蒸汽锅炉控制方案

蒸汽锅炉控制方案

锅炉是一个多输入、多输出、多回路、非线性的相互关联的复杂的控制系统，调节参数与被调节参数之间，存在着许多交叉的影响，调节难度非常大。我们采用将系统控制分散成一个一个的闭环控制：给煤控制，送风控制，汽包液位控制，炉膛负压控制等。

一、给煤控制

锅炉燃烧系统自动调节的基本任务，是使燃料燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要，同时还要保持经济燃烧和锅炉的安全运行。目前，中小型煤粉炉控制系统效果不佳主要体现在送风和给煤控制上。送风控制系统应与给煤控制相协调，控制在一定的风煤比，维持燃烧处在最佳经济状态。

其控制原理框图如下：

但实际的情况下，给煤设备完全做到自动控制是比较困难的，影响的因素多种多样。如煤的品种、室外温度、供风量等等。一套燃烧系统控制方案不能够通用于所有的燃烧环境。而一套系统中使用多种燃烧方案又会使控制系统的使用变的复杂。普通的操作员一般使用不

了。因此对于大型锅炉，考虑到经济燃烧的意义和操作员的素质普遍较高，可以考虑使用自动控制方案，而小型锅炉可考虑半自动的方案。即各个参数之间不进行连锁闭环控制。燃烧系统由操作员直接手动控制。这种方案对于操作员比较直观，而且在操作过程中容易形成适合该锅炉的操作经验。是一种经济可行的方案

燃烧系统的控制设备有四台：炉排电机、炉排挡煤板、鼓风机、引风机。

1、炉排控制

炉排的可调节性是系统优化的一部分。当前炉排使用的电机为交流电机。交流调速的传统方法是调压调速。这种方法经济简便。但是调节性能为较差。对于小功率的电机，性能价格比最高的调速方法是变频调速。随着小功率变频器价格的逐渐降低，使得它成为交流调速的首选。因此为了使炉排的调速性能得到提高，需要使用交流变频器。

由于变频器的功能比较强大，它的附加功能允许操作员使用各种手段对其进行操作。如手操器设定方式、计算机通讯方式、电流、电压控制方式等等。考虑到控制距离的关系（中控室离炉排电机有一定距离）。我们在控制室使用标准电流信号对炉排进行控制。在现场通过手操器对炉排转速进行控制。变频器以壁挂箱体或落地式箱体的形式放置于锅炉现场。若锅炉比较集中，可考虑将几台锅炉的变频控制系统置于一个箱体之内。

2、炉排挡煤板控制

档煤板的控制也有自动和手动之分。系统通过它来控制链条炉上煤层的厚度。如果是自动控制可以通过标准信号来控制煤层的高度。如果为手动，操作员根据实际情况通过机械装置来调整煤层高度。

二、炉膛负压控制

1、鼓风量的调节：鼓风调节的对象是鼓风机。通过负荷规则调节器实现“加负荷时，先加风后加煤；减负荷时，先减煤后减风的控制规则。其自动控制原理框图如下：

一般的锅炉系统中不进行含氧量的测量，此时的鼓风机为手动调节或者不调节。鼓风机的调节一般为变频调节。调节信号为4~20mA。

2、炉膛负压调节：炉膛负压反映了送风量与引风量之间的平衡关系，目标就是要保证锅炉在运行过程中，始终保持在微负压的稳定状态，以保证其安全有效运行。负压的控制对象有两种：一个是引风机，一个是引风门。其自动控制原理分别如下：

引风门的开度调节使用风门开度控制器。引风机的调节选用变频器。在手动控制方式下使用标准电流信号进行控制。

三、汽包液位控制

锅炉给水自动调节的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量,并使汽包液位保持在工艺允许的范围内。液位控制是有以下三种：①单冲量控制，即以水位为唯一调节信号的单参数、单回路控制系统；②双冲量控制，即以蒸汽流量作为补充信号的双参数控制系统；③三冲量控制，即以给水流量、主蒸汽流量作为补充信号的三参数控制系统。其中三冲量调节系统还可分为三冲量单级调节和三冲量串级调节。三冲量串级控制系统控制原理框图如下：

