基于DCS的燃氣鍋爐自動(dòng)控制系統
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本鍋爐系統主要通過(guò)燃燒高爐煤氣和焦爐煤氣為某鋼鐵公司1000M3高爐提供動(dòng)力,并季節性提供工業(yè)用暖。鍋爐主要包括煤氣（高爐煤氣、焦爐煤氣）系統、爐體部分、對流受熱面（汽包及冷卻壁，I、II過(guò)熱器，I、II省煤器，I、II空氣預熱器）、點(diǎn)火器、送引風(fēng)設備等組成。
按照各部分的功能大致分為汽水系統、風(fēng)煙系統、燃燒系統、減溫減壓及公用系統幾個(gè)子系統。
本控制系統主要控制鍋爐及相關(guān)輔助設備的生產(chǎn)過(guò)程，使其符合工藝所要求達到的蒸汽溫度（450℃）、壓力（3.82MPa）、流量（130t/h）、純度（過(guò)熱蒸汽）。
1.1 汽水系統
汽水系統是供給鍋爐保護和產(chǎn)生蒸汽的除氧水，生成載熱的過(guò)熱蒸汽送到汽機膨脹做功或者經(jīng)過(guò)減溫減壓后供熱。來(lái)自除氧給水系統的除氧水經(jīng)過(guò)調節后送到I、II省煤器預熱，然后送到鍋爐汽包和與汽包相連的鍋爐冷卻壁中，經(jīng)過(guò)鍋爐燃燒生成的高溫煙氣的加熱生成不飽和蒸汽，不飽和蒸汽經(jīng)過(guò)I級過(guò)熱器、I級過(guò)熱器蒸汽集箱，經(jīng)過(guò)噴水減溫器減溫處理后，再經(jīng)過(guò)II級過(guò)熱器、II級過(guò)熱器蒸汽集箱后生成飽和的過(guò)熱蒸汽，然后送到蒸汽母管,一部分送到汽機膨脹做功，一部分進(jìn)入減溫減壓系統, 一部分提供除氧汽動(dòng)給水泵做功給水。
1.2 風(fēng)煙系統
空氣（冷風(fēng)）經(jīng)過(guò)凈化后通過(guò)1#、2#送風(fēng)機送到I、II空氣預熱器中進(jìn)行預熱成為熱風(fēng)，熱風(fēng)送到熱風(fēng)燒嘴和煤氣混合燃燒;高爐煤氣和焦爐煤氣通過(guò)高爐煤氣管道和焦爐煤氣管道送到燃燒噴嘴和熱風(fēng)混合燃燒，生成高溫煙氣，加熱鍋爐汽包中的除氧水使之成為不飽和蒸汽，然后高溫煙氣依次通過(guò)I過(guò)熱器、II過(guò)熱器、II省煤器、II空氣預熱器、I省煤器、I空氣預熱器將不飽和蒸汽加熱成為高溫高壓的飽和蒸汽，并預熱送到鍋爐汽包中的除氧水和送到鍋爐爐膛中的空氣，最后通過(guò)引風(fēng)機引至煙囪中排放。
1.3 燃燒系統
高爐煤氣由外部接入，分為4路，分別進(jìn)入鍋爐的4個(gè)角（每角4個(gè)燃燒噴嘴），參與燃燒;進(jìn)入鍋爐和高爐煤氣混合燃燒的熱風(fēng)分別進(jìn)入鍋爐的4個(gè)角（每角4個(gè)燃燒噴嘴），參與燃燒;焦爐煤氣由外部接入，分為4路，分別進(jìn)入鍋爐的4個(gè)角（每角2個(gè)燃燒噴嘴），參與燃燒。正常情況下，燃料為高爐煤氣，焦爐煤氣只是在點(diǎn)火的時(shí)候用到，平時(shí)只是作為保安氣（作為鍋爐燃燒過(guò)程中的爐膛溫度低時(shí)保護氣）。
燃燒過(guò)程中通過(guò)熱電偶和火焰觀(guān)測器來(lái)檢測爐膛溫度變化。通過(guò)調節高爐煤氣、焦爐煤氣、風(fēng)的配比來(lái)調節鍋爐爐膛溫度（燃料配比一般為100%高爐煤氣，另外也有80%――90%高爐煤氣加20%――10%焦爐煤氣或者50%焦爐煤氣）。整個(gè)燃燒過(guò)程中爐膛溫度控制在1100±10℃左右。
1.4 減溫減壓及公用系統
本鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽大部分送到汽機做功給高爐供風(fēng)，其余的一部分送到中溫中壓聯(lián)絡(luò )管，另一部分送到1#、2#減溫減壓器經(jīng)過(guò)工業(yè)水的減溫減壓后變?yōu)榈蜏氐蛪赫羝?，一部分送到廠(chǎng)區供熱，另一部分通過(guò)加熱蒸汽母管送到除氧器，一部分提供除氧汽動(dòng)給水泵做功給水。
2.系統配置
2.1 DCS系統
計算機集散控制系統（DCS）由上位系統和下位系統組成。上位系統采用工業(yè)控制計算機，用Siemens組態(tài)軟件WinCC完成現場(chǎng)數據的實(shí)時(shí)顯示、存儲、報警處理、打印及控制參數設定。下位系統由Siemens PLC構成，與現場(chǎng)設備相連。上位系統和下位系統之間的通訊采用Ethernet方式，其最高傳輸速率可達10-100Mbit/s，完全滿(mǎn)足對數據實(shí)時(shí)監控的要求。自動(dòng)控制系統采用S7 400 系列PLC硬件組成基礎自動(dòng)化系統, 采用WINCC V6.0監控軟件，編程軟件采用STEP 7 V5.3，Windows 2000作為系統平臺界面，組成計算機操作系統，實(shí)現人機通訊。
2.2 系統配置圖
圖1 DCS系統組成
3 控制功能
3.1 燃燒控制
鍋爐運行供汽是為了滿(mǎn)足汽輪機的運行負荷要求，同時(shí)滿(mǎn)足鼓風(fēng)機站提供低壓蒸汽的需要。汽輪機和外供汽的負荷變化，會(huì )影響鍋爐蒸汽壓力的變化。只要滿(mǎn)足蒸汽壓力的穩定，必然滿(mǎn)足蒸汽量的要求。因此，鍋爐燃燒自動(dòng)控制的目的就是通過(guò)自動(dòng)燃燒達到穩定蒸汽母管的壓力，來(lái)滿(mǎn)足汽輪機及外供汽對蒸汽的要求。
由于鍋爐的燃燒系統到供汽系統是一個(gè)較復雜的熱力過(guò)程，在運行中將受到：汽輪機工況變化所引起的蒸汽負荷的變化及外供汽對蒸汽負荷的變化（稱(chēng)外擾）;燃料熱值、燃料種類(lèi)等鍋爐內部熱負荷的變化所引起的蒸汽量的變化（稱(chēng)內擾）;從燃料變化開(kāi)始到爐內建立熱負荷的時(shí)間（稱(chēng)燃燒設備的慣性）;在鍋爐受到外擾時(shí)，燃燒工況未變時(shí)而具有的吸熱和放熱能力（稱(chēng)鍋爐的蓄熱能力）。因此，自動(dòng)燃燒程序應具有抗干擾的能力，以達到平穩地自動(dòng)調節。
為使鍋爐達到經(jīng)濟的燃燒，在燃料或負荷調節的同時(shí)，應改變送風(fēng)和引風(fēng)量。鍋爐使用燃料可能有如下的配比：100%高爐煤氣（正常運行使用此種配比）、80～90%高爐煤氣加20～10%的焦爐煤氣、50%高爐煤氣加50%焦爐煤氣。鍋爐增減負荷量較大時(shí)，可以采用停開(kāi)某一層或者數層高爐煤氣燃燒器煤氣管道上的電動(dòng)調節閥和熱風(fēng)管道上的電動(dòng)調節閥進(jìn)行自動(dòng)調節。
3.2 汽包水位控制
采用三沖量調節，即根據給水流量、汽包液位和蒸汽流量調節主給水閥，保證鍋爐汽包水位的穩定，是前饋―反饋串級調節回路，框圖如下：鍋爐給水系統中，由鍋爐提供兩個(gè)給水調節閥，其中DN150調節閥是主調節閥，在正常負荷和高負荷運行時(shí)使用;旁通管設一個(gè)DN100的調節閥，在低負荷時(shí)使用，同時(shí)也作為主調節閥的備用閥。在自動(dòng)給水狀態(tài)下，只允許其中之一自動(dòng)調節給水，此時(shí)，另一調節閥可畫(huà)面手動(dòng)給水;在程序投入之前，操作人員需要事先選定哪一個(gè)調節閥自動(dòng)投入。如果此次未能設定，將按照上一次的設定執行。
圖2 汽包水位控制系統的結構圖
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