燃煤锅炉控制方案设计.doc

一、 总体监控方案设计原则 本设计针对2台20T/h燃煤热水锅炉工艺运行要求，即要达到安全运行、系统可靠、技 术先进和节能降耗及操作管理简便、直观、维护方便等目的，同时降低监控系统成本。 总体监控方案采用技术说明 １．锅炉引风机、送风机、炉排电机和循环水泵采用变频器直接控制其电机转速，调节相关流量。 水泵或电机的输出功率近似与转速的立方成正比。当电机转速为额定转速的70％时，电机的输出功率仅为额定功率的34．3％，节电率达到65．7％。采暖锅炉安装设计时，配套电机都有部分余量。由于引风机、鼓风机、循环泵都配套较大容量的电机，在运行过程中势必造成无效电能的损耗，影响锅炉燃烧工况和水循环系统的节能运行.采用变频技术后，将弥补设计的不足，达到经济运行的效果。同时对电机减小冲击电流和机械磨损，延长电机和机械寿命。采用变频控制与风档、阀门类控制方式相比又减小了管道压力损失，同样也达到节能效果，使维护工作量大大减小，锅炉运行效益提高显著。 ２．控系统采用以工业控制计算机（IPC）为上位机、可编程控制器（PLC）为下位机的二级DCS监控结构。 主要控制功能由高档下位机PLC来完成，上位机主要负责监视（显示流程数据和报警等）、数据设定（设定值和调节参数等）、管理（实时和历史曲线、定时和及时打印数据报表等），同时可进行优化计算（如根据环境温度实时调整锅炉出水温度）。这种结构即使上位计算机出现临时死机（可能性很小），也不会影响下位机的正常工作。 整个系统结构操作简便，人机界面友好， 能全面反映系统工作状态检测、控制、计量、报警等参数． ３．在具有上述二级监控结构的同时，设立第三级手动控制功能 所有变频器均通过手动操作器与PLC输出模块相连，手动控制方便，便于设备维护和 系统调试，同时对关键参数增设部分数显仪表，满足操作工人的传统需要。 4．两台锅炉共用一套监控系统，内有独立设备和共用设备，两台锅炉即可共同运行也可分别运行，均能独立起停。 二、 系统主要检测、控制和报警功能 1．检测变量 炉膛温度、省煤器进口烟气温度、排烟温度、省煤器进口水温、出口水温、出口流量、补水流量、炉膛负压、出口压力、供水压力、引风负压、鼓风压力、水箱液位、大气温度等。 2．主要控制系统 （1） 系统恒压补水回路 （2） 炉膛负压调节回路 （3） 燃烧控制系统调节回路 （4）循环泵流量调节回路 各控制系统说明见附录一 3．报警连锁 炉膛温度高报警，超高连锁停炉 出水温度高报警 ，超高连锁停炉 回水压力过低报警，超低连锁停炉 供水压力过高报警，泄压保护 其它关键变量均具有报警功能。 三、 系统构成及硬件配置 一系统构成简要说明 监控系统总体构成方框图如下图所示 主要设备选型说明 1． 工业控制计算机 选用台湾研华IPC，PIII-1.7G 128M内存，40G硬盘 光盘驱动器，工业触摸键 盘，光电鼠标，具有看门狗功能，操作系统选用WINDOWS 2000NT，配备报表打印机和语音报警器。21寸纯平显示器。 2． 上位组态软件 选用亚控公司KINGVIEW6.03组态软件或西门子WINCC5.1 3. 可编程控制器 选用西门子中高档产品S7-300系列的CPU315，采用STEP7５.2软件编程。工作存储器４８K，装载存储器80K,带数据后备，位指令执行时间０.3us，支持最大I/O点数，数字量为1024通道，模拟量128通道，PID控制功能强大。 锅炉的PLC控制 首先打开开关检查液位是否正常若不正常调节水阀 然后检测鼓风机引风机进煤机等是否正常 正常 进行炉膛吹扫40秒 进煤点火鼓风 10秒后开引风机 有火焰点火成功 锅炉正常运行 进行对 液位 炉膛负压 蒸汽温度 蒸汽压力进行检测 若液位不正常 调节进水阀 蒸汽温度不正常调节鼓风机蒸汽压力不正常 过高调节出水阀 按停机键 关闭送煤机 关闭进水阀 关闭鼓风机 5分钟后关闭引风机 （二） 主要硬件配置 序号 设备名称 规格型号 单位 数量 品牌 备注 1 工业控制计算机 P3-1.7G 台 1 8000 台湾研华 2 针式打印机 1600K3 台 1 3000 爱普森 3 显示器 21寸 台 1 3000 4 工业触摸键盘 台 1 1000 5 光点鼠标 个 1 100 自制 6 声卡及音箱 套 1 500 7 