淺論余熱鍋爐系統(tǒng)的儀表控制優(yōu)化措施
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淺論余熱鍋爐系統(tǒng)的儀表控制優(yōu)化措施
淺論余熱鍋爐系統(tǒng)的儀表控制優(yōu)化措施
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工業(yè)技術(shù)
●l
China science and Technology Review
淺論余熱鍋爐 系統(tǒng) 的儀表 控制優(yōu)化 措施
孟愛萍
(黑龍江省墾區(qū)特種設(shè)備檢驗研究所建三江分所 156300)
[摘 要]余熱鍋爐是響應(yīng)社會可持續(xù)發(fā)展的號召，利用工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱來產(chǎn)生蒸汽的鍋爐，它是技能型鍋爐設(shè)備的一種。余熱鍋爐具有很好的
經(jīng)濟性，也提高了資源的利用率，因此得到了飛速的發(fā)展，并且擁有廣闊的前景，同時對其優(yōu)化措施也提出了更高的要求，本研究對余熱鍋爐系統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)
做了相關(guān)的探討。
[關(guān)鍵詞]余熱鍋爐；儀表控制系統(tǒng)；優(yōu)化措施
中圖分類號：TF 文獻標識碼：A 文章編號：1009—914X(2014)08—0041一O1
節(jié)能減排是我國建設(shè)節(jié)約型社會的必然要求，而對余熱資源的合理利用和 量。過程控制級完成回路控制，其主要任務(wù)是使各被控量能夠跟蹤給定量變化，
開發(fā)就是節(jié)約資源的重要手段之一 在很多企業(yè)單位都有潛在的余熱資源等待 回路控制包括汽包壓力回路控制與汽包液位回路控制。過程控制層通過工業(yè)以
挖掘，如果加以利用，既可以節(jié)約資源，還可以降低成本，減少浪費和污染，是一 太網(wǎng)絡(luò)與運行監(jiān)控層相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。操作人員也可根據(jù)實際情況設(shè)定
項一舉多得的好方法。對余熱鍋爐系統(tǒng)進行儀表控制和優(yōu)化設(shè)計，是一項利國 真?zhèn)€余熱鍋爐系統(tǒng)的自動化程度，一旦出現(xiàn)故障，維修人員也可以通過儀表的
利民的舉措，對很多方面都有著積極的重要意義。 數(shù)據(jù)和監(jiān)控情況來判斷故障的部分和故障原因，進而在實際操作中，能夠更快
1．余熱鍋爐控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀簡介 的找到故障點，進行維修工作。各個數(shù)值還能清楚地反映出當(dāng)前系統(tǒng)的溫度、壓
余熱鍋爐的原理從字面上還是比較容易理解的，但是實際運用中，由于受 力、液位、流量等過程值，這也是整個余熱鍋爐計算機控制系統(tǒng)的基本功能之
到很多外界因素的影響，它的工況和特性還是比較重要和需要注意的。隨著余 一 ，歷史數(shù)據(jù)還能夠存在相應(yīng)的計算機硬盤中，方便調(diào)取。由于數(shù)據(jù)是當(dāng)時余熱
熱鍋爐的越來越多的應(yīng)用，其復(fù)雜程度也在不斷的提高，對其的控制要求也越 鍋爐實時運行的數(shù)據(jù)，因此對余熱鍋爐的優(yōu)化和設(shè)計來說，這些數(shù)據(jù)都是十分
來越嚴格，所以，人們對它的動態(tài)特l生的控制及研究也越來越關(guān)注。在過去很長 重要的珍貴資料。也可以通過這些資料在發(fā)生事故時準確判斷責(zé)任人。人機交
時間內(nèi)，都有很多人對余熱鍋爐的數(shù)學(xué)模型進行了系統(tǒng)的研究，最開始的時候 互功能是指工作人員可以通過計算機的基本功能實現(xiàn)對設(shè)備的控制和參數(shù)的
N_Xr_的模型比較簡單，主要是一階模型，研究的也只是壓力的動態(tài)變化，隨著研 設(shè)置等，具有方便操作的特性。操作人員也可以根據(jù)自己的習(xí)慣來進行～鍵設(shè)
究的開展，模型也變得越來越復(fù)雜，現(xiàn)在的余熱鍋爐建模主要為集總參數(shù)模型。 置。余熱鍋爐計算機控制系統(tǒng)系統(tǒng)管理功能是管理操作員用戶名密碼信息、操
