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20t/h煤锅炉自控系统设计
发布时间：2013-04-25 08:28 来源：未知
1、概述
目前，在我国几十万台工业锅炉中，燃煤锅炉占相、当人的比重，年耗煤量要占全国耗煤量的三份之一以上。长期以来由于缺乏有效的自动控制系统，锅炉的控制基本上采用人工操作，使得锅炉的安全运行得不到有效的保证，且燃烧效率低，操作人员劳动强度大，维修、保养难。随着科技的进步，新一代性能更优越，功能更强大的智能仪表和管控一体化计算机监控系统的出现，使得燃煤锅炉实现安全可靠和自动化控制成为可能。
国内原有的_丁业锅炉，一般采用DDZ-II或III型电动单元组合仪表或其他国产仪表组成控制系统。由于工业锅炉（特别是燃煤链条炉）是一个多输入、多输山、多变量的复杂调节系统，且各参数问密切关联，各调节回路纯滞后时间长，因此，用常规仪表就很难进行有效的控制。
我们主要生产和销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂稀�
近几年来，一些单位开发研制了锅炉微机控制系统+虽然解决了控制技术和管理上的一些问题，但由于操作接口过于集中和受微机质量、操作、维护人员水平限制，使系统经常造成死机和故障，加之模拟量输入、输出板卡（AD、DA卡）抗干扰能力较弱，锅炉操作现场环境差，不仅系统的可靠性难以保证，而且也无法有效长期运行。往往几个月时间系统就不能正常工作．即使勉强使用，各检测参数也不准确，更谈不上自动调节和无维护运行。
2、控制方案设计
可编程调节器（KMM、YS-80）是20世纪90年代初国外推出的一种仪表化计算机，它既有微机运算、编程方便的优点，又使操作员操作编程界面在仪表上实现，能有效地解决锅炉复杂调节回路（水位三冲量、燃烧调节等）的控制需要。另外，它具有功能强大，精度高，编程、维护方便，使用灵活，可靠性高及操作简单方便等特点。
UDC6300单，双回路控制器是美国霍尼威尔公司90年代末推出的新一代智能仪表，是KM单回路调节器的升级换代产品。它不仅动能丰富、外形美观，而且安全可靠，易于使用，是现有调节器中极为优秀、性价比最高的控制器，既可以独立地进行控制，也能配合Honeywell SCAN3000、GE的Cimplicity或Fix等计算机上位监控软件，组成分散控制系统，完成各种复杂、全面的控制。
UDC6300具有满足过程控制复杂调节（特别是工业锅炉中水位三冲量和燃烧控制）所需要的所有功能，如多语言功能提示，灵活的数学运算选择，控制算法和逻辑功能组态．ACCUTUNE"自适应（参数自整定），快速安装和启动，适用于现场环境的防水密封键盘和多信息的显示接口等。既可采用方便的菜单式组态，也可从上位PC机上完成组态。所有这些使得UDC6300成为极易使用的过程调节器。
2.1锅炉给水自动控制
锅炉给水自动控制任务是使给水量能适应蒸发量的变化，使给水量与蒸发量始终保持平衡，从而使汽鼓水位保持在一定范围内。汽鼓水位过高会影响汽水分离效果和蒸汽质量，水位过低不仅会影响锅炉内的水循环，更严重的还会造成烧千炉筒。
影响锅炉汽鼓水位变化的因素很多，如用汽设备的用汽量、燃料量、燃烧量、燃烧成分、给水压力、电网频率等。因此用人工调节．是十分困难的。
针对负荷变化大、锅炉容量大的特点，控制系统间采用三冲量串级给水调节方案。系统控制原理如图l所示。
