1、毕业设计文献综述 电气工程及其自动化 锅炉自动加药系统 1 前言 随着现代化工业的飞速发展，对能源利用率的要求越来越高，由于锅炉在生活中使用广泛，其控制和管理要求也原来越高。在我国，除了少数大中型锅炉采用了先进的控制技术外，绝大部分中小企业所用的锅炉，很多还停留在选用仪表和继电器控制，有的还是人工操作，这已经无法满足要求 1。因此，对锅炉控制系统采用控制技术，不仅能实现安全生产的目的，还能节煤节电并能使排放更环保，具有很好的市场发展空间和投资收益前景。 锅炉作为提供热动力的系统设备，被广泛地用于各行各业的 生产、生活。锅炉想要安全、经济、可靠地运行，其水质是个关键，对工作压力和工作温度的锅炉来
2、说，水质尤其重要。国家锅炉水处理标准明确规定：“工业锅炉蒸发量 6t/h,锅炉给水需要进行水软化与除氧和锅炉炉内加药处理。”锅炉炉内加药主要目的为防止锅炉结垢，保证排污效果。主要有 3 个作用：预防锅炉发生爆炸等安全事故；保证锅炉换热效果，提高锅炉热效率；确保锅炉正常排污，控制蒸汽品质。在传统的船舶辅锅炉控制系统中，由于使用了继电接触式控制线路，使控制复杂而且故障多、可靠性差、维护工作量大。近年来，船舶机舱自动化要求越来越高，采用可编程控制实现锅炉的自动控制，可以使线路简单，可靠性提高、维护方便且容易实现现场调试。 传统的锅炉控制系统大多采用手动操作或者仪表控制，控制精度低，生产效果差。为了满
3、足企业发展的需求，必须改进锅炉控制。随着 PLC 技术和触摸屏技术的发展，国内外相继研发了一系列先进的控制系统。在锅炉控制方面使人们摆脱了常规仪表控制的局限性，其具有结构简单、界面人性化等有点，为企业提高自动化水平，创造更高的经济效益提供了有力的保障。 2 PLC 控制在锅炉加药系统中的应用 2.1 锅炉设备及系统 3 锅炉是火力发电 厂的主要设备之一，其作用是使燃料在炉内燃烧放热，并将锅炉内工质由水加热成具有足够数量和一定质量（汽压、汽温）的过热蒸汽，供汽轮机使用。在锅炉中，实现燃料化学能转换成过热蒸汽热能的同时，进行着三个相互关联的主要工作过程，即燃料的燃烧过程、传热过程和过热蒸汽的产生过
4、程。燃烧过程是在锅炉的炉膛中进行的，燃烧过程的任务是使燃料燃烧放出热量，产生高温的火焰和烟气。传热过程的任务是使火焰和高温烟气的热量通过各种换热设备传递给水、蒸汽或空气。来自高压加热器的给水进入锅炉后，经过省煤器、水冷壁和过热器吸收火焰或烟气的热能， 逐渐由未饱和水变成饱和水，再有饱和水变成饱和蒸汽，最后由饱和蒸汽加热成为具有一定压力和温度的过热蒸汽。 2.1.1 锅炉设备 电厂锅炉由锅炉本体设备、辅助设备和锅炉附件组成。 锅炉本体设备是锅炉的主要组成部分，由汽水系统和燃烧系统组成。 锅炉的辅助设备主要包括通风设备、输煤设备、制粉设备、给水设备、除尘和除灰设备等。通风设备主要包括送风机、引风机
5、、烟囱等，其主要作用是提供燃料燃烧和煤粉干燥所需的空气，并将燃烧生成的烟气排除炉外；输煤设备主要包括卸煤设备、受煤设备、煤场机械、输煤皮带、配煤设备等，其主 要作用是将进入发电厂的煤或煤场中的煤送入锅炉原煤斗中；制粉设备主要包括原煤仓、给煤机、磨煤机、粗粉分离器、细粉分离器、排粉风机等，其主要作用是将原煤干燥并磨制成合格的煤粉；给水设备由给水泵和给水管路组成，其主要作用是向炉内可靠地供水；除尘、除灰设备主要任务是清除烟气中的飞灰和燃料燃烧后的灰渣。 锅炉附件主要包括安全门、水位计、吹灰器、热工仪表和控制设备等。此外，锅炉还有炉墙和构架。 2.1.2 锅炉系统 锅炉的系统由燃烧系统和汽水系统和其
