CN104949092A - 一种可自动控制的多台锅炉系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种可自动控制的多台锅炉系统及其控制方法，涉及自动控制技术领域，其通过在蒸汽母管设有母管蒸汽压力仪表，设有多台锅炉自动控制系统与每套锅炉系统的DCS自动控制系统连接，多台锅炉自动控制系统实时获取每套锅炉系统的参数检测仪表采集的数据，同时实时监测母管蒸汽压力仪表的实际压力值，如果发现与预设的压力的定值不符，则自动协调和控制每个DCS自动控制系统去调节相应的给煤机的转速、给风机的转速、给水机的给水流量和冷渣机的转速等，进而达到调节母管的蒸汽压力的目的，可实现锅炉的自动控制，无需人工调节，减少由于调整不及时造成的损失；还可使得两台锅炉母管蒸汽压力能够保证平稳，出汽品质得到保证，减少能源的浪费。

Description

一种可自动控制的多台锅炉系统及其控制方法

技术领域

 本发明涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种可自动控制的多台锅炉系统及其控制方法。

背景技术

锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业等。

在现有的热电联产的热电厂中，多台锅炉的供汽都是母管制，锅炉的控制是单台炉各自的DCS控制系统来控制，对于母管供汽的协调，是通过每台炉控制人员之间的沟通来协调，这种形式的控制方式是比较成熟和普遍的控制方式，但是这种控制方式也有其不能完善的地方：1、此种控制方式对控制人员的要求极高，即使是控制经验丰富的人员，也会存在控制滞后、调节不及时和造成浪费等问题。2、多台炉之间的协调是通过人来沟通，对于整个热电站的负荷调节也会滞后，造成供热的流量、压力、温度等波动较大，最终造成能源的浪费。

申请号为01267860.0的中国专利申请公开了多台锅炉联动控制的智能控制装置，其由控制处理电路1、程序存贮电路2、数据存贮电路3、ADC模数转换电路4、多路数据采集电路5、输出电路6、燃烧机组合式调节电路7、显示操作电路8及控制电源电路9连接组成,使用时与多台被控锅炉的燃烧机程控器、温度传感器、压力传感器、液位传感器及泵、电磁阀相连接。该实用新型实现了多台锅炉联动控制,可根据热负荷的需要自动调节锅炉的运行台数及火的大小,但是其实现是依赖复杂的硬件电路，成本高，其仅仅是调节锅炉的运行台数和火的大小，不能保证多台锅炉母管蒸汽压力能够平稳，出汽品质得不到保证，可能造成能源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种可自动控制的多台锅炉系统及其控制方法，该可自动控制的多台锅炉系统能够实现锅炉的自动控制，无需人工调节，减少由于调整不及时造成的损失；还可使得多台锅炉母管蒸汽压力能够保证平稳，出汽品质得到保证，减少能源的浪费。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种可自动控制的多台锅炉系统，包括多套锅炉系统和蒸汽母管，每套锅炉系统均包括锅炉和单台锅炉控制系统，每台锅炉均包括给煤机、给风机、给水机、冷渣机和产汽蒸汽管，每台所述锅炉均设有参数检测仪表，所述参数检测仪表与所述单台锅炉控制系统的输入端连接，所述单台锅炉控制系统的输出端均与所述给煤机、给风机、给水机、汽包和冷渣机连接，所述产汽蒸汽管与所述蒸汽母管连通，所述蒸汽母管设有母管蒸汽压力仪表，所述母管蒸汽压力仪表与所述多台锅炉自动控制系统的输入端连接，所述多台锅炉自动控制系统的输出端与所述每套锅炉系统的单台锅炉控制系统连接。

其中，所述锅炉还包括汽包、炉膛、过热器、尾部烟道以及置于所述炉膛的床料和布封板，所述炉膛和过热器均设有出口，所述给风机设有出风口。

其中，所述参数检测仪表包括：设于每条所述产汽蒸汽管的蒸汽压力仪表、蒸汽温度仪表和蒸汽流量仪表，设于汽包的汽包压力仪表，设于给水机的给水机压力仪表、给水机温度仪表和给水机流量仪表，设于锅炉的炉膛温度仪表、床料温度仪表、炉膛出口压力仪表、布封板下压力仪表、料层差压仪表和氧传感器，设于锅炉的过热器的过热器出口温度仪表，设于尾部烟道的排烟温度仪表，设于给风机的风机电流表、风机电压表、风机出风口压力仪表和风量仪表。

