海為PLC在工業煤氣發生爐控制上的應用

佛山市新太重工機械設備有限公司 郁文勝

一、 煤氣發生爐的工作原理：

煤氣發生爐工作原理是以煤為原料生產煤氣，供燃氣設備使用的裝置。固體原料煤從爐頂部加入，隨煤氣爐的運行向下移動，在與從爐底進入的氣化劑（空氣、蒸汽）逆流相遇的同時，受爐底燃料層高溫氣體加熱，發生物理、化學反應，產生粗煤氣。此粗煤氣（即熱煤氣）經凈化冷卻系統后可直接供燃燒設備使用。也即煤在一定條件下以空氣和水蒸氣為氣化劑,充分結合產生化學反應，生成了新的可燃性氣體，它是一種新型封閉、高效、節能、環保的燃燒系統，熱效率高達80%以上。煤氣發生爐按爐型結構可以分為單段爐和雙段爐，按煤氣的使用溫度可以分為熱煤氣和冷煤氣，現就雙段爐冷煤氣的自動監控系統進行介紹。

二、 煤氣發生爐的工藝流程圖：

三、 系統概述：

本電氣控制系統主要目的是根據雙段煤氣發生爐的工藝條件要求進行操作上的控制與聯鎖。以海為PLC為主控制器，威綸通MT8000觸摸屏為監控人機界面，利用海為PLC強大的通訊功能，以及智能儀表較強的過程控制功能和較高的可靠性，利用儀表的RS485通訊進行組網控制，根據煤氣發生爐的安全可靠性要求，重要控制回路必須由現場智能儀表控制，因此，本系統主要分為飽和蒸汽溫度控制，煤氣低壓總管壓力控制,煤氣高壓總管壓力控制，加煤機控制、出灰蘆蓖控制、以及汽包水位控制，儀表控制等, 具備鼓風機聯鎖加壓機啟動、煤氣低壓總管壓力低聯鎖加壓機運轉功能，汽包壓力高及其它報警功能。

四、 低壓煤氣總管壓力控制系統：

低壓煤氣總管壓力的控制主要是通過控制鼓風機的鼓風量來控制，通過安裝在煤氣低壓總管上的壓力變送器，將壓力信號傳給智能儀表，再由智能儀表經PID調節去控制鼓風機的控制變頻器，鼓風機采用變頻控制，采用一開一備共一臺變頻機組運行，可在中控柜的觸摸屏面板監示變頻器的運行頻率及電流。由于高壓總管壓力波動后，加壓機會自動跟蹤壓力調節，使得低壓總管壓力也會隨其波動，然后鼓風機再跟綜變化，此控制過程鼓風機的反應比較滯后，當高壓總管壓力波動后，須等加壓機調節后，鼓風機才跟隨調節，因此，在低壓總管壓力調節控制回路中應加入前饋控制環節，也就是將高壓總管壓力信號的波動作為前饋信號引入到低壓總管壓力的調節回路之中，這樣就避免了系統調節時壓力波動比較大的缺點。

五、 煤氣高壓總管壓力控制系統：

高壓煤氣總管壓力的控制主要是通過控加壓風機的送風量來控制，通過安裝在煤氣高壓總管上的壓力變送器，將壓力信號傳給智能儀表，再由智能儀表經PID調節去控制加壓風機的控制變頻器，加壓機采用變頻控制，共兩臺變頻機組運行。可在中控柜的觸摸屏面板監示變頻器的運行頻率及電流,加壓風機變頻器的運行頻率由煤氣高壓總管壓力數顯表進行控制。開機時需確保鼓風機變頻器已經運轉，且煤氣低壓總管壓力大于100Pa后，方能開始啟動操作加壓機，否則因聯鎖關系加壓機不能起動。（注：加壓機正常運轉后，若鼓風機變頻器停止或低壓總管煤氣壓力低于100Pa，加壓機也會自動停止）。

六、 加煤機控制：

加煤機下料系統采用雙通道液壓閥下料，分為左右上閥和左右下閥，加煤時可以采用手動及自動方式進行。自動方式時由海為PLC進行程序控制，由煤氣出口溫控表進行控制啟動加煤,也可由加煤機操作箱面板上的手動啟動加煤旋鈕進行啟動加煤。并可在后臺觸摸屏監示到各個閥門的動作狀態及加煤次數，加煤次數可在觸摸屏上進行手動復位。手動方式時：將控制方式切換到手動控制，然后利用面板上的上（下）閥打開或關閉按鈕對上下閥進行打開或關閉，手動控制時上下閥不受程序及時間約束，由操作員根據需要進行控制(注：手動時各通道上下閥也同時互鎖，不能同時打開上下閥)。自動方式時：將控制方式切換到自動控制，當PLC接收到由溫控表加煤指令（或面板上的手動加煤指令）時，溫控表的加煤指令是由上段出口溫度表進行控制，加煤啟動溫度為溫控表內的第一段報警AL1值確定（具體設置參見溫控表說明書），當前溫度達到AL1的設置值時，AL1指示燈亮，并給加煤PLC發出加煤指令。PLC按照下閥打開→→下閥關閉→→上閥打開→→上閥關閉的順序輪流進行加煤，根據需要可以調整下閥打開時間及上閥打開時間，并通過調整加煤計數器的下煤次數來控制加煤量的大小。根據工藝條件要求，需要再次加煤時，再按“加煤啟動”按鈕或等待下次加煤指令的到來，加煤機再次自動循環工作。最終加煤完成時須確保灰斗內儲存有煤粉，有利于閥門的密封。