这是～个前馈加串级的调节系统，整个控制系统形成两个闭环回路。其一是由流量测量装置、调节算法、给水调节阀构成的回路，称给水流量回路．也称内同路，其作用是消除给水侧的扰动，稳定给水流量，在水位控制中只起辅助作用：其二是由水位变送器、调节算法、整个内回路及对象控制通道所构成的同路，称水位回路，也称外回路，其作用是消除各种扰动对水位的影响，维持汽包水位在给定值上下波动。
蒸汽流量信号是前馈信号，在回路中只形成开环，不影响上下两个闭环的温度性。它在系统中的作用有两个：其一是改变蒸汽干扰下对水位的控制品质，克服“虚假水位”所引起的调节算法的误动作输出；其二是与给水流量配合（调整蒸汽信号的静态前馈系统]，达到希望的水位静特征(2—3mm内波动)。
2.2锅炉燃烧控制
锅炉燃烧控制的主要任务主要是当用汽负荷改变时，能够根据用汽设各的用汽量的需要及时调整燃料量、送风量和引风量，以改变锅炉所产生的蒸汽量，达到既能满足外部用汽的需要，又能维持锅炉出口蒸压力稳定。
另外，燃料在炉膛内燃烧时，必须供给适量的空气，以避免因不完全燃烧而造成的损失，以及因空气量过大而造成烟尘污染和烟热损失增大。也就是说，燃烧控制的第二个目的是保持燃料与送风量适当匹配，使烟气中含氧量保持最佳值，保持锅炉燃烧的经济型。
燃烧控制的第三个任务是维持炉膛内负压燃烧，炉膛负压量是表征送引风是否平衡的一个物理量。保证炉膛负压，也就是保证锅炉燃烧的安全性。
燃烧控制的难点主要体现在以下几个方面：
(1)煤的发热量是由化验员在煤场抽样分析得来的，由于不同煤矿煤质的差异以及不能均匀搅拌，由它作为风煤配比的调节依据，精确性较差。
(2)链条炉从煤块燃烧产生热量，到热量传给锅筒中的水，使之沸腾变成蒸汽，时间相当长。在锅炉负荷变化大时，要使蒸汽压力稳定，满足供气要求，用普通PID算法控制，不可能获得理想效果。
(3)烟气含氧量通常用安装在烟道口上的氧化锆探头检测。燃烧时，由于煤块中粉末比较多或煤的湿度比较大，造成风对煤块的穿透性比较差。另外，炉膛长期处于负压燃烧，炉墙透风严重，此类情况都会使烟气含氧量增加。若以在此类情况下测得的含氧量信号来自动校正风煤比，将使实际工况缺氧燃烧，控制将无所适从。
根据以上情况，我们经过对实际锅炉运行实际工况的认真摸索，摆脱传统的过于强调理论的方法，并考虑到残氧量的检测难以准确，或找不到理想的产品，暂不选用的情况，在锅炉燃烧控制系统中，利用UDC6300可编程调节器优秀的运算功能和手动调节模式，当锅炉负荷变化时，操作工根据经验，调整炉排电机转速，平衡负荷变化。另外，可根据一段时间内的煤质和锅炉燃烧工况（观察火床长短，火焰的颜色，煤渣的成色等），确定合适的空煤比，再由UDC6300计算出鼓风机变频器的转速，使鼓风量自动跟踪给煤量，实现一定煤质条件下固定空煤比的合理可行的燃烧调节方案（当煤质或工况改变的情况下，适当调整空煤比系数），从而使锅炉始终处于经济和最佳的燃烧状态。
2.3炉膛负压调节
炉膛负压调节也可以作为燃烧调节的一部分。由于其动态特性比较快，影响锅炉的安全运行，因此把它作为独立的主回路是比较合理的�？傻ザ朗褂靡惶║DC6300．采用前馈+反馈的调节方式，用鼓风量为前馈量，炉膛负压为反馈量，当鼓风机自动跟踪炉排转速变化时，根据鼓风量的变化前馈调整引风量，减少炉膛负压的波动，然后，再根据炉膛负压反馈的情况主调引风量，从而将炉膛压力稳定在给定值。
2.4控制系统软件编制
UDC6300可编程调节器软件编制的特点是利用其内部所有的软件�？榻杏谢某绦蜃樘�。其内部软件模块一般包括有PID�？椤⑺脑蛟怂隳？椤⒖�、滤波、微分等�？�。通过对这些模块的应用联接，可以完成一般常规仪表无法完成的控制方案。而且一台UDC6300就是一台微型计算机，其运行扑常可靠。
