燃煤热载体炉供热控制系统解决方案

2015-03-03 14:03
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  • 方案类别:行业产业

燃煤热载体炉是一种以烟煤或无烟煤为燃料,以导热油为热载体,利用热油循环泵强制液相循环,将热能输送给用热设备后,继而返回重新加热的直流式特种工业炉,由于其低压高温、运行安全、节能好、效率高等特点,被广泛地应用于印染、石化、塑料、食品、造纸、建材和筑路工程等行业中。但由于煤的燃烧不易控制——燃烧不稳定,热载体温度控制精度低,还容易造成污染,因此,一般的燃煤热载体炉无法应用于热载体温度控制精度要求高的市场领域。

我公司自主研制开发的燃煤有机热载体炉供热自动控制系统,成功地解决了燃烧控制难题,使供热的热载体温度达到了±0.7℃的精度,并且燃料充分燃烧,提高了燃烧效率,减少了污染排放。           

一、系统结构

根据用户的需求,燃煤热载体炉控制系统可以有不同配置。对于多台炉多套供热系统可以配置网络化多功能控制管理系统,对于单台炉或单套的供热系统,可以配置比较简单的控制系统。对于重要的供热系统,可以配置冗余控制系统(包括硬冗余与软冗余系统及二级控制架构的冗余系统),进一步提高系统的可靠性,并可实现24小时/天、365天/年连续运行控制、控制系统在线维护等功能。作为完整的多功能的控制和管理系统,除可以实现燃烧智能调节控制外,还可以实现操作和管理的其他功能,数据记录功能、报表打印功能、燃烧状态分析功能和故障分析功能和数据库管理与联网功能等等。

这是一个软冗余控制系统的架构。整个控制系统按3层结构和2种网络进行结构规划和系统配置,并预留与全厂生产管理层的通讯接口。三层结构即为操作管理层、过程控制层和现场层;2种网络即为工业以太网和Profibus-DP现场总线网。其系统结构如下图所示。

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操作管理层主要由2个工作站组成,互为热备;操作员通过操作员站能够观察过程回路参数状态、燃烧流程、工艺流程、历史趋势和报警情况,实现对设备启/停、过程回路操作和参数调整的集中管理。

过程控制层由两套SIEMENSS7-300PLC组成双CPU冗余(软冗余)的控制系统组成,主要进行回路调节、顺序控制、逻辑控制、安全联锁控制和综合报警等功能;并通过Profibus-DP现场总线网络与I/O站进行数据交换。

ET-200I/O站作为各过程控制站的从站,具体负责与现场各开关量及传统仪表的接口,并通过Profibus-DP现场总线网络与过程控制层进行数据交换,实现有机热载体炉供热系统所有现场设备、仪表的信号数据采集和控制等功能。

二、主要控制功能与策略

控制系统不仅解决燃煤热载体锅炉的温度控制难题和提高燃烧效率,而且确保整个供热系统运行安全。

—— 温度调节

燃煤热载体炉热载体温度控制的主要难点:系统具有严重非线性,大热惯性,大滞后性,多干扰因素等特点。

采取的控制策略

①  对影响燃烧和热载体温度的各诸多因素,根据影响程度区别对待,主调节回路起主要调节作用,次调节回路进行辅助调节。

②  控制算法:在常规的PID基础上,采用分段控制、前馈控制、模糊控制和自校正PID控制等智能控制算法。以达到动态快速响应和稳态稳定的效果。

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—— 负压调节

燃煤热载体炉的炉膛负压的大小对于节能和安全性影响很大。如果负压大,被烟气带走的热量大,热损失增加,煤耗量增大,这样引风机电耗和燃烧量增加;如果炉膛负压太小,变成正压,炉膛向外喷火和外泄燃烧后的废气,危及设备与人员的安全。因此其理想的运行状态应为微负压状态。

影响炉膛压力的主要因素有:引风和鼓风。炉膛负压的控制调节原理如下图所示。

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三、系统特点:

①        燃烧控制稳定,热载体-导热油温度控制精度高,实际温度控制精度达到±0.7℃;

②        动态响应速度快,当负荷发生变化时,可以将温度迅速稳定在控制范围内;

③        可脱离上位机独立工作,避免了因中央监控站故障而使控制系统失效;

④        标准化、模块化、网络化设计,故障修复快,系统功能扩展方便;

⑤        良好的人机界面具有完善的功能,操作方便,画面美观大方;

⑥        可配置专家系统。

燃煤热载体炉燃烧控制解决方案,公司已申请两项发明专利。燃煤热载体炉燃烧控制系统已被认定为上海市高新技术成果转化项目。


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