電石爐余熱蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)應(yīng)用

戴學(xué)玲

摘 要：在工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中，由各種換能設(shè)備、用能設(shè)備和化學(xué)反應(yīng)設(shè)備中產(chǎn)生而未被利用的熱量資源，余熱的數(shù)量很大，余熱鍋爐是石油、石化企業(yè)生產(chǎn)所需的主要設(shè)備之一，也是目前企業(yè)節(jié)能降耗、改善環(huán)境的重要設(shè)備。利用電石爐余熱，產(chǎn)生的蒸汽用于其它生產(chǎn)，又可大大改善煙氣排放質(zhì)量，設(shè)置鍋爐控制系統(tǒng)可節(jié)省人力、保護(hù)環(huán)境，利國利民。結(jié)合生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，通過自動控制系統(tǒng)對設(shè)備狀態(tài)以及工藝參數(shù)的監(jiān)控、報(bào)警，確保安全、平穩(wěn)、高效能運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng) 余熱鍋爐 三沖量

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0103-01

FR10-1.25-IIEg型余熱鍋爐，供水壓力≥1.6 MPa，正常供水量Q=12 m3，按照國家GB1576“低壓鍋爐水質(zhì)”標(biāo)準(zhǔn)中水管鍋爐的要求供水，供水管徑Dg50。該余熱鍋爐配備專用的清塵裝置和下部出煙振動電機(jī)，獨(dú)立的供配電系統(tǒng)和自控儀表系統(tǒng)，供配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對除塵裝置、爐底、安全照明、電焊機(jī)電源插座、普通照明、供水旁路調(diào)節(jié)閥等供電，余熱入鍋爐管、旁路管電動蝶閥開、閉控制回路、水泵電機(jī)控制回路。自控儀表系統(tǒng)通過檢測汽包水位、進(jìn)煙口溫度、負(fù)壓（煙壓）、除氧水箱液位、共處蒸汽流量及其累計(jì)、蒸汽壓力、供水流量等參數(shù)，利用兩臺引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速柜、MCC柜、電動蝶閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過上位操作系統(tǒng)、PLC等，加上必要的汽包水位、除氧水箱就地監(jiān)視、電視監(jiān)視系統(tǒng)，監(jiān)視整個余熱過爐的工作過程，保證汽包水位、爐膛負(fù)壓處于正常值，控制余熱進(jìn)鍋爐回路和旁路回路的安全切換，使整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 工藝流程及控制要求

以2000 kVA電石爐為例，產(chǎn)生的400 ℃-600 ℃余熱，通過主煙道進(jìn)入余熱鍋爐頂部。正常工作時，余熱進(jìn)入鍋爐；當(dāng)余熱鍋爐部分故障時，余熱通過旁路排入煙囪。余熱（煙氣）進(jìn)入鍋爐頂部后，依次經(jīng)過上部蒸發(fā)器段、下部蒸發(fā)器段進(jìn)入鍋爐底部的省煤器段，煙氣出鍋爐底部后被引入除塵裝置進(jìn)行除塵。余熱鍋爐出汽管處，可進(jìn)行向下、水平等6方向引出蒸汽；鍋爐供水系統(tǒng)通過兩臺水泵從樓除氧水箱抽水，通過省煤器預(yù)熱進(jìn)入鍋筒。以汽包水位、輸出蒸汽流量、供水流量三個量組成三沖量前饋-串級復(fù)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)，進(jìn)行汽包水位控制（見圖1）。實(shí)際控制回路是通過旁路閥間接調(diào)節(jié)供水量，理論上計(jì)算出的調(diào)節(jié)輸出取反后作為旁路閥的調(diào)節(jié)信號即可。

控制的主要對象是汽包水位，另一個控制對象是爐膛負(fù)壓。另外，為保證余熱鍋爐可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，合理設(shè)置就地及二次儀表、閉路電視監(jiān)視以及必要的手動操作、切換系統(tǒng)。

2 控制系統(tǒng)配置

本余熱鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)+PLC+儀表檢測指示+MCC柜+變頻控制柜+必要的手動操作就地監(jiān)視等組成。上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)1臺，計(jì)算機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，安裝監(jiān)控組態(tài)軟件，開發(fā)友好的、實(shí)用的監(jiān)控操作界面，實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)與操作人員的信息交互，加上必要的報(bào)表和操作、維護(hù)提示，方便實(shí)現(xiàn)企業(yè)對本套設(shè)備的維護(hù)和管理。1臺PLC控制柜、1套操作臺，用于放置上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)并設(shè)置必要的二次顯示儀表。

