20t/h煤锅炉自控系统设计_木屑颗粒机|秸秆颗粒机|秸秆压块机|木屑制粒机|生物质颗粒机|富通新能源

1、概述
    目前，在我国几十万台工业锅炉中，燃煤锅炉占相、当人的比重，年耗煤量要占全国耗煤量的三份之一以上。长期以来由于缺乏有效的自动控制系统，锅炉的控制基本上采用人工操作，使得锅炉的安全运行得不到有效的保证，且燃烧效率低，操作人员劳动强度大，维修、保养难。随着科技的进步，新一代性能更优越，功能更强大的智能仪表和管控一体化计算机监控系统的出现，使得燃煤锅炉实现安全可靠和自动化控制成为可能。
国内原有的_丁业锅炉，一般采用DDZ-II或III型电动单元组合仪表或其他国产仪表组成控制系统。由于工业锅炉（特别是燃煤链条炉）是一个多输入、多输山、多变量的复杂调节系统，且各参数问密切关联，各调节回路纯滞后时间长，因此，用常规仪表就很难进行有效的控制。
我们主要生产和销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
    近几年来，一些单位开发研制了锅炉微机控制系统+虽然解决了控制技术和管理上的一些问题，但由于操作接口过于集中和受微机质量、操作、维护人员水平限制，使系统经常造成死机和故障，加之模拟量输入、输出板卡（AD、DA卡）抗干扰能力较弱，锅炉操作现场环境差，不仅系统的可靠性难以保证，而且也无法有效长期运行。往往几个月时间系统就不能正常工作．即使勉强使用，各检测参数也不准确，更谈不上自动调节和无维护运行。
2、控制方案设计
    可编程调节器（KMM、YS-80）是20世纪90年代初国外推出的一种仪表化计算机，它既有微机运算、编程方便的优点，又使操作员操作编程界面在仪表上实现，能有效地解决锅炉复杂调节回路（水位三冲量、燃烧调节等）的控制需要。另外，它具有功能强大，精度高，编程、维护方便，使用灵活，可靠性高及操作简单方便等特点。
    UDC6300单，双回路控制器是美国霍尼威尔公司90年代末推出的新一代智能仪表，是KM单回路调节器的升级换代产品。它不仅动能丰富、外形美观，而且安全可靠，易于使用，是现有调节器中极为优秀、性价比最高的控制器，既可以独立地进行控制，也能配合Honeywell SCAN3000、GE的Cimplicity或Fix等计算机上位监控软件，组成分散控制系统，完成各种复杂、全面的控制。
    UDC6300具有满足过程控制复杂调节（特别是工业锅炉中水位三冲量和燃烧控制）所需要的所有功能，如多语言功能提示，灵活的数学运算选择，控制算法和逻辑功能组态．ACCUTUNE"自适应（参数自整定），快速安装和启动，适用于现场环境的防水密封键盘和多信息的显示接口等。既可采用方便的菜单式组态，也可从上位PC机上完成组态。所有这些使得UDC6300成为极易使用的过程调节器。
2.1锅炉给水自动控制
锅炉给水自动控制任务是使给水量能适应蒸发量的变化，使给水量与蒸发量始终保持平衡，从而使汽鼓水位保持在一定范围内。汽鼓水位过高会影响汽水分离效果和蒸汽质量，水位过低不仅会影响锅炉内的水循环，更严重的还会造成烧千炉筒。
    影响锅炉汽鼓水位变化的因素很多，如用汽设备的用汽量、燃料量、燃烧量、燃烧成分、给水压力、电网频率等。因此用人工调节．是十分困难的。
    针对负荷变化大、锅炉容量大的特点，控制系统间采用三冲量串级给水调节方案。系统控制原理如图l所示。
    这是～个前馈加串级的调节系统，整个控制系统形成两个闭环回路。其一是由流量测量装置、调节算法、给水调节阀构成的回路，称给水流量回路．也称内同路，其作用是消除给水侧的扰动，稳定给水流量，在水位控制中只起辅助作用：其二是由水位变送器、调节算法、整个内回路及对象控制通道所构成的同路，称水位回路，也称外回路，其作用是消除各种扰动对水位的影响，维持汽包水位在给定值上下波动。
