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基于GCS-2水煤浆锅炉控制系统周子强郑煊浙江中控技术股份有限公司，310053摘要：在国家能源极其紧缺的大背景下，为了最好的利用能源，最高效的使用现有能源，以水煤浆为燃料的小型锅炉应运而生。它以清洁、高效、节能、经济、稳定等优点很快占据国内锅炉市场。很受一些厂矿企业的欢迎。在当今锅炉市场上很多小型企业都争相推崇水煤浆锅炉，使用此锅炉的另一个主要原因就是其自动化程度高、使用方便、安全可靠、点火方便、锅炉很快就能达到用户要求的温度。在不使用时可以迅速停炉，从而更好的节约能源。本文简要介绍锅炉的原理以及其控制技术。关键字：水煤浆、控制系统、锅炉CWMboilercontrolsystembasedonGCS-2ZhouZiqiangZhengXuanZhejiangSUPCONCo.,Ltd.,Hangzhou,Zhejiang,310053Abstract:Thenationalenergyisextremelyscarce,inordertomakethebestuseofenergyandtheefficientuseofexistingenergyresources,withcoalwatermixtureasfuelemergeasthetimesrequiresmallboiler.Withitsclean,efficient,energysaving,economy,stabilityandotheradvantagesquicklyoccupythedomesticboilermarket.Itisinfluencedbyanumberoffactoriesandenterpriseswelcome.Intheboileronthemarketalotofsmallandmedium-sizedenterprisesarecompetingtorespectedcoalwatermixtureboiler,theboilerusinganothermainreasonisitshighdegreeofautomation,convenientuse,safetyandreliability,easyignitionboiler,soontouserrequirementsoftemperature.Whennotinuse,canrapidlystopfurnace,therebybetterenergyconservation.Thispaperbrieflyintroducestheprincipleanditscontroltechnologyinboiler.Keywords:Coalwatermixture,controlsystem,boiler1.水煤浆锅炉原理简介水煤浆是一种由70％左右的煤粉，30％左右的水和少量药剂混合制备而成的液体，具有良好的流动性和稳定性，可以像石油一样储藏、运输，且有不易燃、不污染的优良特点。水煤浆锅炉的燃烧是以水煤浆为主要燃料。所以水煤浆锅炉很受市场的欢迎。根据水煤浆锅炉的功能可以将其分成三大系统：锅炉本体、导热油控制系统、燃料控制系统。下面对水煤浆锅炉的工作原理简单介绍：锅炉本体和其它一般锅炉结构类似，它主要由上部炉体、下部炉体、省煤器、空预器、静电除尘器、脱硫装置，鼓风机、引风机、烟囱等装置组成。水煤浆在锅炉内燃烧的热量是通过导热油将热量从锅炉内部导出。导热油油管在锅炉内部盘旋，通过循环油泵将管路内部的导热油循环起来，进入炉膛内的冷油经过锅炉体内被加热，热油再通过油管进入蒸汽发生器产生蒸汽供用户生产使用，温度被降下来变成温度相对较低的冷油，冷油再循环到锅炉的进口被循环加热。通过导热油的循环将锅炉体燃烧的热量用于生产。由于导热油的油量和热容量都很大，所以导热油的温度非常稳定。对于那些对温度要求很精确的生产厂家来说，这个优点很大程度上提高了产品的质量。