鍋爐連續(xù)排污控制系統(tǒng)的研究

侯金泉 米瑞

摘 ?要：工業(yè)鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，該文從節(jié)能降耗以及提高工作效率的目的出發(fā)，針對(duì)目前工業(yè)生產(chǎn)中l(wèi)oos鍋爐連續(xù)排污設(shè)備存在的問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。該文歸納了目前鍋爐連續(xù)排污存在的問題，從鍋爐連續(xù)排污運(yùn)作原理、設(shè)計(jì)思路、實(shí)施方案3個(gè)方面研究構(gòu)建了改造系統(tǒng)，提出了一種基于儀表控制的鍋爐連續(xù)排污控制系統(tǒng)。將連續(xù)排污擴(kuò)容器內(nèi)液位位置維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，提高了二次蒸汽產(chǎn)生的穩(wěn)定性，防止了除氧罐蒸汽和二次閃蒸出的蒸汽流失損耗。同時(shí)，在保證連續(xù)排污效果的基礎(chǔ)上，有效控制排污溫度，實(shí)現(xiàn)廢熱的有效回收利用。

關(guān)鍵詞：節(jié)能降耗;連續(xù)排污;控制

中圖分類號(hào)：TK227.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

工業(yè)鍋爐作為工業(yè)和社會(huì)的必需品，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中占有重要的地位。以我廠鍋爐系統(tǒng)為例，我廠鍋爐系統(tǒng)主要提供生產(chǎn)用蒸汽。在鍋爐的工作過程中，鍋爐內(nèi)的水體在不斷地蒸發(fā)過程中逐步濃縮，從而在鍋爐水的表面殘留下大量的浮油、各種懸浮物和濃縮鹽，容易在鍋爐底部產(chǎn)生沉積的泥渣、泥垢等物質(zhì)。為了保證鍋爐的工作效率，保持鍋爐蒸汽高品質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)，防止鍋爐沉積對(duì)鍋爐壁產(chǎn)生腐蝕，保障鍋爐的安全運(yùn)行，鍋爐上具有連續(xù)排污、定期排污的特殊裝置。

1 鍋爐連續(xù)排污目前存在的問題

以我廠鍋爐連續(xù)排污設(shè)備為例，目前主要存在2個(gè)問題。

1.1 二次蒸汽產(chǎn)量不穩(wěn)定，熱量損失大

在鍋爐連續(xù)排污量大的情況下，閃蒸出的部分二次蒸汽會(huì)隨同廢水一起由底部排出，造成二次蒸汽的浪費(fèi)。而且由于在不同時(shí)間段來(lái)自鍋爐的連續(xù)排污爐水流量不同，且流量的變化有時(shí)候又是迅速的，規(guī)律性也不明顯，直接排污方式也會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)容器擴(kuò)容分離效果不穩(wěn)定，二次蒸汽的產(chǎn)生量也不穩(wěn)定。一般正常的鍋爐排污率在5%～10%，也就是連續(xù)排污污水占整體鍋爐運(yùn)行用水的比率。影響排污率的主要因素有3個(gè)，即水的堿度、水的硬度和鍋爐水的堿度控制值。一般在鍋爐水的鹽濃度比較低時(shí)，排污率通常較低，即4%～5%。我們以排污率5%，排污流量是0.5 t/h，工作壓力大小為0.8 MPa，飽和溫度達(dá)到175 ℃，每小時(shí)產(chǎn)生的熱損失將近4×105萬(wàn)kJ，與32 kg的原煤燃燒熱值相當(dāng)，從中不難看出排污水的熱損失是相當(dāng)大的。

1.2 除氧罐內(nèi)蒸汽流失損耗

現(xiàn)有除氧罐采用鍋爐蒸汽進(jìn)行熱力除氧，因此除氧罐內(nèi)保有一定的壓力，正常約為0.01 MPa左右，當(dāng)鍋爐連排不進(jìn)行排放時(shí)，除氧罐內(nèi)的蒸汽會(huì)在壓力的作用下進(jìn)入連排擴(kuò)容器，并由下端手動(dòng)閥排出，會(huì)造成除氧罐內(nèi)蒸汽的損耗。

2 鍋爐連續(xù)排污控制系統(tǒng)改進(jìn)

2.1 鍋爐連續(xù)排污運(yùn)作原理

連續(xù)排污主要是排去鍋爐水表面和水體內(nèi)的油污、懸浮物和濃縮鹽，從而降低鍋爐水的堿性，提高鍋爐蒸汽的品質(zhì)。連續(xù)排污系統(tǒng)主要由排污管道與連續(xù)排污擴(kuò)容器組成。連續(xù)排污擴(kuò)容器也稱連續(xù)排污膨脹器，它與鍋爐的連續(xù)排污口直接相連，主要功能是對(duì)鍋爐的連續(xù)排污爐水進(jìn)行減壓擴(kuò)容，排污爐水在連續(xù)排污膨脹器內(nèi)減壓絕熱膨脹分離為二次蒸汽和廢水，其中二次蒸汽由專門的管道引出，進(jìn)入除氧罐加以利用，而廢水則通過下端手動(dòng)閥直接排出擴(kuò)容器。

