蒸汽鍋爐節能自動監控系統

系統設計圍繞可靠、穩定、節能、簡單為最終目標。在此基礎上盡量滿足自動化、網絡化、信息化的系統集成，并實現集中管理分散控制，為便于日后的系統升級與能源管理等。

     因為鍋爐的數量多并且容量大，如果只用傳統的開放式管理模式和粗曠的控制手段，每天的浪費，每月每年累積下來都會是觸目驚心的數字。鑒于現狀，必須對鍋爐的管理和控制提到一個全新的高度。 
     盡管變頻調速已經取代了傳統調節機構實現了節電，但鍋爐的煤耗遠大于電耗，而作為調節燃燒狀況的鍋爐輔機，如果速度比例分配不合理或協調不恰當，都將增加煤耗和電耗。現取四例說明如下：

• ●煙氣含氧量

  1、經濟性： 
       燃煤鍋爐燃燒質量的好壞，直接關系到鍋爐燃料消耗率的高低，既要使燃料達到完全燃燒，同時又不過多地增加排煙量和降低燃燒溫度（過高的燃燒溫度會導致排煙溫度的升高和結渣的加速）。就必須保證鼓風量和燃料量的搭配適宜，這里我們引入了“風煤比”這個概念。“風煤比”就是在當前風量下所能燃燒的煤的最大值。防止由于風量不夠導致煤不能充分燃燒或空氣過剩致使大量煙氣帶走鍋爐熱量。過剩空氣系數對節煤和環保都有很大意義。因為如果不能充分燃燒將會導致灰渣的含炭率增高，這樣比較浪費煤，同時還會造成煙氣含炭量增高影響排放。過剩空氣同時還會導致風機電耗的增加。

  2 、安全性： 
        鍋爐運行的安全性來看，爐內過剩空氣系數過小，會使燃料中的碳不能完全燃燒，造成煙氣中含有較多的一氧化碳（CO）氣體。由于灰分在還原性氣體（CO）中氣熔點降低，易引起爐內結渣的后果。過剩空氣系數過大時，會加劇飛灰對受熱面的磨損。飛灰磨損與煙氣流速的三次方成正比，因此隨著過剩空氣系數的增大，將使鍋爐受熱面的管子和引風機葉片磨損加劇，影響到設備的使用壽命。同時使燃料中的硫份易形成三氧化硫（SO3）,露點溫度也相應提高，從而使尾部煙道的空氣預熱器也易于腐蝕，對于燃用高硫煤的鍋爐尤為顯著。

  3、解決方法 
        正常燃燒時，首先要控制燃料與空氣的比例，使過剩空氣系數α保持在一定范圍內。當熱負荷變化時，鼓風和引風轉速同時響應，加負荷時，爐排略滯后于鼓風，減負荷時，爐排略提前于鼓風。正常燃燒時，系統連續監察煙氣氧含量，氧量過剩空氣系數微調原來的“風煤比”值，最初的“風煤比”值來自于人工觀察給定。

• ●爐膛負壓

  1、經濟性： 
       爐膛負壓的大小對于節能影響很大。爐膛壓力過低會使大量的冷風漏入爐膛，同時將會增大引風機的負荷和排煙熱損失。負壓大，被煙氣帶走的熱量就大，熱損失增加，煤耗量增大，理想運行狀態應在微負壓狀態。它能明顯增加懸浮煤顆粒在爐膛內的滯留時間，增加沉降，減少飛灰，使煤燃燒更充分以提高熱效率。由于負荷變化，需要改變給煤量和送風量，隨之也要改變引風量，以保證爐膛負壓的穩定，但由于人工操作的誤差和其它種種原因，導致爐膛負壓往往很大。從而使煤耗增加。 
       在手動或簡單自動控制運行時，如果鍋爐的熱負荷波動較大時風機會頻繁的起、停（上、下限控制），因為引風機先開后停的邏輯順序，致使風機啟停次數越多，鼓、引風的運行時間差就越大。而時間差越大，鍋爐的排煙熱損失就越大。特別在風機沒有安裝變頻的情況下，熱損失更大。

  2、安全性 
       為了保持爐膛壓力在要求的范圍內，引風量必須與送風量相適應，爐膛負壓太大甚至會引起內爆；反之爐膛負壓太小甚至高出大氣壓力的時候，會使火焰和煙氣冒出，不僅影響環境衛生，甚至可能影響設備和人生安全。

  3、解決方法 
       鼓、引風在任何時刻都同時響應，同時鼓、引風在運行時二者頻率差，一直等于最初人工設定的基本頻率差與實時修正值的和，因為有基本頻率差的參與，所以任意時刻負壓都較平穩。

• ●被控量的穩定性

  1、經濟性 
       當鍋爐處于低限啟動、高限停止的運行控制模式或被控量波動很大時，系統都存在高低偏差的浪費。浪費體現在低限滿足了生產工藝需要的目標值，而從低限向高限爬升的過程就是溫度或壓力爬升的過程，與此過程同時發生的有，排煙溫度、鍋爐熱散失、水泵電耗等參數的爬升。如果可以讓鍋爐運行在一個相對穩定的狀態，即波動盡可能的小，便可減小這些偏差造成的浪費。 
       另外，所有的生產過程都需要更穩定的蒸汽壓力和熱媒溫度，因為他可以提高產品品質和降低產品出次率。

