CN201037654Y

CN201037654Y - 工业燃煤锅炉节能控制装置

Info

Publication number: CN201037654Y
Application number: CNU2007200958641U
Authority: CN
Inventors: 宋建波; 高士军
Original assignee: SONG JIANBO GAO SHIJUN
Current assignee: SONG JIANBO GAO SHIJUN
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2017-04-25

Abstract

本实用新型涉及一种工业燃煤锅炉节能控制装置，包括计算机、可编程控制器、扩展模块、电路板和直流开关电源。由燃煤锅炉参数检测传感器输出的模拟量和开关量信号通过电路板上的接线端子连接扩展模块，扩展模块通过专用数据线与可编程控制器的CPU进行数据通信，输出的开关量和模拟量信号通过电路板上的输出端子和现场的执行器连接；可编程控制器连接计算机专用接口，与计算机实现数据交换。该装置可对燃烧系统进行优化控制，对蒸汽锅炉的水位和蒸汽压力进行前馈调节，对热水锅炉的出水温度进行定值调节或气候补偿调节，对锅炉的安全运行状态进行全面监控，对锅炉的经济运行指标进行记录统计，用于中、小吨位锅炉燃烧指标控制，节能效果理想。

Description

工业燃煤锅炉节能控制装置

技术领域

本实用新型属于锅炉控制装置领域，涉及一种可以使工业燃煤锅炉节煤、节电并且可以实现全面的安全监控、自动运行的节能控制装置，适用于中、小吨位锅炉燃烧指标控制。

背景技术

以煤为主的能源资源结构和消费结构是我国能源发展的重要特点，在我国能源消费构成中煤炭约占70％以上，其中工业燃煤锅炉是煤炭消耗的主要设备。目前我国工业燃煤锅炉的装机总量约50万台，主要分布在冶金、机械、化工、纺织、能源等行业。

我国工业燃煤锅炉的设计热效率一般为72-80％，但实际运行时大部分约在60-65％，通常比设计热效率低十个百分点以上。造成我国工业燃煤锅炉、特别是中小吨位锅炉运行效率低的重要原因是：缺乏有效的燃烧控制设备，导致锅炉的热损失大、运行效率低。缺乏锅炉的运行和能耗指标数据，管理水平落后。锅炉的操作和管理人员缺乏必要的专业技术知识，整体技术素质低。因此采用先进技术，解决锅炉运行、管理上的问题，降低燃煤锅炉的能耗，提高企业的经济效益将成为锅炉运行控制技术的发展方向。

我国工业燃煤锅炉，特别是中小吨位的锅炉，普遍不具备燃烧系统的优化控制功能。而现有的锅炉燃烧控制技术一般是用烟气中的含氧量反映炉膛中煤的燃烧状况，并控制风量和煤量的配比，从理论上讲其控制原理是比较完善的。但是氧量传感器使用寿命短、价格昂贵，而且其测量数据的准确性容易受到现场因素的干扰，所以一般只适用于新建的大、中型锅炉，解决不了中、小吨位锅炉燃烧控制的问题。

发明内容

本实用新型所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供一种采用全新的燃烧控制方式构成的工业燃煤锅炉节能控制装置，可以对工业燃煤锅炉的燃烧系统进行优化控制，其功能完善、工作可靠、实用性强，控制指标及节能效果非常理想。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

依据本实用新型提供的一种工业燃煤锅炉节能控制装置，包括箱体及箱体内安装的控制电路，所述的控制电路包括计算机、可编程控制器、扩展模块、电路板和直流开关电源；由燃煤锅炉参数检测传感器输出的模拟量信号通过电路板上的输入接线端子连接扩展模块AI的输入端，扩展模块AI的输出端通过专用数据线连接可编程控制器PLC的输入端，可编程控制器PLC的输出端连接扩展模块A0的输入端，扩展模块A0的输出端通过电路板上的输出接线端子和现场的执行器连接；由燃煤锅炉参数检测传感器输出的开关量信号通过电路板上的输入接线端子连接延时滤波电路输入端，延时滤波电路输出端连接可编程控制器PLC的输入端，可编程控制器PLC的输出端连接输出驱动电路输入端，输出驱动电路的输出端通过电路板上的输出接线端子和现场的执行器连接；可编程控制器PLC连接计算机专用接口，与计算机实现数据交换。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案进一步实现：

