CN201462782U - 蒸汽锅炉节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蒸汽锅炉节能控制系统，它包括锅炉系统，锅炉给水系统和锅炉燃烧调节系统，所述锅炉燃烧调节系统是由三个相对独立的蒸汽压力调节系统、送风调节系统和炉膛负压调节系统共同构成；所述锅炉给水系统的输出端分别连接所述蒸汽压力调节系统、送风调节系统和炉膛负压调节系统的输入端，所述蒸汽压力调节系统通过内部设置的炉排变频器和鼓风机变频器分别连接所述锅炉系统的输入端，所述炉膛负压调节系统通过内部设置的引风机变频器连接所述锅炉系统的输入端。本实用新型是一种新型的优化节能控制系统，应用于蒸汽锅炉，节煤节电效果明显，经济环保。

Description

蒸汽锅炉节能控制系统

技术领域

本实用新型涉及锅炉技术领域，特别涉及一种蒸汽锅炉节能控制系统。

背景技术

现有的蒸汽锅炉一般存在着热效率低的问题，由于过低热效率而导致用煤的增加，造成资源的浪费，因此相关技术人员一直在研究提高锅炉热效率技术的改进，在专利检索中专利申请号为200520081017.0所设计的一种蒸汽锅炉节能器，它包括烟道，在烟道周围设置一水室，水室壁上开设进水口、出水口，烟道内设置一根以上的吸热管，所述吸热管的两端分别穿过烟道壁后与水室相连通，吸热管沿烟道方向层状排列，烟气在烟道内绕经吸热管而呈曲线流动，延长了烟气与吸热管的接触时间，更加充分的利用了烟道内的热能，提高了锅炉的热效率。所述专利主要是在蒸汽锅炉结构上进行了改进，对蒸汽锅炉热效率提高有一定的积极效果，但控制系统一般还是采用原有的仪表控制方式。

而锅炉燃烧优化控制，是近年来开发的一项新技术，它是PLC、HMI、变频器、各种物理量变送器、各种功能模块与自动控制技术等几项技术紧密融合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。提高热效率，降低能耗，用自动控制取代手动或简单的自动控制已是当务之急。

在手动或简单自动控制运行时，如果锅炉的热负荷不平衡时风机会频繁的起停，同时又存在延时开机和停机的现象，故引风机的运行时间远大于鼓风机，这样会带走大量的热量，特别是在风机没有安装变频的情况下，热损失更大。

电耗和煤耗是衡量锅炉运行经济性的两个指标，节煤节电的蒸汽锅炉才会被认可有更大的市场占有率，然而对于燃烧优化控制技术的认识还比较欠缺，通过控制系统的优化设计也可使蒸汽锅炉大大降低电耗和煤耗，从而达到节能环保的目的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，克服现有蒸汽锅炉控制系统技术的缺陷，提供一种蒸汽锅炉节能控制系统应用于蒸汽锅炉，节煤节电、自动控制，有利于环保，提高了煤的燃烧效率。

为了解决上述问题本实用新型的技术方案是这样的：

蒸汽锅炉节能控制系统，它还包括设有给水控制回路与给水压力回路的锅炉给水系统和锅炉燃烧调节系统，所述锅炉燃烧调节系统是由三个相对独立的蒸汽压力调节系统、送风调节系统和炉膛负压调节系统共同构成：

所述锅炉给水系统的输出端分别连接所述蒸汽压力调节系统、送风调节系统和炉膛负压调节系统的输入端，所述蒸汽压力调节系统通过内部设置的炉排变频器和鼓风机变频器分别连接所述锅炉系统的输入端，所述炉膛负压调节系统通过内部设置的引风机变频器连接所述锅炉系统的输入端。

所述锅炉给水系统的给水控制回路包括设定水位结构、水位PI调节单元、给水调节阀和锅炉汽包，所述设定水位结构的输出端连接水位PI调节单元的输入端，所述PI调节单元的输出端连接给水阀的输入端，所述给水阀的输出端连接锅炉汽包，所述锅炉汽包再将汽包水位信号反馈给所述设定水位结构；所述给水压力回路通过变频器控制水压，所述变频器连接有反馈装置。