6、他辅助系统等组成。 锅炉的炉即泛指燃烧系统，锅炉燃烧系统由炉膛、烟道、 燃烧器、空气预热器等组成，其主要作用是是燃料在炉内良好的燃烧，放出热量。锅炉的“锅”即泛指汽水系统，锅炉的汽水系统由省煤器、汽包、下降管、联箱、水冷壁、过热器、再热器组成，其主要任务是有效吸收燃料放出的热量，使炉内水蒸发并形成具有一定温度和压力的过热蒸汽。辅助系统包括燃料供应系统、煤粉制备系统、给水系统、通风系统、除灰除尘系统、水处理系统、测量和控制系统七个辅助系统。 2.2 锅炉加药系统的自动控制 【 4】 本文阐述了 JYT 1 型锅炉加药自动调节装置的控制原理、安装和实验情况。这种装置使火电厂加药系统得到准确 而自动
7、地严格控制，从而有效的防止锅炉给水系统和水汽系统的金属腐蚀和结垢。在火力发电厂，为防止锅炉给水系统和水汽系统的金属腐蚀和结垢，都要在补给水、给水或凝结水中加入氨或联氨，在锅炉水中加入磷酸盐等药品。由于锅炉的负荷经常变化和有各种泄漏，使管路中药液浓度也随之变化。若药量不足，则不能有效地防止金属腐蚀或结垢。而加药过量，不仅不经济，还会造成严重地腐蚀或结垢。 JYT 1 型加药自动调节装置可以很好地解决这一问题。他可根据预调的给定值，自动连续的检测、记录和调节加药量，使锅炉水系统中的含药量始终保持稳定。 2.2.1 控制原理 JYT 1 型加药自动调节装置是一个定值闭环自动调节系统，该装置由控制柜和
8、配带直流电机的加药泵组成。 1、 取样分析：用发送器把管路中药液浓度转换成电信号，送往控制柜中的监测分析仪表，每种检测仪表都配有各自专用的发送器。这些检测分析仪表可将所有测药液浓度变化情况转换成 010mA 和 010mV 两种标准直流信号输出。 2、 调节控制：检测仪表输出的 010mA 信号送到调节器，与给定值比较，其偏差由调节器按预先整定的比例、积分和微分调节规律进行运算后转换成 010mA 直流信号输出。调节器再将此信号 转变成 0160V 电压送到电机电枢，用以控制直流电动机的转速即加药泵活塞往复频率，从而控制加药量，使管路中药液浓度保持稳定。在控制柜中还可加装一只转换开关，对两台互
9、为备用的加药泵进行切换。 3、调节器参数整定：（ 1）给定值得确定：所需控制值在检测仪表上的刻度位置与满刻度位置之比即为给定值 .（ 2） PID 参数整定：加药自动控制是一个具有时滞的惯性系统，药液浓度的变化或给定值的变化都需要经过一段时间后逐渐在检测仪上反映出来，再经调节器的调节控制，缓慢趋于稳定。 4、调速器原理：来自调节器的 010mA 信号，经直流 放大送到触发器。根据该信号的强弱，触发器调整可控硅整流桥的导通角大小，也就是说，可控硅直流调速器输出的 0160v直流电压与输入的 010mA 信号成正比。电动机的转速与调节器输出的控制电压也近似成正比，在电路中引入电流正反馈和电压负反馈
10、环节是为了提高调速的精度和稳定性。 2.3 基于 PLC 的工业锅炉的 DCS 系统设计 由于锅炉在生活中使用广泛，其控制和管理要求也越来越高。介绍了两台两台供暖锅炉控制系统的 DCS 系统设计，控制技术运用 PLC 实现整体控制，运用变频器调节鼓风、引风和炉排电动机，运用工业计算机实现上位 机监控，利用 PLC 的 PD 功能，对锅炉系统采用先进的控制技术，不仅能够实现安全生产的目的，还能够节煤节电并使排放更环保，具有很发的市场发展空间和收益前景。 2.3.1 锅炉 DCS 控制系统自动控制 锅炉 DCS 控制系统自动控制是近年来研发的一项新技术，它是计算机软件、硬件、自动控制、通讯网络和锅
11、炉节能等几项技术紧密结合的产物。采用控制算法和 DCS 系统进行控制，可以有效提高工业锅炉的热效率、降低煤耗电量，是一件具有深远意义的工作， DCS控制的锅炉控制系统中，包含两台鼓风机、两台引风机、两台炉排机共六台电动机，采用PLC 与变频器结合实施对锅炉六台电动机的控制，具有十分周到的安全机制，设置了多点声光报警，和自动连锁停炉。控制系统采用前馈加 PD 控制器通过对变频器调速系统调节引风量来控制炉膛负压，节能和控制效果非常明显。 2.3.2 系统的软件设计 燃烧系统由 6 台变频器各自控制一个电动机组成。两台锅炉均有其相应的引风机、鼓风机和炉排机，全部要求变频控制且顺序控制功能，其启动顺序
