基于PLC的燃煤锅炉控制系统设计王宇.doc

1、毕 业 设 计 （论 文 ）开 题 报 告设计 （论 文） 题 目 :基于 PLC 的燃煤锅炉控制系统设计院 系 名 称: 电气与信息工程学院 专 业 班 级: 电气工程及其自动化 08-1 班 学 生 姓 名: 王宇 导 师 姓 名: 乔爽 开 题 时 间: 2012.3.28 一、课题研究的目的和意义一、课题研究的目的和意义指导委员会审查意见：签字： 年 月 日根据不完全统计，我国共有各类锅炉近 40 万台，每年的耗煤量达 3 亿多吨，占我国原煤产量的三分之一。由于煤质变化大，设备陈旧，不仅工人劳动条件差，劳动强度大，而且锅炉热效率低。因此，在满足工艺要求的前提下，为了提高锅炉的热效率，降

2、低能源消耗，把工人从繁重的劳动中解放出来，促进文明生产，锅炉实现自动控制是一个急待解决的问题。据有关资料统计一台10Th 的锅炉，若能提高效率 1，每年就能节省煤 200 吨左右，约合人民币50000 多元，经济效益是很明显的。又如对燃煤锅炉进行改进，实行自动控制，在不需要人工干预的情况下，随时调整给水量、燃料量、送风量及引风量，维持水位、蒸汽压力、蒸汽温度及负压的恒定，就有可能将锅炉的热效率提高5以上。另外，使锅炉达到经济燃烧状态，还可以减少烟气中的含尘量，减少空气污染。本课题根据该校园的实际情况，设计的集成自动化系统将现场的锅炉控制运行和管理有机的良好结合，实现锅炉系统的安全高效运行。从上

3、世纪80 年代至 90 年代中期，PLC 得到了快速的发展，在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。二、文献综述（课题研究现状及分析）锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和

4、蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和热源的锅炉，办向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。燃煤锅炉是工业生产和集中供热过程中重要的动力设备。锅炉能耗巨大，每年的耗煤量超过3亿吨，占我国原煤产量的三分之一，提高其生产效率不仅具有客观的经济效益，还有重要的环保意义。但是我国目自动运行的大多数锅炉系统控制水平不高，效率普遍偏低于国家标准，操作工人水平参差不齐，经常是凭感觉和经验去操作，长期使锅炉处在能耗高、环境污染严重的生产状态。据有关资料显示，世界85的人口正陆续进入工业化阶段，全球性的人口、资源、环境矛

5、盾尖锐，使我国的现代化面临严峻的挑战，即使国际市场能够弥补中国资源的不足，生态和环境破坏的沉重代价也难以承受。随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。其优越性主要在于：首先，通过对锅炉燃烧过程进行有效控制，使燃烧在合理的空燃比条件下进行，可以提高燃烧效率。由于工业锅炉耗煤量大，燃烧热效率每提高1都会产生巨大的经济效益。其次，锅炉控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面使运行参数在CRT上的集中监测，操作人员在监控计算机上能根据

6、控制效果及时修改运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，工业锅炉的微机控制必将得到更加广泛的应用。锅炉作为重要的动力设备，其控制的基本要求是供给合格的蒸汽，使锅炉蒸发量适应负荷的需要。为此，生产过程的各个主要参数必须严格控制。锅炉设备是一个多输入、多输出的复杂控制对象，这些输入变量与输出变量之间是相互关联的。如果蒸汽负荷发生变化，必将引起汽包水位、蒸汽压力和蒸汽温度等的变化；燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、蒸汽温度、炉膛负压；给水量的变化不仪影响汽包水位，而且对蒸汽压力、蒸汽温度等亦有

7、影响；所以锅炉设备是多输入，多输出且相互关联的控制对象。我国目前在用燃煤工业锅炉的煤炭消耗约占我国煤炭消耗总量的四分之一。且在用工业锅炉多为使用年限较长的老旧锅炉，效率低，污染重，节能潜力巨大。主要问题表现在以下几个方面。1.锅炉热效率低，能源不能得到有效利用，造成浪费。由于锅炉数量多，单机容量小，锅炉制造质量参差不齐，设备老化，大量锅炉存在大马拉小车现象，锅炉平均负荷不到70。2.锅炉老旧，自动控制水平不高，影响锅炉燃烧效率。部分在用燃煤工业锅炉未配置自动检测和控制仪表，操作人员无法及时根据运行数据及时调整锅炉的运行工况变化，不能及时有效将锅炉燃煤的燃烧控制在最佳状态，也限制了锅炉设备及辅机

8、的运行效率，造成了能源浪费和污染物不能达标排放。3.燃煤质量不稳定，影响锅炉出力。工业锅炉的燃煤以没有经过洗选加工的原煤为主，其热值、颗粒度、挥发份、灰分等各项指标大部分无法得到保证，影响锅炉出力。另外，燃料特性与燃烧设备不匹配，不能使煤的热能得到充分利用，燃料不完全燃烧。4.熟练的专业操作人员缺乏。这一现象普遍存在，很多小锅炉使用单位对操作人员的培训不到位，达不到持证上岗的要求，这给锅炉经济和安全运行带来极大隐患。5.水质不达标、结水垢严重，影响锅炉效率。目前，仍有很大一部分在用燃煤工业锅炉的水质无法达到GBl576-2008工业锅炉水质标准的规定，结垢严重，这不仅降低了锅炉效率，还给锅炉安