水煤浆锅炉的燃料有两种：燃油和水煤浆。在锅炉冷体情况下，首先是由燃油将锅炉炉膛加热到一定温度后，才能投水煤浆燃料，在油和水煤浆混合燃烧的情况下慢慢增加水媒浆的浆量，等投水煤浆量达到一定程度后再退燃油。此时水煤浆即可稳定燃烧。通过控制投水煤浆量和导热油的循环速度来控制锅炉负荷。可以看出水煤浆锅炉自动控制主要体现在对燃料的燃烧控制，由于燃料为水煤浆，由于其独特的特点使得必须精确的控制其进入锅炉内的流量。过大会使得锅炉内由于温度的升高过快会导致锅炉内压力太大而产生爆炸。若太小会使得锅炉达不到其燃烧的温度而熄灭。所以正常燃烧时水煤浆的流量有个闭区间，必须控制其流量在此闭区间内。其燃料控制系统主要有浆枪、油枪、点火器、雾化器、浆枪清洗装置。以下对各设备做简单介绍：浆枪：水煤浆流过浆枪进入炉膛，浆枪主要由枪体、喷嘴、旁通管组成。喷嘴安装在浆枪的最前端，最要功能为了雾化水煤浆。旁通管是为了使高压的压缩空气同时进入浆枪以便更好雾化水煤浆。通过这种方法可以提高水煤浆的燃烧效率。从而达到节能的目的。油枪：锅炉在冷体情况下，必须先通燃油将锅炉预热后才能投水煤浆。燃油是通过油枪进入炉膛，经高压点火器点火后燃烧。点火器：用10kV高电压进行打火，用于引燃燃油。雾化器：有大雾化和小雾化两种，根据投入的水煤浆的浆量选择开大雾化还是开小雾化。浆枪清洗装置：用于停炉后清洗管路里残留的水煤浆燃料，防止浆枪管路由于长时间停炉而被堵塞。2.水煤浆锅炉控制系统由以上介绍可以了解水煤浆锅炉的控制系统的是相当复杂的，其难度主要集中在燃料的控制系统、锅炉安全保护控制。2.1.燃料的控制系统根据锅炉控制的特点将其控制过程分为四个阶段：点火、投浆、退油、停炉。下面对每个阶段的控制作简单介绍。点火：点火就是将锅炉的燃油通过高压点火器点燃，使其在炉膛内燃烧，其控制流程参考（图2.1）。在点火的整个过程中一直判断是不是有停炉令发出，如果有将会终止点火流程，进入停炉流程。此过程的目的是为了保护锅炉，以及工作人员。在流程控制过程中的所有的延时时间都需要根据锅炉体的大小以及现场的情况来设定。这些延时都得通过现场试验来确定，并不是确定的值。（图中给出的延时时间均为示例）点火按钮启动引风机频率人为给定25Hz，同时给喷淋泵启动信号延时10S启动鼓风机频率可人为设定延时80S启动供油泵同时给进油枪控制信号延时1S给进点火器控制信号，进油枪延时5S点火器点火并给吹玻璃控制信号延时2S开小油枪电磁阀延时5S判断火焰检测信号退点火器同时进入停炉流程无有退点火器，延时20s后开大火电磁阀图2.1投浆：当锅炉炉膛的温度达到要求的温度（此数值根据锅炉的大小不同来确定）后，开始投浆，开始投浆的浆量不能太大，必须要慢慢增加投入的浆量，否则可能由于浆量的突变而将炉膛火焰吹灭。流程参考（图2.2）投浆按钮启动供浆泵且频率可设定进浆枪延时5S开小雾化延时30S，供浆泵频率慢慢加到手动设定值开雾化，延时1s关小雾化保证在回浆状态延时1s开三通浆阀进浆图2.2退油：在炉膛达到一定温度（根据现场试验设定）后，投入的水煤浆量也达到一定值后，这时就可以将燃油退出，锅炉进入纯水煤浆燃烧状态。流程（图2.3）退油按钮关大火电磁阀延时120s关小火电磁阀延时1s退油枪图2.3停炉：当停炉时首先复位点火、投浆、退油命令终止这三个流程，然后再进入停炉的流程，即如（图2.4）所示。停炉时由于水煤浆的管道里还有残余的水煤浆，为了防止燃料堵塞浆枪，必须要在停炉时将管道清洗干净。其清洗的时间也是根据现场燃料管路的长短来确定。停炉按钮切三通浆阀为回浆关雾化，开小雾化开吹扫，延时5s关吹扫，延时1s开清洗，延时5s关清洗，延时1s开吹扫，延时5s关吹扫，延时30s退浆枪。延时10分停鼓风机，延时2分停引风机关吹扫回浆位置无有终止停炉流程图2.42.2.锅炉安全保护锅炉的安全始终是锅炉生产厂家以及用户最关心的问题，所以锅炉的安全是相当重要的，在实现自动控制的同时锅炉的保护也要通过控制系统来实现。