论文部分内容阅读
摘要：余热锅炉是响应社会可持续发展的号召，利用工业生产过程中产生的余热来产生蒸汽的锅炉，它是技能型锅炉设备的一种。余热锅炉具有很好的经济性，也提高了资源的利用率，因此得到了飞速的发展，并且拥有广阔的前景，同时对其优化措施也提出了更高的要求，本研究对余热锅炉系统的仪表控制系统做了相关的探讨。
关键字：余热锅炉；仪表控制系统；优化措施
中图分类号：TF 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）08-01-01
节能减排是我国建设节约型社会的必然要求，而对余热资源的合理利用和开发就是节约资源的重要手段之一。在很多企业单位都有潜在的余热资源等待挖掘，如果加以利用，既可以节约资源，还可以降低成本，减少浪费和污染，是一项一举多得的好方法。对余热锅炉系统进行仪表控制和优化设计，是一项利国利民的举措，对很多方面都有着积极的重要意义。
1. 余热锅炉控制技术的研究现状简介
余热锅炉的原理从字面上还是比较容易理解的，但是实际运用中，由于受到很多外界因素的影响，它的工况和特性还是比较重要和需要注意的。随着余热锅炉的越来越多的应用，其复杂程度也在不断的提高，对其的控制要求也越来越严格，所以，人们对它的动态特性的控制及研究也越来越关注。在过去很长时间内，都有很多人对余热锅炉的数学模型进行了系统的研究，最开始的时候建立的模型比较简单，主要是一阶模型，研究的也只是压力的动态变化，随着研究的开展，模型也变得越来越复杂，现在的余热锅炉建模主要为集总参数模型。现在有越来越多的学者对其的建模和仿真进行研究，模型也开始变得成熟起来，主要的建模方法总结起来有机理建模方法和辨识建模方法。
2. 余热锅炉的工艺流程及检测仪表的配置
余热锅炉是工业中的重要节能设备，是整体设备设计和优化控制的关键部分。余热锅炉是利用工业生产过程中产生的高温废气的余热来加热蒸汽轮机系统的水系统，进而产生高温高压的水蒸气，再将水蒸气送到蒸汽轮机中去做功，就会增大机组的功率，提高了能源和废气的再利用率。余热锅炉根据循环方式的不同，分类方法也有所不同，主要是分为自然循环和强制循环两种，自然循环主要是余热锅炉蒸发器中的换热管束垂直排列，烟气水平流动经过换热面，完成热量的交换。蒸发器换热管束中的水和蒸汽依靠二者密度的不同以及液体高度产生的重力压差造成的压头促使工质在蒸发器和汽包之间流动，完成工质的循环；而强制循环是指余热锅炉蒸发器中的换热管束水平布置，烟气垂直流经换热面，完成热量的交换，这时管束中的重力压差很小，不足以推动工质在蒸发器和汽包之间完成流动，故要在回路中增加一个循环泵，来推动工质完成循环。余热锅炉的热源一般是工业产生的废气，因此不需要额外的燃烧系统，换热主要依靠对流，由于余热锅炉的特性，因而其体积一般都比较大，排烟气的量也大，流速也很高。通过对余热锅炉工艺结构的分析和相关仪表的检测和装置，余热锅炉已经逐渐被人们所了解，然而它的设计还是有一些控制器的不足，今后还要不断完善其结构，争取在完整建立汽包控制器数学模型而又能方便地设计控制器的难点。
3. 余热锅炉控制系统的设计与开发
3.1计算机系统的结构和功能设计
计算机的控制系统结构是计算机控制系统的总体设计思路而来的，结合实际环境和现阶段计算机的发展现状来看，计算机设计系统的结构设计分为运行监控层和过程控制层两层结构组成，能够很好的实现过程运行监控，管理和过程控制同时进行的结果，余热锅炉的计算机结构层的监控层主要完成生产过程的监视和发出控制的行为，操作人员可通过实时监控数据的传输来监控实际生产的画面，运行控制人员还可以将监控的数据存用，还可以通过控制操作来对一些参数进行设定和修改，也可以实现安全管理，通过监视确保整个系统正常运行。过程控制层是整个控制系统的心脏，主要是发出一些指令来控制锅炉系统的自动化，各种控制算法均存储于过程控制层的现场CPU中，根据现场传感器采集的信号对控制系统的工作状态进行分析，然后经过计算给出合理的控制量。过程控制级完成回路控制，其主要任务是使各被控量能够跟踪给定量变化，回路控制包括汽包压力回路控制与汽包液位回路控制。过程控制层通过工业以太网络与运行监控层相连，实现数据的传输。操作人员也可根据实际情况设定真个余热锅炉系统的自动化程度，一旦出现故障，维修人员也可以通过仪表的数据和监控情况来判断故障的部分和故障原因，进而在实际操作中，能够更快的找到故障点，进行维修工作。各个数值还能清楚地反映出当前系统的温度、压力、液位、流量等过程值，这也是整个余热锅炉计算机控制系统的基本功能之一，历史数据还能够存在相应的计算机硬盘中，方便调取。由于数据是当时余热锅炉实时运行的数据，因此对余热锅炉的优化和设计来说，这些数据都是十分重要的珍贵资料。也可以通过这些资料在发生事故时准确判断责任人。人机交互功能是指工作人员可以通过计算机的基本功能实现对设备的控制和参数的设置等，具有方便操作的特性。操作人员也可以根据自己的习惯来进行一键设置。余热锅炉计算机控制系统系统管理功能是管理操作员用户名密码信息、操作员权限、记录操作以及数据备份和恢复等一系列功能。