本控制系统的软件部分是在UDC6300双回路调节器上实现的。针对燃煤锅炉控制系统的需要，可分别编制锅炉水位控制程序，蒸汽量、给水量计算程序，除氧器水位、温度、压力自调节，以及燃烧控制程序等。
燃烧控制中，考虑到燃煤过程的滞后时间较长，采用了加煤的采样间歇调节方案，也就是说，当采样到加煤量给定值之后，调节器作用一段时间立即保持住输出，待通过热量等形式反应出来后，再继续测量其偏差，进行下一周期调节，这样基本上可保证加煤系统超调较小。
3、20t/h煤锅炉使用UDC过程监控器与上位
监控软件组成的分散控制系统与PLC或
DCS系统的比较
考虑到工业锅炉特别是燃煤锅炉的特点，在自控A案制定上，特别需要满足以下几点要求：
(1)各设备运行的安全性和检测控制的准确性、可靠性。
(2)多变量回路调节的复杂性。
(3)使用、维护方便性。
PLC可编程控制器，主要用于开关量的控制，即连续生产线的连锁保护和设备顺序起�？刂�。随着技术的进步，现在PLC可以处理部分模拟量（比率不超过1/3较为合适）。但目前即使是最好的PLC，也只能做到在CPU上内置PID。只能处理简单的PID调节回路。如需做复杂的运算和处理复杂的调节回路，只有两个办法来解决。一是工程技术人员用VB或C语言添加、编制复杂运算和调节回路程序，其效果受编程人员水平限制，非专业软件工程师无法对其程序代码进行修改、校正和调试，现在工程项目一般不采用。二是将PLC系统升级到DCS系统，利用上位机专用系统软件来解决。这样虽然解决了运算和复杂回路的调节问题，但由于控制器各模块集中装于控制箱内，危险过于集中，系统中工控机、通讯电缆、CPU�？椤⒌缭�、输入、输出�？槿我换方诔龉收希伎赡茉斐赏２拖低程被�，所以一般要考虑后备仪表手动操作，这样相当于做了两套操作系统。一套手动仪表操作系统，一套DCS自动操作系统。考虑到节约费用，后备仪表系统一般采用国产仪表，可靠性、外观、现场环境下的使用寿命均不理想。如果DCS的使用、维护、技术水平跟不上，系统最终可能回复到手动操作，造成系统资源的浪费。所以在一些大规模系统或可靠性要求严格的场合中，一般采用两套控制器冗余和上位双机热各来组成系统。系统先进可靠，但造价较昂贵，一般在冶金、化工、地铁行业应用较多。
采用UDC6300智能双回路可编程调节器，进行各复杂回路的自动调节，采用进口小型数字表作重要参数的显示；采用上位监控软件和工控机进行系统监视、重要参数记录、报表打印、管理和上层网联接用，较为合理。由于操作员操作界面是高性能、高可靠性仪表，所以操作、使用、维护均较为简单方便（一般高中生即可熟悉掌握）。而各相关回路调节分布由几台UDC来完成，危险相对分散。即使其中一台显示表或调节器出故障，也因其仪表型号、规格一致、互换性好，各采用一台备件，即可由普通电工在几分钟之内更换完毕。系统维护量很小，可靠性、安全性和使用寿命大大提高。另外，由于各仪表参数均可采用当今自控行业最流行的lvfODBUS-RS485RTU通讯协议，采集进计算机（进口仪表有此功能），系统没有重复配置地方，造价也较为适中，实现了控制回路各环节的相对均衡和操作界面的高可靠性。
4、结论
这种分散型控制系统在目前技术水平下，是20t/h燃煤锅炉最为合理先进和可靠的自控系统方案。该方案充分实现了危险分散、管理操作集中的现代控制理论，在我国工业锅炉控制领域，具有较好的推广、应用价值。零陵卷烟厂的煤锅炉采用该白控系统投运半年多来，系统稳定可靠，极大地减轻了工人的劳动强度。
