基于DCS的燃?xì)忮仩t自動控制系統(tǒng)

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本鍋爐系統(tǒng)主要通過燃燒高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣為某鋼鐵公司1000M3高爐提供動力,并季節(jié)性提供工業(yè)用暖。鍋爐主要包括煤氣（高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣）系統(tǒng)、爐體部分、對流受熱面（汽包及冷卻壁，I、II過熱器，I、II省煤器，I、II空氣預(yù)熱器）、點(diǎn)火器、送引風(fēng)設(shè)備等組成。

按照各部分的功能大致分為汽水系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、減溫減壓及公用系統(tǒng)幾個子系統(tǒng)。

本控制系統(tǒng)主要控制鍋爐及相關(guān)輔助設(shè)備的生產(chǎn)過程，使其符合工藝所要求達(dá)到的蒸汽溫度（450℃）、壓力（3.82MPa）、流量（130t/h）、純度（過熱蒸汽）。

1.1汽水系統(tǒng)

汽水系統(tǒng)是供給鍋爐保護(hù)和產(chǎn)生蒸汽的除氧水，生成載熱的過熱蒸汽送到汽機(jī)膨脹做功或者經(jīng)過減溫減壓后供熱。來自除氧給水系統(tǒng)的除氧水經(jīng)過調(diào)節(jié)后送到I、II省煤器預(yù)熱，然后送到鍋爐汽包和與汽包相連的鍋爐冷卻壁中，經(jīng)過鍋爐燃燒生成的高溫?zé)煔獾募訜嵘刹伙柡驼羝伙柡驼羝?jīng)過I級過熱器、I級過熱器蒸汽集箱，經(jīng)過噴水減溫器減溫處理后，再經(jīng)過II級過熱器、II級過熱器蒸汽集箱后生成飽和的過熱蒸汽，然后送到蒸汽母管,一部分送到汽機(jī)膨脹做功，一部分進(jìn)入減溫減壓系統(tǒng),一部分提供除氧汽動給水泵做功給水。

1.2風(fēng)煙系統(tǒng)

空氣（冷風(fēng)）經(jīng)過凈化后通過1#、2#送風(fēng)機(jī)送到I、II空氣預(yù)熱器中進(jìn)行預(yù)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?fàn)t煤氣通過高爐煤氣管道和焦?fàn)t煤氣管道送到燃燒噴嘴和熱風(fēng)混合燃燒，生成高溫?zé)煔猓訜徨仩t汽包中的除氧水使之成為不飽和蒸汽，然后高溫?zé)煔庖来瓮ㄟ^I過熱器、II過熱器、II省煤器、II空氣預(yù)熱器、I省煤器、I空氣預(yù)熱器將不飽和蒸汽加熱成為高溫高壓的飽和蒸汽，并預(yù)熱送到鍋爐汽包中的除氧水和送到鍋爐爐膛中的空氣，最后通過引風(fēng)機(jī)引至煙囪中排放。

1.3燃燒系統(tǒng)

高爐煤氣由外部接入，分為4路，分別進(jìn)入鍋爐的4個角（每角4個燃燒噴嘴），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個角（每角4個燃燒噴嘴），參與燃燒;焦?fàn)t煤氣由外部接入，分為4路，分別進(jìn)入鍋爐的4個角（每角2個燃燒噴嘴），參與燃燒。正常情況下，燃料為高爐煤氣，焦?fàn)t煤氣只是在點(diǎn)火的時候用到，平時只是作為保安氣（作為鍋爐燃燒過程中的爐膛溫度低時保護(hù)氣）。

燃燒過程中通過熱電偶和火焰觀測器來檢測爐膛溫度變化。通過調(diào)節(jié)高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、風(fēng)的配比來調(diào)節(jié)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?fàn)t煤氣或者50%焦?fàn)t煤氣）。整個燃燒過程中爐膛溫度控制在1100±10℃左右。

1.4減溫減壓及公用系統(tǒng)

本鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽大部分送到汽機(jī)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)過工業(yè)水的減溫減壓后變?yōu)榈蜏氐蛪赫羝?，一部分送到廠區(qū)供熱，另一部分通過加熱蒸汽母管送到除氧器，一部分提供除氧汽動給水泵做功給水。

2.系統(tǒng)配置

2.1DCS系統(tǒng)

計算機(jī)集散控制系統(tǒng)（DCS）由上位系統(tǒng)和下位系統(tǒng)組成。上位系統(tǒng)采用工業(yè)控制計算機(jī)，用Siemens組態(tài)軟件WinCC完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示、存儲、報警處理、打印及控制參數(shù)設(shè)定。下位系統(tǒng)由SiemensPLC構(gòu)成，與現(xiàn)場設(shè)備相連。上位系統(tǒng)和下位系統(tǒng)之間的通訊采用Ethernet方式，其最高傳輸速率可達(dá)10-100Mbit/s，完全滿足對數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控的要求。自動控制系統(tǒng)采用S7400系列PLC硬件組成基礎(chǔ)自動化系統(tǒng),采用WINCCV6.0監(jiān)控軟件，編程軟件采用STEP7V5.3，Windows2000作為系統(tǒng)平臺界面，組成計算機(jī)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)通訊。