所述蒸汽压力调节系统内包括设定蒸汽压力结构、炉排PI调节单元、风煤比计算单元、炉排变频器、鼓风机变频器，所述设定蒸汽压力结构的输出端分别连接炉排PI调节单元和鼓风PI调节单元的输入端，所述炉排PI调节单元的输出端连接风煤比计算单元的输入端，所述风煤比计算单元的输出端连接所述炉排变频器的输入端；所述鼓风PI调节单元的输出端同时连接风煤比计算单元的输入端和所述鼓风机变频器的输入端，炉排变频器与鼓风机变频器的输出端连接锅炉系统，所述锅炉系统再蒸汽压力信号反馈给所述设定蒸汽压力结构。

所述炉膛负压调节系统主要由设定炉膛负压结构、负压PI调节单元和引风机变频器构成，所述设定炉膛负压结构的输出端连接负压PI调节单元的输入端，所述负压PI调节单元的输出端连接锅炉系统，所述锅炉系统再将炉膛负压信号反馈给设定炉膛负压结构。

所述炉膛负压调节系统通过负压PI调节单元将外部的鼓风信号传输给所述引风机变频器。

本实用新型的有益效果是，它不仅能够通过自动化控制技术实现安全生产的目的，还能够节煤节电并能使排放更环保。

节煤方面：从已在运行的锅炉来看，采用可编程控制器控制后热效率可比以前提高5-10％，据用户统计，一台10T的锅炉，全年平均负荷70％，以平均热效率提高5％计算，全年节煤400吨，按每吨700元计算每年节约280000元；

节电方面：锅炉系统中包含鼓风机，引风机，给水泵等大功率电动机，由于锅炉本身特性和选型的因素，这些风机大部分时间里是不会满负荷输出的，原有方式采用阀门和挡板控制流量，浪费非常严重，通过对风机水泵进行变频控制可以平均节电达到30％-40％；以引风电机为55KW鼓风15KW水泵11KW平均节电率30％电价0.78元计算则一天节约454元，一年运行时间以250天计算则年节约电费为113500元。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；

图1为本实用新型中给水调节过程方框图。

图2为本实用新型的控制流程图。

图3为本实用新型炉膛负压控制系统框图。

图4为本实用新型的基本模块连接图。

图5为本实用新型采用变频取代挡板调节的对比节电率图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

实施例：

参看图1，本实用新型蒸汽锅炉节能控制系统，包括锅炉给水系统01、锅炉燃烧调节系统和锅炉系统26，蒸汽压力调节系统、送风调节系统和炉膛负压调节系统。所述锅炉燃烧调节系统是由三个相对独立的蒸汽压力调节系统02、送风调节系统03和炉膛负压调节系统04共同构成：

锅炉给水系统01的输出端分别连接所述蒸汽压力调节系统02、送风调节系统03和炉膛负压调节系统04的输入端，蒸汽压力调节系统02通过内部设置的炉排变频器和鼓风机变频器分别连接所述锅炉系统26的输入端，炉膛负压调节系统04通过内部设置的引风机变频器连接所述锅炉系统26的输入端。

所述锅炉给水系统01设置有给水控制回路和给水压力回路，所述给水控制回路的一个任务是使给水流量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在允许的范围内；另一个任务是保持给水稳定。

参看图2，在给水控制回路中被调参数是汽包水位1，调节机构是给水调节阀2，调节量是给水流量3，采用闭环三冲量调节系统进行调节。具体调节过程是：先通过蒸汽流量变送器和给水流量变送器取得各自的信号乘以相应的比例系数，通过比例系数可以调节蒸汽流量或给水流量对调节系统的影响力度。通过差压变送器取得水位信号作为主调节信号H。如果水位设定值为G，蒸汽流量为D，那么在平衡条件下应有D*Dk-W*Wk+H-G＝0的关系式存在。其中Dk为蒸汽流量系数Wk为给水流量系数。如果再设定时，保证在稳态下D*Dk＝W*Wk那么就可以得到H＝G。此时调节器的输出就与符合对应，给水阀停在某一位置上。若有一个或多个信号发生变化，平衡状态被破坏，水位PI调节单元4的输出必将发生变化。当水位升高了，则调节模块的输出信号就减小，使得给水调节阀关小。反之，当水位降低时，调节模块的输出值增大，使给水阀开大。实践证明三冲量给水单极自动调节系统能保持水位稳定，且给水调节阀动作平稳。

所述给水压力回路的作用是提高水压，使水能够正常注入汽包。因为汽包内压力较高，要给锅炉补水必须提供更高的压力。它是采用通过变频器恒压供水的方式控制水压，具体实现方式是：