2.2 改進(jìn)設(shè)計(jì)思路

我們針對(duì)連排擴(kuò)容器進(jìn)行改造，由于擴(kuò)容器下端排放口采用直排，在大流量情況下會(huì)造成閃蒸蒸汽和廢水一起排出，在無(wú)流量的情況下，除氧罐蒸汽會(huì)在除氧罐內(nèi)蒸汽壓力下進(jìn)入擴(kuò)容器內(nèi)流失。為了改善這一情況，需要增加一套液位控制系統(tǒng)，使擴(kuò)容器內(nèi)保留一定的液位，既可以保證擴(kuò)容器內(nèi)壓力穩(wěn)定，保證閃蒸蒸汽的穩(wěn)定產(chǎn)生，又能防止閃蒸蒸汽和除氧罐蒸汽的流失，盡最大可能地節(jié)約蒸汽。這就要求系統(tǒng)對(duì)液位控制有著很高的要求，要求控制穩(wěn)定，能夠應(yīng)對(duì)不同連續(xù)排污流量對(duì)液位的影響，保證擴(kuò)容器安全穩(wěn)定的運(yùn)行。根據(jù)以上條件自主設(shè)計(jì)了該套控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由測(cè)量機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。其核心是通過傳感器將液位信息上傳PID控制器，利用PID控制器內(nèi)部PID計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)液位數(shù)據(jù)處理，反饋給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥閥度，使擴(kuò)容罐液位維持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

2.3 鍋爐連續(xù)排污實(shí)施方案

2.3.1 測(cè)量機(jī)構(gòu)液位傳感器選擇

傳感器主要考慮常用的磁翻板式液位計(jì)及壓差式液位計(jì)2種，在鍋爐向連排擴(kuò)容器內(nèi)排污時(shí)會(huì)造成擴(kuò)容器內(nèi)壓力波動(dòng)，影響壓差式液位計(jì)的測(cè)量精度，而磁翻板液位計(jì)則采用液位浮力翻版，不受壓力波動(dòng)影響，而且便于現(xiàn)場(chǎng)便于直觀觀察液位。所以我們最終選取磁翻板液位計(jì)作為我們液位信號(hào)的來(lái)源。

2.3.2 現(xiàn)場(chǎng)控制器選擇

現(xiàn)場(chǎng)控制器如果預(yù)算充足可以考慮市場(chǎng)上常見的西門子PLC控制器，它具有強(qiáng)大的運(yùn)算功能與高實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)。如果從控制預(yù)算角度可以選用XSC5系列PID儀表控制器，能夠有效適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)高溫環(huán)境，且造價(jià)低廉，可以滿足我們的設(shè)計(jì)要求。它可以實(shí)現(xiàn)接受來(lái)自磁翻板液位計(jì)的4 mA～20 mA液位信號(hào)，經(jīng)過內(nèi)部PID算法計(jì)算后控制現(xiàn)場(chǎng)西門子電動(dòng)調(diào)節(jié)閥保證液位穩(wěn)定。

2.3.3 現(xiàn)場(chǎng)PID參數(shù)整定

現(xiàn)場(chǎng)控制方式一般采用PID控制，按偏差的比例（Proportional）、積分（Integral）和微分（Derivative）進(jìn)行控制（簡(jiǎn)稱PID控制）是連續(xù)系統(tǒng)控制理論中技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛的一種控制技術(shù)。由于其算法簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因此在控制系統(tǒng)中控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。原理框圖如圖1所示。

PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：理論計(jì)算整定法和工程整定方法，一般情況多采用的是工程整定法。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與分析，在多次測(cè)試中根據(jù)液位變化情況調(diào)整PID參數(shù)，并要及時(shí)根據(jù)連續(xù)排污情況的變化及時(shí)修訂PID參數(shù)。

2.3.4 現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選擇

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)閥要求能夠耐高溫，高可靠性，能夠接受控制信號(hào)一般多以4 mA～20 mA或0 V～10 V為主，并能通過信號(hào)反饋?；诖朔N情況，一般選用西門子SKD62系列電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

3 鍋爐連續(xù)排污控制系統(tǒng)改進(jìn)效果

改造后的連續(xù)排污系統(tǒng)已在實(shí)際工廠中投入運(yùn)行使用，運(yùn)行效果良好。 改造完成后通過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行觀察，當(dāng)連續(xù)排污流量不穩(wěn)定時(shí)，通過PID控制器對(duì)調(diào)節(jié)閥開度的控制，對(duì)于流量變化及時(shí)響應(yīng)，對(duì)于擴(kuò)容器內(nèi)液位做出響應(yīng)的調(diào)整，有效地避免了液位劇烈波動(dòng)，擴(kuò)容器內(nèi)液位穩(wěn)定，擴(kuò)容器內(nèi)壓力恒定，其下層液位能有效保證蒸汽進(jìn)入除氧罐，防止了除氧罐內(nèi)蒸汽通過擴(kuò)容器流失。

該次對(duì)鍋爐連排系統(tǒng)的優(yōu)化改造，不僅可以提高擴(kuò)容器內(nèi)閃蒸產(chǎn)生二次蒸汽的穩(wěn)定性，避免了在某些情況下除氧罐內(nèi)蒸汽和二次蒸汽的流失損耗，節(jié)約了能源，同時(shí)后期還可以考慮將控制器內(nèi)液位等運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳中控室，以便于運(yùn)行人員可以遠(yuǎn)程發(fā)現(xiàn)問題，并能時(shí)刻掌握鍋爐排污數(shù)據(jù)，更好地保證鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行。

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