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蒸汽锅炉自动控制方案沈阳九星电子技术开发有限公司第1页共37页目录1概述........................................................21.1简介.......................................................21.2项目背景...................................................41.3节能分析...................................................51.3.1节煤分析..............................................51.3.2节电分析..............................................62系统方案.......................................................82.1设计原则...................................................82.2配置原则..................................................102.3系统结构..................................................122.4系统优点..................................................132.5功能简介..................................................14①自动调节功能............................................14②手动功能................................................15③检测功能................................................16④连锁与报警功能..........................................17⑤软件监控................................................183控制方法简述.................................................223.1概述......................................................223.2各控制回路的介绍..........................................244系统工程条件..................................................344.1引用的规范和标准..........................................344.2工作环境条件..............................................344.3电源系统..................................................354.4系统接地..................................................354.5系统可靠性指标............................................365近二年主要工程业绩............................................37蒸汽锅炉自动控制方案沈阳九星电子技术开发有限公司第2页共37页1概述1.1简介锅炉是全厂重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽，以满足负荷的需要。我国现有大、中型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的2/5，另有更多的小型采暖锅炉，普通存在高能耗、低效率、大浪费和环境污染严重供暖现状。锅炉计算机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，利用计算机与变频自控技术对锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制，锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风量。主要输出变量包括汽包水位、过热蒸汽温度及压力、烟气氧量和炉膛负压等。因此锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的复杂控制对象。锅炉控制的控制方式大体分手动仪表控制和微机自动控制两种方式，锅炉采用微机自动控制和原有的仪表控制方式相比具有以下明显优势：1.直观而集中的显示锅炉所有运行参数。能快速计算出锅炉在正常运行和启停过程中的有用数据，并在显示器（屏）上同时显示锅炉运行水位、压力、炉膛负压、烟气含量、测点温度、消耗量等数十个运行参量的瞬时值、累计值及给定值，并能按需要在锅炉的结构示意画面相应位置上显示出参数值。给操作人员以直观形象，减少观察的疲劳和失误；蒸汽锅炉自动控制方案沈阳九星电子技术开发有限公司第3页共37页2.可按需要随时打印或定时打印各种参数和数据，能对运行状况进行准确地记录，便于事故追查和分析，防止事故的瞒报漏报现象；3.可在运行中随时方便的修改各种运行参数的控制值，并修改系统的控制参数，达到最佳运行工况；4.减少了显示仪表，控制软件代替了许多复杂的仪表单元，（例如加法器、微分器、滤波器、限幅报警器等），从而减少了投资也减少了故障率；5.提高锅炉热效率。