系统下达指令由变频器自动启动第一台泵运行，系统检测给水管的水压，当变频器频率上升到工频时，如水压未达到设定的压力值，系统自动将第一台电机切换至工频直供电，并由变频器拖动第二台水泵运行，如变频器运行到工频状态时供水母管压力仍未达到设定压力值系统自动将第二台水泵切换至工频直供电，再由变频器拖动第三台运行，依次类推，直至压力达到设定值。若锅炉需要的给水量减少，变频控制系统可自动降低变频器的运行频率，如变频器的频率到零仍不能满足要求，则变频器自动切换至前一台水泵进行变频运行，依次类推。变频恒压供水控制系统的实质是：始终利用一台变频器自动调整水泵的转速，切换时间以管网的实际压力和设定压力的差值决定，同时保证管网的压力动态恒定。为了防止变频器报警停机或其他故障造成水泵不转会引起锅炉缺水，所述变频器还加有反馈装置确保变频器正常工作。

所述锅炉给水系统01中还包括除氧器压力控制和除氧器水位控制，所述除氧器压力控制主要是为了保证除氧器口有足够的蒸汽压力用于将软化水除氧，这是一个单闭环控制回路，输入参数是除氧器压力，输出参数是控制除氧器进气阀；所述除氧器水位控制主要是为了保证除氧器内有足够的水提供给锅炉，也是一个单闭环控制回路，输入参数是除氧器水位，输出参数是控制除氧器进水阀.

所述锅炉燃烧调节系统设有气压、烟气含氧量和炉膛负压三个被调参数，燃料量、送风量和引风量三个调节量。燃烧调节系统的调节对象是炉排电机，而所述送风量和引风量则是通过挡板执行机构或变频器。

锅炉燃烧调节系统是一个多参数变量调节系统，通常把它简化成相互联系，密切配合但又相对独立的三个单变量系统来实现。这三个系统分别是以燃料量维持锅炉压力恒定的蒸汽压力调节系统02，调节送风量与燃料量相配合的送风调节系统03和以引风量维持炉膛负压稳定的炉膛负压调节系统04。

所述送风调节系统03涉及燃料量和送风量的配比，所述燃料量和送风量的搭配适宜以风煤比进行衡量，所述风煤比就是在当前风量下所能燃烧的煤的最大值。在控制作用中风煤比主要是根据当前风量来限制炉排的转速，防止由于风量不够导致煤不能充分燃烧。

所述蒸汽压力调节系统02包括蒸汽压力变送器，引起蒸汽压力变化的主要原因是燃料量和用汽负荷发生变化。

参看图3，燃烧过程控制系统的控制流程图，炉排变频器25的输出端连接锅炉系统26的输入端，鼓风机变频器22的输出端连接锅炉系统26的输入端，锅炉系统26再反馈出蒸汽压力信号。

操作流程是：先通过蒸汽压力变送器经滤波后取得信号，与设定蒸汽压力进行比较，判断出鼓风PI调节器调节的方向和大小，通过鼓风PI调节单元21计算出鼓风机变频器22的输出大小。同时把信号输出给风煤比计算单元23，相应的算出在当时的风量下炉排的最大输出值；再把蒸汽压力的差值信号输送给炉排PI调节器，通过炉排PI调节单元24计算出炉排变频器25的输出大小。经过风煤比23限位，输出给炉排变频器25。在实际调试过程中需要把鼓风PI调节单元21的比例系数设的比炉排PI调节单元的大，这样可以很好的保证鼓风系统对蒸汽压力的敏感度要高于炉排。实践证明通过该方法控制下锅炉的蒸汽压力稳定性好，在蒸汽负荷变化时反应迅速，灰渣含碳量低。

参看图4，所述炉膛负压调节系统04设置有设定炉膛负压结构34，设定炉膛负压结构34的输出端连接负压PI调节单元33的输入端，负压PI调节单元33的输出端连接引风机变频器31的输入端，引风机变频器31的输出端连接锅炉系统26的输入端，采用的是单闭环调节系统，输入量是炉膛负压信号32，炉膛负压调节系统预先设定炉膛负压，并引入鼓风量作为前馈信号对引风机进行超前调节，并通过负压PI调节单元33将前馈信号传输给引风机变频器31，系统输出量是引风机变频器31，这样即可保证炉膛负压的稳定。

另外系统各回路中都设置了手动和自动两种操作方式，为了实现无扰动切换，系统引入了各控制对象的反馈值，在手动操作时PLC输出会自动跟踪控制对象的反馈，当切换到自动状态时可以进行无扰动切换，使系统平稳的过渡到自动状态。

参看图5，本实用新型中，人机界面HMI模块41与中央处理器CPU模块42连接，中央处理器CPU模块42与电机驱动器45连接，调节执行机构或电机驱动器45与功能模块44连接，功能模块44与功能变送器43相连接，同时中央处理器CPU模块42还与功能模块44相连接，彼此相邻连接的两个模块之间信号可以进行双向传输，其中所述电机驱动器45也可为其它调节执行机构.