現(xiàn)在有越來越多的學(xué)者對其的建模和仿真進行研究，模型也開始變得成熟起 作員權(quán)限、記錄操作以及數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)等一系列功能。
來，主要的建模方法總結(jié)起來有機理建模方法和辨識建模方法。 3 2計算機控制系統(tǒng)平臺
2．余熱鍋爐的工藝流程及檢測儀表的配■ 網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)大大改變了人們的生活習(xí)慣，被用于各行各業(yè)中，很多企業(yè)都
余熱鍋爐是工業(yè)中的重要節(jié)能設(shè)備，是整體設(shè)備設(shè)計和優(yōu)化控制的關(guān)鍵部 實現(xiàn)了自動化。網(wǎng)絡(luò)也是當(dāng)今企業(yè)工廠的自動化核心組成，是計算機集成過程
分。余熱鍋爐是利用工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高溫廢氣的余熱來加熱蒸汽輪機系 系統(tǒng)的基礎(chǔ)，每一個工廠自動化都有其獨立的操作系統(tǒng)，適用于本行業(yè)的生產(chǎn)
統(tǒng)的水系統(tǒng)，進而產(chǎn)生高溫高壓的水蒸氣，再將水蒸氣送到蒸汽輪機中去做功， 需要。很多余熱鍋爐采用的是Honeywell PKS300 DCS系統(tǒng)，這個系統(tǒng)由服
就會增大機組的功率，提高了能源和廢氣的再利用率。余熱鍋爐根據(jù)循環(huán)方式 務(wù)器、操作站、控制處理器等部分組成，在計算機的控制系統(tǒng)和功能的使用及數(shù)
的不同，分類方法也有所不同，主要是分為自然循環(huán)和強制循環(huán)兩種，自然循環(huán) 據(jù)的儲存和共享上則采用信息層網(wǎng)來實現(xiàn)。Honeywell EPKS設(shè)計為用戶提供
主要是余熱鍋爐蒸發(fā)器中的換熱管束垂直排列，煙氣水平流動經(jīng)過換熱面，完 了遠遠高于集散控制系統(tǒng)的工作職能，方便的為決策者提供了需要的信息內(nèi)
成熱量的交換。蒸發(fā)器換熱管束中的水和蒸汽依靠二者密度的不同以及液體高 容，安全組件保證系統(tǒng)的安全環(huán)境獨立于主控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的安全新能
度產(chǎn)生的重力壓差造成的壓頭促使工質(zhì)在蒸發(fā)器和汽包之間流動，完成工質(zhì)的 和設(shè)備使用的可靠性。
循環(huán)；而強制循環(huán)是指余熱鍋爐蒸發(fā)器中的換熱管束水平布置，煙氣垂直流經(jīng) 3．3軟件系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用
換熱面，完成熱量的交換，這時管束中的重力壓差很小，不足以推動工質(zhì)在蒸發(fā) EPKS系統(tǒng)工程軟件包是Honeywell公司針對DCs控制系統(tǒng)所研發(fā)的，在
器和汽包之間完成流動，故要在回路中增加一個循環(huán)泵，來推動工質(zhì)完成循環(huán)。 英文版的Windows 2000 server操作系統(tǒng)上運行，它的功能特別巨大，能夠很
余熱鍋爐的熱源一般是工業(yè)產(chǎn)生的廢氣，因此不需要額外的燃燒系統(tǒng)，換熱主 大程度上滿足大型企業(yè)控制需求。它通過Control Biulder的軟件環(huán)境來完成
要依靠對流，由于余熱鍋爐的特性，因而其體積一般都比較大，排煙氣的量也 系統(tǒng)組態(tài)和控制軟件的編制和過程數(shù)據(jù)的采集、控制。
大，流速也很高。通過對余熱鍋爐工藝結(jié)構(gòu)的分析和相關(guān)儀表的檢測和裝置，余 4．結(jié)語
熱鍋爐已經(jīng)逐漸被人們所了解，然而它的設(shè)計還是有一些控制器的不足，今后 綜上所述，余熱鍋爐在我國工業(yè)生產(chǎn)生活里還是應(yīng)用很廣泛的，由于其良
還要不斷完善其結(jié)構(gòu)，爭取在完整建立汽包控制器數(shù)學(xué)模型而又能方便地設(shè)計 好的杼f生和優(yōu)勢，因而受到了足夠多的重視，回收的余熱水可用作多種用途，為
控制器的難點。 工廠企業(yè)帶來了很多便利和效益，產(chǎn)生的能源也大大節(jié)約了生產(chǎn)成本，對控制
3．余熱鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā) 系統(tǒng)的優(yōu)化也增加了余熱鍋爐使用的安全性能，也為社會的可持續(xù)發(fā)展作出一
