锅炉清洗自动控制系统设计

2016-07-01作者张兴成哈尔滨金晟实业有限公司姜斌黑龙江东方学院

电子制作 2016年9期

关键词：堆栈变送器设定值

作者 / 张兴成，哈尔滨金晟实业有限公司；姜斌，黑龙江东方学院

锅炉清洗自动控制系统设计

作者 / 张兴成，哈尔滨金晟实业有限公司；姜斌，黑龙江东方学院

针对锅炉化学清洗的各阶段，采用PLC控制的方式，实现化学清洗的自动控制。通过上位计算机的实时监控，使清洗过程更加直观有效，保证了清洗的控制精度，降低了操作人员工作强度，延长了锅炉大修周期。

锅炉清洗；自动控制；PLC

引言

锅炉化学清洗是防止锅炉受热面因腐蚀和结垢引起事故的必要措施，同时也是提高锅炉热效率、改善机组水汽品质的有效措施之一。现阶段各清洗公司均采用化学清洗人工采样、手动控制的方式，因清洗人员疲劳作业、取样不及时、实验室仪表不准确等因素造成了采样不准，控制不及时的情况，这样不仅浪费了大量的人力物力，甚至产生了锅炉设备出现金属结晶析出等过洗现象。因此，对锅炉化学清洗系统进行自动控制改造非常必要。

1.锅炉清洗工艺及控制参数

根据《火力发电厂化学清洗导则》（DL/T794-2012）要求，化学清洗工艺一般步骤为：水冲洗→碱洗→碱洗后的水冲洗→酸洗→酸洗后的水冲洗→漂洗→钝化［1］。实际上根据锅炉运行情况及化学小试的分析结果，可简化清洗步骤。清洗过程主要控制清洗介质的温度、流速、PH值以及介质的酸浓度、含铁量等参数。

2.自动控制系统组成

控制系统选择PLC（可编程序控制器）+上位机的控制方式，PLC负责采集各分析仪表上传的数据，控制输出设备实现设定的控制目标，上位计算机负责清洗工艺的选择、控制目标值，设定并实时显示各设备运行参数及历史趋势，为清洗工程师提供参考和决策依据［2］。

图1 自动控制系统原理框图

各设备选型原则及安装位置要求：如图1所示，可编程序控制器选择OMRON CJ2M系列PLC，安装于自动控制柜中，要求所有数字量输入、输出均采用中间继电器隔离。在排水管出口附近安装在线浊度分析仪，在清洗泵出口附近（水平管段上）安装温度变送器、压力变送器、超声波流量计、在线PH分析仪、总铁在线监测仪（PH分析仪和总铁检测仪可安装在环境良好的场合，通过取样水管接入样水）各1台。在回水管路上安装温度变送器、在线PH分析仪、在线酸浓度计各1台。在清洗水箱和分离器储水箱或汽包上各安装1台液位变送器。在清洗箱蒸汽入口管道上安装1台蒸汽调节阀。安装变频启动开关柜2面，用于控制2台清洗泵（一备一用）的启动和运行。为满足现场操作、调试方便考虑，将自动控制柜、变频起动柜、清洗泵、加酸泵、出入口阀门统一安装在清洗平台上，其他设备安装在工程现场［3］。

3.控制软件的功能与设计

由于锅炉清洗所用水量很大， 350mW发电机组的锅炉大约水容积为220m3，对于清洗液的温度、流量、投药量作为控制对象具有很强的惯性和滞后性，并且每个控制对象都是多变量输入、多变量输出控制，因此，传统的控制理论不能满足控制需求，本文采用模糊控制理论，利用简化的模糊控制策略实现控制对象的快速、精确的响应。

以温度控制为例，说明这个控制方法。控制思想为：如果泵出口温度过低，则蒸汽调节阀全开，迅速升温；如果泵出口温度已到达设定温度范围，依据回水温度实时增加或减小蒸汽调节阀开度，使泵出口温度达到设定温度范围；并通过输出开度值的历史数据进行判断，实时调节开度的增量值。控制策略如下表所示：（A表示泵出口温度设定值、a表示设定的出口温度范围增量，B表示回水温度设定值、b表示设定的回水范围增量，C表示控制阀门的开度输出值，c表示开度值增量。则泵出口温度设定值为A±a，回水温度设定值为B±b）。

按上述控制策略要求，如设定温度增量范围较大，可再对输出控制策略进行细化，以满足高精度控制。考虑到控制对象的惯性和滞后性，设定输出控制每30秒更新一次。这种离散控制开度方式，有可能造成输出的震荡，控制软件通过智能调节阀门开度的增量c，以抑制震荡，实现方法为：在PLC中建

表1 模糊控制策略

立一个长度为30的先入先出的堆栈，将阀门控制开度值入栈，计算15分钟内输出控制的平均值，如果堆栈中的数值在平均值±c%范围外的个数大于2，则认为系统输出产生的震荡，通过减小c值来抑制震荡。

不同的清洗工艺对应着不同的控制工艺，造成控制程序复杂多变，为解决这一问题，控制程序可按清洗工艺的不同阶段编制控制模块（子程序），通过上位监控计算机的操作控制各控制模块的组合实现不同清洗工艺的过程控制。并且控制目标也可由上位机灵活设定。

现以某电厂350mW锅炉本体酸洗工艺为例，控制流程图如图2：其中酸洗完成调件：酸浓度、含铁量平衡的实现方法为：在PLC内存中建立两个先入先出的堆栈，栈长度为20，一个用于存储清洗液酸浓度，另一个用于清洗液总铁含量，每隔3分钟将这两个信息入栈一次，则堆栈中存储的数据为1小时内酸浓度和含铁量。每次数据入栈时，计算堆栈中数据的平均值，若堆栈中所有数据与平均值相差不超过设定值，认为平衡。