烧结机余热发电系统中PLC自动化控制系统的运用探讨

烧结机余热发电系统中PLC自动化控制系统的运用探讨

胡晓宁

（河钢宣钢检修公司河北张家口075100）

摘要：本文针对烧结机双压余热发电系统，设计一套基于PLC的热工自动化控制系统，以实现对整个工艺流程的控制，介绍控制系统的结构与功能，并阐述重要的工艺联锁和控制策略。

关键词：烧结机；余热发电；PLC；控制系统

1烧结机余热发电工艺

环冷机烟气的利用方案采用开式烟气循环系统，环冷机排出的烟气进入余热锅炉回收热量，余热锅炉排出的140～150℃烟气全部由引风机送入烧结机机尾除尘器经净化后排出。2台50t余热锅炉分别配置蓄热器系统，经蓄热器稳定压力和流量后，2台锅炉产生的饱和蒸汽压力约为1.2MPa，平均产汽流量为2×10t/h＝20t/h。将锅炉余热蒸汽减压微过热并入烧结余热发电机组的低压进汽口发电。另将原有25t/h、2.3MPa、380℃的蒸汽并入烧结余热发电机组的中压进汽口发电。余热发电站的核心设备为饱和蒸汽发电机组，包括汽轮机以及发电机，额定功率为18MW,汽轮机额定转速为6000r/min,经减速箱减速至3000r/min。

2PLC控制系统

2.1系统结构

根据余热锅炉发电项目的工艺特点及规模，采用2套PLC控制系统进行控制，汽轮机控制室位于汽机房运转层，锅炉控制室位于就地，主要包括对1台双压余热锅炉系统、2台热管锅炉进行监控的2个操作员站，1个工程师站；对1台汽轮发电机组进行监控的2个操作员站1个工程师站。2套系统在相互独立的基础上实现通信，并利用光纤与烧结系统通信。PLC系统应按分层分散的原则组态，以保证可靠性和可用性。

2.2系统功能

完整的PLC系统应包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、危急遮断系统（ETS）、事故顺序记录系统（SOE）等。机组的运行以LCD/KB为监视和控制中心，实现余热电站内相关设备的集中控制。在集中控制室内可完成汽机发电机相关设备正常运行工况的监视和调整、异常工况的报警和紧急事故处理，在少量就地运行人员的配合下，可实现机组的分阶段半自动启／停。在锅炉就地控制室内可完成余热锅炉相关设备正常运行工况的监视和调整、异常工况的报警和紧急事故处理，在少量就地运行人员的配合下，可实现锅炉的启／停。就地控制室内的控制盘台上只布置少量锅炉必要的后备操作设备，当PLC系统出现全局故障时，保证系统安全停炉。

3系统主要联锁关系

3.1给水泵

给水泵出口母管压力小于2.5MPa，启动备用给水泵；正在运行中的给水泵发生故障，启动备用给水泵。

3.2锅筒压力

低压集汽箱压力大于0.6MPa时，报压力高报警并且开低压集汽箱排汽电动阀；中压集汽箱压力大于2.4MPa时，报压力高报警并且开中压集汽箱排汽电动阀。

3.3锅筒水位

（1）锅筒水位参数(参照锅筒正常水位)：中压锅筒正常水位为中心线0水位，报警(一)水位为正常水位上下95mm，报警(二)水位为正常水位上下110mm，报警(三)水位为正常水位上下120mm；低压锅筒正常水位为中心线0水位，报警(一)水位为正常水位上下120mm，报警(二)水位为正常水位上下140mm，报警(三)水位为正常水位上下150mm。（2）当低压汽包水位大于300mm或小于-500mm时停炉，关高、低温烟道电动风门，打开旁通烟囱电动风门，延迟一段时间后停引风机，引风机完全停转后，关引风机进口风门；当低压汽包水位大于250mm时，开紧急放水电动阀；当低压汽包水位小于200mm时，延迟一段时间后关紧急放水电动阀。（3）当中压汽包水位大于250mm或小于-250mm时停炉，关高、低温烟道电动风门，打开旁通烟囱电动风门，延迟一段时间后停引风机，引风机完全停转后，关引风机进口风门；当中压汽包水位大于150mm时，开紧急放水电动阀：当中压汽包水位小于75mm时，延迟一段时间后关紧急放水电动阀。

3.4其它

（1）停引风机，以下情况停引风机：引风机轴承温度大于75℃，引风机轴承振动大于9.5mm；引风机电机轴承温度大于95℃，引风机电机定子温度大于145℃。（2）射水泵，射水泵出口压力小于0.4MPa或射水泵运行时故障，启动备用泵。（3）凝结水泵，凝结水泵出口母管压力小于1.1MPa或凝结水泵运行时故障，启动备用泵。（4）高压油泵，主油泵出口压力小于0.65MPa，启动高压油泵。（5）油泵，润滑油压小于60kPa，汽机转速不小于50r/min，停盘车电机；润滑油压小于80kPa，启动交流电动油泵；润滑油压小于70kPa，启动直流电动油泵。（6）射水箱，根据射水箱液位来调节除盐水去凝汽器调节门开度，稳定射水箱液位。（7）保护停机，以下情况保护停机：热膨胀>20mm,汽机速度>3240r／min，轴向位移≥±0.8mm，胀差≥±5mm，轴振动≥120μm,轴瓦温度>l10℃，润滑油压<70kPa,排气压力>70kPa，EDH停机，发电机油开关跳闸。

4汽包水位控制

4.1控制策略

被调量：汽包水位；调节变量：给水调节阀开度——给水流量；扰动量：主蒸汽流量、给水流量；调节规律：主PID调节规律。

汽包水位高度是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数。水位过高会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多，冲击汽轮机叶片，引起轴封破损，叶片断损等故障；水位过低则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中的某些薄弱环节，以致局部水冷壁管烧坏，严重时造成爆炸。当负荷大于30％时，可采用由汽包水位、给水流量和主蒸汽流量组成的三冲量串级控制系统来调节给水阀门，以保证汽包水位在规定范围内变化。在此控制系统中，汽包水位信号二取平均或三取中并经汽包压力补偿后与汽包水位设定值的偏差作为外环汽包水位回路的输入信号，引入主蒸汽流量信号作为外环的前馈信号。外环输出作为内环给水流量回路的设定值，主给水流量测量值作为内环的测量值，输出指令可直接或通过手操器模块进行处理后控制主给水调节门。在异常情况下，控制系统由自动切换至手动操作。

4.2调节系统回路主要联锁保护功能

给水调门回路自动切除条件（以下任一条件满足）：给水调门反馈故障；给水调门指令反馈偏差大；水位或流量回路测量值错误；水位或流量回路设定测量偏差大。如以上条件均为OFF，允许主给水调门回路投入自动。串级外环输出跟踪条件：回路手动状态；跟踪值：给水流量。

5结语

我公司双压余热发电系统已顺利投运，设计的自动控制系统运行稳定，满足工艺系统的要求。自动控制系统提供的趋势图、报表、历史数据等为出现故障时准确分析原因提供了可靠的依据，在保证双压余热发电系统安全运行、中低压蒸汽的控制、节能降耗和减员增效方面发挥了重要的作用。

参考文献

[1]田善江.余热发电站DCS集散控制应用实践[J].有色设备，2012，(5)：19-23

[2]张帆.双压余热发电控制系统的设计与实现[J].自动化技术与应用，2012，(9)：103-105