3 1計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計 點貢獻。
計算機的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計算機控制系統(tǒng)的總體設(shè)計思路而來的，結(jié)合實 參考文獻
際環(huán)境和現(xiàn)階段計算機的發(fā)展現(xiàn)狀來看，計算機設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計分為運行 【1]王德慧，周一工．大型燃機聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐的發(fā)展 ．鍋爐制造，2000，
監(jiān)控層和過程控制層兩層結(jié)構(gòu)組成，能夠很好的實現(xiàn)過程運行崎控，管理和過 4：25-29．
程控制同時進行的結(jié)果，余熱鍋爐的計算機結(jié)構(gòu)層的監(jiān)控層主要完成生產(chǎn)過程 [2】昊華．鍋爐控制系統(tǒng)研究[D]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2005，6．
的監(jiān)視和發(fā)出控制的行為，操作人員可通過實時監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸來監(jiān)控實際生 [3】信光輝．轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐循環(huán)系統(tǒng)分析[D】．重慶：重慶大學(xué)，2004，6．
產(chǎn)的畫面，運行控制人員還可以將監(jiān)控的數(shù)據(jù)存用，還可以通過控制操作來對
一 些參數(shù)進行設(shè)定和修改，也可以實現(xiàn)安全管理，通過監(jiān)視確保整個系統(tǒng)正常
運行。過程控制層是整個控制系統(tǒng)的心臟，主要是發(fā)出一些指令來控制鍋爐系
統(tǒng)的自動化，各種控制算法均存儲于過程控制層的現(xiàn)場CPU中，根據(jù)現(xiàn)場傳感
器采集的信號對控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行分析，然后經(jīng)過計算給出合理的控制
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淺論余熱鍋爐 系統(tǒng) 的儀表 控制優(yōu)化 措施
孟愛萍
(黑龍江省墾區(qū)特種設(shè)備檢驗研究所建三江分所 156300)
[摘 要]余熱鍋爐是響應(yīng)社會可持續(xù)發(fā)展的號召，利用工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱來產(chǎn)生蒸汽的鍋爐，它是技能型鍋爐設(shè)備的一種。余熱鍋爐具有很好的
經(jīng)濟性，也提高了資源的利用率，因此得到了飛速的發(fā)展，并且擁有廣闊的前景，同時對其優(yōu)化措施也提出了更高的要求，本研究對余熱鍋爐系統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)
做了相關(guān)的探討。
[關(guān)鍵詞]余熱鍋爐；儀表控制系統(tǒng)；優(yōu)化措施
中圖分類號：TF 文獻標識碼：A 文章編號：1009—914X(2014)08—0041一O1
節(jié)能減排是我國建設(shè)節(jié)約型社會的必然要求，而對余熱資源的合理利用和 量。過程控制級完成回路控制，其主要任務(wù)是使各被控量能夠跟蹤給定量變化，
開發(fā)就是節(jié)約資源的重要手段之一 在很多企業(yè)單位都有潛在的余熱資源等待 回路控制包括汽包壓力回路控制與汽包液位回路控制。過程控制層通過工業(yè)以
挖掘，如果加以利用，既可以節(jié)約資源，還可以降低成本，減少浪費和污染，是一 太網(wǎng)絡(luò)與運行監(jiān)控層相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。操作人員也可根據(jù)實際情況設(shè)定
項一舉多得的好方法。對余熱鍋爐系統(tǒng)進行儀表控制和優(yōu)化設(shè)計，是一項利國 真?zhèn)€余熱鍋爐系統(tǒng)的自動化程度，一旦出現(xiàn)故障，維修人員也可以通過儀表的