其中，所述多台锅炉自动控制系统与所述每套锅炉系统的单台锅炉控制系统之间均通过OPC协议进行通讯。

其中，所述单台锅炉控制系统均为DCS自动控制系统。

其中，所述蒸汽母管还连接有供热蒸汽管。

一种可自动控制的多台锅炉系统的控制方法，包括以下步骤：

（1）多台锅炉自动控制系统预设母管蒸汽压力仪表的压力值为定值A，预设第一锅炉的流量值为定值B，预设其它的产汽蒸汽管的蒸汽压力仪表的压力值为定值C，将多台锅炉自动控制系统划分为控制系统负荷计算模块、控制系统煤质分析计算模块和锅炉燃烧自动控制模块；

（2）多台锅炉自动控制系统先获取母管蒸汽压力仪表的实时压力值D，与所述定值A比较，如果实时压力值D=定值A，则不做任何动作；如果实时压力值D≠定值A，则执行步骤（3）；

（3）负荷计算模块将每台锅炉的产汽蒸汽管的蒸汽流量仪表、产汽蒸汽压力仪表、蒸汽温度仪表、汽包压力仪表、给水流量仪表、给水压力仪表和给水温度仪表采集的数据进行统一计算得出计算结果M；

控制系统煤质分析计算模块将每台锅炉的炉膛温度仪表、床料温度仪表、过热器出口温度仪表、排烟温度仪表、氧传感器、汽包压力仪表采集的数据进行统一计算得出计算结果W；

锅炉燃烧自动控制模块利用每台锅炉的风机电流表、风机电压表、风机出口风压仪表、风量仪表、炉膛出口压力仪表、布封板下压力仪表和料层差压仪表采集的数据作为参考值，将该参考值与计算结果M和W进行统一计算后，发出负荷调节指令至单台锅炉控制系统。

其中，所述发出调节负荷指令至单台锅炉控制系统具体为：

如果实时压力值D>定值A，则给第一锅炉的所述单台锅炉控制系统发送保持负荷指令，给其它锅炉的所述单台锅炉控制系统发送减负荷指令，以令第一锅炉的产汽蒸汽管的流量保持在定值B，其它锅炉的产汽蒸汽管的压力值保持在定值C；

如果实时压力值D<定值A，则给第一锅炉的所述单台锅炉控制系统发送保持负荷指令，给其它锅炉的所述单台锅炉控制系统发送升负荷指令，以令第一锅炉的产汽蒸汽管的流量保持在定值B，其它锅炉的产汽蒸汽管的压力值保持在定值C。

其中，所述定值A=9.15Mpa，定值B=180t/h，定值C=9.3MPa。 

本发明的有益效果：本发明通过在蒸汽母管设有母管蒸汽压力仪表，同时设有多台锅炉自动控制系统与每套锅炉系统的DCS自动控制系统之间通过OPC协议进行通讯，母管蒸汽压力仪表与多台锅炉自动控制系统的输入端连接，每套锅炉系统的参数检测仪表将采集的数据送至DCS自动控制系统，多台锅炉自动控制系统实时获取该数据，通过在蒸汽母管设有母管蒸汽压力仪表，多台锅炉自动控制系统实时监测母管蒸汽压力仪表的实际压力值，如果发现与预设的压力的定值不符，则自动协调和控制每个DCS自动控制系统去调节相应的给煤机的转速、给风机的转速、给水机的给水流量和冷渣机的转速等，进而达到对锅炉负荷进行调节、最终调节母管的蒸汽压力的目的，可实现锅炉的自动控制，无需人工调节，减少由于调整不及时造成的损失；还可使得两台锅炉母管蒸汽压力能够保证平稳，出汽品质得到保证，减少能源的浪费。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明的一种自动控制的多台锅炉系统的结构示意图。

图2是本发明的多台锅炉控制系统的工作流程图。

图3是图2中多台锅炉控制系统的计算原理图。

图中包括有：

PT1——第一锅炉产汽蒸汽管的蒸汽压力仪表；

TT1——第一锅炉产汽蒸汽管的蒸汽温度仪表；

FT1——第一锅炉产汽蒸汽管的蒸汽流量仪表；

PT——母管蒸汽压力仪表;

