基于S7-200 SMART PLC余热回收控制系统的设计

齐 峰,白云涛,王新宇

(1.吉林化工学院 信息与控制工程学院，吉林 吉林 132022；2.林嘉德蓝天环境技术有限公司 工程部，吉林 吉林 132022)

工业锅炉作为生产行业的能量提供装置，在国民经济和社会发展过程中有着重要地位.锅炉内的水体在不断蒸发过程中逐步浓缩，从而在锅炉水的表面残留下大量的浮油、各种悬浮物和浓缩盐，容易在锅炉底部产生沉积的泥渣、泥垢等物质.为了保证锅炉的工作效率，保持锅炉蒸汽高品质运转，防止锅炉沉积对锅炉壁产生腐蚀，为保障锅炉的安全运行，连续排污、定期排污是不可缺少的重要环节.但是排污过程中伴随着大量蒸汽的浪费，所以对于此环节的能量回收是非常必要的[1].

1 锅炉的连排和定排工艺

1.1 原有连排和定排工艺

锅炉的连排和定排工艺如图1所示.电导率传感器实时检测锅炉汽包内部指标，并将信号传递至控制器，如果电导率超过控制器设置上限，控制器将打开执行器，将锅炉内残留物质排放至扩容罐，经过扩容罐蒸汽直接排放至大气中，沉淀物质将沉淀到扩容罐底部，通过污水池排出[2].

图1 原有连排和定排方框图

1.2 改良后连排和定排工艺

现将定排罐顶部蒸汽排放部位引入乏汽回收器，工艺流程如图2所示.

图2 改良后连排和定排工艺流程图

乏汽回收器是将扩容罐排放的蒸汽与冷水混合后，流入到热水储水罐中.热水储水罐设有循环泵，如果储水罐中热水未达到使用温度，系统可自动开启循环泵将储水罐中的水经过乏汽回收器反复加热，直至达到使用温度后，开启排水泵将热水储水罐中的水排出，此种方式反复循环即可达到余热回收的目的[3].

2 余热回收控制系统方案

余热回收系统需要对乏汽回收器周边设备进行控制，才能达到理想的余热回收效果.

2.1 冷水控制系统

引入待升温的冷水品质需要保证，所以冷水在进入乏汽回收器前，需要对其进行过滤处理.在冷水输送管道加入石英砂过滤器，可以有效控制水质.当系统检测到过滤器前端和后端压差大于1 Bar时，自动开启反冲洗泵并在15 min后关闭，冲洗过程中会将过滤器内部沉积物质排出；同时在冷水口设有补水电动球阀，电动阀会根据水箱液位高度进行开关，保证水箱内部满水状态[4].

2.2 循环泵控制系统

循环泵在系统中主要作用是将水箱内部的水提升至乏汽回收器顶部，让其与蒸汽充分接触再升温.控制系统会实时采集水箱中水温，当水温低于某个值时，系统会自动启动循环泵；当水温高于出水温度设定值时，自动停止循环泵.为了节约电能，当系统检测蒸汽压力低于0.3 Bar时，循环泵将不启动[5].

2.3 排水泵控制系统

排水泵是将成品热水排出水箱的设备.排水泵主要受水箱液位和水箱温度控制.当水箱液位小于液位最低限时，排水泵不工作；当水箱液位高于液位最低限时，排水泵是由水箱温度控制的.当水箱温度高于出水设定温度值时，排水泵工作；当水箱温度低于出水设定温度值时，排水泵停止工作[6].

3 余热回收控制系统设计

3.1 硬件设计

3.1.1 PLC硬件设计

针对系统所采集的数字量共28个、模拟量共2个，选用S7-200 SMART PLC作为系统控制单元，关键硬件配置单如表1所示.

表1 主要硬件采购清单

3.1.2 液位计设计

由于水箱是封闭的，而且通入冷水和成品热水排水常常会引起水箱液位有大幅度涡流，所以自制液位计.液位计分为高、中、低3个液位点，结构为4根φ6钢杆由O型圈做密封，并由四氟垫做绝缘隔离，液位计如图3所示.

图3 液位计外形图

3.2 下位机设计

3.2.1 冷水控制系统

冷水作为系统被加热传热介质，其中冷水控制系统由过滤器和电磁阀组成，并由液位作为控制信号[7]，程序如图4所示.

图4 冷水控制系统程序

3.2.2 循环泵控制系统

循环的目的是将水箱内的水反复升温，此过程中主要是循环泵的控制.循环泵主要是由水箱温度并结合水箱液位辅助控制[8]，程序如图5所示.

图5 循环泵控制系统

3.2.3 排水泵控制系统

排水是将升温达到成品水温的水箱内热水输送至需水地点的过程.排水过程中需要使用PT100和水箱液位信号作为水泵是否运行的条件，排水泵的运行分为手动和自动[9].程序如图6所示.

图6 排水泵控制系统程序

3.3 上位机系统开发

将冷水控制系统、循环控制系统以及排水控制系统的状态信息采集并保存到触摸屏中，并在触摸屏中新建工艺流程图[10]，如图7所示.

图7 废热回收系统触摸屏画面

4 结 论

基于S7-200 SMART PLC作为控制单元，使用乏汽回收器对锅炉的运行现有工艺进行升级改造，再配合PLC编程和人机界面系统的投入，最终，可将95%以上的废热蒸汽进行回收，提高了锅炉的能源利用率，达到了节能减排效果.为锅炉运行工艺改良提供一定参考和借鉴.