蒸汽鍋爐節能自動(dòng)監控系統

系統設計圍繞可靠、穩定、節能、簡(jiǎn)單為最終目標。在此基礎上盡量滿(mǎn)足自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò )化、信息化的系統集成，并實(shí)現集中管理分散控制，為便于日后的系統升級與能源管理等。

     因為鍋爐的數量多并且容量大，如果只用傳統的開(kāi)放式管理模式和粗曠的控制手段，每天的浪費，每月每年累積下來(lái)都會(huì )是觸目驚心的數字。鑒于現狀，必須對鍋爐的管理和控制提到一個(gè)全新的高度。 
     盡管變頻調速已經(jīng)取代了傳統調節機構實(shí)現了節電，但鍋爐的煤耗遠大于電耗，而作為調節燃燒狀況的鍋爐輔機，如果速度比例分配不合理或協(xié)調不恰當，都將增加煤耗和電耗。現取四例說(shuō)明如下：

• ●煙氣含氧量

  1、經(jīng)濟性： 
       燃煤鍋爐燃燒質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到鍋爐燃料消耗率的高低，既要使燃料達到完全燃燒，同時(shí)又不過(guò)多地增加排煙量和降低燃燒溫度（過(guò)高的燃燒溫度會(huì )導致排煙溫度的升高和結渣的加速）。就必須保證鼓風(fēng)量和燃料量的搭配適宜，這里我們引入了“風(fēng)煤比”這個(gè)概念。“風(fēng)煤比”就是在當前風(fēng)量下所能燃燒的煤的最大值。防止由于風(fēng)量不夠導致煤不能充分燃燒或空氣過(guò)剩致使大量煙氣帶走鍋爐熱量。過(guò)剩空氣系數對節煤和環(huán)保都有很大意義。因為如果不能充分燃燒將會(huì )導致灰渣的含炭率增高，這樣比較浪費煤，同時(shí)還會(huì )造成煙氣含炭量增高影響排放。過(guò)剩空氣同時(shí)還會(huì )導致風(fēng)機電耗的增加。

  2 、安全性： 
        鍋爐運行的安全性來(lái)看，爐內過(guò)剩空氣系數過(guò)小，會(huì )使燃料中的碳不能完全燃燒，造成煙氣中含有較多的一氧化碳（CO）氣體。由于灰分在還原性氣體（CO）中氣熔點(diǎn)降低，易引起爐內結渣的后果。過(guò)剩空氣系數過(guò)大時(shí)，會(huì )加劇飛灰對受熱面的磨損。飛灰磨損與煙氣流速的三次方成正比，因此隨著(zhù)過(guò)剩空氣系數的增大，將使鍋爐受熱面的管子和引風(fēng)機葉片磨損加劇，影響到設備的使用壽命。同時(shí)使燃料中的硫份易形成三氧化硫（SO3）,露點(diǎn)溫度也相應提高，從而使尾部煙道的空氣預熱器也易于腐蝕，對于燃用高硫煤的鍋爐尤為顯著(zhù)。

  3、解決方法 
        正常燃燒時(shí)，首先要控制燃料與空氣的比例，使過(guò)剩空氣系數α保持在一定范圍內。當熱負荷變化時(shí)，鼓風(fēng)和引風(fēng)轉速同時(shí)響應，加負荷時(shí)，爐排略滯后于鼓風(fēng)，減負荷時(shí)，爐排略提前于鼓風(fēng)。正常燃燒時(shí)，系統連續監察煙氣氧含量，氧量過(guò)剩空氣系數微調原來(lái)的“風(fēng)煤比”值，最初的“風(fēng)煤比”值來(lái)自于人工觀(guān)察給定。

• ●爐膛負壓

  1、經(jīng)濟性： 
       爐膛負壓的大小對于節能影響很大。爐膛壓力過(guò)低會(huì )使大量的冷風(fēng)漏入爐膛，同時(shí)將會(huì )增大引風(fēng)機的負荷和排煙熱損失。負壓大，被煙氣帶走的熱量就大，熱損失增加，煤耗量增大，理想運行狀態(tài)應在微負壓狀態(tài)。它能明顯增加懸浮煤顆粒在爐膛內的滯留時(shí)間，增加沉降，減少飛灰，使煤燃燒更充分以提高熱效率。由于負荷變化，需要改變給煤量和送風(fēng)量，隨之也要改變引風(fēng)量，以保證爐膛負壓的穩定，但由于人工操作的誤差和其它種種原因，導致?tīng)t膛負壓往往很大。從而使煤耗增加。 
       在手動(dòng)或簡(jiǎn)單自動(dòng)控制運行時(shí)，如果鍋爐的熱負荷波動(dòng)較大時(shí)風(fēng)機會(huì )頻繁的起、停（上、下限控制），因為引風(fēng)機先開(kāi)后停的邏輯順序，致使風(fēng)機啟停次數越多，鼓、引風(fēng)的運行時(shí)間差就越大。而時(shí)間差越大，鍋爐的排煙熱損失就越大。特別在風(fēng)機沒(méi)有安裝變頻的情況下，熱損失更大。