七、 出灰機控制系統：

本出灰控制系統工作原理是，由爐蓖對側的兩臺液壓缸合力來推動整個爐蓖的運轉，控制也分為手動和自動兩種控制方式，手動方式時，液壓油泵由油泵開關控制，啟動油泵后，可利用點動前進及點動后退按鈕進行控制油缸的進退（注：手動方式時油缸前進和后退按鈕無效，而在自動方式時，點動前進與點動后退按鈕無效，而油缸前進與后退按鈕在自動方式時有效）。自動方式時，由次計數器、次間隔時間繼電器，回間隔時間繼電器進行控制。

八、 汽包液位控制系統：

本汽包液位控制系統由總柜內的海為PLC來完成加水的邏輯控制，分為上水套汽包，下水套汽包，旋風汽包液位控制。供水系統統一由兩臺軟水泵進行供水，再由各臺汽包的電磁閥控制是否加水或停水，只要其中有一臺汽包需要加水，軟水泵就不會停運。控制模式可在中控柜上的自動/手動旋鈕進行控制，軟水泵選擇可在中控柜上的1#/2#軟水泵選擇旋鈕進行控制。汽包自動加水模式：各臺汽包均具備水位自動加水功能，由汽包液位數顯儀表根據設定的上下限水位（上限AL1，下限AL2）控制電磁閥和泵進行加水。當達到設定的上限水位時停止電磁閥和泵加水，當水位下降到下限水位時自動啟動電磁閥和泵加水。當電磁閥發生故障時，由旁路手動球閥進行加水，水位可根據玻璃管液位計的高度進行控制。控制加水時，泵先啟動，延時1秒鐘后，電磁閥打開，確保汽包內的壓力蒸汽不串到水管內，停止加水時，順序剛好相反，電磁閥先關閉，延時2秒鐘后，泵停。此過程由中控PLC自動完成。而汽包壓力通過汽包壓力電接點壓力表進行報警，當汽包壓力高于設定的壓力時，報警器報警。

九、 儀表控制系統：

1、 爐底飽和蒸汽溫度為一個點，用來控制爐底飽和蒸汽溫度，通過設定表上的溫度，由智能溫控表控制調節閥自動對爐底的飽和蒸汽溫度進行PID控制,達到自動控制的要求。

2、 低壓煤氣總管壓力為一個點，通過壓力變送器測量壓力送給低壓煤氣總管壓力表，通過設定表上的壓力，由智能表控制鼓風機的頻率的大小來控制鼓風機的轉速，從而達到控制爐氣出口壓力的大小（詳見鼓風機操作部份）。

3、 高壓煤氣總管壓力為一個點，通過壓力變送器測量壓力送給高壓煤氣總管壓力表，通過設定表上的壓力，由智能表控制加壓風機的頻率的大小來控制加壓風機的轉速，從而達到控制送用戶總管壓力的大小（詳見加壓風機操作部份）。

4、 上段煤氣出口溫度為一個點，為單顯表，通過設定報警值1（AL1）的值來控制加煤機的啟動。

5、 各汽包液位顯示采用磁翻板液位變送器采集信號，上傳到各個汽包液位表進行液位顯示和控制，通過設定表的上下限報警值（AL1和AL2）來控制水泵的啟停，從而達到控制水位的目的。

6、 還有其它點為空氣總管壓力、上下段煤氣出口壓力、爐底飽和蒸汽壓力、下段出口溫度、送用戶煤氣總管溫度、間冷出口溫度為單顯指示作用，爐身四周測溫、電捕絕緣箱溫度為巡檢表，不參與系統的控制目的。

十、 觸摸屏后臺操作系統：

觸摸屏后臺操作系統主要完成工藝參數的監示和管理，分為系統監示、發生爐體、加煤監示、給水控制、報表數據、凈化系統、報警查詢、趨勢查詢、事件報警、工藝原理共十個畫面。分別說明如下：

1、 初始畫面：進入各畫面的導航面面圖，畫面如下：

此畫面的左上角有當前日期與時間顯示，直接用手觸控時間欄，即可調出時間校準畫面，可對當前時間進行校準；

2、 系統監示：形象顯示了工藝系統的工藝各測量點的參數。畫面如下:

此畫面共分為1#爐系統和2#爐系統，分別監示1#爐和2#爐的全局系統。其中鼓風機及加壓機，空氣總管、低壓煤氣總管、高壓煤氣總管為公共部份。

3、發生爐體畫面：此畫面局部將整個爐座的工藝參數顯示出來。分為1#和2#爐體部份。畫面如下：

4、 加煤監示：監控加煤機的動作狀態，畫面如下：

此畫面也分為1#爐加煤和2#爐加煤系統，分別監示加煤系統的狀態，并可以畫面上進行加煤觸控，當觸控加煤方型按鈕時便可給加煤機發出加煤指令，并在右側顯示加煤計數及出灰計數，并具復位功能。

5、給水控制畫面：分為1#和2#給水控制畫面，監示各汽包的給水狀態，并可在觸摸屏上進行手動控制各給水電磁閥動作。畫面如下：

6、報表數據：以報表的形式將工藝各參數表列出來。畫面如下：

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