鍋爐智能化控制的意義與相關(guān)技術(shù)探討論文
利用微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行燃?xì)忮仩t的進(jìn)氣、燃燒和水位系統(tǒng)的控制，是近年來開發(fā)使用的一項(xiàng)新型技術(shù)。
它不僅能改變目前鍋爐能耗較高、浪費(fèi)較大、嚴(yán)重污染環(huán)境的生產(chǎn)狀態(tài)，保證鍋爐系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行，更能從一定程度上減輕工作人員的勞動強(qiáng)度，具有長期的深遠(yuǎn)意義。
鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)一般是由鍋爐本體、一次儀表、手動和自動切換裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制閥等部件組成。一次儀表將鍋爐的各項(xiàng)溫度、壓力、流量、氧量、轉(zhuǎn)速等信號轉(zhuǎn)換成電壓(1-5V)或電流(4-20mA)等信號，通過中間轉(zhuǎn)換模塊傳遞給微機(jī)，手動和自動切換裝置方面，手動時(shí)由操作人員直接進(jìn)行控制，不要微機(jī)自控的干預(yù)。
自動時(shí)是經(jīng)過微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行精確地邏輯運(yùn)算并立即向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出操作指令，驅(qū)動各執(zhí)行機(jī)進(jìn)行必要的具體開關(guān)動作。微機(jī)可以對鍋爐的整體運(yùn)行進(jìn)行檢測、報(bào)警和控制，以保證其正常的運(yùn)行，還可以將鍋爐進(jìn)水位、爐體壓力報(bào)警等重要參數(shù)在設(shè)置多重報(bào)警和連鎖控制，有效避免發(fā)生重大安全事故。
微機(jī)控制系統(tǒng)主要由主機(jī)箱、通道箱、CRT顯示器、鍵盤、打印機(jī)、報(bào)警裝置、低通濾波器及I/V轉(zhuǎn)換板等組成，系統(tǒng)能夠完成對給水、進(jìn)氣、鼓風(fēng)、引風(fēng)等進(jìn)行自動控制，使鍋爐的汽包水位、蒸汽壓力處于規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)，以保證鍋爐的安全運(yùn)行，平穩(wěn)操作，達(dá)到降低能耗、提高蒸汽供汽質(zhì)量的目的，同時(shí)對運(yùn)行參數(shù)如壓力、溫度、流量等有流程動態(tài)模擬圖、光柱模擬圖等多幅畫面并配有數(shù)字說明，還可對汽包水位、壓力、爐溫等進(jìn)行越限報(bào)警，發(fā)出聲光信號，并定時(shí)打印出十幾種運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)，以形成生產(chǎn)日志和班、日產(chǎn)耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表，有定時(shí)打印、隨機(jī)打印等幾種方式。
關(guān)于鍋爐控制系統(tǒng)的硬件配置，功能較好的目前首推可編程序控制器PLC，適合于多臺大中型鍋爐控制，由于PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護(hù)、自診斷等功能，所以抗干擾能力強(qiáng)，能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中，故障率低。
PLC編程簡單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)，多臺PLC進(jìn)行同位鏈接及計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位鏈接，實(shí)現(xiàn)一臺計(jì)算機(jī)和若干臺PLC構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)，但是，這種連接方式價(jià)格較高，如果是控制單臺，資源不能充分利用，多臺鍋爐控制能提高性能價(jià)格比，如果從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，其壽命長，故障率低，易于維修，值得選用。另一種是16位STD總線工業(yè)控制機(jī)為主機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)，由于其性價(jià)比可以考慮，所以國內(nèi)應(yīng)用的較多。
再一種是智能儀表控制，以單(雙)回路可編程控制器為主，以PC機(jī)為上位機(jī)，彼此間采用RS-232連接，接受多路模擬量及開關(guān)量輸入，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)算、控制、通信及故障診斷功能，但是出于危險(xiǎn)分散的考慮，它雖有若干路模擬量及開關(guān)量輸入，但只有少數(shù)幾路采用4～20mA直接信號輸出，即原則上只控制少有的幾個執(zhí)行器，它與模擬儀表一樣，可與常規(guī)儀表混合使用，作為集散控制系數(shù)的一部分，是現(xiàn)代自動控制、計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)最新發(fā)展產(chǎn)物，該儀表編程方式采用模塊化，容易掌握。