  2、安全性 
       為了保持爐膛壓力在要求的范圍內，引風(fēng)量必須與送風(fēng)量相適應，爐膛負壓太大甚至會(huì )引起內爆；反之爐膛負壓太小甚至高出大氣壓力的時(shí)候，會(huì )使火焰和煙氣冒出，不僅影響環(huán)境衛生，甚至可能影響設備和人生安全。

  3、解決方法 
       鼓、引風(fēng)在任何時(shí)刻都同時(shí)響應，同時(shí)鼓、引風(fēng)在運行時(shí)二者頻率差，一直等于最初人工設定的基本頻率差與實(shí)時(shí)修正值的和，因為有基本頻率差的參與，所以任意時(shí)刻負壓都較平穩。

• ●被控量的穩定性

  1、經(jīng)濟性 
       當鍋爐處于低限啟動(dòng)、高限停止的運行控制模式或被控量波動(dòng)很大時(shí)，系統都存在高低偏差的浪費。浪費體現在低限滿(mǎn)足了生產(chǎn)工藝需要的目標值，而從低限向高限爬升的過(guò)程就是溫度或壓力爬升的過(guò)程，與此過(guò)程同時(shí)發(fā)生的有，排煙溫度、鍋爐熱散失、水泵電耗等參數的爬升。如果可以讓鍋爐運行在一個(gè)相對穩定的狀態(tài)，即波動(dòng)盡可能的小，便可減小這些偏差造成的浪費。 
       另外，所有的生產(chǎn)過(guò)程都需要更穩定的蒸汽壓力和熱媒溫度，因為他可以提高產(chǎn)品品質(zhì)和降低產(chǎn)品出次率。

  2、安全性
       壓力和溫度越穩定，管道和鍋爐本體的應力變化也就越小，管道和鍋爐本體泄漏的幾率也就越小。

  3、解決方法

  1. A、連續調節，不做間歇啟停控制。
  2. B、使用通訊，免除模擬信號傳送易被干擾的現象。
  3. C、串級PID和前饋控制。
  4. D、專(zhuān)業(yè)控制算法。
• ●鍋爐效率的檢測

  1、經(jīng)濟性 
       在多臺鍋爐并聯(lián)運行（一起參與調節）時(shí)，鍋爐是同時(shí)調節還是逐臺調節，及逐臺調節的先后順序都是非常講究的。理論上應該讓較高效率的鍋爐最后調節而最低效率的鍋爐最先調節，這是最節能的方法。事實(shí)也如此。問(wèn)題是如何測量每臺鍋爐的各自效率。而讓電腦自動(dòng)執行先后順序。

  2、解決方法 
       測量每臺鍋爐的給煤量，蒸汽流量和蒸汽壓力或熱媒溫差和熱媒流量，測量鍋爐輔機電耗。以計算鍋爐的綜合能耗。并將比較結果作為調節先后順序的依據。

  二、設備控制
• ●工業(yè)以太網(wǎng)

       作為高效自動(dòng)化系統的骨干，工業(yè)數據網(wǎng)絡(luò )要求和工業(yè)總線(xiàn)系統要求的突出特點(diǎn)是可擴充性和經(jīng)常需要擴展。工業(yè)以太網(wǎng)是已經(jīng)確立的應對這些需求的骨干網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。我們的工業(yè)以太網(wǎng)可以提供卓越的功能性和靈活性——即使是在長(cháng)距離上——并可應對您的變化需求。 
       為了大量數據包的快速交互轉發(fā)，PLC與上位機通過(guò)工業(yè)管理型以太網(wǎng)交換機，以100M的最高速率無(wú)縫鏈接。當多臺鍋爐并聯(lián)運行時(shí)，系統監察每臺設備的綜合效率，依次來(lái)決定效率較低的鍋爐優(yōu)先調整，而效率較高的以最佳負荷率運行。

• ●串口通信

       為了得到更多變頻器的狀態(tài)信息和更好的解決模擬信號易被干擾的問(wèn)題，PLC與變頻器使用MODBUS –RTU通信，其中對于變頻器的故障內容更有別于傳統的故障繼電器節點(diǎn)輸出。 
       通信可使故障原因細分到上十種，并上傳至電腦，以便于操作員通過(guò)系統指導，更具針對性的高效快速的解決問(wèn)題。 
  對于二次儀表的通信，避免了重復安裝傳感器而帶來(lái)的成本提升和管理繁雜。

