2022年燃气锅炉智能与优化控制系统研究报告.docx

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1、精品学习资源燃气锅炉智能与优化掌握系统的讨论关键词： 燃气锅炉；热负荷猜测；智能与优化掌握1 引言近几年来，我国城市燃气结构有了很大变化，陕北自然气已进入京津，渤海和东海自然气也已上岸，川气也将出川，特别是西气东输工程的加速实施， 为长期受限制的燃气锅炉的应用推广制造了条件；应当看到：一方面，燃气锅炉的燃料价格相对较高，因此应尽量提高燃料的利用效率；另一方面，气体燃料易燃易爆，燃气锅炉的危急性大，掌握系统的生产保证和安全保证要求严格；国外，燃气锅炉的讨论历史较长，燃气燃烧掌握技术比较成熟，进展趋势是采纳运算机掌握，实现机电一体化，并将安全爱护与自动掌握相结合；但 是，燃气锅炉的运算机掌握，多为

2、单回路常规掌握，如蒸汽压力的上下限控 制、汽包液位的掌握、燃气量的分挡掌握等，远不能适应我国各地区及各部门条件多变的需要；为了提高燃气锅炉的热效率和安全生产水平，有必要对燃所锅炉的智能与优化掌握技术进行讨论；2 燃气锅炉特点与供热对象分析2.1 燃气锅炉特点与要求燃气锅炉是以燃气 自然气、 LPG、人工煤气等）为燃料，与空气按肯定比例混合后，经燃烧器喷入炉膛燃烧，产生的热量传给水，以产生水蒸气或热水 供应用户；燃气锅炉优点为：锅炉投资少；运行、调剂、修理、保养便利；对 环境的污染小；近年来，中小型燃气锅炉的炉型中，卧式火管锅炉因尺寸小、锅壳结构简洁、炉胆外形利于燃气燃烧、螺纹式烟管传热性能好，

3、水容积大、对负荷变化的适应性强等优点，因此，颇受重视；欢迎下载精品学习资源2.2 供热对象分析本讨论以天津市万辛庄罐站蒸发量2t/h的燃气锅炉为示范装置；供热对象为 10 万 M2湿式储气罐的水槽冬季保暧用；由于湿式储气罐水槽中水量很大， 约 2 万多吨，热惰性很大，温度变化小；通过对储气罐的热平稳得出，湿式储气罐水槽温度 T 随大气温度 T0 变化的动态我可用下式表示：其中：由式1），式 2）可知，因 G大，就 K1 也大，当水槽加热用蒸汽显现一个干扰 A 后，假如水槽中 2 万多吨水完全混合，就所需时间很长，才能达到新的稳固值；实际上，水槽内水温并非匀称，但至少可以说明水槽的热惰性很大；3

4、 掌握方案与实施3.1 掌握系统要求3.1.1 程序掌握在燃气锅炉的开停炉过程中，假如操作不当，很易造成锅炉爆炸等事故；程序掌握的目的，就是掌握燃气锅炉依据安全的程序进行开炉、停炉和正常运行；开炉、停炉程序的每一步都发布进行规律判定，依据条件是否满意，打算下一步操作，遇到反常情形时，应准时报警，并起动相应的联锁装置，以保证锅炉安全运行；3.1.2 安全掌握安全掌握主要要求如下：1）高、低水位报警，超低水位报警，并关闭电磁阀，切断燃气气源，鼓风机 30s 后停机，引风仍运行；2）蒸汽压力高报警，蒸汽超高压报警，同时关闭电磁阀，切断燃气气源，收风仍运行；欢迎下载精品学习资源3）燃气高、低压报警，防

5、止火焰脱火、回火；4）火焰熄火、脱火爱护，关闭电磁阀；5）鼓、引风机工况 变频故障、接触器故障等）爱护；3.1.3 智能与优化掌握燃气锅炉智能与优化掌握包括空气 / 燃气比优化调剂和燃气负荷猜测调剂二方面；详细要求如下：1）空气/ 燃气比优化调剂燃气锅炉中主要的热缺失是炉体散热和排烟热缺失，后者取决于排烟温度和空气系数；降低空气系数可降低排烟热缺失；另一方面，空气系数增加有利于燃料的完全燃烧，不完全燃烧缺失下降；总体来讲，燃烧热效率与空气系数的关系为非线性的关系，有一个正确的空气系数，这时的锅炉热效率最高；空气系数的调剂手段主要是鼓风量；测定烟气中的氧含量或二氧化碳会计师即可得知空气系数的大小