利民的舉措，對很多方面都有著積極的重要意義。 數(shù)據(jù)和監(jiān)控情況來判斷故障的部分和故障原因，進而在實際操作中，能夠更快
1．余熱鍋爐控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀簡介 的找到故障點，進行維修工作。各個數(shù)值還能清楚地反映出當(dāng)前系統(tǒng)的溫度、壓
余熱鍋爐的原理從字面上還是比較容易理解的，但是實際運用中，由于受 力、液位、流量等過程值，這也是整個余熱鍋爐計算機控制系統(tǒng)的基本功能之
到很多外界因素的影響，它的工況和特性還是比較重要和需要注意的。隨著余 一 ，歷史數(shù)據(jù)還能夠存在相應(yīng)的計算機硬盤中，方便調(diào)取。由于數(shù)據(jù)是當(dāng)時余熱
熱鍋爐的越來越多的應(yīng)用，其復(fù)雜程度也在不斷的提高，對其的控制要求也越 鍋爐實時運行的數(shù)據(jù)，因此對余熱鍋爐的優(yōu)化和設(shè)計來說，這些數(shù)據(jù)都是十分
來越嚴格，所以，人們對它的動態(tài)特l生的控制及研究也越來越關(guān)注。在過去很長 重要的珍貴資料。也可以通過這些資料在發(fā)生事故時準確判斷責(zé)任人。人機交
時間內(nèi)，都有很多人對余熱鍋爐的數(shù)學(xué)模型進行了系統(tǒng)的研究，最開始的時候 互功能是指工作人員可以通過計算機的基本功能實現(xiàn)對設(shè)備的控制和參數(shù)的
N_Xr_的模型比較簡單，主要是一階模型，研究的也只是壓力的動態(tài)變化，隨著研 設(shè)置等，具有方便操作的特性。操作人員也可以根據(jù)自己的習(xí)慣來進行～鍵設(shè)
究的開展，模型也變得越來越復(fù)雜，現(xiàn)在的余熱鍋爐建模主要為集總參數(shù)模型。 置。余熱鍋爐計算機控制系統(tǒng)系統(tǒng)管理功能是管理操作員用戶名密碼信息、操
現(xiàn)在有越來越多的學(xué)者對其的建模和仿真進行研究，模型也開始變得成熟起 作員權(quán)限、記錄操作以及數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)等一系列功能。
來，主要的建模方法總結(jié)起來有機理建模方法和辨識建模方法。 3 2計算機控制系統(tǒng)平臺
2．余熱鍋爐的工藝流程及檢測儀表的配■ 網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)大大改變了人們的生活習(xí)慣，被用于各行各業(yè)中，很多企業(yè)都
余熱鍋爐是工業(yè)中的重要節(jié)能設(shè)備，是整體設(shè)備設(shè)計和優(yōu)化控制的關(guān)鍵部 實現(xiàn)了自動化。網(wǎng)絡(luò)也是當(dāng)今企業(yè)工廠的自動化核心組成，是計算機集成過程
分。余熱鍋爐是利用工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高溫廢氣的余熱來加熱蒸汽輪機系 系統(tǒng)的基礎(chǔ)，每一個工廠自動化都有其獨立的操作系統(tǒng)，適用于本行業(yè)的生產(chǎn)
統(tǒng)的水系統(tǒng)，進而產(chǎn)生高溫高壓的水蒸氣，再將水蒸氣送到蒸汽輪機中去做功， 需要。很多余熱鍋爐采用的是Honeywell PKS300 DCS系統(tǒng)，這個系統(tǒng)由服
就會增大機組的功率，提高了能源和廢氣的再利用率。余熱鍋爐根據(jù)循環(huán)方式 務(wù)器、操作站、控制處理器等部分組成，在計算機的控制系統(tǒng)和功能的使用及數(shù)
的不同，分類方法也有所不同，主要是分為自然循環(huán)和強制循環(huán)兩種，自然循環(huán) 據(jù)的儲存和共享上則采用信息層網(wǎng)來實現(xiàn)。Honeywell EPKS設(shè)計為用戶提供
主要是余熱鍋爐蒸發(fā)器中的換熱管束垂直排列，煙氣水平流動經(jīng)過換熱面，完 了遠遠高于集散控制系統(tǒng)的工作職能，方便的為決策者提供了需要的信息內(nèi)
成熱量的交換。蒸發(fā)器換熱管束中的水和蒸汽依靠二者密度的不同以及液體高 容，安全組件保證系統(tǒng)的安全環(huán)境獨立于主控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的安全新能
度產(chǎn)生的重力壓差造成的壓頭促使工質(zhì)在蒸發(fā)器和汽包之間流動，完成工質(zhì)的 和設(shè)備使用的可靠性。