参看图6，为变频取代挡板调节所取得的节电率。当所需风量为90％时挡板开度控制在90％位置如果改成变频调节则电机速度调整到90％额定转速，此时风机所需轴功率为额定轴功率的72.9％，此时变频的理论节电率为27.1％(实际需要减去电机损耗和变频损耗)实际节电率在23％以上。从对比中可以看出，本实用新型利用变频取代挡板调节在节电方面的效果显而易见，具有积极意义。

在节煤方面来看，从实践使用中得出采用可编程控制器控制后的蒸汽锅炉热效率可比以前提高5-10％，按用户统计，一台10T的锅炉，全年平均负荷70％，以平均热效率提高5％计算，全年节煤400吨，按每吨煤700元计算每年节约280000元，可见采用本实用新型后的蒸汽锅炉节煤效果非常明显。

综上所述，本实用新型蒸汽锅炉节能控制系统应用于蒸汽锅炉，不仅能够通过自动化控制技术实现安全生产的目的，还能够节煤节电并能使排放更环保，运行稳定，经济安全，具有很好的市场发展空间和投资收益前景，值得广泛地推广。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.蒸汽锅炉节能控制系统，包括锅炉系统，其特征在于，它还包括设有给水控制回路与给水压力回路的锅炉给水系统(01)和锅炉燃烧调节系统，所述锅炉燃烧调节系统是由三个相对独立的蒸汽压力调节系统(02)、送风调节系统(03)和炉膛负压调节系统(04)共同构成：

所述锅炉给水系统(01)的输出端分别连接所述蒸汽压力调节系统(02)、送风调节系统(03)和炉膛负压调节系统(04)的输入端，所述蒸汽压力调节系统(02)通过内部设置的炉排变频器和鼓风机变频器分别连接所述锅炉系统(26)的输入端，所述炉膛负压调节系统(04)通过内部设置的引风机变频器连接所述锅炉系统(26)的输入端。

2.根据权利要求1所述的蒸汽锅炉节能控制系统，其特征在于，所述锅炉给水系统的给水控制回路包括设定水位结构(6)、水位PI调节单元(4)、给水调节阀(2)和锅炉汽包(5)，所述设定水位结构的输出端连接水位PI调节单元(4)的输入端，所述PI调节单元(4)的输出端连接给水调节阀(2)的输入端，所述给水调节阀(2)的输出端连接锅炉汽包(5)，所述锅炉汽包(5)再将汽包水位信号反馈给所述设定水位结构；所述给水压力回路通过变频器控制水压，所述变频器连接有反馈装置。

3.根据权利要求1所述的蒸汽锅炉节能控制系统，其特征在于，所述蒸汽压力调节系统内包括设定蒸汽压力结构(27)、炉排PI调节单元(24)、鼓风PI调节单元(21)、风煤比(23)计算单元、炉排变频器(25)、鼓风机变频器(22)，所述设定蒸汽压力结构的输出端分别连接炉排PI调节单元(24)和鼓风PI调节单元(21)的输入端，所述炉排PI调节单元(24)的输出端连接风煤比(23)计算单元的输入端，所述风煤比(23)计算单元的输出端连接所述炉排变频器(25)的输入端；所述鼓风PI调节单元(21)的输出端同时连接风煤比(23)计算单元的输入端和所述鼓风机变频器(22)的输入端，炉排变频器(25)与鼓风机变频器(22)的输出端连接锅炉系统(26)，所述锅炉系统(26)再蒸汽压力信号反馈给所述设定蒸汽压力结构。

4.根据权利要求1所述的蒸汽锅炉节能控制系统，其特征在于，所述炉膛负压调节系统主要由设定炉膛负压结构(34)、负压PI调节单元(33)和引风机变频器(31)构成，所述设定炉膛负压结构(34)的输出端连接负压PI调节单元(33)的输入端，所述负压PI调节单元(33)的输出端连接锅炉系统(26)。

5.根据权利要求4所述的蒸汽锅炉节能控制系统，其特征在于，所述炉膛负压调节系统通过负压PI调节单元(33)将外部的鼓风信号传输给所述引风机变频器(31)。

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