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案例详细
标题基于DMC50的燃煤锅炉自动控制系统
技术领域电源
行业
简介
内容

 

徐志辉

 

1  引言

 

    我国现有大量的电站锅炉和供热锅炉，每年耗煤量占原煤产量的比例相当惊人，但大多数工业锅炉处于能耗高、浪费大、环境污染等严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，是一件具有深远意义的工作。采用锅炉现代控制技术可取得最佳的“风煤”比，“负荷/燃料”比，使煤得到充分燃烧，提高热效率，使负荷和燃料的协调达到最理想状态，从而节约大量燃料和电能，并使锅炉寿命延长，减轻了对大气污染，真正达到了环保的目的。另外，锅炉现代控制技术可保证锅炉运行的安全、稳定，减轻操作人员的劳动强度。

 

2  硬件系统构成

 

    系统上位机采用两台工控计算机的冗余设计，两台上位机为对等关系，当一台主机出现故障时，另一台照样运行，不受影响。下位机采用山武公司的DMC50多回路调节器进行数据采集和控制。上位机监控组态软件采用力控组态软件组态。本系统采用局域网CAN总线设计。CAN通信控制器中集成了CAN协议的物理层和数据线路层功能，可完成对通信数据的成帧处理。它是以通信数据进行编码这种编码方式可使不同的节点同时接受到相同数据，在分布式系统中非常有用。较短的数据段在总线上传输的时间较短，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并提供了相应的错误处理功能。因此又保证了数据通信的可靠性。系统结构如图1所示。

 

图1  系统结构图

        DMC50多回路调节器，是通用智能演算分布式调节器，可用来控制温度、压力、流量、液位、pH等，具有控制精度高、稳定性高等特点。DMC50具有4路模拟量输入，2路模拟量输出；12路数字量输入，16路数字量输出。输入、输出端口可扩展。通过山武公司的通讯控制器与网络连接、通讯。

 

3  控制系统实现

 

3.1  锅炉燃烧控制方案选择

    锅炉的实际运行中，现有的燃烧设备难以保证燃料和空气的彻底混合，为保证完全燃烧必须提供过量空气量。实际空气量（V）与理论空气量（V0）的比值称为过量空气系数（用α表示）即： ，α实质上是反映燃料和空气配比的一项指标。α过大，一方面锅炉排烟热损失增加，送引风机电耗增大，另一方面造成炉内燃烧不稳定，有灭火危险；反之，α太小无法保证燃料完全燃烧。选择合适的α是降低锅炉热损失，提高热效率的重要手段。锅炉效率的计算方法有两种：一种是正平衡法。此法必须直接测定燃料消耗量及总有效利用热量，公式为：     (1)

    式中为总有效利用热量/每小时；为进入过路的总热量/每小时。

 

    由于煤粉量无法在线准确测量，故直接通过公式1无法得到效率，通常利用反平衡法来计算锅炉热效率，公式为：     (2)

 

    式中为排烟热损失；为气体不完全燃烧损失；为固体不完全燃烧热损失；为散热损失；为灰渣物理热损失。

图2  风/煤比与锅炉热损失及效率曲线

    即通过测定锅炉各项热损失来计算 。在一般锅炉控制中，均取送风量与给煤量的比值β来代替过量空气系数α0，因此风/煤比与α0等价。图2表示风/煤比与锅炉热损失及效率关系间的关系。

 

    热效率曲线为单峰向上凸的极值曲线，在煤质、炉体等工况发生改变时，热效率曲线的极值点在α附近―最佳燃烧区漂移，为实时保证锅炉的最佳燃烧效率，需要不断寻找这个最佳工作点。

 

    传统的送风调节系统采用直接保持燃料量与送风量成比例关系的比值调节方式，但不能对其进行动态修正，由于燃煤质量等外界因素的不确定性，保持风/煤比固定方式不能始终确保锅炉燃烧过程的最佳经济性。基于烟气氧量矫正的控制方法虽然可实现锅炉高效燃烧，但当负荷大幅变化或过剩空气率变化很大时，很难有效提高燃烧率。因此选用风/煤比自寻优控制方法。

 

3.2  锅炉效率自寻优控制方法

    (1)  锅炉效率寻优指标

    由于锅炉每小时的总有效利用热量越高其效率也越高，而可以在线计算，故实际控制中采用来代替作为经济指标。的计算公式如(3)，(3)

   

    式中，为产生过热蒸汽所需要的热量；为排污水带走的总热量；为再热蒸汽带走的总热量；为其它利用的总热量。

 

    通过对过热蒸汽、排污水等焓值随温度变化规律的分析，可得到锅炉热效率寻优指标表达式(4)，     (4)

 

        (2)  自寻优控制设计思想

    如果上次风机挡板开度变化与本次热量信号的符号同为正向，则下次挡板开度变化为正；如果上次风机挡板开度变化与本次热量信号的符号同为反向，则下次挡板开度变化取为原来的反向；如果上次风机挡板开度变化为反向，本次热量信号为正向，说明锅炉效率处于反向增大阶段，则下次风机挡板开度变化继续取反；如果上次风机挡板开度变化为正向，本次热量信号为反向，锅炉效率正在下降，则下次风机挡板开度变化继续取反向。经过以上分析可得：如果本次热量信号为正，则保持原来风机挡板变化方向不变；如果本次热量信号为负，则改变原来风机挡板变化方向不变。当负荷作微小扰动时，不频繁改变送风量；当，时表示已搜索到最佳工作点，锅炉运行在最佳燃烧状态。

 

4  系统功能

 

        (1)  监控功能

        系统在运行过程中，上位机将下位机采集上来的锅炉运行数据和热力站传送上来的运行参数进行实时处理，实现对现场温度、压力、液位、流量等工艺过程参数的模拟动态显示。通过下位机的反馈至上位机的信号实现对现场仪表、风机、水泵及上煤系统运行状态的监控。

        (2)  调节功能

        通过控制软件实现燃烧的最优控制。

        (3)  报警功能

        系统具有故障报警（风机、水泵、上煤系统等的启、停故障等）和超限报警（高、低液位、压力、流量、温度报警等）。

        (4)  数据查询、报表记录功能

        可根据用户的要求，对各类数据进行查询、打印、形成报表汇总。

        (5)  曲线功能

        对用户关心的温度、流量等信号，系统以实时、历史趋势曲线的形式直观地表示出来。

 

5  结语

 

    本系统采用DMC50智能调节器进行控制，系统功能完善，结构先进合理，便于维护，可靠性高，使锅炉热效率有很大提高，尤其是锅炉低负荷运行时，效率提高显著。