基于DCS的燃气锅炉自动控制系统

基于DCS的燃气锅炉自动控制系统

作者：李婕姝杨润清来源：v黑龙江科技信息发布时间：2010-1-26 17:29:14 [收藏] [评论] 基于DCS的燃气锅炉自动控制系统

1 工艺介绍

本锅炉系统主要通过燃烧高炉煤气和焦炉煤气为某钢铁公司1000M3高炉提供动力,并季节性提供工业用暖。锅炉主要包括煤气（高炉煤气、焦炉煤气）系统、炉体部分、对流受热面（汽包及冷却壁，I、II

过热器，I、II省煤器，I、II空气预热器）、点火器、送引风设备等组成。

按照各部分的功能大致分为汽水系统、风烟系统、燃烧系统、减温减压及公用系统几个子系统。

本控制系统主要控制锅炉及相关辅助设备的生产过程，使其符合工艺所要求达到的蒸汽温度（450℃）、压力（3.82MPa）、流量（130t/h）、纯度（过热蒸汽）。

1.1 汽水系统

汽水系统是供给锅炉保护和产生蒸汽的除氧水，生成载热的过热蒸汽送到汽机膨胀做功或者经过减温减压后供热。来自除氧给水系统的除氧水经过调节后送到I、II省煤器预热，然后送到锅炉汽包和与汽包相连的锅炉冷却壁中，经过锅炉燃烧生成的高温烟气的加热生成不饱和蒸汽，不饱和蒸汽经过I级过热器、I级过热器蒸汽集箱，经过喷水减温器减温处理后，再经过II级过热器、II级过热器蒸汽集箱后生成饱和的过热蒸汽，然后送到蒸汽母管,一部分送到汽机膨胀做功，一部分进入减温减压系统, 一部分提供除氧汽动给水泵做功给水。

1.2 风烟系统

空气（冷风）经过净化后通过1#、2#送风机送到I、II空气预热器中进行预热成为热风，热风送到热风烧嘴和煤气混合燃烧;高炉煤气和焦炉煤气通过高炉煤气管道和焦炉煤气管道送到燃烧喷嘴和热风混合

燃烧，生成高温烟气，加热锅炉汽包中的除氧水使之成为不饱和蒸汽，然后高温烟气依次通过I过热器、II过热器、II省煤器、II空气预热器、I省煤器、I空气预热器将不饱和蒸汽加热成为高温高压的饱和蒸汽，并预热送到锅炉汽包中的除氧水和送到锅炉炉膛中的空气，最后通过引风机引至烟囱中排放。

1.3 燃烧系统

高炉煤气由外部接入，分为4路，分别进入锅炉的4个角（每角4个燃烧喷嘴），参与燃烧;进入锅炉和高炉煤气混合燃烧的热风分别进入锅炉的4个角（每角4个燃烧喷嘴），参与燃烧;焦炉煤气由外部接入，分为4路，分别进入锅炉的4个角（每角2个燃烧喷嘴），参与燃烧。正常情况下，燃料为高炉煤气，焦炉煤气只是在点火的时候用到，平时只是作为保安气（作为锅炉燃烧过程中的炉膛温度低时保护气）。

燃烧过程中通过热电偶和火焰观测器来检测炉膛温度变化。通过调节高炉煤气、焦炉煤气、风的配比来调节锅炉炉膛温度（燃料配比一般为100%高炉煤气，另外也有80%——90%高炉煤气加20%——10%焦炉煤气或者50%焦炉煤气）。整个燃烧过程中炉膛温度控制在1100±10℃左右。

1.4 减温减压及公用系统

本锅炉产生的过热蒸汽大部分送到汽机做功给高炉供风，其余的一部分送到中温中压联络管，另一部分送到1#、2#减温减压器经过工业水的减温减压后变为低温低压蒸汽，一部分送到厂区供热，另一部分通过加热蒸汽母管送到除氧器，一部分提供除氧汽动给水泵做功给水。

2.系统配置

2.1 DCS系统

计算机集散控制系统（DCS）由上位系统和下位系统组成。上位系统采用工业控制计算机，用Siemens 组态软件WinCC完成现场数据的实时显示、存储、报警处理、打印及控制参数设定。下位系统由Siemens PLC 构成，与现场设备相连。上位系统和下位系统之间的通讯采用Ethernet方式，其最高传输速率可达

10-100Mbit/s，完全满足对数据实时监控的要求。自动控制系统采用S7 400 系列PLC硬件组成基础自动

化系统, 采用WINCC V6.0监控软件，编程软件采用STEP 7 V5.3，Windows 2000作为系统平台界面，组成计算机操作系统，实现人机通讯。

2.2 系统配置图

图1 DCS系统组成

3 控制功能

3.1 燃烧控制

锅炉运行供汽是为了满足汽轮机的运行负荷要求，同时满足鼓风机站提供低压蒸汽的需要。汽轮机和外供汽的负荷变化，会影响锅炉蒸汽压力的变化。只要满足蒸汽压力的稳定，必然满足蒸汽量的要求。因此，锅炉燃烧自动控制的目的就是通过自动燃烧达到稳定蒸汽母管的压力，来满足汽轮机及外供汽对蒸汽的要求。

由于锅炉的燃烧系统到供汽系统是一个较复杂的热力过程，在运行中将受到：汽轮机工况变化所引起的蒸汽负荷的变化及外供汽对蒸汽负荷的变化（称外扰）;燃料热值、燃料种类等锅炉内部热负荷的变化所引起的蒸汽量的变化（称内扰）;从燃料变化开始到炉内建立热负荷的时间（称燃烧设备的惯性）;在锅炉受到外扰时，燃烧工况未变时而具有的吸热和放热能力（称锅炉的蓄热能力）。因此，自动燃烧程序应具有抗干扰的能力，以达到平稳地自动调节。

为使锅炉达到经济的燃烧，在燃料或负荷调节的同时，应改变送风和引风量。锅炉使用燃料可能有如下的配比：100%高炉煤气（正常运行使用此种配比）、80～90%高炉煤气加20～10%的焦炉煤气、50%高炉煤气加50%焦炉煤气。锅炉增减负荷量较大时，可以采用停开某一层或者数层高炉煤气燃烧器煤气管道上的电动调节阀和热风管道上的电动调节阀进行自动调节。

3.2 汽包水位控制

采用三冲量调节，即根据给水流量、汽包液位和蒸汽流量调节主给水阀，保证锅炉汽包水位的稳定，是前馈—反馈串级调节回路，框图如下：锅炉给水系统中，由锅炉提供两个给水调节阀，其中DN150调节阀是主调节阀，在正常负荷和高负荷运行时使用;旁通管设一个DN100的调节阀，在低负荷时使用，同时也作为主调节阀的备用阀。在自动给水状态下，只允许其中之一自动调节给水，此时，另一调节阀可画面手动给水;在程序投入之前，操作人员需要事先选定哪一个调节阀自动投入。如果此次未能设定，将按照上一次的设定执行。