作者 / 張興成，哈爾濱金晟實(shí)業(yè)有限公司；姜斌，黑龍江東方學(xué)院

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鍋爐清洗自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者 / 張興成，哈爾濱金晟實(shí)業(yè)有限公司；姜斌，黑龍江東方學(xué)院

針對(duì)鍋爐化學(xué)清洗的各階段，采用PLC控制的方式，實(shí)現(xiàn)化學(xué)清洗的自動(dòng)控制。通過(guò)上位計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使清洗過(guò)程更加直觀有效，保證了清洗的控制精度，降低了操作人員工作強(qiáng)度，延長(zhǎng)了鍋爐大修周期。

鍋爐清洗；自動(dòng)控制；PLC

引言

鍋爐化學(xué)清洗是防止鍋爐受熱面因腐蝕和結(jié)垢引起事故的必要措施，同時(shí)也是提高鍋爐熱效率、改善機(jī)組水汽品質(zhì)的有效措施之一?，F(xiàn)階段各清洗公司均采用化學(xué)清洗人工采樣、手動(dòng)控制的方式，因清洗人員疲勞作業(yè)、取樣不及時(shí)、實(shí)驗(yàn)室儀表不準(zhǔn)確等因素造成了采樣不準(zhǔn)， 控制不及時(shí)的情況， 這樣不僅浪費(fèi)了大量的人力物力，甚至產(chǎn)生了鍋爐設(shè)備出現(xiàn)金屬結(jié)晶析出等過(guò)洗現(xiàn)象。因此，對(duì)鍋爐化學(xué)清洗系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制改造非常必要。

1.鍋爐清洗工藝及控制參數(shù)

根據(jù)《火力發(fā)電廠化學(xué)清洗導(dǎo)則》（DL/T794-2012）要求，化學(xué)清洗工藝一般步驟為：水沖洗→堿洗→堿洗后的水沖洗→酸洗→酸洗后的水沖洗→漂洗→鈍化［1］。實(shí)際上根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況及化學(xué)小試的分析結(jié)果，可簡(jiǎn)化清洗步驟。清洗過(guò)程主要控制清洗介質(zhì)的溫度、流速、PH值以及介質(zhì)的酸濃度、含鐵量等參數(shù)。

2.自動(dòng)控制系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)選擇PLC（可編程序控制器）+上位機(jī)的控制方式，PLC負(fù)責(zé)采集各分析儀表上傳的數(shù)據(jù)，控制輸出設(shè)備實(shí)現(xiàn)設(shè)定的控制目標(biāo)，上位計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)清洗工藝的選擇、控制目標(biāo)值，設(shè)定并實(shí)時(shí)顯示各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及歷史趨勢(shì)，為清洗工程師提供參考和決策依據(jù)［2］。

圖1 自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖

各設(shè)備選型原則及安裝位置要求：如圖1所示，可編程序控制器選擇OMRON CJ2M系列PLC，安裝于自動(dòng)控制柜中，要求所有數(shù)字量輸入、輸出均采用中間繼電器隔離。在排水管出口附近安裝在線濁度分析儀，在清洗泵出口附近（水平管段上）安裝溫度變送器、壓力變送器、超聲波流量計(jì)、在線PH分析儀、總鐵在線監(jiān)測(cè)儀（PH分析儀和總鐵檢測(cè)儀可安裝在環(huán)境良好的場(chǎng)合，通過(guò)取樣水管接入樣水）各1臺(tái)。在回水管路上安裝溫度變送器、在線PH分析儀、在線酸濃度計(jì)各1臺(tái)。在清洗水箱和分離器儲(chǔ)水箱或汽包上各安裝1臺(tái)液位變送器。在清洗箱蒸汽入口管道上安裝1臺(tái)蒸汽調(diào)節(jié)閥。安裝變頻啟動(dòng)開(kāi)關(guān)柜2面，用于控制2臺(tái)清洗泵（一備一用）的啟動(dòng)和運(yùn)行。為滿足現(xiàn)場(chǎng)操作、調(diào)試方便考慮，將自動(dòng)控制柜、變頻起動(dòng)柜、清洗泵、加酸泵、出入口閥門(mén)統(tǒng)一安裝在清洗平臺(tái)上，其他設(shè)備安裝在工程現(xiàn)場(chǎng)［3］。

3.控制軟件的功能與設(shè)計(jì)