鍋爐對系統(tǒng)的控制一般包括給水水位、燃燒和壓力等綜合系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制，其中給水水位控制系統(tǒng)實(shí)際上是為了保證鍋爐進(jìn)出水量平衡與否的指標(biāo)，通過調(diào)整進(jìn)水量的多少來達(dá)到進(jìn)水平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線位置附近，旨在提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。
以燃?xì)忮仩t為例說說鍋爐的檢測和控制過程，它主要是通過鍋爐的給水、燃燒等熱工變量的自動檢測和調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)過程的控制，對安全運(yùn)行和節(jié)能具有重要的意義。
汽包水位控制如果過高，將會影響到汽包內(nèi)的汽水分離，飽和水蒸汽帶水過多，使過熱蒸汽溫度降低;水位控制過低，加上負(fù)荷增大時(shí)，致使水的汽化速度會加快，汽包內(nèi)的水量迅速減少，如不及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，會使汽包內(nèi)的水全部汽化，危及鍋爐安全。當(dāng)負(fù)荷出現(xiàn)非常不穩(wěn)定時(shí)，給水流量產(chǎn)生擾動，致使汽包水位有較大延遲，導(dǎo)致蒸汽流量發(fā)生變化，將會出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象，使得三沖量難以運(yùn)行，因此應(yīng)該先以單沖量投入運(yùn)行，在工況穩(wěn)定后再投入三沖量，也可以要求單沖量和三沖量兩種控制方式能方便地進(jìn)行無擾切換。
為了保證鍋爐的安全、有效運(yùn)行，必須保證鍋爐汽包的水位處于一定的范圍，給水系統(tǒng)處于可控的穩(wěn)定狀態(tài)。所謂三沖量在這是指汽包水位、給水流量和過熱蒸汽流量。其中水位檢測是主要信號，給水量是反饋信號，過熱蒸汽流量是前饋信號。
當(dāng)過熱蒸汽流量改變時(shí)，將信號通過蒸汽流量檢測裝置傳輸給微機(jī)控制系統(tǒng)，進(jìn)行PID運(yùn)行計(jì)算同時(shí)調(diào)節(jié)給水閥門開度和蒸汽閥門流量調(diào)節(jié)閥門開度進(jìn)行給水調(diào)節(jié)，當(dāng)給水流量受到擾動時(shí)則能使給水流量恢復(fù)到原來值。
除了對鍋爐給水系統(tǒng)需重點(diǎn)控制外，還要對正常運(yùn)行時(shí)的主汽壓力和溫度的穩(wěn)定進(jìn)行控制。因?yàn)橹髌麎毫蜏囟仁欠从硻C(jī)組運(yùn)行情況的一個重要參數(shù)，主汽壓力過高會產(chǎn)生鍋爐本體和管道爆炸的危險(xiǎn)，主汽溫度偏高，過熱器及其它設(shè)備將在更加惡劣的環(huán)境下運(yùn)行，材料的使用壽命將會縮短。
相反，主汽壓力偏低不滿足生產(chǎn)使用的需要，主汽溫度偏低，則運(yùn)行設(shè)備達(dá)不到預(yù)定的'運(yùn)行效率和滅菌效果。因此，設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)要求主汽壓力和溫度都必須穩(wěn)定。燃?xì)忮仩t主汽壓力溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般主要采用由主汽的壓力、溫度數(shù)值、給水量及主汽的流量等參數(shù)組成的串級控制系統(tǒng)。
把主汽溫度測量的值以主調(diào)的反饋輸入值形式，和主汽溫度的設(shè)定值進(jìn)行PID運(yùn)算，然后送入副調(diào)，在副調(diào)中與減溫器出口汽溫進(jìn)行控制運(yùn)算，其結(jié)果經(jīng)限幅后由控制系統(tǒng)輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)噴水減溫的控制閥門。由于主汽流量變化時(shí)，噴水量必須相應(yīng)地發(fā)生變化，故在主汽溫度控制方案中把主汽流量信號以前饋控制的形式引入控制系統(tǒng)中。
利用微型計(jì)算機(jī)現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行的鍋爐整體系統(tǒng)的控制，從給水系統(tǒng)、水位控制、燃燒管理、自啟動管理和吹污自潔管理等等，至今應(yīng)算比較成熟的實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)控制和管理。相對于一般儀表來說，可以節(jié)約大量安裝儀表的空間和繁瑣的人力勞動，比手動調(diào)節(jié)更精確且遠(yuǎn)程控制可在一定程度上有效避免突發(fā)事故對人身傷亡的影響。
一般的中小型鍋爐可通過可編程控制器PLC的程序運(yùn)算，它具有抗干擾能力強(qiáng)、算法豐富、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，通過采用計(jì)算機(jī)加PLC的方式很好的完成控制功能。
大型鍋爐系統(tǒng)可以在此基礎(chǔ)上采用大型DCS分布式控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，工程造價(jià)較高但具有可靠穩(wěn)定的控制效果，且也便于擴(kuò)展升級。
結(jié)語：微機(jī)控制鍋爐技術(shù)具有良好實(shí)用前景，既可節(jié)約能耗又可提高鍋爐的運(yùn)行管理水平，減輕環(huán)境污染，目前國內(nèi)鍋爐已相繼采用微機(jī)控制系統(tǒng)，但數(shù)量還是很小得一部分，所以推廣應(yīng)用該技術(shù)具有十分深遠(yuǎn)的意義。另外該技術(shù)也需不斷完善和提高，進(jìn)一步做好降低微機(jī)控制系統(tǒng)的成本并與鍋爐本體設(shè)備做到更加緊密融洽的配合。
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