鍋爐機電一體化節(jié)能控制系統(tǒng)探討

王　鑫　王保軍

鍋爐機電一體化節(jié)能控制系統(tǒng)探討

王鑫王保軍

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提高，各領(lǐng)域生產(chǎn)建設(shè)面臨能源危機，各項能源浪費現(xiàn)象嚴重，尤其是鍋爐生產(chǎn)消耗的能源更多，已經(jīng)成為高耗能設(shè)備，對環(huán)境造成了嚴重污染，必須采取有效措施加強對鍋爐改造才能控制污染。文章將對鍋爐機電一體化節(jié)能控制系統(tǒng)進行分析，提出技術(shù)要求與控制系統(tǒng)方案，希望為相關(guān)部門提供參考。

鍋爐；機電一體化；節(jié)能控制系統(tǒng)

鍋爐作為化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域必不可少的動力設(shè)施，是保障工業(yè)生產(chǎn)持續(xù)進行的關(guān)鍵，中小型燃煤鍋爐具有分布廣、數(shù)量多、能耗消耗大等特點，并且自動化水平不高，如果負荷出現(xiàn)變動將難以控制操作，經(jīng)常發(fā)生系統(tǒng)故障。此外，過去的系統(tǒng)控制方法僅限于節(jié)能減耗上，過度重視將燃燒效率提高，卻將節(jié)電忽視了，由此，系統(tǒng)在節(jié)能方面仍具有一定潛力。下面將對鍋爐機電一體化節(jié)能控制系統(tǒng)詳細介紹。

1　工藝控制要求

鍋爐設(shè)備運行與操作較為復(fù)雜，并且調(diào)節(jié)對象繁多，很多工藝執(zhí)行相互交叉、相互影響，一些簡單的調(diào)節(jié)系統(tǒng)將不再適應(yīng)設(shè)備運行要求，必須對調(diào)節(jié)方案充分考慮，站在全局角度考慮串級、比值以及前饋等內(nèi)容，組合使用常規(guī)儀表時，必須明確各個儀器的使用規(guī)范與要求，由此，需使用帶微機的可編程控制器實施調(diào)節(jié)。要想使機泵輸出能量更穩(wěn)定，將閥門與擋板截留壓降低就要使用變壓調(diào)速器作為執(zhí)行機構(gòu)取代擋板，進而實現(xiàn)降耗目標。電機的變頻變壓調(diào)速器由控制裝置與微機共同組成，與調(diào)節(jié)器共同組成一個閉環(huán)的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。鍋爐控制過程更加復(fù)雜，主要分為兩個方面，分別是汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)與經(jīng)濟燃燒控制系統(tǒng)，前者是鍋爐生產(chǎn)工藝指標，如果控制不好液位將出現(xiàn)水汽分離，水分將被蒸汽帶走，使鍋爐燒壞，嚴重甚至?xí)霈F(xiàn)爆炸事故。鍋爐燃燒系統(tǒng)需滿足蒸汽負荷變化指標，又要具備較高的熱效率，需結(jié)合以下幾方面要求：對燃料量進行調(diào)節(jié)，使鍋爐出品蒸汽壓力維持穩(wěn)定狀態(tài)［1］；空氣量與燃料量必須符合標準比例，具備更加良好的燃燒狀態(tài)；送風量與引風量配合好，使爐膛負壓維持不變。

2　控制系統(tǒng)總體構(gòu)成

鍋爐機電一體化節(jié)能控制系統(tǒng)組成包括測量儀表一部、可編程調(diào)節(jié)器兩臺、變頻、變壓調(diào)節(jié)器各三臺。測量檢測儀表：測量檢測儀表使用的目的是確保鍋爐運行參數(shù)維持在標準信號內(nèi)，參數(shù)變換成（2～6）V或者（0～12） mA?？煽刂葡到y(tǒng)使用的測量儀表能夠檢測蒸汽流量、水流量、壓力、汽包水位以及爐膛負壓參數(shù)等；可編程調(diào)節(jié)器的組成：以CS-910為例介紹可編程控制調(diào)節(jié)器運行原理，CPU是由一臺7位單片微機處理器組成，還有15K的ROM、3KRAM，通信輔助電路與CPU相互串行使用，主要串行儀表工作總線，大部分儀表能夠一起連接在總線上，與上位機一起結(jié)合起來通信傳輸，再將上位機上的通信修改成內(nèi)部參數(shù)。要想使外部信息更順利進入到CPU，需要對儀表設(shè)置，實現(xiàn)模擬輸出、輸入，還能轉(zhuǎn)換A/D、D/A數(shù)字輸入輸出電路、鍵盤顯示電路以及面板顯示器等［2］。使用的儀表編程方法為模塊化，這種編程方法更加便于掌握與操作。儀表自身具備可編程功能，能夠?qū)τ脩舫绦蛑苯泳帉?，若想在電池去掉后永久保持自動狀態(tài)可使用固化程序，分為兩種模塊：運算功能模塊、調(diào)節(jié)功能模塊兩種。在一臺儀表中有四個調(diào)節(jié)功能模塊。運算功能模塊則有很多，比如，加減乘除、開方、高選、地選、高限、低限、變化率限制、折線函數(shù)、定時器、計數(shù)器等。

3　機電一體化節(jié)能控制系統(tǒng)總體方案

控制系統(tǒng)分為鍋爐運行、保護控制與公共設(shè)備控制；鍋爐控制系統(tǒng)分為手動控制與自動控制兩種，前者獨立雙線制能切換，可按照自動控制要求對控制程序進行編制，還可以使用鍵盤、鼠標編制控制程序，可以在鍋爐房中進行控制。后者則依靠設(shè)置在開關(guān)柜上的按鈕執(zhí)行操作［3］。系統(tǒng)自動控制使用集中控制法，鼓風、引風、水泵等都使用智能控制法，相互協(xié)調(diào)、相互獨立。具體控制方案如下所示：