可编程控制器 CPU模块 S7-315 个 1 6000 西门子 自制 8 PLC电源模块 PS307 个 1 1000 西门子 9 开关量输入模块 SM311 个 1 3000 西门子 10 开关量输出模块 SM322 个 1 3000 西门子 11 模拟量输入模块 SM331 个 4 12000 西门子 12 模拟量输出模块 SM332 个 2 7000 西门子 13 MPI通信卡 CP5611MPI PCI 块 1 3500 西门子 14 扩展通信模块 FM365 个 1 西门子 15 负载电源 24VDC 个 4 2000 16 编程软件 Step75.2 套 1 2000 17 组态软件 Kingview6.03（或wincc） 套 1 5000 DIN导轨 482mm 1 150 前连接器 8 1500 18 变频器 富士 19 数字显示仪表 香港东辉 20 智能操作器 香港东辉 21 电磁阀 赛伦 22 检测仪表 进口或合资 随工程设计选型 23 控制柜台 国产 24 仪表附料及线缆 25 桥架及管网材料 工程总报价 四、 工程实施 1． 工程设计 工程中标后，根据甲方提供的具体工艺和设备运行要求以及其它专业要求，绘制带控制点检测控制流程图，一次仪表选型，提供 自控设备表和汇总表，进行控制室和控制盘布置图，电气控制原理及接线图，PLC模块接线图、仪表盘柜等配线图设计，管线敷设图、电缆布置图、电气安装材料表及一次仪表安装图等。 2． 软件开发 （1） 根据工艺及设备运行要求编制PLC控制程序 （2） 根据监控及管理要求开发上位机界面及优化计算程序。 （3） 在设计阶段上下位机联调通过。 3． 回访甲方的进一步要求，并改进。 4． 现场安装 5． 现场调试 （1） 冷试（主要进行系统功能调试） （2） 热试（结合对象优化控制算法，使控制达到满意效果） 6． 工程人员配备 工程设计工程师2人 ，高级工程师1人 软硬件开发工程师1人，高级工程师1人 现场安装指导工程师2人 系统调试高级工程师2人 培训指导工程师1人 7. 售后服务一年内免费维护及指导，终身提供技术支持，技术人员随叫随到。 附录一主要控制系统说明 2．1 系统恒压补水回路 在锅炉的运行中，维持系统恒压是供热系统正常供热运行的基本前提。在大的供热系统中，采用补水泵变频调速稳压，供暖系统采用封闭的系统，减少了水的消耗。根据供热系统压力变化，采用补水泵变频稳压，可平滑地调节补水泵的转速，及时调节补水量，实现系统水体积的稳定.其构成框图如图1所示. 其调节过程正常运行给定的压力恒压与旁通压力的反馈信号进行比较。当不等时，则由调节器输出420mA的电流调节信号，变频器根据输入的控制信号，自动调整电机水泵转速，进而调节补水量，使恒压点压力维持在给定值。 ２.2 炉膛负压调节回路 PLC把采集到的炉膛压力测量值与炉膛压力的设定值相比较，通过PID运算调节，进而调节引风机电机转速，保证锡炉在微负压状态下运行。同时引入鼓风量前馈信号以克服鼓风量变化对负压造成的影响。炉膛压力自动调节框图如图２所示。 2.3 燃烧控制系统调节回路 燃烧控制调节回路的主要功能是把燃烧工况控制在最佳状态，并达到锡炉的燃烧自动调节。为实现该目的，该系统需自动调节锅炉的给煤量、鼓风量、引风机转速，使锅炉热效率最佳。燃烧控制原理图如图3所示。 采用变频器进行炉排电机转速给煤量、鼓风机电机转速鼓风流量的调节后，能实现连续平稳调节和手自动的无扰动切换。辅机在采用变频调速后，稳定性和节能降耗优于其它调节手段。 2．4 循环泵流量调节回路 由于我国的采暖热水系统大都采用“小系统，大流量”设计，造成循环水流量过大，导致管网热损失大而用户供热不足的现象。采用阀门调节。精度 低，调节复杂，容易导致系统热平衡的破坏。采用变频技术调节循环泵的流量，可在系统压力稳定条件下调节水量．保证采暖系统的运行安全。 依据全国节能网推荐使用的“低出水温度，小出回水温差”的连续供热制度和推荐使用的运行调节公式，可根据室外温度的变化调节锅炉的出水温度由燃烧控制回路实现；根据出／回水温差调节循环泵转速，达到调节循环水流量和扬程的目的；并且间接调整调节回水温度，满足锅炉供热负荷的需求；采用限定循环泵转速范围进行调节，可控制采暖系统的运行压力，确保设备安全与节能运行。