2.2系統(tǒng)配置圖

圖1DCS系統(tǒng)組成

3控制功能

3.1燃燒控制

鍋爐運(yùn)行供汽是為了滿足汽輪機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷要求，同時滿足鼓風(fēng)機(jī)站提供低壓蒸汽的需要。汽輪機(jī)和外供汽的負(fù)荷變化，會影響鍋爐蒸汽壓力的變化。只要滿足蒸汽壓力的穩(wěn)定，必然滿足蒸汽量的要求。因此，鍋爐燃燒自動控制的目的就是通過自動燃燒達(dá)到穩(wěn)定蒸汽母管的壓力，來滿足汽輪機(jī)及外供汽對蒸汽的要求。

由于鍋爐的燃燒系統(tǒng)到供汽系統(tǒng)是一個較復(fù)雜的熱力過程，在運(yùn)行中將受到：汽輪機(jī)工況變化所引起的蒸汽負(fù)荷的變化及外供汽對蒸汽負(fù)荷的變化（稱外擾）;燃料熱值、燃料種類等鍋爐內(nèi)部熱負(fù)荷的變化所引起的蒸汽量的變化（稱內(nèi)擾）;從燃料變化開始到爐內(nèi)建立熱負(fù)荷的時間（稱燃燒設(shè)備的慣性）;在鍋爐受到外擾時，燃燒工況未變時而具有的吸熱和放熱能力（稱鍋爐的蓄熱能力）。因此，自動燃燒程序應(yīng)具有抗干擾的能力，以達(dá)到平穩(wěn)地自動調(diào)節(jié)。

為使鍋爐達(dá)到經(jīng)濟(jì)的燃燒，在燃料或負(fù)荷調(diào)節(jié)的同時，應(yīng)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(yùn)行使用此種配比）、80～90%高爐煤氣加20～10%的焦?fàn)t煤氣、50%高爐煤氣加50%焦?fàn)t煤氣。鍋爐增減負(fù)荷量較大時，可以采用停開某一層或者數(shù)層高爐煤氣燃燒器煤氣管道上的電動調(diào)節(jié)閥和熱風(fēng)管道上的電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。

3.2汽包水位控制

采用三沖量調(diào)節(jié)，即根據(jù)給水流量、汽包液位和蒸汽流量調(diào)節(jié)主給水閥，保證鍋爐汽包水位的穩(wěn)定，是前饋—反饋串級調(diào)節(jié)回路，框圖如下：鍋爐給水系統(tǒng)中，由鍋爐提供兩個給水調(diào)節(jié)閥，其中DN150調(diào)節(jié)閥是主調(diào)節(jié)閥，在正常負(fù)荷和高負(fù)荷運(yùn)行時使用;旁通管設(shè)一個DN100的調(diào)節(jié)閥，在低負(fù)荷時使用，同時也作為主調(diào)節(jié)閥的備用閥。在自動給水狀態(tài)下，只允許其中之一自動調(diào)節(jié)給水，此時，另一調(diào)節(jié)閥可畫面手動給水;在程序投入之前，操作人員需要事先選定哪一個調(diào)節(jié)閥自動投入。如果此次未能設(shè)定，將按照上一次的設(shè)定執(zhí)行。

圖2汽包水位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

將液位進(jìn)行PID1調(diào)節(jié)后輸出，和蒸汽流量進(jìn)行加法運(yùn)算，其結(jié)果作為PID2的設(shè)定點(diǎn)，PID2將此設(shè)定點(diǎn)與給水流量的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)給水閥。

汽包液位是主被調(diào)量，給水量是副被調(diào)量，蒸汽流量是前饋量。當(dāng)汽包液位上升時，PID1的輸出減小，則加法器的輸出也減小，給水閥關(guān)小，就減小了給水量。當(dāng)汽包負(fù)荷變大時，即蒸汽流量增加，加法器的輸出就增大，給水閥開大，就增大了給水量。

當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然增加，而出現(xiàn)“假液位”時，由于PID1是反作用，PID1的輸出就減小，即加法器里的X1就減小;由于負(fù)荷增加，加法器里的X2就增加，這樣，加法器的輸出基本變化不大。經(jīng)過短時間后汽包內(nèi)壓力恢復(fù)平衡，“假液位”消除，此時液位因蒸發(fā)量增加而開始下降，PID1的輸出就增加，則給水量增加，直至汽包液位恢復(fù)到給定位置。

3.3爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)

爐膛負(fù)壓自動控制是通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門開度，保持爐膛負(fù)壓在-20——10Pa的微負(fù)壓狀態(tài)，保證鍋爐安全燃燒。當(dāng)兩臺引風(fēng)機(jī)同時運(yùn)行時，應(yīng)并列或者固定其中的一個對另一個進(jìn)行調(diào)節(jié)，可在畫面上選擇并列還是固1調(diào)2（1為固1調(diào)2，0為固2調(diào)1）。爐膛負(fù)壓設(shè)高、低報警。

3.4鍋爐送風(fēng)自動控制

送風(fēng)自動控制目的：使鍋爐所投入的燃料在爐膛中燃燒時，自動投入合適的風(fēng)量，以保證鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒。主要控制的參數(shù)為煤氣壓力及送風(fēng)壓力,進(jìn)而達(dá)到最高的的鍋爐熱效率,煙氣含氧量作為總風(fēng)量的修正量。通過調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)的擋板開度來調(diào)節(jié)送風(fēng)壓力;當(dāng)兩臺送風(fēng)機(jī)同時運(yùn)行時，應(yīng)并列（或者固定其中之一，對另一