鍋爐機電一體化燃燒控制系統(tǒng)。鍋爐機電一體化燃燒控制系統(tǒng)需要借助引風實現(xiàn)運行，需對風量以及煤量需求量進行控制，此過程使用變頻技術(shù)以及自動調(diào)節(jié)儀表、PID運算公式可以使鍋爐氣壓值保持在-30～-30 Pa區(qū)間內(nèi)。此外，能夠在壓力作用下對鍋爐燃燒系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，從而將鼓風降低，使鍋爐燃燒狀態(tài)達到最佳。鑒于控制系統(tǒng)操作基于自動化理念，通過煤量與鍋爐燃燒的鍋爐膛負壓值進行調(diào)控，不需要人工干預(yù)，操作人員僅需要對煤量以及質(zhì)量查看便可，能自動使鍋爐達到最佳運行狀態(tài)，鍋爐燃燒控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

汽包水位控制。使用最新的PID模糊控制理論再借助恒頻控制系統(tǒng)技術(shù)將新的產(chǎn)品開發(fā)出來，使之能夠自動接收來自鍋爐內(nèi)部電平信號，還能將信號轉(zhuǎn)化為一個標準的PID運算與延遲補償器，此過程能產(chǎn)生一個新的信號實現(xiàn)對控制泵運轉(zhuǎn)頻率的調(diào)節(jié)，使泵轉(zhuǎn)速更加穩(wěn)定、高效。如果鼓電平過低，PID調(diào)節(jié)器能夠自動對增長的泵進行調(diào)節(jié)，如果高出水平高度，PID控制器將使泵運行速度降低，使水量減少，進而維持水的恒定狀態(tài)［4］。一旦變頻器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會由兩個頻率控制能夠迅速切換到原有的頻率模式，實現(xiàn)鍋爐運行的穩(wěn)定狀態(tài)。水池液位控制需對水池的具體水位進行檢測，如果水池水位過低或者過高會自動發(fā)出警報，使水池水位控制在標準范圍內(nèi)。上位控制系統(tǒng)需要具備狀態(tài)穩(wěn)定的人機接口，能夠?qū)倷C狀態(tài)進行顯示，還能分組顯示、參數(shù)顯示、電動屏幕顯示、故障報警顯示、報告顯示、參數(shù)設(shè)定等；實時監(jiān)測實際參數(shù)鍋爐運行系統(tǒng)使系統(tǒng)顯示到頁面上；按照預(yù)定好的程序?qū)?shù)據(jù)進行監(jiān)控，在預(yù)先設(shè)置好的基礎(chǔ)上對鍋爐設(shè)備操作進行調(diào)節(jié)［5］；鍋爐機電一體化上位控制系統(tǒng)能提供處理算法，在運行參數(shù)基礎(chǔ)上能自動將報告打印出來；使用TCP/ IP協(xié)議遠程監(jiān)控計算機通信對端口信息平臺集成訪問，還能控制室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，鍋爐房操作能及時將信息傳輸?shù)娇刂浦行?；對?quán)限系統(tǒng)注冊表進行設(shè)置，使操作員的職責更加明確。尤其是使用固定口令對系統(tǒng)進行區(qū)分，接線員設(shè)置好屏幕，區(qū)分功能與外觀，但是沒有權(quán)限設(shè)置或者退出，能夠?qū)⑾到y(tǒng)權(quán)利大大降低。對工程師來說則可以對參數(shù)設(shè)置，對退出系統(tǒng)進行設(shè)置。鑒于RTC工程師對控制結(jié)構(gòu)做出了一些調(diào)整，改變將隨時實現(xiàn)，并能將其存儲在控制器聯(lián)機中［6］。

圖1　鍋爐燃燒控制系統(tǒng)框圖

4　結(jié)語

本文對鍋爐機電一體化節(jié)能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)置以及節(jié)能系統(tǒng)控制方案進行了分析，隨著節(jié)能理念的增強，鍋爐機電一體化節(jié)能控制能夠減少能源排放與浪費，實現(xiàn)生產(chǎn)的可持續(xù)進行。

［1］ 魏林秀. 變頻技術(shù)在鍋爐機電一體化節(jié)能系統(tǒng)中的應(yīng)用 ［J］.中小企業(yè)管理與科技，2014（32）：179-180.

［2］ 孫繼新，陳新. 變頻技術(shù)在鍋爐機電一體化節(jié)能系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（6）：114.

［3］ 王進，李曉蕾，李振強，等. 內(nèi)窺式電動型高溫爐窯火焰監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 ［J］. 電子制作，2013（9）：46.

［4］ 李新成，楊笑峰，林海，等. 多功能超聲波自動探傷設(shè)備和檢測方法——超聲衍射時差法（TOFD）、陣列多探頭分區(qū)A、B掃查組合技術(shù)對鍋爐、壓力容器、壓力管道焊縫自動檢測設(shè)備和方法研究［C］. //2010年特種設(shè)備安全國際論壇論文集，2010：299-304.

［5］ 李嘉，信薇. 基于機電一體化技術(shù)進行分析 ［J］. 世界家苑，2013（4）：248.

［6］ 李斌，李建鋒，張全勝，等. 燃氣輪機與鍋爐耦合系統(tǒng)降低電廠風機電耗的研究 ［J］. 中國電機工程學(xué)報，2012，32（8）：50-57.

唐山市節(jié)能監(jiān)察監(jiān)測中心河北唐山063000

TK 3

A