循環(huán)；而強制循環(huán)是指余熱鍋爐蒸發(fā)器中的換熱管束水平布置，煙氣垂直流經(jīng) 3．3軟件系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用
換熱面，完成熱量的交換，這時管束中的重力壓差很小，不足以推動工質(zhì)在蒸發(fā) EPKS系統(tǒng)工程軟件包是Honeywell公司針對DCs控制系統(tǒng)所研發(fā)的，在
器和汽包之間完成流動，故要在回路中增加一個循環(huán)泵，來推動工質(zhì)完成循環(huán)。 英文版的Windows 2000 server操作系統(tǒng)上運行，它的功能特別巨大，能夠很
余熱鍋爐的熱源一般是工業(yè)產(chǎn)生的廢氣，因此不需要額外的燃燒系統(tǒng)，換熱主 大程度上滿足大型企業(yè)控制需求。它通過Control Biulder的軟件環(huán)境來完成
要依靠對流，由于余熱鍋爐的特性，因而其體積一般都比較大，排煙氣的量也 系統(tǒng)組態(tài)和控制軟件的編制和過程數(shù)據(jù)的采集、控制。
大，流速也很高。通過對余熱鍋爐工藝結(jié)構(gòu)的分析和相關(guān)儀表的檢測和裝置，余 4．結(jié)語
熱鍋爐已經(jīng)逐漸被人們所了解，然而它的設(shè)計還是有一些控制器的不足，今后 綜上所述，余熱鍋爐在我國工業(yè)生產(chǎn)生活里還是應(yīng)用很廣泛的，由于其良
還要不斷完善其結(jié)構(gòu)，爭取在完整建立汽包控制器數(shù)學(xué)模型而又能方便地設(shè)計 好的杼f生和優(yōu)勢，因而受到了足夠多的重視，回收的余熱水可用作多種用途，為
控制器的難點。 工廠企業(yè)帶來了很多便利和效益，產(chǎn)生的能源也大大節(jié)約了生產(chǎn)成本，對控制
3．余熱鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā) 系統(tǒng)的優(yōu)化也增加了余熱鍋爐使用的安全性能，也為社會的可持續(xù)發(fā)展作出一
3 1計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計 點貢獻。
計算機的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計算機控制系統(tǒng)的總體設(shè)計思路而來的，結(jié)合實 參考文獻
際環(huán)境和現(xiàn)階段計算機的發(fā)展現(xiàn)狀來看，計算機設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計分為運行 【1]王德慧，周一工．大型燃機聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐的發(fā)展 ．鍋爐制造，2000，
監(jiān)控層和過程控制層兩層結(jié)構(gòu)組成，能夠很好的實現(xiàn)過程運行崎控，管理和過 4：25-29．
程控制同時進行的結(jié)果，余熱鍋爐的計算機結(jié)構(gòu)層的監(jiān)控層主要完成生產(chǎn)過程 [2】昊華．鍋爐控制系統(tǒng)研究[D]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2005，6．
的監(jiān)視和發(fā)出控制的行為，操作人員可通過實時監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸來監(jiān)控實際生 [3】信光輝．轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐循環(huán)系統(tǒng)分析[D】．重慶：重慶大學(xué)，2004，6．
產(chǎn)的畫面，運行控制人員還可以將監(jiān)控的數(shù)據(jù)存用，還可以通過控制操作來對
一 些參數(shù)進行設(shè)定和修改，也可以實現(xiàn)安全管理，通過監(jiān)視確保整個系統(tǒng)正常
運行。過程控制層是整個控制系統(tǒng)的心臟，主要是發(fā)出一些指令來控制鍋爐系
統(tǒng)的自動化，各種控制算法均存儲于過程控制層的現(xiàn)場CPU中，根據(jù)現(xiàn)場傳感
器采集的信號對控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行分析，然后經(jīng)過計算給出合理的控制
科技博覽 i 41
