基于现场总线技术的烟厂锅炉控制系统的设计

摘要：烟厂的锅炉系统是工艺指标达标的一个重要环节，通过对锅炉控制过程主要包括点火过程、除氧过程、气包气液分离过程、稳定运行过程和紧急停车过程等的分析，设计了上层工业以太网，底层现场总线技术的两层网络架构，最后结果表明，效果优良。

关键词：现场总线技术 节能减排 控制策略

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0019-02

烟草系统中，温湿度是工艺中重要的工艺指标参数，对水蒸汽、湿度等都有严格的控制要求。而随着工业自动化水平的提高，广泛采用循环锅炉满足系统需求。其工艺过程如下：经处理的软化水进入除氧器V1101上部的除氧头，进行热力除氧，除氧蒸汽由除氧头底部通入。热力除氧是用蒸汽将给水加热到饱和温度，将水中溶解的氧气和二氧化碳放出，然后输送给下一单元。工艺流程如图1所示。

而锅炉过程自动控制的基本任务是就是根据燃烧热量适应负荷的需要，对给定出水温度，调节鼓风量与给煤量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态。同时应使炉膛内存在一定的负压，以维持锅炉热效率、避免炉膛过热向外喷火，保证了人员的安全和环境卫生。

1 系统网络架构设计

根据锅炉的实际情况以及目前工业自动化技术的发展水平和现状，系统选择两层的工业控制网络系统来实现整个系统的控制功能，其中底层采用基于Profibus的现场总线技术的控制系统来完成对整个生产流水线中各设备的信息采集和集成；上层采用基于工业以太网技术实现对整个信息系统的信息传输，监控与管理，并使用优化的应用软件系统来完成终端数据的处理。系统网络架构图如图2所示。

2 控制系统分析

烟厂锅炉控制过程主要包括点火过程、除氧过程、气包气液分离过程、稳定运行过程和紧急停车过程等。

2.1 点火过程

向炉管内泵入过热蒸汽，开启烟道挡板，在冷态下启动鼓风机，风量达到额定值时，启动燃料泵和压力调节系统，并关闭鼓风机；然后点燃引火火嘴，稍稍开启燃料阀，点燃燃烧器，如果未点燃而使燃料喷入炉膛，立即关闭阀门重新吹扫炉膛；点火完成，逐渐开大燃料阀；开启鼓风机，并调节烟道挡板。

2.2 除氧过程

确认除氧器启动排气电动门、连续排气旁路门在开启位置。加热蒸汽排管沿除氧器筒体轴向均匀排布，加热蒸汽通过排管从水下送入除氧器，与水混合加热，同时对水流进行扰动，并将水中的溶解氧及其他不凝结气体从水中带出水面，达到对软化水进行深度除氧的目的。

2.3 气包气液分离过程

锅炉上汽包为卧式圆筒形承压容器，内部装有给水分布槽、汽水分离器等，被烟气加热成饱和水的锅炉上水全部进入汽包，进行汽液分离。汽水分离器的工作原理就是：当水和气通过分离器中部的进口进入分离器后，根据比重的不同，重的水通过分离器的下部排水孔排处，轻的气，则通过分离器的顶部排气孔派出。

2.4 稳定运行过程

在锅炉的运行过程中要对各个电机的进行连锁控制，例如：上水泵与开关阀门，燃油泵与开关阀门要实现连锁控制，及运行时先开阀门开关，在启动泵，系统停止运行时先关闭泵在关闭阀门。

2.5 紧急停车过程

当烟厂锅炉系统中出现以下方面状况，需要采取必要措施，实现紧急停车。（1）锅炉内部压力超过许可工作压力，采取减小通风、停止供给燃料、加强给水等措施，压力仍继续上升时；（2）锅炉水位低于最低可见水位或看不见水位，加水仍不见水位出现，不断加大锅炉给水、或采取其他措施，但水位仍继续下降时；（3）锅炉发生严重缺水时；（4）锅炉水位超过最高可见水位（满水），经放水仍不能见到水位；（5）给水设备全部失效或损坏；（6）水位计、压力表或安全阀全部失效或损坏；（7）锅炉承压元件损坏，危及运行人员安全；（8）燃烧设备损坏，炉墙倒塌或锅炉构架被烧红等，严重威胁锅炉安全运行；（9）其他异常情况危及锅炉安全运行。

3 系统节能分析与控制

要实现锅炉系统的节能减排，要对燃料进行的充分燃烧。判断燃料是否完全燃烧可以查看炉内过量空气系数，炉内过量空气系数一般是指炉膛出口处的过量空气系数等。通过指标参数的确定，可以准确的判断出系统的性能指标。

根据燃烧反应，计算出燃料完全燃烧所需要的空气量；而过量空气系数过大或过小，都会使锅炉效率降低。只有当运行中排烟、化学不完全燃烧、机械不完全燃烧热损失总和为最小时的过量空气系数为最佳过量空气系数。

4 系统报警控制

当烟厂的锅炉系统出现以下一些情况时，将发出报警。如：（1）锅炉压力与温度过高时报警；（2）锅炉与除氧器内的污垢超标时报警（防止影响水质）；（3）除氧器水位过高时报警；（4）汽包满水时报警，以防使得汽水分离效果变差以及汽轮机进水，造成水冲击的恶性事故发生；（5）对传感器可能出现的断线和短路等故障进行诊断并报警；（6）对控制系统出现的故障进行诊断并报警；（7）报警画面实时显示故障原因；（8）报警结果的存储功能。

5 结语

烟厂的锅炉系统是工艺指标达标的一个重要环节，通过对锅炉控制过程主要包括点火过程、除氧过程、气包气液分离过程、稳定运行过程和紧急停车过程等的分析，设计了上层工业以太网，底层现场总线技术的两层网络架构，并对系统的节能减排进行了分析处理，结果表明效果优良。

参考文献

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