3.2计算机控制系统平台
网络的出现大大改变了人们的生活习惯，被用于各行各业中，很多企业都实现了自动化。网络也是当今企业工厂的自动化核心组成，是计算机集成过程系统的基础，每一个工厂自动化都有其独立的操作系统，适用于本行业的生产需要。很多余热锅炉采用的是Honeywell PKS300 DCS系统，这个系统由服务器、操作站、控制处理器等部分组成，在計算机的控制系统和功能的使用及数据的储存和共享上则采用信息层网来实现。Honeywell EPKS设计为用户提供了远远高于集散控制系统的工作职能，方便的为决策者提供了需要的信息内容，安全组件保证系统的安全环境独立于主控制系统，提高了系统的安全新能和设备使用的可靠性。
3.3软件系统的开发与应用
EPKS系统工程软件包是Honeywell公司针对DCS控制系统所研发的，在英文版的Windows 2000 server操作系统上运行，它的功能特别巨大，能够很大程度上满足大型企业控制需求。它通过Control Biulder的软件环境来完成系统组态和控制软件的编制和过程数据的采集、控制。
4. 结语
综上所述，余热锅炉在我国工业生产生活里还是应用很广泛的，由于其良好的特性和优势，因而受到了足够多的重视，回收的余热水可用作多种用途，为工厂企业带来了很多便利和效益，产生的能源也大大节约了生产成本，对控制系统的优化也增加了余热锅炉使用的安全性能，也为社会的可持续发展作出一点贡献。
参考文献：
[1]王德慧，周一工.大型燃机联合循环余热锅炉的发展[J].锅炉制造，2000，4： 25-29.
[2]吴华.锅炉控制系统研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2005，6.
[3]信光辉.转炉余热锅炉循环系统分析[D].重庆：重庆大学，2004，6.
关键字：余热锅炉；仪表控制系统；优化措施
中图分类号：TF 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）08-01-01
节能减排是我国建设节约型社会的必然要求，而对余热资源的合理利用和开发就是节约资源的重要手段之一。在很多企业单位都有潜在的余热资源等待挖掘，如果加以利用，既可以节约资源，还可以降低成本，减少浪费和污染，是一项一举多得的好方法。对余热锅炉系统进行仪表控制和优化设计，是一项利国利民的举措，对很多方面都有着积极的重要意义。
1. 余热锅炉控制技术的研究现状简介
余热锅炉的原理从字面上还是比较容易理解的，但是实际运用中，由于受到很多外界因素的影响，它的工况和特性还是比较重要和需要注意的。随着余热锅炉的越来越多的应用，其复杂程度也在不断的提高，对其的控制要求也越来越严格，所以，人们对它的动态特性的控制及研究也越来越关注。在过去很长时间内，都有很多人对余热锅炉的数学模型进行了系统的研究，最开始的时候建立的模型比较简单，主要是一阶模型，研究的也只是压力的动态变化，随着研究的开展，模型也变得越来越复杂，现在的余热锅炉建模主要为集总参数模型。现在有越来越多的学者对其的建模和仿真进行研究，模型也开始变得成熟起来，主要的建模方法总结起来有机理建模方法和辨识建模方法。
2. 余热锅炉的工艺流程及检测仪表的配置
余热锅炉是工业中的重要节能设备，是整体设备设计和优化控制的关键部分。余热锅炉是利用工业生产过程中产生的高温废气的余热来加热蒸汽轮机系统的水系统，进而产生高温高压的水蒸气，再将水蒸气送到蒸汽轮机中去做功，就会增大机组的功率，提高了能源和废气的再利用率。余热锅炉根据循环方式的不同，分类方法也有所不同，主要是分为自然循环和强制循环两种，自然循环主要是余热锅炉蒸发器中的换热管束垂直排列，烟气水平流动经过换热面，完成热量的交换。蒸发器换热管束中的水和蒸汽依靠二者密度的不同以及液体高度产生的重力压差造成的压头促使工质在蒸发器和汽包之间流动，完成工质的循环；而强制循环是指余热锅炉蒸发器中的换热管束水平布置，烟气垂直流经换热面，完成热量的交换，这时管束中的重力压差很小，不足以推动工质在蒸发器和汽包之间完成流动，故要在回路中增加一个循环泵，来推动工质完成循环。余热锅炉的热源一般是工业产生的废气，因此不需要额外的燃烧系统，换热主要依靠对流，由于余热锅炉的特性，因而其体积一般都比较大，排烟气的量也大，流速也很高。通过对余热锅炉工艺结构的分析和相关仪表的检测和装置，余热锅炉已经逐渐被人们所了解，然而它的设计还是有一些控制器的不足，今后还要不断完善其结构，争取在完整建立汽包控制器数学模型而又能方便地设计控制器的难点。