由于鍋爐清洗所用水量很大， 350mW發(fā)電機(jī)組的鍋爐大約水容積為220m3，對(duì)于清洗液的溫度、流量、投藥量作為控制對(duì)象具有很強(qiáng)的慣性和滯后性，并且每個(gè)控制對(duì)象都是多變量輸入、多變量輸出控制，因此，傳統(tǒng)的控制理論不能滿足控制需求，本文采用模糊控制理論，利用簡(jiǎn)化的模糊控制策略實(shí)現(xiàn)控制對(duì)象的快速、精確的響應(yīng)。

以溫度控制為例，說(shuō)明這個(gè)控制方法?？刂扑枷霝椋喝绻贸隹跍囟冗^(guò)低，則蒸汽調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，迅速升溫；如果泵出口溫度已到達(dá)設(shè)定溫度范圍，依據(jù)回水溫度實(shí)時(shí)增加或減小蒸汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，使泵出口溫度達(dá)到設(shè)定溫度范圍；并通過(guò)輸出開(kāi)度值的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)開(kāi)度的增量值?？刂撇呗匀缦卤硭荆海ˋ表示泵出口溫度設(shè)定值、a表示設(shè)定的出口溫度范圍增量，B表示回水溫度設(shè)定值、b表示設(shè)定的回水范圍增量，C表示控制閥門(mén)的開(kāi)度輸出值，c表示開(kāi)度值增量。則泵出口溫度設(shè)定值為A±a，回水溫度設(shè)定值為B±b）。

按上述控制策略要求，如設(shè)定溫度增量范圍較大，可再對(duì)輸出控制策略進(jìn)行細(xì)化，以滿足高精度控制。考慮到控制對(duì)象的慣性和滯后性，設(shè)定輸出控制每30秒更新一次。這種離散控制開(kāi)度方式，有可能造成輸出的震蕩，控制軟件通過(guò)智能調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度的增量c，以抑制震蕩，實(shí)現(xiàn)方法為：在PLC中建

表1 模糊控制策略

立一個(gè)長(zhǎng)度為30的先入先出的堆棧，將閥門(mén)控制開(kāi)度值入棧，計(jì)算15分鐘內(nèi)輸出控制的平均值，如果堆棧中的數(shù)值在平均值±c%范圍外的個(gè)數(shù)大于2，則認(rèn)為系統(tǒng)輸出產(chǎn)生的震蕩，通過(guò)減小c值來(lái)抑制震蕩。

不同的清洗工藝對(duì)應(yīng)著不同的控制工藝，造成控制程序復(fù)雜多變，為解決這一問(wèn)題，控制程序可按清洗工藝的不同階段編制控制模塊（子程序），通過(guò)上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)的操作控制各控制模塊的組合實(shí)現(xiàn)不同清洗工藝的過(guò)程控制。并且控制目標(biāo)也可由上位機(jī)靈活設(shè)定。

現(xiàn)以某電廠350mW鍋爐本體酸洗工藝為例，控制流程圖如圖2：其中酸洗完成調(diào)件：酸濃度、含鐵量平衡的實(shí)現(xiàn)方法為：在PLC內(nèi)存中建立兩個(gè)先入先出的堆棧，棧長(zhǎng)度為20，一個(gè)用于存儲(chǔ)清洗液酸濃度，另一個(gè)用于清洗液總鐵含量，每隔3分鐘將這兩個(gè)信息入棧一次，則堆棧中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為1小時(shí)內(nèi)酸濃度和含鐵量。每次數(shù)據(jù)入棧時(shí)，計(jì)算堆棧中數(shù)據(jù)的平均值，若堆棧中所有數(shù)據(jù)與平均值相差不超過(guò)設(shè)定值，認(rèn)為平衡。

圖2 控制流程圖

4.結(jié)束語(yǔ)

鍋爐清洗的質(zhì)量影響著鍋爐設(shè)備安全運(yùn)行。實(shí)踐證明，鍋爐清洗自動(dòng)控制系統(tǒng)可靈活滿足各種清洗工藝的在線監(jiān)控，解決了清洗過(guò)程中的過(guò)洗現(xiàn)象，減輕了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，使化學(xué)清洗更加精準(zhǔn)有效。

＊ ［1］火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》（DL/T 794-2012）

＊ ［2］甘付賓，付林坪，李放.基于CJ2M PLC的連續(xù)式瀝青混合料攪拌設(shè)備控制系統(tǒng)［J］.2015（2）

＊ ［3］梁治齊.實(shí)用清洗技術(shù)手冊(cè)［J］.2000（1）