6、；在调剂过程需预先摸索出空气系数与热效率的关系曲 线，即可确定正确的空气系数；2）燃气负荷猜测调剂该燃气锅炉的蒸汽到用户之间，未设流量掌握回路，原先靠蒸汽压力的高低人为调剂供热量；影响供热量的因素许多，如水槽水量、环境温度、风力与 风向、太阳照耀强度 指云彩多少）、水槽温度与温度变化趋势、水槽导热性能等；由于各种因素的变化是随机的，而且影响有推迟效应；要求能依据不幸条 件和历史数据，建立数学模型进行燃气负荷猜测掌握；3.2 掌握系统3.2.1 掌握系统方案挑选欢迎下载精品学习资源牢靠价格功能数字通通用锅自诊断冗余修理性讯功能炉容量功能功能一般低较差无中小无无复杂高略高强有大中小有有便利中等一般

7、强有中大有有便利高高强有大中有有便利燃气锅炉系统掌握方案有多种，掌握方案的性能比较见表1；表 1锅炉系统掌握方案比较系统电动外表系统PLC系统微机掌握系统集散掌握系统依据比较，我们挑选用上位机与可编程序掌握器PLC）相结合的掌握方案，液晶触摸屏作为人机对话界面；为确保试验安全牢靠，数据处理与数学模型的建立彩上位机，在线掌握彩可编程序掌握器PLC）；3.2.2 上位运算机软件构成与功能 燃气优化运算机掌握系统是由上位运算机IPC）通过 PC/PPI 通信电缆与 PLC进行通讯数据交换，将PLC从现场采集和各项系统运行参数的信号值实现上传至 LPC进行处理和运算，通过IPC 软件实现实时监视系统运

8、行、人机交互和实时掌握；上位机软件主要功能包括：将从 LPC采集传来的数据，通过组态软件制作掌握系统各部分不同显示画面；2）建立锅炉优化掌握系统运行参数的报警和大事记录；3）建立系统参数的趋势分析和历史数据曲线；欢迎下载精品学习资源4）对系统运行过程中数据、状态等反映系统实时生产情形的参数建立数据报表；5）利用 WINDOW的S DDE通信协议，完成组态软件与 Visual Basic或 EXCEL等高级语言软件进行在线数据交换和链接，通过猜测模型将采集到的自然气锅炉优化掌握系统实时数据进行分析和处理，猜测运算出最新掌握参数的优化值，并可用人机交互的方式打算是否将数据下传至PLC进行指导掌握；

9、3.2.3 掌握系统回路掌握系统主要掌握回路有：1）锅炉热负荷调剂由于该锅炉主要供湿式储气罐供蒸汽，并兼顾办公室采暖；故采纳依据环境温度及储气罐水槽湿度调剂燃气量，以节约燃气；软件仍有优化掌握系数的设定，以提高掌握系统的性能；2）燃气量掌握该系统燃气调剂采纳电动机执行机构闭环调剂；为优化系统提高牢靠性，燃气调剂打破传统调剂方式；传统方式是采集燃气量和需要的燃气量进行比 较，经 PID 调剂算法， PLC的 D/A 输出，经手操器到伺服放大器，带动电动机执行机构进行调剂；现在的方法是将伺服放大器功能用PLC软件实现，由 PLC直接驱动电动执行机构进行自动调剂；手操器功能由人机界面实现；每一个阀

10、位调剂，能节约一个手操器、一个伺服放大器和一路D/A 模块，提高了系统的牢靠性；3）鼓风、引风调剂由于试验用燃气锅炉是由燃煤锅炉改造而来的，锅炉烟气系统阻力比燃气锅炉大，故仍旧保留引风机；鼓风、引风机由变频调速器调剂，以达到优化燃烧的目的；欢迎下载精品学习资源3.2.4 系统安全保证为保证系统的正常、牢靠地运行，该系统设置并显示了15 种报警、停炉和安全联锁目的；3.2.51）燃气负荷猜测调剂依据环境条件和历史数据，将主要的因素之间的数据建立回来猜测数学模型，再加上其他因素进行修正，得到的数学模型用于猜测掌握；2）鼓风变频掌握第一依据燃气量与燃气热值运算出燃烧用空气量，然后，确定正确空气系数；