12、如图 2 所示，停机按逆序进行。该控制考虑了连锁保护，一旦鼓风机或引风机或炉排机或者变频器出现故障，既报故障信号立即实现连锁，整个锅炉系统停炉，保证锅炉 安全。另外手动控制部分也设计了连锁保护功能，启动时必须是先启动引风机再启动鼓风机，停机时必须先停鼓风机，然后停止引风机。 2.4 锅炉加药、连续排污自动控制参数选择的探讨 【 5】 控制参数的选择是提高和完善自动化控制水平的一项重要内容。文章指出加药、连续排污自动控制参数的选择首先要满足水化学的技术要求，重点阐述了根据不同的水化工学工况控制参数选取的依据、原因。并结合企业在调试中的经验，提出了适宜控制参数控制的控制指标。随着锅炉参数的不断提高
13、，蒸汽 携带成为蒸汽污染的主要方式和途径，更要求控制降低水中的杂质含量。在一定给水品质的前提下，既要确保不因水杂质增多而导致蒸汽品质不良，又要减少汽、水损失及药品损失，锅炉加药、连续排污实现自动控制是优先的选择，作为自动控制的控制参数的选择更是充分发挥自控作用的重要内容之一。 2.4.1 控制参数的选择 要确保炉水达到防垢、防腐的目的，不仅要维持一定量的 PO43-还要保证炉水的 pH 值。目前，磷酸盐处理主要有高磷处理、协调磷酸盐处理、协调 pH磷酸盐处理、平衡磷酸盐处理（低磷处理）几种说化工学工况。 【 68】 以二级除盐 水（或纯水）补给的高压炉，采用低磷处理，从经济性、稳定性考虑可选择
14、 pH在线检测仪为宜，一般都控制炉水 pH 在 99.5 之间。可控制磷酸根在 23mg/L 范围。采用高磷处理，通过加氨控制给水 pH 来调节炉水的pH，控制磷酸根含量在 210mg/L,同时给水 pH 应满足 8.89.3.炉水 pH 可控制在 910 范围。 2.4.2 自动连续排污控制参数 锅炉运行中，给水带入的杂质，除一部分被蒸汽带走外，大部分仍留在锅水中，由于炉水不断浓缩，含盐量在不断增大，当炉水含量达到临界含盐量后，蒸汽品质就急剧恶化。因此必须排走 一部分含盐浓度高的炉水，以便使炉水含盐量维持在临界含盐量一下，确保蒸汽品质。连续排就是排除炉水中可溶性盐类与细微的或悬浮的水渣，是炉
15、水的含盐量与含硅量保持在合格的范围。在炉水 pH 稳定运行方式正常情况下，饱和蒸汽硅含量主要受炉水硅含量的制约 【 9】 可以以炉水含硅量作为自动连排控制参数。 3 总结 从某种意义上讲，锅炉控制效果的好坏对企业的经济效益和人民的生活质量有着直接的影响。由于锅炉本身具有多输入、多输出并且个参数之间还具有相互关联的特点，所以对锅炉的控制始终是各国人员不断探索研究的一个重要课题。我国“十一五 ”科技发展规划中，也将自主开发 600MW 等级的超临界循环流化床锅炉列为战略目标和开发重点。这也说明了锅炉系统在现在发展中的重要性，在现代化工业中，锅炉加药系统进行自动化控制能够提高企业的生产效益和经济效益
16、，因此，对在这一课题的研究具有深刻和长远的意义。自从美国的 DEC 公司 1968 年研制成世界上第一台可编程控制器到现在， PLC 技术得到了飞速的发展，用 PLC 设计自动化已成为一种潮流 【 2】 。 PLC 作为一门控制技术，在我国已有近二十年的应用，并已从工业控制逐渐向其他行业扩展，相信随着本身性能的不断提高，其应用领域将 不断拓宽，了解及掌握这一控制技术，将使我国的自动化控制技术得到更广泛的应用。 4 参考文献： 1 佟亮 ,赵肖宗 ,黄操军 .模糊 PD 控制在锅炉燃烧系统中的应用 J.信息技术 ,2006(6):55-57. 2范永胜 ,王岷 .电气控制与 PLC 应用 M.第
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