前述的延时滤波电路由时基电路NE555及阻容充放电电路组成，信号输入端经过状态模拟继电器Ja-1触点和放电二极管D1控制时基电路NE555输入端2的电平状态，当开关量输入信号处于断开状态或状态模拟继电器Ja-1触点处于断开状态时，该电路的12V供电电源通过电阻R1对与之串联的电解电容C1进行充电，当开关量输入信号处于导通状态及状态模拟继电器Ja-1触点也处于导通状态时，电解电容C1通过放电二极管D1、状态模拟继电器Ja-1触点快速放电；时基电路NE555的输出端3通过电阻R2连接到三极管G2的基极，三极管G1的基极和三极管G2的发射极连接组成反向输出电路，输出信号从三极管G1的发射极通过电阻R5输出到可编程控制器PLC的开关量信号输入端进行逻辑处理，电阻R6连接到12V电源，为反向输出电路提供直流电源；时基电路NE555的输出端3又分别连接了由电阻R7、发光二极管D2和电阻R3、发光二极管D3串联而成的两组指示电路，对输出状态进行指示；电阻R4接地，当状态模拟继电器Ja-1动作时为电解电容C1提供放电回路，可以实现控制系统故障状态的自诊断；时基电路NE555的8端为电源的V+，时基电路NE555的1端为电源的V-，时基电路NE555的输入端4连接到电源的V+，保持高电平状态，时基电路NE555的5端通过电容C2接地，时基电路NE555的放电端7空置。

前述的输出驱动电路由继电器J及与之并联的吸收二极管D4、电阻R8、发光二极管D5和电阻R9、发光二极管D6组成的功率放大电路，其负载功率取决于继电器的触点容量；电阻R8与发光二极管D5串联，电阻R9与发光二极管D6串联，组成了两组相同的并联电路，根据发光二极管的显示状态对驱动电路的输出状态进行指示。

本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果。

本实用新型采用相对低廉的温度传感器替代了昂贵的氧量传感器，成本大幅度下降，使用寿命大幅度提高，可根据锅炉的运行状况及负荷变化情况及对锅炉的燃烧状况进行调节，各种调节参数可以在计算机界面上进行任意设置，操作非常方便。同时为了提高开关输入信号的抗干扰能力，在电路中设计了延时滤波电路，其作用是对开关量输入信号进行延时确认，避免输入信号波动造成的影响，并实现控制系统故障状态的自诊断。

本实用新型可以对工业燃煤锅炉的燃烧系统进行优化控制，对蒸汽锅炉的水位和蒸汽压力进行前馈调节，对热水锅炉的出水温度进行定值调节或气候补偿调节，对锅炉的安全运行状态进行全面监控(报警、停炉保护、状态记录)，可以对锅炉的耗煤量、耗水量、煤汽比、水汽比、负荷率、热效率等经济运行指标进行记录、统计。

本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1；本实用新型的外型结构示意图；

图2：本实用新型的控制电路工作原理框图；

图3：本实用新型的延时滤波电路工作原理图；

图4：本实用新型的输出驱动电路工作原理图；

图5：本实用新型的开关量输入、输出信号的定义及逻辑关系图。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。。

如图1－2所示，一种工业燃煤锅炉节能控制装置，包括箱体9及箱体内安装的控制电路，控制电路包括计算机、可编程控制器、扩展模块、电路板和直流开关电源。由燃煤锅炉参数检测传感器输出的模拟量信号通过电路板上的输入接线端子连接扩展模块AI的输入端，扩展模块AI的输出端通过专用数据线连接可编程控制器PLC的输入端，可编程控制器PLC的输出端连接扩展模块A0的输入端，扩展模块A0的输出端通过电路板上的输出接线端子和现场的执行器连接；由燃煤锅炉参数检测传感器输出的开关量信号通过电路板上的输入接线端子连接延时滤波电路输入端，延时滤波电路输出端连接可编程控制器PLC的输入端，可编程控制器PLC的输出端连接输出驱动电路输入端，输出驱动电路的输出端通过电路板上的输出接线端子和现场的执行器连接；可编程控制器PLC连接计算机专用接口RS485，与计算机实现数据交换，通过安装在箱体面板10上的功能键11进行功能输入，通过安装在箱体面板上的功能指示灯12予以状态显示、通过安装在箱体上的液晶显示器13予以数值显示。电路板上装有60个接线端子，用于控制主机与外部设备的连接及所有开关量和模拟量的输入、输出信号的连接。