11、再依据正确空气系数和燃气量即可运算出空气量；再依据空气量对鼓风机进行变频掌握；3）引风变频掌握燃气锅炉炉内压力一般掌握在微压操作；压力太高，烟气易外漏，影响操作环境；负压太大，易向炉内漏入空气，增加过量空气系数，降低燃烧效率；而漏进风量又与炉内负压有关，因此依据鼓风量和炉内负压可以确定引风量；借此可对引风机进行变频掌握；由于试验用燃气锅炉负荷小，空气系数较高， 又是采纳负压操作，漏风量大，烟气中氧含量高，因此不能用烟气中氧含量和炉内压力来掌握引风量；依据试验结果打算，鼓风和引风采纳分阶段线性调节；3.3 燃气负荷猜测数学模型1）模型的挑选操作条件的挑选可采纳试验法和模型法，对于燃气锅炉的掌握，

12、因锅炉蒸汽输出参数相对于输入燃气参数的反应较慢，而储气罐水槽温度变化相对于燃欢迎下载精品学习资源气锅炉输入参数的反应更要慢得多；在这种情形下，假如采纳连续的实时掌握，不仅需要增加有关设备，而且被调参数仍可能会显现波动；如采纳单纯的采样掌握，周期也比较长；鉴于燃气锅炉主要用户的掌握参数的变化慢，而且可以输入较多的历史数据，又有多因素的修正，因此实行燃气负荷猜测和采样掌握结合的方法；2）历史数据要建立燃气锅炉猜测数学模型，必需有肯定数量的历史数据；由于2t/h燃气锅炉的历史数据缺少，只好采纳4t/h燃气锅炉的历史数据；3）数学模型的建立对于掌握用模型与模拟运算用模型的要求又不一样，它要求模型的形成

13、和运算快；模型的挑选主要取决于对象的复杂程度和拥有数据的多少；燃气锅炉掌握数学模型以热效率为目标函数，因传热过程的机理较清晰，故采纳机理模型进行优化；影响燃气量的因素许多，依据传热学理论，湿式储气罐水槽温度和大气温度之差是储气罐散热的主要推动力，因此采纳燃气量与湿式储气罐水槽温度和大气温度之差进行校正，以得到比较牢靠的猜测掌握用数学模型；考虑到试验现场的详细条件，为了便利掌握，对模型又进行了简化，得出下述猜测掌握用3数学模型；式中： V燃猜测燃气流量， m/h ；T 0 水槽温度设定值，； T 环环境温度实测值，； T 槽水槽温度实测值，；3K 1耗气量猜测方程系数 由历史数据回来得出）， m

14、/h/ ；欢迎下载精品学习资源3K 2耗气量猜测议程系数 由历史数据回来得出）， m/h/ ；K 3水槽实测温度与设定温度偏差修正强度系数，K3=1.0100初次建立的数学模型不肯定精确，但是通过自学习，能随着操作数据的积存，不断用新的数据更新历史数据，使之逐步适合于在控对象；4 试验结果与分析4.1 安全爱护功能经过测定， 16 种故障的报警值均可以在人机界面上设定后进入监控运行，均能在报警记录上登记发生时间、报警名称等信息，故障排除也可记录同样信息；报警频次表上在报警名称下，有累计报警及停炉次数，以供治理人员制定设备修理方案，改进操作用；4.2 燃气于烟气分析数据 烟气分析结果烟气分析数据