  2、安全性
       壓力和溫度越穩定，管道和鍋爐本體的應力變化也就越小，管道和鍋爐本體泄漏的幾率也就越小。

  3、解決方法

  1. A、連續調節，不做間歇啟停控制。
  2. B、使用通訊，免除模擬信號傳送易被干擾的現象。
  3. C、串級PID和前饋控制。
  4. D、專業控制算法。
• ●鍋爐效率的檢測

  1、經濟性 
       在多臺鍋爐并聯運行（一起參與調節）時，鍋爐是同時調節還是逐臺調節，及逐臺調節的先后順序都是非常講究的。理論上應該讓較高效率的鍋爐最后調節而最低效率的鍋爐最先調節，這是最節能的方法。事實也如此。問題是如何測量每臺鍋爐的各自效率。而讓電腦自動執行先后順序。

  2、解決方法 
       測量每臺鍋爐的給煤量，蒸汽流量和蒸汽壓力或熱媒溫差和熱媒流量，測量鍋爐輔機電耗。以計算鍋爐的綜合能耗。并將比較結果作為調節先后順序的依據。

  二、設備控制
• ●工業以太網

       作為高效自動化系統的骨干，工業數據網絡要求和工業總線系統要求的突出特點是可擴充性和經常需要擴展。工業以太網是已經確立的應對這些需求的骨干網絡技術。我們的工業以太網可以提供卓越的功能性和靈活性——即使是在長距離上——并可應對您的變化需求。 
       為了大量數據包的快速交互轉發，PLC與上位機通過工業管理型以太網交換機，以100M的最高速率無縫鏈接。當多臺鍋爐并聯運行時，系統監察每臺設備的綜合效率，依次來決定效率較低的鍋爐優先調整，而效率較高的以最佳負荷率運行。

• ●串口通信

       為了得到更多變頻器的狀態信息和更好的解決模擬信號易被干擾的問題，PLC與變頻器使用MODBUS –RTU通信，其中對于變頻器的故障內容更有別于傳統的故障繼電器節點輸出。 
       通信可使故障原因細分到上十種，并上傳至電腦，以便于操作員通過系統指導，更具針對性的高效快速的解決問題。 
  對于二次儀表的通信，避免了重復安裝傳感器而帶來的成本提升和管理繁雜。

• ●電磁兼容
  1. A、作為系統最大的傳導干擾源，變頻器必須全部就地獨立接地。
  2. B、自控系統離開變頻接地系統20米獨立接地。
  3. C、上位機由UPS供電。
  4. D、自控系統使用加磁環和隔離變壓器的隔離電源。
  5. E、自控系統線纜離開動力線纜一米以上穿線管獨立布線，線管接地。
  三、系統優點
  1. A、持續的過程優化，持續的能耗降低，連續的數據采集，透明的工作現場，便捷的報表瀏覽，網絡化的協同自動化。
  2. B、出色的可擴展性、模塊化的組合。
  3. C、集中管理，分散控制，風險的最小化。
  4. D、清楚明了的診斷功能可以幫您快捷、輕松的解決問題。
  5. E、快速工業以太網的集成架構，提供了車間級全局的設備訪問。為通過持續的質量監控，高效的產能優化鋪平道路。
  四、實現功能
• ●報警與安全保護
  1. A、高、低出口油溫（汽壓）、電機負荷、爐膛負壓、省煤器（空氣預熱器）壓差等極限報警。
  2. B、回油溫度（蒸汽壓力）、汽包水位變化率報警。
  3. C、超溫（壓）自動強制停車。
  4. D、油壓（水位）異常報警，如無應答強制停車。
  5. E、引風電機（變頻）故障時鼓風爐排強制停車并報警。
  6. F、其它設備故障時報警。
  7. G、通信出錯時自動切換至常規控制并報警。
  8. H、報警發生時聲光警示、電腦顯示具體報警內容與報警原因及故障處理指導流程。
• ●控制工藝
  1. A、運行、降速、升速時爐膛都保持恒微負壓。
  2. B、在合理效率點自動調整燃燒狀況，超過合理點以下限（上限）運行，至減載壓力（溫度）自動停機，至加載壓力（溫度）自動開機。
  3. C、以出口油溫（汽壓）為目標函數，自動跟蹤反向修正被控量。
  4. D、依據實際工況可隨意更改鼓、引、排的速度比例。
  5. E、穩態運行時自動調整給煤和配風的比例，提高整體能效比。
  6. F、依據煙氣氧量、排煙溫度，作為系統的輸入數據，當系統取得這些樣本數據后，建立鍋爐燃燒特性模型，并經過軟件分析，給運行人員一個優化燃燒的操作指導，運行人員根據這些操作指導進行手動操作，或將操作指導納入到自動控制系統中進行優化調整。。
• ●控制冗余
  1. A、鼓、引、排控制保留原驅動系統。
  2. B、通信異常時自動切換到原儀表控制。
  3. C、自動控制與儀表控制可一鍵自由切換。
  4. D、主、付操作員站故障時，可以由原柜體按鈕起停電機，不影響自動控制，但無法再修改數據和無法看到報警信息。
• ●信息與管理
  1. A、系統開放所有OPC服務器的數據，支持極大部分的辦公管理軟件自由訪問，控制電腦上所見的鍋爐運行各項數據。
  2. B、變頻電耗、鍋爐總電耗、換算煤耗一一可見。
  3. C、各項數據與報警記錄歷史可查、可打印，數據可保存1年。
  4. D、局域網內計算機可用共享文件方式簡單瀏覽各項數據。
  5. E、記錄所有需要記錄但可以記錄的數據。