第1-2号接线端子是电路板24V电源的输入端，第3-18号接线端子是开关量信号输入端，信号的类型为无源开关信号。其中3-12号接线端子是电极式锅炉水位传感器水位信号输入端，第12-18号接线端子是蒸汽压力信号输入端。为了提高开关输入信号的抗干扰能力，在电路中设计了延时滤波电路(见图3)。其作用是对开关量输入信号进行延时确认，避免输入信号波动造成的影响。延时滤波电路由时基电路NE555及阻容充放电电路构成，有6组基本相同的电路，分别为6路开关量输入信号进行滤波。信号输入端经过状态模拟继电器Ja-1触点和放电二极管D1控制时基电路NE555输入端2的电平状态，当开关量输入信号处于断开状态或状态模拟继电器Ja-1触点处于断开状态时，该电路的12V供电电源通过电阻R1对与之串联的电解电容C1进行充电，充电时间与电阻R1和电解电容C1的大小成正比，在充电过程中电解电容C1正极的电位逐渐升高，与之连接的时基电路NE555的输入端2的电位同时升高，超过其阙值时时基电路NE555的输出端3的电平状态将发生反转，充电的过程既为该电路对输入信号的延时时间。当开关量输入信号处于导通状态及状态模拟继电器Ja-1触点也处于导通状态时，电解电容C1通过放电二极管D1、状态模拟继电器Ja-1触点快速放电，电解电容C1正极的电位迅速降低，与之连接的时基电路NE555的输入端2的电位同时降低，低于其阙值时时基电路NE555的输出端3的电平状态将再次发生反转，回到了初始状态，一次延时滤波过程全部完成。时基电路NE555的输出端3通过电阻R2连接到三极管G2的基极，三极管G1的基极和三极管G2的发射极连接组成反向输出电路，输出信号从三极管G1的发射极通过电阻R5输出到可编程控制器PLC的开关量信号输入端进行逻辑处理，电阻R6连接到12V电源，为反向输出电路提供直流电源；时基电路NE555的输出端3又分别连接了由电阻R7、发光二极管D2和电阻R3、发光二极管D3串联而成的两组指示电路，对输出状态进行指示；电阻R4接地，当状态模拟继电器Ja-1动作时为电解电容C1提供放电回路，可以实现控制系统故障状态的自诊断；时基电路NE555的8端为电源的V+，时基电路NE555的1端为电源的V-，时基电路NE555的输入端4连接到电源的V+，保持高电平状态，时基电路NE555的5端通过电容C2接地，时基电路NE555的放电端7空置。

见图4，可编程控制器PLC经过逻辑运算后输出的开关量控制信号，送入输出驱动电路的控制信号输入端，该信号为24V直流电压，可以直接控制继电器J的动作，输出驱动电路由继电器J及与之并联的吸收二极管D4、电阻R8、发光二极管D5和电阻R9、发光二极管D6组成的功率放大电路，其负载功率取决于继电器的触点容量；电阻R8与发光二极管D5串联，电阻R9与发光二极管D6串联，组成了两组相同的并联电路，根据发光二极管的显示状态对驱动电路的输出状态进行指示。继电器J-1触点的容量为380V、20A，因此输出驱动电路的控制输出可以与电气启动装置(现场的执行器)直接进行连接。

可编程控制器PLC的另外2路开关量控制信号分别控制报警器和试验继电器。试验继电器Ja、Jb的触点串联到4路输入信号的电路中(见图3中的Ja-1)，正常状态下其常闭触点为开关量输入信号提供通道。在试验状态下继电器动作，其常闭触点断开，切断输入信号的通道，同时常开触点闭合并通过R4接地，其功能是模拟外部开关量输入信号的闭合状态，因此可以实现控制系统故障状态的自诊断。

开关量输入、输出信号的定义及逻辑关系见图5。

锅炉模拟量运行参数是从电路板的第19-36号接线端子输入的，共有8路，使用了2个4入1出模拟量输入模块AI EM235。模拟量信号来自锅炉参数检测传感器的输出，信号类型为4-20mA的标准电流信号。信号的功能定义如下：

锅炉水位蒸汽压力炉膛温度炉后温度

炉膛压力进煤速度蒸汽流量进水流量

该信号通过电路板上的2个16线连接插头连接到模拟量输入模块AIEM235的输入端，并且对其中的4路模拟量信号进行PID调节。

模拟量的输出信号是PLC224的调节输出信号，共有4路，使用了2个4入1出模拟量输入模块AI EM235和1个两路模拟量输出模块A0 EM232。

本实用新型在解决工业燃煤锅炉燃烧控制问题方面所采用的技术方案是：该控制装置设置了两种控制方式，可以根据不同的锅炉、不同的运行状况、不同的要求任意选择。

第一种控制方式：专家系统控制方式

专家系统控制方式不再对锅炉的某个运行参数进行调节，而是根据锅炉的运行状况及负荷变化情况及对锅炉的燃烧状况进行整体调节。各种调节参数可以在计算机界面上进行任意设置，操作非常方便。该方式克服了氧量法、热量法等纯理论控制方式实用性差的不足，其特点是功能完善、实用性强，控制指标及节能效果非常理想。

