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锅炉风机变频与PLC控制系统设计_10

发表于:2019-07-05 11:40 作者:新闻小编 来源:新闻小编

1 引言

  我国每年风机的电能消耗占总消耗的10%以上,因此对风机的节能研究具有十分重要的实际意义。随着生产的发展,锅炉日益广泛的用于工业生产的各个领域,成为发展国民经济的重要热工设备之一。所以提高锅炉的热效率,有这极为重要的实际意义。锅炉风机变频控制采用单回路控制系统,即满足了控制要求又保证了较高的风机工作效率。测量蒸汽出口温度与设定值构成一个差值pid工业控制系统,通过变频调节鼓风机速度来改变送风量,进而改变炉膛温度即调整蒸汽温度。测量炉膛负压与其炉膛负压设定值构成一个差值pid控制系统,来调节引风机改变引风量,使炉膛维持在微负压状态。

2 工艺原理分析

  对于煤粉炉来说,对它的送风分为:一次风、二次风和三次风。一次风的作用主要是输送煤粉通过燃烧器送入炉膛,并能供给煤粉中的挥发分着火燃烧所需的氧气,采用热风送粉的一次风,同时还具有对煤粉预热的作用。二次风的作用是供给燃料完全燃烧所需的氧量,并能使空气和燃料充分混合,通过二次风的扰动,使燃烧迅速、强烈、完全。三次风是制粉系统排出的干燥风,俗称乏气,它作为输送煤粉的介质,送粉时叫一次风,只有在以单独喷口送入炉膛时叫三次风。三次风含有少量的细煤粉,风速高,对煤粉燃烧过程又强烈的混合作用,并补充燃尽阶段所需的氧气,由于其风温低、含水蒸汽多,有降低炉温的影响。

  锅炉总风量的控制是通过调节送风机进口的导向挡板实现的。组织锅炉燃烧,就是要使一、二次风的风压、风量配合好。一次风量的调节应满足其所携带进入炉膛的煤粉挥发分着火所需的氧量,并保持一定的风速,不使煤粉管堵塞和喷出的射流具有一定的刚性。一次风量的过大和过小,风速的过高和过低,都应避免。二次风的调节除应保证焦炭的燃烧所需氧量外,必须保持一定的风速并掌握好与一次风混入的时间,应具有较强的搅拌混合作用和穿透焦炭灰衣的动能,这就需要根据具体情况,调节各层二次风的风量,以实现燃烧稳定和烟气中过量氧量适当的目的。

  运行中炉膛内压力变正时,炉膛高温烟气和火苗从一些孔门和不严密处外喷,不仅影响环境卫生,危机人身安全,还可能造成炉膛和燃料器结焦,燃烧器、刚性梁和炉墙等过热而变形损坏,还会造成燃烧不稳定及燃烧不安全,降低热效率。所以应保持炉膛负压运行,但负压过大时,将增加炉膛和烟道的漏风,不但降低炉膛温度,造成燃烧不稳,而且使烟气量增加,加剧尾部受热面磨损和增加风机电耗,降低锅炉效率。因此,炉膛负压值一般维持在30-50pa为宜。锅炉运行时,炉膛负压表上的指针经常在控制值左右轻微晃动,有时甚至出现大幅度的剧烈晃动,可见炉膛负压总是波动的。

3 plc和变频器在锅炉风机变频中的应用

  3.1控制工艺

  通常,在选择锅炉配套风机时,要考虑短期的超负荷能力,并加以适当裕量来确定机型。而在选定锅炉时,又要根据工艺最大负荷和适当裕量来确定锅炉容量。鉴于上述两个环节的选定又受到产品规格分档的限制,因此最后的风机容量往往偏大,加之对锅炉鼓、引风机的调节,是靠调节闸板完成的,所以当风量变化时,就风机系统而言。这实际上是通过人为增加阻力的方式,并以浪费电能和金钱为代价来满足工艺和工况对气体、液体流量调节的要求。这种落后的调节方式,不仅浪费了宝贵的能源,而且调节精度差,要想改变这种情况,最好是采用变频调速技术。

  3.2 控制方式

  原引风机运行方式是降压启动、工频运行,其风量大小采用调节风门的方法来调节风量。这种控制方式的缺点是电能浪费大,调节实时性差,噪声大,工人的劳动强度大。故对其进行变频改造,引风机闭环控制原理如框图1所示,采用微差变送器、变频器、控制器、引风机组成的压力闭环回路自动控制引风机的转速,使炉膛保持一稳定的微负压,这样既提高了控制精度,又节约了能源,使引风机控制具有一定的合理性。

  鼓风机变频改造闭环控制原理框图如图2所示,采用温度变送器、变频器、控制器、鼓风机组成的温度闭环回路自动控制鼓风机的转速,使锅炉蒸汽出口的温度保持一稳定值,同样也既提高了控制精度,又节约了能源(电能和燃料),使鼓风机控制具有一定的合理性。

  3.3控制算法与plc

  项目选用西门子s7-200系列plc组成自动化平台。西门子s7-200系列plc能够进行pid控制,其cpu最多可支持8个pid控制回路。

  pid控制功能是通过pid指令功能块实现的。在s7-200中,pid回路指令运用回路表中的输入信息和组态信息,进行pid运算,交换数据,编程极其简便,该指令影响特殊存储器标志位sm1.1(溢出)。只有在逻辑堆栈栈顶值为1时,才能进行pid运算。本指令有两个操作数:tbl和loop,其中tbl是回路表的起始地址。限用vb区,数据类型是byte型;loop是回路号可以是0到7的整数,因此在程序中最多可以用8条pid指令。如果有两个或两个以上的pid指令用了同一个回路号,即使这些指令的回路表不同,那么这些pid运算之间也会产生不可预料的结果。所以在直接使用pid指令功能块之前,必须把增益(kc)、采样时间(ts)、积分时间(ti)、微分时间(td)等等这些实数全部转换成0.0~1.0之间的实数,以便pid指令功能块接受,也就是说把外界实际物理量转换成pid 指令可以接收的数据,即输入/输出的转换与标准化处理。

4 结束语

  本文对对锅炉风机的变频控制系统进行了比较全面的叙述,作为锅炉风机控制装置,其主要任务是保证锅炉风机的安全、稳定、经济运行,减轻操作人员的劳动强度。对于锅炉风机的变频采用plc控制,能够完成对锅炉风机变频进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。

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