    蒸汽流量信号是前馈信号，在回路中只形成开环，不影响上下两个闭环的温度性。它在系统中的作用有两个：其一是改变蒸汽干扰下对水位的控制品质，克服“虚假水位”所引起的调节算法的误动作输出；其二是与给水流量配合（调整蒸汽信号的静态前馈系统]，达到希望的水位静特征(2—3mm内波动)。
2.2锅炉燃烧控制
    锅炉燃烧控制的主要任务主要是当用汽负荷改变时，能够根据用汽设各的用汽量的需要及时调整燃料量、送风量和引风量，以改变锅炉所产生的蒸汽量，达到既能满足外部用汽的需要，又能维持锅炉出口蒸压力稳定。
    另外，燃料在炉膛内燃烧时，必须供给适量的空气，以避免因不完全燃烧而造成的损失，以及因空气量过大而造成烟尘污染和烟热损失增大。也就是说，燃烧控制的第二个目的是保持燃料与送风量适当匹配，使烟气中含氧量保持最佳值，保持锅炉燃烧的经济型。
    燃烧控制的第三个任务是维持炉膛内负压燃烧，炉膛负压量是表征送引风是否平衡的一个物理量。保证炉膛负压，也就是保证锅炉燃烧的安全性。
    燃烧控制的难点主要体现在以下几个方面：
    (1)煤的发热量是由化验员在煤场抽样分析得来的，由于不同煤矿煤质的差异以及不能均匀搅拌，由它作为风煤配比的调节依据，精确性较差。
    (2)链条炉从煤块燃烧产生热量，到热量传给锅筒中的水，使之沸腾变成蒸汽，时间相当长。在锅炉负荷变化大时，要使蒸汽压力稳定，满足供气要求，用普通PID算法控制，不可能获得理想效果。
    (3)烟气含氧量通常用安装在烟道口上的氧化锆探头检测。燃烧时，由于煤块中粉末比较多或煤的湿度比较大，造成风对煤块的穿透性比较差。另外，炉膛长期处于负压燃烧，炉墙透风严重，此类情况都会使烟气含氧量增加。若以在此类情况下测得的含氧量信号来自动校正风煤比，将使实际工况缺氧燃烧，控制将无所适从。
    根据以上情况，我们经过对实际锅炉运行实际工况的认真摸索，摆脱传统的过于强调理论的方法，并考虑到残氧量的检测难以准确，或找不到理想的产品，暂不选用的情况，在锅炉燃烧控制系统中，利用UDC6300可编程调节器优秀的运算功能和手动调节模式，当锅炉负荷变化时，操作工根据经验，调整炉排电机转速，平衡负荷变化。另外，可根据一段时间内的煤质和锅炉燃烧工况（观察火床长短，火焰的颜色，煤渣的成色等），确定合适的空煤比，再由UDC6300计算出鼓风机变频器的转速，使鼓风量自动跟踪给煤量，实现一定煤质条件下固定空煤比的合理可行的燃烧调节方案（当煤质或工况改变的情况下，适当调整空煤比系数），从而使锅炉始终处于经济和最佳的燃烧状态。
2.3炉膛负压调节
炉膛负压调节也可以作为燃烧调节的一部分。由于其动态特性比较快，影响锅炉的安全运行，因此把它作为独立的主回路是比较合理的。可单独使用一台UDC6300．采用前馈+反馈的调节方式，用鼓风量为前馈量，炉膛负压为反馈量，当鼓风机自动跟踪炉排转速变化时，根据鼓风量的变化前馈调整引风量，减少炉膛负压的波动，然后，再根据炉膛负压反馈的情况主调引风量，从而将炉膛压力稳定在给定值。
2.4控制系统软件编制
    UDC6300可编程调节器软件编制的特点是利用其内部所有的软件模块进行有机的程序组态。其内部软件模块一般包括有PID模块、四则运算模块、开方、滤波、微分等模块。通过对这些模块的应用联接，可以完成一般常规仪表无法完成的控制方案。而且一台UDC6300就是一台微型计算机，其运行扑常可靠。