从已在运行的锅炉来看，采用计算机控制后热效率可比以前提高5-10%，据用户统计，一台30T的锅炉，全年平均负荷70%，以平均热效率提高5%，计全年节煤800吨，按每吨煤380元计算每年节约304000元左右；6.锅炉系统中包含鼓风机，引风机，给水泵，等大功率电动机，由于锅炉本身特性和选型的因素，这些设备大部分时间非满负荷运行，原有方式采用阀门和挡板控制流量，浪费比较严重。通过对风机水泵进行变频控制可以平均节电达到30%-40%；7.锅炉是一个多输入多数出、非线性动态对象，诸多调解量和被调量间存在着耦合通道。例如当锅炉的负荷变化时，所有的被调量都会发生变化。故而理想控制应该采用多变量解偶控制方案。而建立解偶模型和算法只有通过计算机实现比较方便；8.微机控制系统经扩展后可构成分级控制系统，可与工厂内其他节点蒸汽锅炉自动控制方案沈阳九星电子技术开发有限公司第4页共37页构成工业以太网。这是企业现代化管理不可缺少的；9.作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。在采用计算机控制的锅炉控制系统中，有十分周到的安全机制，可以设置多点声光报警，和自动连锁停炉。杜绝由于人为疏忽造成的重大事故。综合以上所述种种优点可以预见采用计算机控制锅炉系统是行业的大势所趋。利用计算机来提高锅炉自动化水平，对节能、环保安全等诸方面意义重大，符合国家节能环保的发展要求。1．2项目背景锅炉房现有：2台20T/H蒸汽锅炉和1台15T/H蒸汽锅炉，手动操作仪表盘3套，变频驱动柜3套，其它附属控制箱若干。进行改造后需拆除锅炉主控制室的原有操作盘及仪表盘和附属相关设备，增加三套PLC控制系统（盘）和一套计算机控制盘，结合原有变频驱动柜组成PLC的监控系统，实现对2台35T/H和1台15T/H锅炉运行状态、各项参数的监视和锅炉参数的自动控制。工程范围大概包含以下几部分：1)锅炉房自动化控制系统整体设计；2)锅炉仪表操作盘及仪表传感器制作与安装；3)3台锅炉控制与仪表电缆电线及桥架敷设；4)锅炉控制软件的编制与调试；蒸汽锅炉自动控制方案沈阳九星电子技术开发有限公司第5页共37页1.3节能分析对用户来说，稳定高效节能的系统才是受欢迎的，才能有发展前力。节能效果高低是关系用户的切身利益，也是我们一致追求的目标。我们大致计算一些供暖相关数据供贵方参考。1.3.1节煤分析我们2006年在对辽阳供暖公司40T锅炉运行（东丰锅炉厂）检测，其结果如下：节约前：省煤器后过剩氧O2==10%；鼓风机入口处温度Trk==20℃；空气预热器后温度Tpy==200℃；根据英国排烟热损失计算公式如下：q2=（3.55×21%/（21%—O2）+0.44）×(Tpy—Trk)/100带入上式如下：q`2=（3.55×21%/（21%—O2）+0.44）×(Tpy—Trk)/100=（3.55×1.91+0.44）×1.8=（6.78+0.44）×1.8=12.996%=13%上了自动控制系统之后：蒸汽锅炉自动控制方案沈阳九星电子技术开发有限公司第6页共37页O2=4%其他温度都不变Q``2=（3.55×21/（21-4）+0.44）×1.8=（3.55×1.235+0.44）×1.8=4.83×1.8=8.69%前后排烟热损失差为：△q2=q`2—q``2=13%-8.69%=4.31%3台锅炉计算数据为：3台锅炉（总吨位55T/H）一小时计算耗煤量公式：55T×150Kg/h=8.25T/h注：锅炉每吨位小时耗煤150公斤1小时节煤为：8.25T/h×4.31%=0.3555T/h取暖一天按8小时，天数按350天算，每吨煤价按350元，锅炉房每年可节煤费用为：=350元/T×0.3555/h×8小时/天×350天=348，390元1.3.2节电分析由于鼓、引风电机及采用变频控制技术使整个控制系统的线性度、可靠性得到了大大提高，除此以外系统具备以下优势：1、节能效益明显蒸汽锅炉自动控制方案沈阳九星电子技术开发有限公司第7页共37页2、降低了运行成本3、减少大电机启动对电网的冲击，同时延长电机使用寿命4、提高了自动化程度5、节省控制柜、减少了维护难度。节电费用计算公式：F1=（P1+P2）×T1×T2×K×F其中：P1：引风机功率（20T：110KW，15T：90KW）P2：鼓风机功率（20T：30KW，15T：22KW）T1：鼓、引风机每天运行时间（按8小时取）T2：年运行天数（按350天取）K：鼓、引风机频率调节系数（N1/N=0.35~0.65按0.35取）F：单位电价（0.48元/kwh）因此运行40T/H锅炉每年可节电费用为：F1=（110×2+90+30×2+22）×8×350×0.35×0.48=184，396元由于锅炉已上变频，此数据仅在原来工频的基础上计算出来的，由以上节煤分析来看，用最保守方法估算，锅炉房运行一年就可收回投资近34万元，所以从提高效率、节能能源、减轻劳动强度等长远角度是值得投资的。蒸汽锅炉自动控制方案沈阳九星电子技术开发有限公司第8页共37页2系统方案2.1设计原则锅炉微机控制系统，一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、PLC、上位机、手自动切换操作、执行机构及阀、电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机。控制系统包括手动和自动操作部分，手动控制时由操作人员手动控制，用操作器控制变频器、滑差电机及阀等，自动控制时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，以免锅炉发生重大事故。微机控制系统由工控机、显示器、打印机、PLC、手操器、报警装置等组成，能完成对给水、给煤、鼓风、引风等进行自动控制，使锅炉的汽包水位、蒸汽压力保持在规定的数值上，以保证锅炉的安全运行，平稳操作，达到降低煤耗、提高供送汽质量的目的，同时对运行参数如压力、温度等有流程动态模拟图画面并配有数字说明，还可对汽包水位、压力、炉温等进行越限报警，发出声光信号，还可定时打印出十几种运行参数的数据。以形成生产日志和班、日产耗统计报表，有定时打印、随机打印、自定