第二种控制方式：炉后温度控制方式

燃煤锅炉燃烧控制的关键是如何用锅炉的运行参数表示煤的燃烧状态，只有正确的表示燃煤在炉膛中的燃烧状态，才能够保证锅炉在不同的负荷情况下的最佳燃烧，才能够达到节能降耗、提高锅炉热效率的目的。我们在大量的理论和实践的基础上，创立了“炉后温度控制方法”对燃煤锅炉的燃烧状态进行控制。炉后温度控制方式有三套完全独立的调节系统，均采用PID调节规律实现定值闭环调节。锅炉的燃烧强度用鼓风量的大小来调节，锅炉的炉膛压力用引风量的大小来调节，使锅炉稳定的运行在微负压状态下，尽可能的减少排烟量和排烟热损失。

Claims

1.一种工业燃煤锅炉节能控制装置，包括箱体及箱体内安装的控制电路，其特征在于：所述的控制电路包括计算机、可编程控制器、扩展模块、电路板和直流开关电源；由燃煤锅炉参数检测传感器输出的模拟量信号通过电路板上的输入接线端子连接扩展模块(AI)的输入端，扩展模块(AI)的输出端通过专用数据线连接可编程控制器(PLC)的输入端，可编程控制器(PLC)的输出端连接扩展模块(A0)的输入端，扩展模块(A0)的输出端通过电路板上的输出接线端子和现场的执行器连接；由燃煤锅炉参数检测传感器输出的开关量信号通过电路板上的输入接线端子连接延时滤波电路输入端，延时滤波电路输出端连接可编程控制器(PLC)的输入端，可编程控制器(PLC)的输出端连接输出驱动电路输入端，输出驱动电路的输出端通过电路板上的输出接线端子和现场的执行器连接；可编程控制器(PLC)连接计算机专用接口，与计算机实现数据交换。

2.根据权利要求1所述的工业燃煤锅炉节能控制装置，其特征在于：所述的延时滤波电路由时基电路(NE555)及阻容充放电电路组成，信号输入端经过状态模拟继电器(Ja-1)触点和放电二极管(D1)控制时基电路(NE555)输入端(2)的电平状态，当开关量输入信号处于断开状态或状态模拟继电器(Ja-1)触点处于断开状态时，该电路的12V供电电源通过电阻(R1)对与之串联的电解电容(C1)进行充电，当开关量输入信号处于导通状态及状态模拟继电器(Ja-1)触点也处于导通状态时，电解电容(C1)通过放电二极管(D1)、状态模拟继电器(Ja-1)触点快速放电；时基电路(NE555)的输出端(3)通过电阻(R2)连接到三极管(G2)的基极，三极管(G1)的基极和三极管(G2)的发射极连接组成反向输出电路，输出信号从三极管(G1)的发射极通过电阻(R5)输出到可编程控制器(PLC)的开关量信号输入端进行逻辑处理，电阻(R6)连接到12V电源，为反向输出电路提供直流电源；时基电路(NE555)的输出端(3)又分别连接了由电阻(R7)、发光二极管(D2)和电阻(R3)、发光二极管(D3)串联而成的两组指示电路，对输出状态进行指示；电阻(R4)接地，当状态模拟继电器(Ja-1)动作时为电解电容(C1)提供放电回路，可以实现控制系统故障状态的自诊断；时基电路(NE555)的(8)端为电源的(V+)，时基电路(NE555)的(1)端为电源的(V-)，时基电路(NE555)的输入端(4)连接到电源的(V+)，保持高电平状态，时基电路(NE55)的(5)端通过电容(C2)接地，时基电路(NE555)的放电端(7)空置。

3.根据权利要求1所述的工业燃煤锅炉节能控制装置，其特征在于：所述的输出驱动电路由继电器(J)及与之并联的吸收二极管(D4)、电阻(R8)、发光二极管(D5)和电阻(R9)、发光二极管(D6)组成的功率放大电路，其负载功率取决于继电器的触点容量；电阻(R8)与发光二极管(D5)串联，电阻(R9)与发光二极管(D6)串联，组成了两组相同的并联电路，根据发光二极管的显示状态对驱动电路的输出状态进行指示。