PT2——第二锅炉产汽蒸汽管的蒸汽压力仪表；

TT2——第二锅炉产汽蒸汽管的蒸汽温度仪表；

FT2——第二锅炉产汽蒸汽管的蒸汽流量仪表。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

本实施例的一种可自动控制的多台锅炉系统，如图1所示，包括两套锅炉系统和蒸汽母管，所述蒸汽母管还连接有供热蒸汽管。

每套锅炉系统均包括锅炉和DCS自动控制系统，每台锅炉均包括给煤机、给风机、给水机、冷渣机、产汽蒸汽管、汽包、炉膛、过热器、尾部烟道、置于所述炉膛的床料和布封板，所述炉膛和过热器均设有出口，所述给风机设有出风口，所述锅炉均设有参数检测仪表，所述参数检测仪表包括：设于产汽蒸汽管的蒸汽压力仪表、蒸汽温度仪表和蒸汽流量仪表，设于汽包的汽包压力仪表，设于给水机的给水机压力仪表、给水机温度仪表和给水机流量仪表，设于锅炉的炉膛温度仪表、床料温度仪表、炉膛出口压力仪表、布封板下压力仪表、料层差压仪表和氧传感器，设于锅炉的过热器的过热器出口温度仪表，设于尾部烟道的排烟温度仪表，设于给风机的风机电流表、风机电压表、风机出风口压力仪表和风量仪表（图中未标示），所述参数检测仪表与所述DCS自动控制系统的输入端连接，所述DCS自动控制系统的输出端均与所述给煤机、给风机、给水机、汽包和冷渣机连接，所述产汽蒸汽管与所述蒸汽母管连通，所述蒸汽母管设有母管蒸汽压力仪表PT，所述母管蒸汽压力仪表PT与所述多台锅炉自动控制系统的输入端连接，所述多台锅炉自动控制系统与所述每套锅炉系统的DCS自动控制系统之间均通过OPC协议进行通讯。OPC接口既可以适用于通过网络把最下层的控制设备的原始数据提供给作为数据的使用者(OPC应用程序)的HMI(硬件监督接口)／SCADA(监督控制与数据采集)，批处理等自动化程序，以至更上层的历史数据库等应用程序，也可以适用于应用程序和物理设备的直接连接。所以OPC接口是适用于很多系统的具有高厚度柔软性的接口标准。

本实施例的一种可自动控制的多台锅炉系统的工作原理是：每套锅炉系统的参数检测仪表将采集的数据送至DCS自动控制系统，DCS自动控制系统与多台锅炉自动控制系统之间通过OPC协议进行通讯，多台锅炉自动控制系统实时获取该数据，通过在蒸汽母管设有母管蒸汽压力仪表PT，多台锅炉自动控制系统实时监测母管蒸汽压力仪表PT的实际压力值，如果发现与预设的压力的定值不符，则自动协调和控制每个DCS自动控制系统去调节相应的给煤机的转速、给风机的转速、给水机的给水流量和冷渣机的转速等，进而达到对锅炉负荷进行调节、最终调节母管的蒸汽压力的目的，可实现锅炉的自动控制，无需人工调节，减少由于调整不及时造成的损失；还可使得两台锅炉母管蒸汽压力能够保证平稳，出汽品质得到保证，减少能源的浪费。

本实施例的一种可自动控制的多台锅炉系统的控制方法，如图2和图3所示，由存储于多台锅炉自动控制系统的计算机软件执行，所述计算机软件是由澳洋顺昌能源技术（苏州）有限公司开发的TS12218软件，包括以下步骤：

（1）预设母管蒸汽压力仪表PT的压力值为定值A=9.15Mpa，预设第一锅炉的流量值为定值B=180t/h，预设第二台锅炉的产汽蒸汽管的蒸汽压力仪表PT2的压力值为定值C=9.3MPa，将所述计算机软件划分为控制系统负荷计算模块、控制系统煤质分析计算模块和锅炉燃烧自动控制模块；

（2）多台锅炉自动控制系统先获取母管蒸汽压力仪表PT的实时压力值D，与所述定值A=9.15Mpa比较，如果实时压力值D=9.15Mpa，则不做任何动作；如果实时压力值D≠9.15Mpa，则执行步骤（3）；

（3）如图3所示，负荷计算模块将两台锅炉的产汽蒸汽管的蒸汽流量仪表FT1（或FT2）、产汽蒸汽压力仪表PT1（或PT2）、蒸汽温度仪表TT1（或TT2）、汽包压力仪表、给水流量仪表、给水压力仪表和给水温度仪表采集的数据分别进行统一计算得出计算结果M1和M2；

控制系统煤质分析计算模块将两台锅炉的炉膛温度仪表、床料温度仪表、过热器出口温度仪表、排烟温度仪表、氧传感器、汽包压力仪表采集的数据分别进行统一计算得出计算结果W1和W2；