3. 余热锅炉控制系统的设计与开发
3.1计算机系统的结构和功能设计
计算机的控制系统结构是计算机控制系统的总体设计思路而来的，结合实际环境和现阶段计算机的发展现状来看，计算机设计系统的结构设计分为运行监控层和过程控制层两层结构组成，能够很好的实现过程运行监控，管理和过程控制同时进行的结果，余热锅炉的计算机结构层的监控层主要完成生产过程的监视和发出控制的行为，操作人员可通过实时监控数据的传输来监控实际生产的画面，运行控制人员还可以将监控的数据存用，还可以通过控制操作来对一些参数进行设定和修改，也可以实现安全管理，通过监视确保整个系统正常运行。过程控制层是整个控制系统的心脏，主要是发出一些指令来控制锅炉系统的自动化，各种控制算法均存储于过程控制层的现场CPU中，根据现场传感器采集的信号对控制系统的工作状态进行分析，然后经过计算给出合理的控制量。过程控制级完成回路控制，其主要任务是使各被控量能够跟踪给定量变化，回路控制包括汽包压力回路控制与汽包液位回路控制。过程控制层通过工业以太网络与运行监控层相连，实现数据的传输。操作人员也可根据实际情况设定真个余热锅炉系统的自动化程度，一旦出现故障，维修人员也可以通过仪表的数据和监控情况来判断故障的部分和故障原因，进而在实际操作中，能够更快的找到故障点，进行维修工作。各个数值还能清楚地反映出当前系统的温度、压力、液位、流量等过程值，这也是整个余热锅炉计算机控制系统的基本功能之一，历史数据还能够存在相应的计算机硬盘中，方便调取。由于数据是当时余热锅炉实时运行的数据，因此对余热锅炉的优化和设计来说，这些数据都是十分重要的珍贵资料。也可以通过这些资料在发生事故时准确判断责任人。人机交互功能是指工作人员可以通过计算机的基本功能实现对设备的控制和参数的设置等，具有方便操作的特性。操作人员也可以根据自己的习惯来进行一键设置。余热锅炉计算机控制系统系统管理功能是管理操作员用户名密码信息、操作员权限、记录操作以及数据备份和恢复等一系列功能。
3.2计算机控制系统平台
网络的出现大大改变了人们的生活习惯，被用于各行各业中，很多企业都实现了自动化。网络也是当今企业工厂的自动化核心组成，是计算机集成过程系统的基础，每一个工厂自动化都有其独立的操作系统，适用于本行业的生产需要。很多余热锅炉采用的是Honeywell PKS300 DCS系统，这个系统由服务器、操作站、控制处理器等部分组成，在計算机的控制系统和功能的使用及数据的储存和共享上则采用信息层网来实现。Honeywell EPKS设计为用户提供了远远高于集散控制系统的工作职能，方便的为决策者提供了需要的信息内容，安全组件保证系统的安全环境独立于主控制系统，提高了系统的安全新能和设备使用的可靠性。
3.3软件系统的开发与应用
EPKS系统工程软件包是Honeywell公司针对DCS控制系统所研发的，在英文版的Windows 2000 server操作系统上运行，它的功能特别巨大，能够很大程度上满足大型企业控制需求。它通过Control Biulder的软件环境来完成系统组态和控制软件的编制和过程数据的采集、控制。
4. 结语
综上所述，余热锅炉在我国工业生产生活里还是应用很广泛的，由于其良好的特性和优势，因而受到了足够多的重视，回收的余热水可用作多种用途，为工厂企业带来了很多便利和效益，产生的能源也大大节约了生产成本，对控制系统的优化也增加了余热锅炉使用的安全性能，也为社会的可持续发展作出一点贡献。
参考文献：
[1]王德慧，周一工.大型燃机联合循环余热锅炉的发展[J].锅炉制造，2000，4： 25-29.
[2]吴华.锅炉控制系统研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2005，6.
[3]信光辉.转炉余热锅炉循环系统分析[D].重庆：重庆大学，2004，6.