现的水 位最大偏差很难依靠调节来克服,如果要求水位波动不能太大,只有 限制负荷 D 的变化速度或限制负荷一次变化量。 “虚假水位”变化的 幅度与锅炉的汽压与蒸汽量有关,对于—般的中高压锅炉.加负荷跳 跃变化 10%时, “虚假水位”现象可使水位变化达 30-40 毫米。 装设给水自动调节装置。给水自动调节的任务是,使给水量跟踪 锅炉蒸发量并维持汽包中的水位在工艺允许的范围内。 使给水流量适 应锅炉的蒸发量,以维持汽包水位在允许的范围内。给水自动调节的 另一个任务是保持给水稳定。 在整个控制回路中要全面考虑这两方面 的任务。 锅炉汽包水位的自动调节, 是根据汽包水位的特性来设计的。 引起水位变化的因素很多,但主要是给水量和蒸发量的阶跃变化,调 节器就是依据水位信号、蒸汽流量和给水流量的偏差信号进行调节。 为保证锅炉运行安全, 给水自动调节系统应选用可靠性较高的仪表和 自动调节系统。同时由于安全的需要,装设相应的水位报警系统。 锅炉燃烧自动调节系统: 2.2 锅炉燃烧自动调节系统: 变频设备更换: 2.2.1 变频设备更换: 鼓、引风变频控制: 引风变频控制: 为更好的满足节能和 PLC 自动控制配合的需要,更换引风机和 鼓风机变频取代原有的挡板控制。 通过控制交流电频率来控制电机转 速来达到控制鼓、引风流量。流量 Q,转速 N,压力 P,功率 W 存在以 下关系: Q1/Q2=N1/N2 、P1/P2=N1?/N2?、W1/W2=N1?/N2? 由上述关系可见,当需求流量下降时,通过调节转速可以节约大量能 源。例如:在理想情况下,一般流量需求为 70%,如通过变频调速, 则理论上讲,仅需额度功率的 34.3%,即可节约 65.7%的电能。如 采用传统的挡板方式调节风量,虽然也可相应降低电能消耗,但节约 效果与变频相比,则是天壤之别。 注意:设置鼓、引风参数时,要考虑风机的全压,是否满足烟、风道 注意 的阻力,只有当全压烟、风道阻力时,风机才是有效的。 炉排变频控制 炉排电动机很小,因而采用 变频器控制。其主要目的是稳定运行。 当然节电也很大只是绝对数值占的比重很小。 炉排变频控制的特殊性 在于: 1、炉排由于经常处于低速运行,所以电动机散热会出现问题,解决 的方法是选用变频专用电动机。 2、由于低速运行时 变频器输入电流很小,但输出电流很大,远大于 电机额定电流。此时 变频器是采用低压大电流保证电动机恒转矩运 行。因此, 变频器必须提高一档选型。否则,无法保证炉排电动机 的低速运行。 意义: 意义: 工业锅炉控制系统采用变频器调速实现锅炉自动控制, 稳定性和 可靠性高,调节性好。变频调速使电机运行明显改善,维护量明显减 少,同时大大减少机械系统控制机构。系统采用过流、过压、瞬时断 电、短路、欠压、缺相等多种保护,避免了因此造成电机烧损而影响 生产所带来的直接和间接经济损失, 更为重要是它的节能效果取得了 可观的经济效益。 燃烧自动控制: 2.2.2 燃烧自动控制: 锅炉燃烧系统主要有煤种、汽包压力、蒸汽流量、鼓风量、引 风量、 给煤量、 炉膛负压、 烟气含氧量等参量组成, 通过调节各参数, 目的就是使燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的变化和需要, 同时到经 济燃烧,主要任务有: 1.调节适应不同煤种。由于热能厂采用配煤技术,煤种变化不大,设 置 2~3 种煤种的变化,实现适应不同煤种变化,以达到经济运行。 2. 维持汽压稳定,满足蒸汽负荷的阶跃变化。汽压的变化表示锅炉 的蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应, 必须相应地改变燃料量及其他参 数,以改变锅炉的蒸汽量。 