锅炉燃烧自动控制模块利用第一台锅炉的风机电流表、风机电压表、风机出口风压仪表、风量仪表、炉膛出口压力仪表、布封板下压力仪表和料层差压仪表采集的数据作为参考值，将该参考值与计算结果M1和W1进行统一计算。同理，锅炉燃烧自动控制模块利用第二台锅炉的风机电流表、风机电压表、风机出口风压仪表、风量仪表、炉膛出口压力仪表、布封板下压力仪表和料层差压仪表采集的数据作为参考值，将该参考值与计算结果M2和W2进行统一计算后，权衡第一台锅炉的最后的计算结果和第二台锅炉的最后的计算结果后，分别发出负荷调节指令至第一锅炉的DCS自动控制系统和第二锅炉的DCS自动控制系统。发出调节负荷指令至第一锅炉的DCS自动控制系统或者第二锅炉的DCS自动控制系统具体为：

如图2所示，如果实时压力值D>9.15Mpa，则将第一锅炉进行流量控制，第二台锅炉进行压力控制，即给第一锅炉的所述DCS自动控制系统发送保持负荷指令，此时第一锅炉的所述DCS自动控制系统控制相应的给煤机的转速、给风机的转速、给水机的给水流量和冷渣机的转速均不变，即产汽量不变，压力不变，以令第一锅炉的产汽蒸汽管的流量保持在180t/h不变；而给第二台锅炉的所述DCS自动控制系统发送减负荷指令，此时第二台锅炉的所述DCS自动控制系统控制相应的给煤机的转速、给风机的转速、给水机的给水流量和冷渣机的转速均变小，以令第二台锅炉的产汽蒸汽管的压力值保持在9.3Mpa，进而使得母管蒸汽压力仪表PT的压力值下降至定值A=9.15Mpa。

如果实时压力值D<9.15Mpa，则给第一锅炉的所述DCS自动控制系统发送保持负荷指令，此时第一锅炉的所述DCS自动控制系统控制相应的给煤机的转速、给风机的转速、给水机的给水流量和冷渣机的转速均不变，即产汽量不变，压力不变，以令第一锅炉的产汽蒸汽管的流量保持在180t/h不变；而给第二台锅炉的所述DCS自动控制系统发送升负荷指令，此时第二台锅炉的所述DCS自动控制系统控制相应的给煤机的转速、给风机的转速、给水机的给水流量和冷渣机的转速均变大，以令第二台锅炉的产汽蒸汽管的压力值提升至9.3Mpa，进而使得母管蒸汽压力仪表PT的压力值提升至定值A=9.15Mpa。

本控制方法由于采集的数据多，能更真实快速地反映多锅炉系统的实际情况，控制系统煤质分析计算模块由于计算的是煤质的相关数据，也就是在给煤时已经对煤质进行检测评估，如果在给煤期间就发现本批次的煤质相对以往使用的煤质已经发生了变化，那么就可以提前对给煤机的转速、给风机的转速、给水机的给水流量和冷渣机的转速做出相应的调整，从而减少由于调整不及时造成的损失；还可使得多台锅炉母管蒸汽压力能够保证平稳，出汽品质得到保证，减少能源的浪费。

压力控制：即用这台锅炉来调节负荷，从而调节母管的蒸汽压力，保证母管的蒸汽压力在定值A的附近运行。

流量控制：即保证这台锅炉的负荷稳定，保证在锅炉预设的流量值的定值B附近运行。

若运行锅炉有三台，同样设定一台锅炉为流量控制，另外两台设定为压力控制，从而保证母管压力稳定。

流量的定值B的设定是根据锅炉的运行工况来确定的，一种情况是该锅炉的运行最佳负荷，可以将该最佳负荷设定为流量控制的定值B，另一种情况是锅炉有部分故障，不能高于某个负荷运行，则将该负荷设定为流量控制的定值B。

母管的蒸汽压力的选择是根据电站汽轮机进汽的要求，并考虑管道输送的压力损失后计算的值，此值根据实际工况来确定。同理，锅炉压力控制的压力定值设定的原理也是同样的情况。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种可自动控制的多台锅炉系统，其特征在于：包括多套锅炉系统和蒸汽母管，每套锅炉系统均包括锅炉和单台锅炉控制系统，每台锅炉均包括给煤机、给风机、给水机、冷渣机和产汽蒸汽管，每台所述锅炉均设有参数检测仪表，所述参数检测仪表与所述单台锅炉控制系统的输入端连接，所述单台锅炉控制系统的输出端均与所述给煤机、给风机、给水机、汽包和冷渣机连接，所述产汽蒸汽管与所述蒸汽母管连通，所述蒸汽母管设有母管蒸汽压力仪表，所述母管蒸汽压力仪表与所述多台锅炉自动控制系统的输入端连接，所述多台锅炉自动控制系统的输出端与所述每套锅炉系统的单台锅炉控制系统连接。