保护工作全部由控制系统中的联锁程序完成，在需要保护时系统会自动按要求进行保护动作，保证锅炉和生产的安全。这里主要简单介绍锅炉燃烧过程中的一些保护。主要有导热油进出口压差保护、油温保护、火焰消失保护、炉膛正压防止、点火器点火保护、鼓风机故障保护、引风机故障保护等。这些保护即保护了锅炉的安全也保护了锅炉工作人员的安全。所以如果出现异常现象时，锅炉就会自动停炉从而保证了安全。由于篇幅原因这里不对保护做详细叙述。2.3.回路控制在锅炉控制系统中其难点就是锅炉的燃料控制和锅炉炉膛压力控制以及导热油的温度控制。燃料回路控制中通过控制供浆泵的频率来控制流入锅炉水煤浆的流量，其目的就是控制锅炉的负荷。水煤浆的流量为回路的输入PV值，供浆泵的变频器输入为回路的输出值MV。通过设定回路的PID值，来控制回路的调节。另外为了安全起见还要设定此回路输出的最大值和最小值，来控制水煤浆流量的范围。炉膛压力控制是通过控制引风机的转速来控制炉膛的压力。导热油温度控制是通过控制供油泵频率来控制导热油温度。2.4.GCS-2系统简介GCS-2系统是中控控制系统家族的重要成员，是一种面向中小型控制领域的“混合功能型”控制系统，可实现数据采集、过程控制、顺序控制等实时任务。之所以被成为“混合功能型”控制系统，是因为系统在进行功能设计时，除保留了常规DCS系统强大的模拟量处理和回路控制功能，还兼具快速逻辑控制功能及更高的系统实时性性能。GCS-2系统构造简单、配置灵活、维护简便、符合开放性标准、性能价格比高，可广泛应用于传统流程工业的中小型装置、啤酒生产、污水处理、城市供水、交通、智能楼宇、食品加工、纺织机械、建筑材料生产等过程监视及控制。系统主要有以下特点：1、系统结构简单灵活，采用模块化设计，便于安装；2、可采用本地或远程I/O扩展机架，方便实现集中式和分布式控制结构；3、完全兼容ModBUS、TCP/IP协议，并支持自定义通讯协议以实现智能系统间的互联；4、CPU模块与I/O模块之间采用并行总线，能实现控制器冗余工作，电源冗余，具有快速逻辑控制功能以及强大的模拟量处理能力；5、功能模块丰富，可实现多种模拟量信号的直接输入输出，如II、III型模拟量I/O信号、非标准电压或电流信号、热电阻信号输入、热电偶信号输入等；6、编程语言符合IEC61131-3标准，并支持SCX语言自定义编程，组态方法便捷、功能强大，人机界面友好。2.5.操作流程以10T/H煤浆锅炉控制系统为例，其控制点数大致如下：AI：48个；RTD：8个；K型热电偶：6个；AO：8个；DI：80个；DO：64个。由于系统小点数不多且安全级别要求高的特点，故其控制系统采用中控GCS-2系统比较适宜。通过它实现对锅炉控制系统的监视、控制、报警、连锁、保护以及回路控制等。其主监控界面参考（图2.5）。操作员通过人机界面实现对锅炉的监控。操作员只需按照以上介绍的控制步骤点击左上角的四个操作按钮就可以实现对锅炉的点火和停炉。其控制流程介绍如下。操作员在界面上点击点火按钮锅炉就可以实现点火的一系列动作。点火过后，炉膛温度就慢慢升高。当达到一定温度后操作员再点击投浆按钮，系统就会自动投浆，并按照锅炉工程师预先设定的参数给定供浆泵的频率，从而控制给浆量的大小。在油浆混合燃烧的过程中炉膛温度很快升高。燃油也很快就可以退出。整个点火过程时间很短只需要30分钟就可以完成。炉膛温度由常温升高到工作温度也只需90分钟左右。在整个过程中操作员只需要根据操作要求点击三个按钮就可以完成对锅炉的控制操作，大大减少了现场锅炉操作员的工作量。且系统维护方便简单。受到用户各方方的欢迎。另外，在锅炉运行过程中联锁保护可以很好地保护锅炉以及操作员的安全。也受到锅炉检测单位的高度评价。图2.5（图中数据为离线仿真数据）3.结束语水煤浆锅炉以其特殊的优点已经在行业中占据相当的地位，各厂家也都踊跃介入其中，尤其是一些锅炉生产厂家更是迫切的急需这种技术。这里对水煤浆锅炉的基本原理和控制系统做简单的介绍。希望对各厂家提供一些帮助。也希望广大读者对其中不到之处给予指正！