一种燃油锅炉的燃料油与雾化蒸汽的比值控制方案

李玲玲

(1.青岛科技大学,山东青岛 266061;2.济宁市技师学院,山东济宁 272000)

一种燃油锅炉的燃料油与雾化蒸汽的比值控制方案

李玲玲

(1.青岛科技大学,山东青岛 266061;2.济宁市技师学院,山东济宁 272000)

高效清洁的燃油锅炉作为重要的能源转换设备在工业生产中应用广泛。本文针对燃油锅炉的燃料油与雾化蒸汽的比值控制进行系统设计,以求燃油锅炉更好的节能减排。

燃料油 雾化蒸汽 比值控制 PLC MCGS

作为重要的能源转换设备，高效清洁的燃油锅炉取代燃煤锅炉成为工业生产中的常用设备。由于燃料油的快速爆发性、负荷多变性，因此燃油锅炉采用自动控制，主要控制锅炉的温度、压力、水位、烟气含氧量等参数在合理的范围内，并能自动适应负荷的变化，从而使锅炉安全可靠经济运行。

1 控制燃料油和雾化蒸汽比值的意义

用于燃油锅炉的燃料油主要是石油的裂化残渣油和直馏残渣油，特点是粘度大、流动性差。燃烧时燃烧不充分、产生大量油烟、污染环境，同时大大降低利用率，浪费极大。因此在向燃油锅炉加入燃料油的同时，加入雾化蒸汽对其进行雾化很有必要。加入的雾化蒸汽量多，会浪费雾化蒸汽，提高工业生产成本；少则不足以完全雾化燃料油，导致燃料油利用率降低，所以合理控制燃料油和雾化蒸汽的比值是非常有必要的。

2 控制燃料油与雾化蒸汽比值的要求

(1)安全性。燃油锅炉属于高温高压工业生产设备，安全性是首先必须保证的。控制不好，轻则影响工业生产质量，重则造成锅炉爆炸甚至人员伤亡。(2)准确性，是指严格控制燃料油与雾化蒸汽的比值，这是燃油锅炉节能减排的根本保障。(3)平稳性，即系统的可靠性。要求部分设备出现故障的情况下锅炉仍能平稳运行，不会因为细小故障导致系统瘫痪。

3 燃料油与雾化蒸汽比值控制方案设计

在化工、炼油及其他工业生产过程中，常需要将两种及以上的物料保持一定的比例关系，一旦比例失调，将影响生产或造成事故。通常用比值控制系统实现，多为流量比值控制系统。

3.1 双闭环比值控制系统原理

工业生产过程控制一般都是定值控制。在燃油锅炉燃料油与雾化蒸汽的比值控制系统中，为了保证燃油锅炉控制中的其它过程变量(如炉膛温度)一定，必须控制燃料油和雾化蒸汽都恒定，且两者保持一定的比值，采用双闭环比值控制方案。

一方面通过主流量控制器对雾化蒸汽流量的变化进行控制，另一方面通过比值控制器(可以是乘法器)乘以适当的系数作为燃料油流量控制器的给定值，使燃料油流量随雾化蒸汽流量的变化而变化。在此用PLC编程代替模拟控制器，并加入与PLC通信的对整个系统进行实时监视的上位机。

3.2 控制系统组成

PLC选用编程简单、处理高速、可靠性高、可扩展特殊功能模块的三菱FRFX2N-48MR作为核心控制设备。向上接受上位机的命令，并将燃料油与雾化蒸汽的比值情况如实传送给上位机。向下接受各种模拟量、数字量和开关量信号，同时控制燃料控制系统、雾化蒸汽单元等。为实现比值控制功能，专门设计系统的软硬件部分。硬件包括FX2N-48MR，FX2N-4AD，FX2N-4DA，计算机(MCGS组态)及模拟试验设备。控制系统选用MCGS组态软件设计完成控制程序。

3.3 编制PLC程序

PLC编程是实现控制要求的主要步骤。具体如下：

(1)燃料油与雾化蒸汽比值控制的实现：首先初始化FX2N-4AD：指定雾化蒸汽和燃料油流量检测变送信号均为电流输入(4-20mA)。分别将4写入FX2N-4AD的BFM#1、#2，设CH1、CH2平均采样数为4。定义雾化蒸汽、燃料油的流量模拟信号(存在PLC的D0、D1中)从CH1、CH2输入。初始化FX2N-4DA：指定雾化蒸汽和燃料油流量检测变送信号同前，雾化蒸汽、燃料油调节阀的控制信号(存在PLC的D7、D8中)从CH1、CH2输出。再将控制器1、2(燃料油的流量控制器、比值控制器)的控制参数、控制器1的给定值置入指定的数据寄存器，根据两流量比值K和燃料油的测量变送信号计算控制器2的给定值，之后分别进行PID运算，将运算结果分别置于数据寄存器D7、D8，通过FX2N-4DA的CH1、CH2转换输出并分别去控制调节阀1、2，实现双闭环比值控制的要求。(2)手动/自动无扰动切换的实现：控制器1的手动/自动切换标志为M40 ，当M40=0时控制器1作PID运算，并把运算结果送到PLC的数据存储器D7；当M40=1时D7的值保持不变。由上位机输入来改变。控制器2的自动/手动切换标志为M50，类同实现。由于数据存储器D7、D8在手动/自动切换的过程中保持原值，所以切换是无扰动的。

3.4 模拟实验

通过MCGS组态软件建立用户界面并进行动画连接，在“工艺流程”界面中设置管道、开关、泵及关闭按钮的属性，并定义系统中各数据变量的名字、类型及注释。

在“系统总貌数据监视”界面中分别设置雾化蒸汽流量、燃料油流量的“显示属性”中“表达式”数据对象为D7、D8；两物料流量之比的“显示属性”中“表达式”为D8/D7。控制器1的“显示属性” “设定值”为SV1；“输出值”为U1；“比例增益”为KP1；“积分时间”为TI1；“微分时间”为Td1；控制器2的设置类同。在“自动”按钮的“脚本程序”中写入M40=0；M50=0。在“手动”按钮的“脚本程序”中写入M40=1；M50=1。

在“手动操作窗口”界面中设置“雾化蒸汽流量”、“燃料油”标签的“显示属性”数据对象分别为D7、D8，“两物料流量之比”标签的“显示属性”为D8/D7，滑动输入器1、2“操作属性”中的“对应数据对象的名称”为U1、U2。

在“控制参数整定”界面中设置控制器1、2“操作属性”中数据对象的名称分别为：KP1，TI1，Td1；KP2，TI2，Td2。

在“实时曲线”界面中设置实时曲线构件的“标注属性”、“画笔属性”中的“曲线”选择数据对象及颜色。

实现MCGS与PLC的通信连接，主要通过设置串口通信上位机的基本属性、FX-232的基本属性、通道属性以及通道连接属性来实现。

成功连接MCGS组态与PLC后，能通过计算机方便的观察系统所有重要数据，并能通过键盘输入方便地修改两控制器的控制参数，以及通过MCGS操作组态界面中的“手动”“自动”按钮、滑动输入器，实现手动/自动无扰动切换。

4 结语

进行模拟实验后可知，PLC代替常规模拟控制器能够很方便地实现燃料油与雾化蒸汽的比值控制。在系统运行中的实时曲线上可见，燃料油与雾化蒸汽虽不断波动，但幅度不是很大，两物料比值基本保持一定。