2.如权利要求1所述的一种可自动控制的多台锅炉系统，其特征在于：所述锅炉还包括汽包、炉膛、过热器、尾部烟道以及置于所述炉膛的床料和布封板，所述炉膛和过热器均设有出口，所述给风机设有出风口。

3.如权利要求2所述的一种可自动控制的多台锅炉系统，其特征在于：所述参数检测仪表包括：设于每条所述产汽蒸汽管的蒸汽压力仪表、蒸汽温度仪表和蒸汽流量仪表，设于汽包的汽包压力仪表，设于给水机的给水机压力仪表、给水机温度仪表和给水机流量仪表，设于锅炉的炉膛温度仪表、床料温度仪表、炉膛出口压力仪表、布封板下压力仪表、料层差压仪表和氧传感器，设于锅炉的过热器的过热器出口温度仪表，设于尾部烟道的排烟温度仪表，设于给风机的风机电流表、风机电压表、风机出风口压力仪表和风量仪表。

4.如权利要求1所述的一种可自动控制的多台锅炉系统，其特征在于：所述多台锅炉自动控制系统与所述每套锅炉系统的单台锅炉控制系统之间均通过OPC协议进行通讯。

5.如权利要求1所述的一种可自动控制的多台锅炉系统，其特征在于：所述单台锅炉控制系统均为DCS自动控制系统。

6.如权利要求1所述的一种可自动控制的多台锅炉系统，其特征在于：所述蒸汽母管还连接有供热蒸汽管。

7.一种如权利要求1至6任意一项所述的可自动控制的多台锅炉系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）多台锅炉自动控制系统预设母管蒸汽压力仪表的压力值为定值A，预设第一锅炉的流量值为定值B，预设其它的产汽蒸汽管的蒸汽压力仪表的压力值为定值C，将多台锅炉自动控制系统划分为控制系统负荷计算模块、控制系统煤质分析计算模块和锅炉燃烧自动控制模块；

（2）多台锅炉自动控制系统先获取母管蒸汽压力仪表的实时压力值D，与所述定值A比较，如果实时压力值D=定值A，则不做任何动作；如果实时压力值D≠定值A，则执行步骤（3）；

（3）负荷计算模块将每台锅炉的产汽蒸汽管的蒸汽流量仪表、产汽蒸汽压力仪表、蒸汽温度仪表、汽包压力仪表、给水流量仪表、给水压力仪表和给水温度仪表采集的数据进行统一计算得出计算结果M；

控制系统煤质分析计算模块将每台锅炉的炉膛温度仪表、床料温度仪表、过热器出口温度仪表、排烟温度仪表、氧传感器、汽包压力仪表采集的数据进行统一计算得出计算结果W；

锅炉燃烧自动控制模块利用每台锅炉的风机电流表、风机电压表、风机出口风压仪表、风量仪表、炉膛出口压力仪表、布封板下压力仪表和料层差压仪表采集的数据作为参考值，将该参考值与计算结果M和W进行统一计算后，发出负荷调节指令至单台锅炉控制系统。

8.如权利要求7所述的一种可自动控制的多台锅炉系统的控制方法，其特征在于：所述发出调节负荷指令至单台锅炉控制系统具体为：

如果实时压力值D>定值A，则给第一锅炉的所述单台锅炉控制系统发送保持负荷指令，给其它锅炉的所述单台锅炉控制系统发送减负荷指令，以令第一锅炉的产汽蒸汽管的流量保持在定值B，其它锅炉的产汽蒸汽管的压力值保持在定值C；

如果实时压力值D<定值A，则给第一锅炉的所述单台锅炉控制系统发送保持负荷指令，给其它锅炉的所述单台锅炉控制系统发送升负荷指令，以令第一锅炉的产汽蒸汽管的流量保持在定值B，其它锅炉的产汽蒸汽管的压力值保持在定值C。

9.如权利要求7所述的一种可自动控制的多台锅炉系统，其特征在于：所述定值A=9.15Mpa，定值B=180t/h，定值C=9.3MPa。