一 鍋爐爐后冷卻和除渣系統(tǒng)基本描述

鍋爐爐后冷卻和除渣系統(tǒng)是指鍋爐中的煤在燃燒完后排出爐膛，而此時的爐渣溫度還高達800-1100℃，因此需要對爐渣進行冷卻。對于冷卻爐渣的系統(tǒng)稱為鍋爐爐后冷卻系統(tǒng)。例如冷渣機就是專門的冷卻設(shè)備；將冷卻后的爐渣輸送到指定儲存地的系統(tǒng)稱為鍋爐爐后除渣系統(tǒng)。例如皮帶輸送機、刮板輸送機等。

滾筒式冷渣機簡介：

滾筒式冷渣機分螺旋式、百葉式、揚料板式和蜂窩式，蜂窩式（即多管式）又有水平布置型和傾斜布置型兩種。滾筒式冷渣機的工作原理是，利用螺旋片、百葉片、揚料板焊于筒體內(nèi)，通過筒體轉(zhuǎn)動，使之充分與熱渣接觸，并把熱量傳遞給冷卻水。該型冷渣機對渣和焦塊大小的適應(yīng)性強，不存在結(jié)焦危險，容易實現(xiàn)連續(xù)運行，其操作要求較低。

皮帶輸送機簡介：

皮帶輸送機是以傳送皮帶為載體，以旋轉(zhuǎn)扭矩為動力的輸送設(shè)備。其組成為機架、輸送皮帶、電機減速機、上、下托輥等。皮帶輸送機是常見的輸送設(shè)備。其又可分為平皮帶輸送機和、大傾角派代輸送機等。

二 PLC概述

可編程控制器（Programmable Controller）本應(yīng)簡稱為PC，為與個人計算機（Personal Computer）的簡稱PC相區(qū)別，所以將可編程控制器簡稱為PLC（Programmable Logic Controller）。它是以微處理器為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。

特點

1 編程方法簡單易學(xué)；

2 功能強、性能價格比高；

3 硬件配套齊全，使用方便，適應(yīng)性強；

4 無觸點免配線，可靠性高，抗干擾能力強；

5 系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少；

6 維修工作量小，維修方便；

7 體積小，能耗低；

三 在傳統(tǒng)系統(tǒng)中冷渣機和皮帶輸送機電氣控制描述

冷渣機：

1控制系統(tǒng)設(shè)有遠/近地控制。遠程控制為DCS控制，近地控制為現(xiàn)場控制。兩控制方式互為互鎖。

2DCS控制時，可根據(jù)爐床爐壓4-20mA信號來控制冷渣機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)、自動控制，有效地降低人工調(diào)節(jié)冷渣機轉(zhuǎn)速的勞動量；

3控制柜設(shè)置有急停功能，該功能可在任何控制方式下實現(xiàn)緊急停機。

4冷渣機進出水口設(shè)有PT100溫度傳感器，該信號直接傳送至DCS，可實時監(jiān)控進出水溫度變化。當(dāng)溫度超過設(shè)定值時，DCS給出控制信號，及時控制冷渣機的運轉(zhuǎn)；

5冷渣機進水口設(shè)有壓力變送器，壓力反饋信號4-20mA傳送至DCS,當(dāng)壓力超過設(shè)定值的上、下限時，DCS給出控制信號到控制柜；

6冷渣機進水口設(shè)有差壓變送器，變送器將得到的水流量以4-20mA的信號反饋至DCS。當(dāng)出現(xiàn)低流量或斷流時，DCS控制冷渣機報警并停機，有效地保護冷渣機本體。

7冷渣機在電動機的軸端安裝有速度傳感器。4-20mA信號傳送至DCS，可實時監(jiān)控設(shè)備轉(zhuǎn)速；

8冷渣器進出水口閥門采用智能型一體化。具備行程限位、過力矩、遠/近地控制、閥位反饋輸出接口等送至DCS或本體控制柜，并可接受DCS4-20 mA調(diào)節(jié)信號控制進出水口閥位；

9冷渣機底座上安裝有接近開關(guān)，當(dāng)筒體出現(xiàn)軸向、徑向位移并超出允許值時，控制柜報警并將DPDT開關(guān)信號送至DCS，及時通知檢修人員進行調(diào)整；

皮帶輸送機：

1控制系統(tǒng)設(shè)有遠/近地控制。遠程控制為DCS控制，近地控制為現(xiàn)場控制。兩控制方式互為互鎖。

2設(shè)置兩級跑偏開關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)皮帶跑偏是將信號送入DCS,及時通知中控人員。

3設(shè)置拉繩開關(guān)，當(dāng)巡檢人員在現(xiàn)場巡視發(fā)現(xiàn)問題時可在任何控制方式下實現(xiàn)緊急停機。

4 控制柜設(shè)置有急停功能，該功能可在任何控制方式下實現(xiàn)緊急停機。

在傳統(tǒng)的鍋爐系統(tǒng)中爐后冷卻系統(tǒng)和爐后除渣系統(tǒng)為兩個獨立的系統(tǒng)，互不干涉、互補影響。且兩種設(shè)備基本上是由不同的廠商提供，所以在電氣上的聯(lián)動就存在問題，其兼容性也不高，因此讓鍋爐運營存在安全隱患。為解決這一問題很多建設(shè)方在招標時也會要求各廠家提供連鎖功能，但這就使得各種設(shè)備的控制分散，需要很多人員去操作設(shè)備。這在成本上就存在浪費現(xiàn)象。