15、 见表 3）仍说明，烟气中一氧化碳含量很低，排放至大气，污染很小；4.3 节电测试数据节电测试数据见表 4；欢迎下载精品学习资源在未采纳变频调速前，鼓风机和引风机在额定转速全开）下运行；采纳变频调速后，不同风量下，节电约为30% 70%；4.4 节气测试数据燃气耗量的节约可从热效率的提高、蒸汽压力的提高和猜测燃气负荷的降低三个方面来说明；1）燃气锅炉热效率的提高2t/h和 4t/h燃气锅炉热效率的比较见表 5；表 3烟气分析结果欢迎下载精品学习资源燃气量3/m3/h ） 空气量/m /h ）991001211291391491591691650 164019901980199019802280

16、2280欢迎下载精品学习资源烟气温度 / 155156164169171175183187-6烟 CO/102.02.52.03.02.53.03.03.0气CO2/%含5.25.75.55.96.57.06.67.1O2/%11.9 10.911.410.59.68.69.48.5量表 4 节电测试数据全开1 档2 档3 档4 档鼓风机频率 /H 25040302010引风机频率 /H 250454035303燃气量/m /h ）16412685543空气量/m /h ）30002270199017101410鼓引风电机总功9.607.054.793.242.10欢迎下载精品学习资源率/KW

17、相对耗电量1.000.730.500.340.22节电率/%0.0027.0050.0066.0078.00表 52 t/h和 4 t/h燃气锅炉热效率的比较欢迎下载精品学习资源燃气量/m3/h ）空气量/m3 /h ）烟气温度/ 蒸汽压力/MPa蒸汽量/kg/h ）热效率/%欢迎下载精品学习资源2 t/h 燃气锅炉4 t/h 燃气锅炉9716401560.099102074.511016401630.120120077.3811115801610.143130083.2811819901790.173138083.1613519201690.178146076.9114819101780.1

18、96157075.2515123001950.242156073.29平均77.3813530000.120130066.3113830000.140130066.8215230000.160150070.0015730000.180160072.2916630000.200170072.65平均70.18欢迎下载精品学习资源2）不同蒸汽压力的燃气耗量不同燃气锅炉蒸汽压力的燃气耗量测定数据见表6；表 6不同燃气锅炉蒸汽压力的燃气耗量2t/h蒸汽压 0.099 0.111 0.128 0.146 0.169 0.183 0.204 0.225欢迎下载精品学习资源锅炉 力/MPa991001211

19、291391491591690.120.140.160.180.20135138152157166燃气量欢迎下载精品学习资源4t/h锅炉/m /h ） 蒸汽压力/MPa 燃气量3/m3 /h ）欢迎下载精品学习资源表 7锅炉燃气用量 V 燃的模型运算结果欢迎下载精品学习资源水槽温度设定值/ 运算燃气用量/T 环环境温度实测值为0；2 耗气量猜测方程系数 K=3.3m3/h/ ；3 水槽实测温度与设定温度偏差修正系数K3=10； 4 水槽温度实测值 T 槽=水槽温度设定值 T0；由表 6 可以看出，采纳运算机进行智能与优化掌握的2t/h燃气锅炉和未采纳运算机进行智能与优化掌握的4t/h燃气锅炉相

20、比，热效率提高了 7.2%；3）用燃气负荷猜测模型掌握的节气量运算锅炉燃气用量 V 地的模型运算结果见表7；这一趋势从表 7 也可以看出， 达到相同蒸汽压力时， 2t/h燃气锅炉和 4t/h燃气锅炉相比燃气量要低；欢迎下载精品学习资源在燃气锅炉未采纳运算机进行智能与优化掌握以前，对水槽温度未加设定，当大气测试高时，水槽温度就比较高，常常达16以上；实际上，水槽温度为 7 - 10时仍很安全；在此情形下，由表8 可知，与水槽温度 16相比， 节气量达 12%-18%；假如加上燃气锅炉热效率的提高，节气量仍会提高；5 结论1）通过试验说明，在燃气锅炉上采纳讨论开发的运算机掌握系统，能保证安全和保证生产；2）在燃气锅炉上采纳讨论开发的运算机掌握系统，节电与节燃气成效明显， 一般可节电 20%以上，节燃气 10%以上；3）讨论开发的掌握样机稳固牢靠，与国外设备相比，不但功能多，而且制造成本低约 50%；4）试验中采纳的数学模型是以湿式储气罐的水槽为主要供热对象而建立的， 不同供热对象的数学模型应有所区分；欢迎下载