锅炉的给水控制在锅炉系统中是十分重要的。在大容量的锅炉控制中都使用三冲量控制方案。对于小容量的锅炉，由于成本的考虑，基本都是单冲量控制，即水位控制。基于水位控制的方案也很多由于水位的采集方式不同和调节对象的不同，水位控制方式也存在差异。

1、使用电极式液位传感器进行汽包水位控制

水位测量采用4位电极式液位传感器。分别进行高低限报警、超高超低限报警信号输出。系统可以根据这些信号进行自动水位控制。水位报警需要报警仪表进行闪烁显示。超高要求立即停止加水与水泵供水。超低要求停炉。这些控制都能提供自动、手动两种控制方式。自动状态系统根据信号自己完成锅炉的给水过程。手动状态允许操作员以手动方式对给水系统进行操作。基本原理如下图

为了增加单冲量控制系统的可靠性，可对汽包水位进行视频监视，通过人工观测的方式来监视水位的异常情况。在每个锅炉的入水口处加装电动阀用于控制对锅炉的加水量。

2、使用差压传感器进行液位测量。

四、过热蒸汽出口温度控制

保证过热蒸汽出口蒸汽温度在允许的范围内，保护过热器，使过热器管壁温度不超过允许的温度范围。其控制原理框图如下：

过热蒸汽出口温度控制原理框图

这种控制一般用于工业锅炉，民用锅炉一般不使用。

五锅炉的自动保护系统

锅炉的保护系统是锅炉控制系统的重要组成部分。其保护内容取决于锅炉设备本身的结构、容量、技术特性和运行方式。一般设有汽压保护、汽包水位保护、锅炉灭火保护、连锁保护和紧急停炉保护等。

六、锅炉的上位机监控系统

一个供热车间的多个锅炉控制终端设备可以通过总线网络或工

业以太网络，与现场监控上位机及热备机通信。

操作人员在上位机监视各个锅炉的运行状态、报警显示、曲线报表等，以及进行参数设定。

对锅炉运行的重要参数，如压力、温度、压差、流量等进行统计处理和保存，进行曲线显示、历史数据查询、报表打印等等。

上位机采用高性能工控机或工作站，可使用双机热备份。

1、工业Ethernet层

现场监控上位机加装网卡后，可以连接成工业Ethernet网络。在Ethernet网络层可以设置多锅炉监控站、维护站，以及网络打印机等。

2、调度室管理层

锅炉DCS系统提供MODEM专线、拨号网络或无线方式，使中央调度室的管理人员能够和几公里或十几公里之外分散的多个锅炉房通信，了解各个锅炉房的运行情况、仪表完好情况、锅炉炉况等。拨号网络方式可充分利用原有的电话线路，通过公用电话网将中央调度室

和各个锅炉房连接起来，节省建设费用和周期，很适于对各个锅炉房每天的例行巡检。

3、监控中心的监视、管理功能

1）、实时检测锅炉的运行参数

为全面掌握整个系统的运行工况，监控系统将实时监测并采集锅炉有关的工艺参数、电气参数、以及设备的运行状态等。系统具有丰富的图形库，通过组态可将锅炉的设备图形连同相关的运行参数显示在画面上；除此之外，还能将参数以列表或分组等形式显示出来。? 2）、综合分析及发出控制指令

监控系统根据监测到的锅炉运行数据，按照设定好的控制策略，发出控制指令，调节锅炉系统设备的运行，从而保证锅炉高效、可靠运行。

3）、诊断故障与报警管理

主控中心可以显示、管理、传送锅炉运行的各种报警信号，从而使锅炉的安全防爆、安全运行等级大大的提高。为保证锅炉系统安全、可靠地运行，监控系统将根据所监测的参数进行故障诊断，一旦发生故障，监控系统将及时在操作员屏幕上显示报警点。报警相关的显示功能使用户定义的显示画面与每个点联系起来，这样，当报警发生时，操作员可立即访问该报警点的详细信息和按照所推荐采取的应急措施进行处理。所有报警和回路状态都记录在报警、事件日报中，以便于日后检索。各个测点的测量值偏离正常值到一定的程度都应视为异常，系统将发出报警。

