高云鳳

（哈爾濱中慶燃氣有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 前言

進入二十一世紀，環(huán)保和能源已成為整個社會關(guān)注的問題，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的高速增長，煤煙、浮塵、汽車尾氣等污染源時刻威脅著人們的健康，天然氣是一種國際公認潔凈的能源，其主要成分是甲烷，是保護大氣環(huán)境最理想的燃料。我國有著豐富的天然氣資源，國家也已明確提出在今后一個時期要大力開發(fā)和利用天然氣資源，西氣東輸工程每年向長江三角洲和沿線地區(qū)輸氣120億立方米。西氣東輸沿線城市可用清潔燃料代替部分電廠、窯爐、化工企業(yè)和居民生活使用的燃氣和煤炭，以然氣作為燃料的燃氣鍋爐將得到廣泛的應(yīng)用，這將有效改善大氣環(huán)境，提高人民生活質(zhì)量。近年來，PLC的控制功能不斷增加，由PLC構(gòu)成的系統(tǒng)具有抗干擾能力強，對電源質(zhì)量要求低，控制可靠及響應(yīng)靈敏等優(yōu)點，采用PLC對燃氣鍋爐燃燒系統(tǒng)進行控制，保障鍋爐安全平穩(wěn)運行，滿足生產(chǎn)對蒸汽負荷和蒸汽品質(zhì)的要求，實現(xiàn)鍋爐經(jīng)濟燃燒。

2 控制系統(tǒng)的組成與特點

本系統(tǒng)采用二級監(jiān)控系統(tǒng)，即上位機和下位機分工協(xié)作的監(jiān)控方法。上位機為中央監(jiān)控計算機，主要負責(zé)接收下位機傳來的數(shù)據(jù)，監(jiān)視燃氣鍋爐的運行參數(shù)，故障檢測以及必要的參數(shù)設(shè)定。下位機為現(xiàn)場控制單元，包括現(xiàn)場輸入單元、執(zhí)行單元、現(xiàn)場控制單元及人機界面，主要負責(zé)鍋爐運行過程中參數(shù)的自動調(diào)節(jié)，并把數(shù)據(jù)上傳至上位機，并接受上位機下傳的命令。

2.1 系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)硬件：

中央監(jiān)控計算機：DELL酷睿2雙核處理器，2GRAM，320GB硬盤。

現(xiàn)場控制單元：采用西門子S7-300可編程控制器，西門子EM235模擬數(shù)據(jù)輸出模塊，相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集模塊和執(zhí)行機構(gòu)。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：溫度傳感器、壓力傳感器、水位傳感器、火焰監(jiān)視器、流量計、氧化鋯氧量分析儀等

中央監(jiān)控計算機與現(xiàn)場控制單元采用RS-485實時通訊。

系統(tǒng)軟件：

VB是一種很好的Windows開發(fā)語言，中央監(jiān)控計算機可以采用VB開發(fā)設(shè)計出功能強大，操作靈活的人機界面。

現(xiàn)場控制單元可選用西門子TD-400C人機界面，它通過連接電纜，連接到S7-300上即可。

2.2 系統(tǒng)的特點

2.2.1 控制系統(tǒng)采用實用而簡捷的人機對話系統(tǒng)，復(fù)合窗口技術(shù)，實時顯示工藝流程圖、各控制回路、紀錄數(shù)據(jù)并生成報表，直觀顯示各工藝測點的歷史趨勢；

2.2.2 通過人機接口和I/O接口，對過程對象的數(shù)據(jù)進行實時采集、記錄、監(jiān)視、操作控制，可進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組態(tài)回路的在線修改、局部故障的在線維修

2.2.3 現(xiàn)場監(jiān)控點由PLC實現(xiàn)自動控制，后傳送到中央監(jiān)控計算機，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示，并進行數(shù)據(jù)處理，這樣進一步增強了系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信安全性能。

2.2.4 工程師可以方便地把不同設(shè)備的控制功能按設(shè)備分配到不同的合適控制單元上，這樣操作工可以根據(jù)需要對單個控制單元進行模塊化的功能修改、維護、下裝和調(diào)試。

2.2.5 各個控制單元分布安裝在被控設(shè)備附近，既節(jié)省電纜，又可以提高該設(shè)備的控制速度。

3 主要回路的控制原理與方案

3.1 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)