9、全运行带来隐患。6.排烟温度高，冷凝水综合利用率低。由于锅炉技术水平和运行水平不高，很多锅炉存在排烟温度过高、冷凝水利用率低、热损失大的现象。7.污染物排放控制不利，污染严重。许多企业出于自身经济利益的考虑，环保意识不强，多数未安装或未按规定运行脱硫除尘装置，污染物排放未得到有效控制，对大气及环境造成严重影响。8.热计量仪器准确度不高或配备不合理，不按规定进行检定，无法准确反应锅炉运行的真实数据，无法核算锅炉效率。9.节能监管不到位。各地方对锅炉的有效运行和污染物排放监管力度参差不齐，监管体系不健全，节能监管工作还有一定的缺失。三、基本内容、拟解决的主要问题3.1 工艺流程图 1.1 为锅炉结

10、构和工艺流程示意图。燃烧的煤层厚度通过闸板控制，炉排转速可有交流变频调速电机控制。为不受热面有省煤器和空气预热器。给水通过省煤器预热后给锅炉上水，空气经预热器后由炉排左右两侧的风道进入，烟气通过除尘器除尘，由引风机放至烟囱排放，主蒸汽经过过热器送至气柜和用汽部门。鼓风机和引风机都是由交流变频器来控制，通过调节鼓风机、引风机的速度来实现控制鼓风量和引风量。3.2 拟解决的主要问题1.锅炉汽包水位的控制汽包水位是锅炉安全运行的主要参数之一。水位过高会导致蒸汽带水进入过热器并在过热器管内结垢，影响传热效率，严重的将其过热管爆管，水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环，引起水冷壁局部过热而爆管。尤其是大型

11、锅炉，例如，30 万 KW 机组的锅炉蒸发量为 1024t/h，而汽包容积较小，一旦给水停止，则会在十几秒内使汽包内的水全部汽化，造成严重的事故。所以对汽包水位的控制是十分重要的。2过热蒸汽温度的控制大型锅炉的过热器是在接近过热器金属管的极限高温条件下工作的，金属管道强度的安全系数很小，过热蒸汽温度过高会使金属管道的强度大为降低，影响设备安全，温度过低会使热效率显著下降。所以过热蒸汽温度是有关安全和经济性的重要参数。过热蒸汽温度的自动调节的任务是维持过热器出口汽温在允许范围内，以确保机组运行的安全性和经济性。3.锅炉燃烧过程的控制燃烧过程自动调节系统的选择虽然与燃料的种类和供给系统、燃烧方式以

12、及锅炉与负荷的连接方式都有关系，但是燃烧过程的自动调节任务都是一样的。归纳起来，燃烧过程调节系统有三大任务需要解决。第一个任务是维持气压恒定。气压的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应，必须相应的改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量。第二个任务是保证燃烧过程的经济性。当燃料量改变时，必须相应的调节送风量，使它与燃料量相配合，保证燃烧过程有较高的经济性。第三个任务是调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。四、技术路线或研究方法根据前期的实践和研究，提出本设计的整体方案，如图 1.2 所示。其中PLC 采用 S7-200 可编程控制器，通过传感器和显示屏得知锅炉各参数的当前状态，通过对水位，蒸

13、汽温度和炉膛压力的控制，使锅炉经济燃烧，风机和炉排的通过变频器控制转速，给水量由变频器控制水泵的转速，给煤量通过闸板控制，炉排的转速由变频器控制，显示设备采用西门子 TD-400c。变频器变频器变频器变频器引风机鼓风机P L C可编程控制器炉排水泵触摸屏显示屏水位 传感器温度 传感器压力 传感器图 1.2五、进度安排1.第一周第二周，查资料、交开题报告。2.第三周第四周，查资料、设计系统方案及论证。3.第五周 开题答辩4.第六周第九周，基本完成硬件部分设计。5.第十周第十三周，完善硬件部分设计并完成软件部分设计。6.第十四周第十五周，经检查完成毕业设计和原理图部分。7.第十六周，上交毕业设计和

14、原理图。8.第十七周，毕业答辩参考文献1李玲孙学信，李敏，等锅护压力容器安全技术2001（5）：162赵饮新工业锅炉安全经济运行北京：中国标准出版社，2003.23张亮明工业锅炉自动控制北京：中国建筑工业出版社，1987 年 1 月4王卓，付冬梅，刘德军等锅炉汽包水位控制系统的研究自动化仪表第22卷第11期，2006年11月5廖晓钟自动控制系统北京：北京理工大学出版社2005.16李继灿，傅光永等微机计算机原理及应用北京：清华大学出版社，19947陈学俊，陈听宽.锅炉原理.北京：机械工业出版社.19498张亮明，夏桂娟.工业锅炉自动控制.北京:中国建筑工业出版社.1987.9刘培章，刘奇志.燃煤锅炉微机控制系统.电子应用技术.1999，610陆闽宁，丁维明.工业锅炉微机技术探讨.能源利用与研究.1994.511牛培峰，孙键.循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望.动力工程.1998.1212金以惠，方崇智，过程控制.北京：清华大学出版社.1998