汽包高、低、高高、低低水位就地指示器選用磁浮子水位計(jì)，汽包為密閉容器，其水位測量采用差壓變送器；相關(guān)溫度的測量采用一體化熱電阻、熱電偶溫度測量儀；爐膛負(fù)壓采用微差壓變送器測量；除氧水箱液位采用普通的壓力變送器；考慮到蒸汽的高溫特性，其流量測量用孔板+三閥組+差壓變送器，流量累計(jì)采用由PLC根據(jù)流量值進(jìn)行計(jì)算的方法；蒸汽管路壓力也用普通的壓力變送器；高溫壓力測量采用引壓降溫等壓密閉測量的原理，可降低壓力變送器的選型成本；供水管路流量測量采用經(jīng)濟(jì)的渦節(jié)流量計(jì)。

汽包高、低水位就地指示器設(shè)置獨(dú)立的電視監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)置一個攝像點(diǎn)，選用高可靠帶自動冷卻、電動除塵的防護(hù)罩裝于墻上，彩色攝像機(jī)鏡頭裝于防護(hù)罩內(nèi)，視頻信號引入控制室，在控制室內(nèi)設(shè)置一臺彩色監(jiān)視器，分別監(jiān)視兩個彩色攝像機(jī)的信號。兩臺引風(fēng)機(jī)設(shè)置獨(dú)立的變頻控制柜。

本系統(tǒng)供、配電系統(tǒng)設(shè)置兩面MCC柜，負(fù)責(zé)相關(guān)部分設(shè)備的供電及電機(jī)、閥門電氣控制、柜門上也設(shè)有就地操作功能。

3 控制系統(tǒng)功能及主要控制內(nèi)容

鍋爐系統(tǒng)是一個大滯后、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，各個變量之間互相影響。有的被調(diào)參數(shù)同時受到幾個調(diào)節(jié)參數(shù)的共同影響，同時，有的調(diào)節(jié)參數(shù)又影響多個被調(diào)參數(shù)。因此，在構(gòu)造鍋爐控制方案時只有抓住主要因素，同時兼顧各個因素，才能構(gòu)造出滿足系統(tǒng)要求的控制策略。

（1）以汽包水位為主調(diào)參數(shù)。

（2）以煙道負(fù)壓為付調(diào)參數(shù)。

報(bào)警及聯(lián)鎖保護(hù)：

煙氣溫度高報(bào)警

煙道負(fù)壓過高、過低與引風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)；

除塵器后煙溫過高與引風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)；

鍋爐汽包水位過低、過高報(bào)警及聯(lián)鎖保護(hù)；

引風(fēng)機(jī)故障停運(yùn)報(bào)警；

連鎖保護(hù)及余熱進(jìn)氣閥和旁路閥切換；

控制內(nèi)容：

三沖量前饋-串級符合調(diào)節(jié)算法反向控制旁路調(diào)節(jié)閥開度，間接控制汽包水位；

通過引風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速，使負(fù)壓保持恒定；

控制上水泵。

監(jiān)測內(nèi)容：

溫度：進(jìn)煙口溫度、鍋爐中部爐溫；

溫度：出煙口溫度、蒸汽溫度、除塵器出口溫度、壓力（液位）：汽包水位、煙道進(jìn)口及底部煙壓（負(fù)壓）、蒸汽出口管路壓力。

流量：蒸汽出口流量、蒸汽累計(jì)流量、供水流量。

其它：變頻器電流、供水調(diào)節(jié)閥開度。

4 典型設(shè)備電氣控制原理

4.1 普通小型參控設(shè)備

控制系統(tǒng)只需知道其手自動狀態(tài)（備妥）、設(shè)備是否運(yùn)行兩個輸入，再根據(jù)備妥狀態(tài)、流程選擇及閉鎖關(guān)系、系統(tǒng)操作命令等決定其控制命令（驅(qū)動），PLC控制輸入一般由PLC柜提供統(tǒng)一的輸入信號電源（一般為DC24V），采集配電柜該設(shè)備單元的無源接點(diǎn)狀態(tài)信號，PLC控制輸出一般通過柜內(nèi)繼電器（一般為DC24V）隔離和擴(kuò)容，以無源接點(diǎn)的方式輸出到配電柜該設(shè)備單元。這種原理十分實(shí)用，占用PLC I/O點(diǎn)少，節(jié)省投資，但信息量較小，維護(hù)需要經(jīng)驗(yàn)。

4.2 大功率參控設(shè)備

控制系統(tǒng)除知道其手自動狀態(tài)（備妥）、設(shè)備是否運(yùn)行兩個輸入，一般還會采集熱繼電器狀態(tài)作為過流故障和電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行電流作為模擬量輸入，從而更為準(zhǔn)確的反應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行情況。

5 系統(tǒng)組成

（1）本系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)采用MB+工業(yè)控制網(wǎng)。

（2）上位機(jī)系統(tǒng)包括工程師站和操作員站、打印機(jī)，應(yīng)用軟件、組態(tài)軟件。

（3）PLC系統(tǒng)及編程軟件。

6 結(jié)語

以上系統(tǒng)配置及控制回路應(yīng)用已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)中，運(yùn)行過程中系統(tǒng)穩(wěn)定、配置合理、達(dá)到工藝控制要求并已取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

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