鍋爐燃燒系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)對象為主汽壓力，根據(jù)主汽壓力的變化及時調(diào)整燃氣調(diào)節(jié)閥的開度來調(diào)整進入爐內(nèi)的燃料量，同時調(diào)節(jié)送風(fēng)機的入口擋板開度以保證空氣量按合適的配比隨之變化。如圖3-1所示，燃氣流量的設(shè)定值由主汽壓力調(diào)節(jié)器的輸出直接給出，將蒸汽壓力檢測值由壓力傳感器反饋回來，和設(shè)定值經(jīng)過比較，作為前饋信號納入到燃氣調(diào)節(jié)回路上，操作燃氣調(diào)節(jié)閥。當(dāng)蒸汽壓力低就加大調(diào)節(jié)閥門開度，當(dāng)蒸汽壓力高則減少調(diào)節(jié)閥門開度，使其保持在設(shè)定的壓力值上

圖3-1

圖中參數(shù)：P1-主汽壓力的設(shè)定值；P2-主汽壓力的測定值；PS-主氣壓力調(diào)節(jié)器輸出的燃氣流量值

3.2 爐膛負壓控制系統(tǒng)

爐膛負壓是反映燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)，是鍋爐運行中控制和監(jiān)視的重要參數(shù)。如果爐膛負壓過大，則漏風(fēng)量嚴重，排煙量損失增加，不利用經(jīng)濟燃燒；爐膛負壓過小或偏正時，爐膛要向外噴火，危機人身及設(shè)備安全。為保證鍋爐高效、安全的運行，應(yīng)將爐膛負壓控制在正常的范圍內(nèi)。

采用PLC與變頻器結(jié)合控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速達到控制引風(fēng)量，保持爐膛負壓穩(wěn)定。將爐膛負壓作為反饋信號送回PID調(diào)節(jié)器中，同時將風(fēng)機信號作為負壓調(diào)節(jié)器的前饋信號加到調(diào)節(jié)器的輸出端，使引風(fēng)系統(tǒng)及時影響送風(fēng)量的變化，是負壓的變化趨于平穩(wěn)。

3.3 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)

鍋爐汽包水位大幅度的波動會造成汽包內(nèi)空水或滿水而影響生產(chǎn)安全。鍋爐汽包水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常運行，造成出口蒸汽水分過多，結(jié)果使過熱器受熱面結(jié)垢而導(dǎo)致過熱器燒壞，直接影響機組運行的經(jīng)濟型和安全性；汽包水位過低，當(dāng)負荷很大時，水的氣化速度過快，如不及時有效控制，就會使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致鍋爐被燒壞或爆炸。因此，控制汽包水位的穩(wěn)定是極為重要的。

汽包水位控制系統(tǒng)可采用單沖量、雙沖量或三沖量控制方案。由于單沖量、雙沖量控制策略比較簡單，難以適應(yīng)現(xiàn)代各種復(fù)雜鍋爐的要求，我們選用三沖量水位控制系統(tǒng)。影響汽包水位的主要因素是蒸汽流量和給水流量，汽包水位會隨著蒸汽流量的增加或減少而波動，給水流量也會隨之增加或減少，以維持給水量和蒸汽量之間的平衡，保證鍋爐的正常運行。以蒸汽流量為前饋信號，構(gòu)成前饋調(diào)節(jié)回路，給水流量作為串級信號，構(gòu)成副調(diào)節(jié)回路，以鍋爐汽包水位測量信號作為主，構(gòu)成主調(diào)節(jié)回路，從而構(gòu)成鍋爐汽包水位前饋——串級三沖量控制系統(tǒng)。系統(tǒng)方塊圖如圖3-2所示。

圖3-2

圖中參數(shù)：H-汽包水位；S-蒸汽流量；F-給水流量；RH-汽包水位的設(shè)定值；PH-汽包水位的測定值；PS-蒸汽流量的測定值；PF-給水流量的測定值；ES-汽包水位調(diào)節(jié)器輸出值

4 結(jié)束語

隨著燃氣鍋爐越來越廣泛的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，實現(xiàn)燃氣鍋爐的完全智能化及遠程技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)已成為燃氣鍋爐的發(fā)展趨勢。采用PLC自動控制系統(tǒng)對燃氣鍋爐運行全過程進行監(jiān)控，不僅能提高燃氣鍋爐的自動化控制水平，保證鍋爐處于良好的運行狀態(tài)，還能提高鍋爐效率，節(jié)省運行能耗，減少大氣污染，同時也提高了鍋爐操作的安全性，降低了工作人員的勞動強度，取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]張雪平.PLC在鍋爐風(fēng)機控制中的應(yīng)用.微計算機信息，2005（6）：33-34.

[2]齊敏，王猛.130T/H燃氣鍋爐自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).自動化博覽，2008（5）：59-61.