3. 保证燃烧过程的经济性和稳定性。当燃料量改变时,必须相应地 调节送风量,使它与燃料量相配合,保证燃烧过程有较高的经济性和 稳定性。 ? 4.调节引风量与送风量相配合,以保证炉膛负压在工艺允许范围。 燃烧调节系统一般主要有四个被调参数,煤种、汽包压力、燃料 量和炉膛负压。不同煤种的调节量,他们是汽包压力、燃料量、炉膛 负压、烟气含氧量、送风量和引风量。根据之间关系控制各参数,达 到自动运行的目的。 由于热能厂为适应锅炉燃烧,采用配煤技术,实现煤种是适合锅 炉燃烧的煤种,且煤种变化幅度相对较小。选择具有代表性的煤种, 根据不同煤种设置参数,根据煤种的的变化,实现不同煤种间的自由 切换。以达到对煤种的适应。在不同煤种下,通过设置出口压力,调 节鼓风机变频控制器频率,从而改变鼓风量,根据负压调节引风机变 频控制器频率,根据最佳风煤比调节炉排转速,也就是调节燃烧煤的 供应量和进风量的比值, 改变锅炉燃烧的发热量进而改变了锅炉的蒸 发量, 在根据炉膛负压调节引风机变频控制器频率, 从而改变引风量, 负荷变化不大时,应使燃料量、送风量、引风量各保持稳定;在负荷 变动时,使燃料量、送风量、引风量成比例改变。根据负荷阶跃变化 幅度较大,设置高负荷和低负荷两种状态下的参数,根据流量变化, 实现参数的自由切换,满足负荷的阶跃变化,达到更好控制的目的, 以满足生产稳定性要求。 在满足负荷条件下通过对排烟温度,烟气量,烟气含氧量,灰渣 含碳量测试比较。设置最佳参数,满足经济运行的要求。 排烟温度(℃) 烟气量(Nm?) 灰渣含碳量(%) 烟气含氧量(%) 180~200 55000`~60000 10~15 3.5~3.8 160~180 50000~55000 8~12 3.2~3.5 高负荷 低负荷 系统各回路中都设置了手动自动两种操作方式和强制转换开关, 满足异常情况下,实现手动和自动操作的自由切换。 2.3 报警机制 当锅炉系统发生异常情况时(如水位、压力等异常),报警器发 送报警信号,并将异常点在微机上进行显示,控制器还输出一个报警 接点,用于控制带蜂鸣的报警指示灯。进行相应处理后,异常解决, 报警停止。系统自动能把报警分为高低二种报警级别,低级别的报警 只做提示用,当发生低级别报警时不影响燃烧自动调节,中报警发生 时需要做相应处理,高级别报警发生时系统能立即连锁停炉,等待处 理后再次投入运行,所有报警系统会自动的写入数据库备份,供以后 查询、故障诊断和处理。 自动控制和原有的仪表手动控制方式相比具有以下明显优势 控制和原有的仪表手动控制方式相比具有以下明显优势: 3PLC 自动控制和原有的仪表手动控制方式相比具有以下明显优势: 1. 直观显示锅炉各运行参数。能在显示器上显示锅炉运行的煤种、 水位、ag旗舰厅app下载, 压力、 炉膛负压、 炉膛温度、 燃煤量等数个运行参量的瞬时值。 2.能对运行状况进行准确地记录,便于事故追查和分析,防止事故 的瞒报漏报现象。 在运行中可以随时方便的修改各种运行参数的控制 值,并修改系统的控制参数。 3. 提高锅炉的热效率。从已在运行的锅炉来看,采用计算机控制后 热效率可比以前提高 5-10%。 锅炉系统中包含鼓风机, 引风机电动机, 这些风机大部分时间里是不会满负荷输出的,原有挡板控制流量,浪 费非常严重。通过进行变频控制可以平均节电达到 30%-40%。 4. 作为锅炉控制装置,保证锅炉运行的安全性、稳定性、经济性, 效果十分明显,同时减轻操作人员的劳动强度。

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