4）、历史记录运行参数

监控系统的实时数据库将维护锅炉运行参数的历史记录，另外监控系统还设有专门的报警事件日志，用以记录报警／事件信息和操作员的变化等。

历史记录的数据根据操作人员的要求，系统可以显示为瞬时值，也可以为某一段时间内的平均值。历史记录的数据可有多种显示方式，例如曲线、特定图形、报表等显示方式；此外历史记录的数据还可以由以网络为基础的多种应用软件所应用。历史数据可归档保存或在光盘和磁盘中保存，归档后的历史数据可以由监控系统的软件很方便地调入。

5）、计算运行参数

锅炉运行的某些运行参数不能够直接测量，如年运行负荷量、蒸汽耗量、补水量、冷凝水返回量、设备的累积运行时间等。这些参数根据所测得的运行参数，进行计算。

七、热工参数的监测（每台锅炉）

1）、炉膛温度和省煤器前烟气温度：测量传感器采用耐腐蚀的热电偶并使用温度信号现场变送功能。显示仪表为双显示仪表。这两个参数的监测意义在于监视炉膛的燃烧温度和烟气排放前的温度。从这两个参数可以直观反映炉膛燃烧的情况。为锅炉的经济燃烧提供直观的数据依据。由于燃烧过程是一个高温的化学反应过程。所以温度传感器要求具有耐高温和抗腐蚀性。

2）、锅炉进口水温：采用PT100铂电阻测温。因为水在进入锅

炉前的温度变化范围不会很大。一般在10~50度之间。所以使用铂电阻传感器比较适合。它的测温范围是-50~500度。传感器不采用信号变送，而是3线电缆直接传送。仪表为单显示仪表。这个参数用于操作人员掌握水系统的温度参数。从而间接了解省煤器的工作效率。

3）、炉膛负压：用于鼓风和引风控制。数显仪表为单显示仪表。测量传感器采用微差压变送器。变送输出4~20mA信号。这即是一个调节基准量，又是一个安全量。让炉膛保持在负压状态。是锅炉燃烧的基本条件。

4）、锅炉汽包液位：采用电极式液位传感器进行液位测量。同时该传感器具有透明窗口供人工观察用。液位输出为开关量。该开关量直接接入到控制仪表。一方面用于报警，另一方面用于控制电动阀。报警方式采用闪光报警器进行报警。

八、热工参数的监测（公共部分）

1）、室外温度和尾烟温度：采用PT100铂电阻测温。传感器不采用信号变送。而是3线电缆直接传送。其中尾烟温度测量选用耐腐蚀型温度传感器。以方式传感器工作时被腐蚀。仪表为双显示仪表。室外温度用于为锅炉燃烧提供控制基准。结合省煤器前烟气温度和尾烟温度可以判断锅炉的燃烧效率。和省煤器、空气预热器的工作效率。

2）、蒸汽总管温度、压力：温度采用PT100铂电阻测温。铂电阻不采用信号变送。而是3线电缆直接传送。这个参数用于操作人员掌握蒸汽管道的温度参数变化。同时经变送后给流量积算仪表用于温度补偿。压力采用电容式压力传感器进行压力测量。压力信号经变送

输出后给流量积算仪表用于压力补偿。蒸汽管道压力是一个安全参数。要求仪表具有报警输出功能。数显仪表为双显示仪表。带报警输出和参数变送输出功能。报警输出接PLC，用于系统控制。

3）、蒸汽总管流量：采用流量积算仪进行流量积算。传感器采用孔板流量计+差压变送器。同时接收蒸汽总管道上的温度和压力信号对流量进行补偿。

4）、给水总管流量：采用流量积算仪进行流量积算。传感器采用孔板流量计+差压变送器。由于测量的为常态下的水。所以不需要补偿。

5）、给水总管压力：采用电容式压力传感器进行压力测量。数显仪表为单显示仪表。带变送输出。用于给水泵的恒压变频控制。

6）、软水池水位：两个用双显示仪表进行显示。液位测量用投入式液位计。