    本控制系统的软件部分是在UDC6300双回路调节器上实现的。针对燃煤锅炉控制系统的需要，可分别编制锅炉水位控制程序，蒸汽量、给水量计算程序，除氧器水位、温度、压力自调节，以及燃烧控制程序等。
    燃烧控制中，考虑到燃煤过程的滞后时间较长，采用了加煤的采样间歇调节方案，也就是说，当采样到加煤量给定值之后，调节器作用一段时间立即保持住输出，待通过热量等形式反应出来后，再继续测量其偏差，进行下一周期调节，这样基本上可保证加煤系统超调较小。
3、20t/h煤锅炉使用UDC过程监控器与上位
监控软件组成的分散控制系统与PLC或
DCS系统的比较
    考虑到工业锅炉特别是燃煤锅炉的特点，在自控A案制定上，特别需要满足以下几点要求：
    (1)各设备运行的安全性和检测控制的准确性、可靠性。
    (2)多变量回路调节的复杂性。
  (3)使用、维护方便性。
    PLC可编程控制器，主要用于开关量的控制，即连续生产线的连锁保护和设备顺序起停控制。随着技术的进步，现在PLC可以处理部分模拟量（比率不超过1/3较为合适）。但目前即使是最好的PLC，也只能做到在CPU上内置PID。只能处理简单的PID调节回路。如需做复杂的运算和处理复杂的调节回路，只有两个办法来解决。一是工程技术人员用VB或C语言添加、编制复杂运算和调节回路程序，其效果受编程人员水平限制，非专业软件工程师无法对其程序代码进行修改、校正和调试，现在工程项目一般不采用。二是将PLC系统升级到DCS系统，利用上位机专用系统软件来解决。这样虽然解决了运算和复杂回路的调节问题，但由于控制器各模块集中装于控制箱内，危险过于集中，系统中工控机、通讯电缆、CPU模块、电源、输入、输出模块任一环节出故障，都可能造成停产和系统瘫痪，所以一般要考虑后备仪表手动操作，这样相当于做了两套操作系统。一套手动仪表操作系统，一套DCS自动操作系统。考虑到节约费用，后备仪表系统一般采用国产仪表，可靠性、外观、现场环境下的使用寿命均不理想。如果DCS的使用、维护、技术水平跟不上，系统最终可能回复到手动操作，造成系统资源的浪费。所以在一些大规模系统或可靠性要求严格的场合中，一般采用两套控制器冗余和上位双机热各来组成系统。系统先进可靠，但造价较昂贵，一般在冶金、化工、地铁行业应用较多。
    采用UDC6300智能双回路可编程调节器，进行各复杂回路的自动调节，采用进口小型数字表作重要参数的显示；采用上位监控软件和工控机进行系统监视、重要参数记录、报表打印、管理和上层网联接用，较为合理。由于操作员操作界面是高性能、高可靠性仪表，所以操作、使用、维护均较为简单方便（一般高中生即可熟悉掌握）。而各相关回路调节分布由几台UDC来完成，危险相对分散。即使其中一台显示表或调节器出故障，也因其仪表型号、规格一致、互换性好，各采用一台备件，即可由普通电工在几分钟之内更换完毕。系统维护量很小，可靠性、安全性和使用寿命大大提高。另外，由于各仪表参数均可采用当今自控行业最流行的lvfODBUS-RS485RTU通讯协议，采集进计算机（进口仪表有此功能），系统没有重复配置地方，造价也较为适中，实现了控制回路各环节的相对均衡和操作界面的高可靠性。
4、结论
这种分散型控制系统在目前技术水平下，是20t/h燃煤锅炉最为合理先进和可靠的自控系统方案。该方案充分实现了危险分散、管理操作集中的现代控制理论，在我国工业锅炉控制领域，具有较好的推广、应用价值。零陵卷烟厂的煤锅炉采用该白控系统投运半年多来，系统稳定可靠，极大地减轻了工人的劳动强度。

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