• ●電磁兼容
  1. A、作為系統最大的傳導干擾源，變頻器必須全部就地獨立接地。
  2. B、自控系統離開(kāi)變頻接地系統20米獨立接地。
  3. C、上位機由UPS供電。
  4. D、自控系統使用加磁環(huán)和隔離變壓器的隔離電源。
  5. E、自控系統線(xiàn)纜離開(kāi)動(dòng)力線(xiàn)纜一米以上穿線(xiàn)管獨立布線(xiàn)，線(xiàn)管接地。
  三、系統優(yōu)點(diǎn)
  1. A、持續的過(guò)程優(yōu)化，持續的能耗降低，連續的數據采集，透明的工作現場(chǎng)，便捷的報表瀏覽，網(wǎng)絡(luò )化的協(xié)同自動(dòng)化。
  2. B、出色的可擴展性、模塊化的組合。
  3. C、集中管理，分散控制，風(fēng)險的最小化。
  4. D、清楚明了的診斷功能可以幫您快捷、輕松的解決問(wèn)題。
  5. E、快速工業(yè)以太網(wǎng)的集成架構，提供了車(chē)間級全局的設備訪(fǎng)問(wèn)。為通過(guò)持續的質(zhì)量監控，高效的產(chǎn)能優(yōu)化鋪平道路。
  四、實(shí)現功能
• ●報警與安全保護
  1. A、高、低出口油溫（汽壓）、電機負荷、爐膛負壓、省煤器（空氣預熱器）壓差等極限報警。
  2. B、回油溫度（蒸汽壓力）、汽包水位變化率報警。
  3. C、超溫（壓）自動(dòng)強制停車(chē)。
  4. D、油壓（水位）異常報警，如無(wú)應答強制停車(chē)。
  5. E、引風(fēng)電機（變頻）故障時(shí)鼓風(fēng)爐排強制停車(chē)并報警。
  6. F、其它設備故障時(shí)報警。
  7. G、通信出錯時(shí)自動(dòng)切換至常規控制并報警。
  8. H、報警發(fā)生時(shí)聲光警示、電腦顯示具體報警內容與報警原因及故障處理指導流程。
• ●控制工藝
  1. A、運行、降速、升速時(shí)爐膛都保持恒微負壓。
  2. B、在合理效率點(diǎn)自動(dòng)調整燃燒狀況，超過(guò)合理點(diǎn)以下限（上限）運行，至減載壓力（溫度）自動(dòng)停機，至加載壓力（溫度）自動(dòng)開(kāi)機。
  3. C、以出口油溫（汽壓）為目標函數，自動(dòng)跟蹤反向修正被控量。
  4. D、依據實(shí)際工況可隨意更改鼓、引、排的速度比例。
  5. E、穩態(tài)運行時(shí)自動(dòng)調整給煤和配風(fēng)的比例，提高整體能效比。
  6. F、依據煙氣氧量、排煙溫度，作為系統的輸入數據，當系統取得這些樣本數據后，建立鍋爐燃燒特性模型，并經(jīng)過(guò)軟件分析，給運行人員一個(gè)優(yōu)化燃燒的操作指導，運行人員根據這些操作指導進(jìn)行手動(dòng)操作，或將操作指導納入到自動(dòng)控制系統中進(jìn)行優(yōu)化調整。。
• ●控制冗余
  1. A、鼓、引、排控制保留原驅動(dòng)系統。
  2. B、通信異常時(shí)自動(dòng)切換到原儀表控制。
  3. C、自動(dòng)控制與儀表控制可一鍵自由切換。
  4. D、主、付操作員站故障時(shí)，可以由原柜體按鈕起停電機，不影響自動(dòng)控制，但無(wú)法再修改數據和無(wú)法看到報警信息。
• ●信息與管理
  1. A、系統開(kāi)放所有OPC服務(wù)器的數據，支持極大部分的辦公管理軟件自由訪(fǎng)問(wèn)，控制電腦上所見(jiàn)的鍋爐運行各項數據。
  2. B、變頻電耗、鍋爐總電耗、換算煤耗一一可見(jiàn)。
  3. C、各項數據與報警記錄歷史可查、可打印，數據可保存1年。
  4. D、局域網(wǎng)內計算機可用共享文件方式簡(jiǎn)單瀏覽各項數據。
  5. E、記錄所有需要記錄但可以記錄的數據。