表1

四 可編程控制器在冷卻系統(tǒng)和除渣系統(tǒng)中的優(yōu)化應(yīng)用

在鍋爐總系統(tǒng)中兩套系統(tǒng)為上下級關(guān)聯(lián)設(shè)備，因此可將兩套系統(tǒng)合二為一。在整合之后有利于實現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)動和兼容性。以下以樂山科爾堿業(yè)有限公司的鍋爐爐后除渣系統(tǒng)改造為例進行實例分析。

該項目配備2X25T鍋爐、2臺冷渣機、一條槽型皮帶輸送機、2條平皮帶輸送機。

一）控制方式設(shè)定：

1啟動方式可分為獨立啟/停和一鍵啟/挺兩種方式。

2 在使用一鍵啟動時才用延時順序啟動。啟動順序為3號平皮帶輸送機→2號平皮帶輸送機→1號槽型皮帶輸送機→冷渣機，延時時間為10秒；在使用一鍵停機時也采用延時順序停機。停機順序為冷渣機→1號槽型皮帶輸送機→2號平皮帶輸送機→3號平皮帶輸送機，延時時間為20秒，以保證設(shè)備上無輸送物。

3 具備連鎖保護功能。當(dāng)末級設(shè)備出現(xiàn)故障而停機時前級的所有設(shè)備均立刻停機；當(dāng)中間設(shè)備出現(xiàn)故障停機時故障機的前級所有設(shè)備均立刻停機以防止物料的堆積。

4 冷渣機采用變頻控制，以調(diào)整其轉(zhuǎn)速。

二）可編程控制器選型

鍋爐每重新點一次火的花費在8000-20000元人民幣之間。為保障鍋爐安全、順利運行因此對可編程控制器的穩(wěn)定性格外嚴格，所以在可編程控制器的選型上優(yōu)先考慮國際品牌。

國外知名品牌有德國西門子Siemens、羅克韋爾（AB） 三菱（mitsubishi）光洋（Koyo） 歐姆龍（OMRON） 莫迪康（modicon）LS產(chǎn)電 GE Fanuc 松下電工（nais）等。其中具有代表性型的是國外:西門子 三菱（mitsubishi）

在該項目中優(yōu)先選用西門子品牌。西門子PLC包含了S7 200系列、S7 300系列、S7 400系列，根據(jù)對該項目的功能分析綜合考慮得出選用S7 200系列中的S7 224CPU性價比最高。

S7 224CPU性能簡介：

主要性能：集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點，2輸入/1輸出共3個模擬量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量I/O點或 38路模擬量I/O點；

其他性能：20K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的高速計數(shù)器(100KHz)，2個100KHz的高速脈沖輸出，2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力；

特點：本機還新增多種功能，如內(nèi)置模擬量I/O，位控特性，自整定PID功能，線性斜坡脈沖指令，診斷LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等。是具有模擬量I/O和強大控制能力的新型CPU。

三）擴展模塊選型

1數(shù)字量和模擬量擴展模塊將根據(jù)設(shè)備需要的點數(shù)來確定。

2與上位機的通信將選用EM277網(wǎng)絡(luò)模塊。

四）CPU的通信

1與觸摸屏的通信方式采用RS485串口通信

2 與上位機的通信通過M277網(wǎng)絡(luò)模塊以工業(yè)以太網(wǎng)通信。也可通過EM277接入光纖收發(fā)器內(nèi)再通過光纖與上位機通信。

五總結(jié)

一）技術(shù)總結(jié)

1通過采用PLC控制的方式解決了兩套系統(tǒng)兼容性和連鎖效果不理想的情況大大保障了鍋爐的安全運行。

2 PLC與變頻器采用了RS485串口通信使得變頻器在采用PID控制是有了更好的通信方式，實現(xiàn)了變頻器的自動調(diào)節(jié)功能。

3 PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位機通信也大大的提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。此外在操作方式上也采用觸摸屏操作，減少了開關(guān)連接線避免了因開關(guān)和線路上引起的操作問題，并且美化了控制柜讓操作更為直觀。

二）經(jīng)濟總結(jié)

該項目未改造前，此崗位由6個操作工進行三班工作制。根據(jù)樂山科爾堿業(yè)有限公司提供的數(shù)據(jù)顯示，在該給上的員工工作為1480元/月/人。由此可得在該崗位上每年的總耗資為1480×6×12=106560元。

PLC供應(yīng)商報價下：表2

由此可見，在采用PLC后一年內(nèi)可收回成本。

對于使用單位而言不僅提高了鍋爐運行的安全性，而且降低了運營成本，節(jié)約了人力資源。由此可見PLC在鍋爐的爐后冷卻和除渣系統(tǒng)的應(yīng)用是有效、可行的。

圍繞著鍋爐主體，為主體服務(wù)的輔助設(shè)備還很多且都是由多個設(shè)備廠商提供。根據(jù)此案例的分析結(jié)論可知，在鍋爐輔機上應(yīng)用PLC來改善各輔助系統(tǒng)是有效、可行的。