一 鍋爐爐后冷卻和除渣系統基本描述

鍋爐爐后冷卻和除渣系統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稱為鍋爐爐后冷卻系統。例如冷渣機就是專門的冷卻設備；將冷卻后的爐渣輸送到指定儲存地的系統稱為鍋爐爐后除渣系統。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，通過筒體轉動，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性強，不存在結焦危險，容易實現連續運行，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，以旋轉扭矩為動力的輸送設備。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）本應簡稱為PC，為與個人計算機（Personal Computer）的簡稱PC相區別，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的新型工業控制裝置。

特點

1 編程方法簡單易學；

2 功能強、性能價格比高；

3 硬件配套齊全，使用方便，適應性強；

4 無觸點免配線，可靠性高，抗干擾能力強；

5 系統設計、安裝、調試工作量少；

6 維修工作量小，維修方便；

7 體積小，能耗低；

三 在傳統系統中冷渣機和皮帶輸送機電氣控制描述

冷渣機：

1控制系統設有遠/近地控制。遠程控制為DCS控制，近地控制為現場控制。兩控制方式互為互鎖。

2DCS控制時，可根據爐床爐壓4-20mA信號來控制冷渣機轉速，實現自動調節、自動控制，有效地降低人工調節冷渣機轉速的勞動量；

3控制柜設置有急停功能，該功能可在任何控制方式下實現緊急停機。

4冷渣機進出水口設有PT100溫度傳感器，該信號直接傳送至DCS，可實時監控進出水溫度變化。當溫度超過設定值時，DCS給出控制信號，及時控制冷渣機的運轉；

5冷渣機進水口設有壓力變送器，壓力反饋信號4-20mA傳送至DCS,當壓力超過設定值的上、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。當出現低流量或斷流時，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，可實時監控設備轉速；

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調節信號控制進出水口閥位；

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

皮帶輸送機：

1控制系統設有遠/近地控制。遠程控制為DCS控制，近地控制為現場控制。兩控制方式互為互鎖。

2設置兩級跑偏開關，當出現皮帶跑偏是將信號送入DCS,及時通知中控人員。

3設置拉繩開關，當巡檢人員在現場巡視發現問題時可在任何控制方式下實現緊急停機。

4 控制柜設置有急停功能，該功能可在任何控制方式下實現緊急停機。

在傳統的鍋爐系統中爐后冷卻系統和爐后除渣系統為兩個獨立的系統，互不干涉、互補影響。且兩種設備基本上是由不同的廠商提供，所以在電氣上的聯動就存在問題，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，但這就使得各種設備的控制分散，需要很多人員去操作設備。這在成本上就存在浪費現象。

表1

四 可編程控制器在冷卻系統和除渣系統中的優化應用

在鍋爐總系統中兩套系統為上下級關聯設備，因此可將兩套系統合二為一。在整合之后有利于實現設備的聯動和兼容性。以下以樂山科爾堿業有限公司的鍋爐爐后除渣系統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，以保證設備上無輸送物。

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

4 冷渣機采用變頻控制，以調整其轉速。

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定性格外嚴格，所以在可編程控制器的選型上優先考慮國際品牌。

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路數字量I/O點或 38路模擬量I/O點；

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

特點：本機還新增多種功能，如內置模擬量I/O，位控特性，自整定PID功能，線性斜坡脈沖指令，診斷LED，數據記錄及配方功能等。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數字量和模擬量擴展模塊將根據設備需要的點數來確定。

2與上位機的通信將選用EM277網絡模塊。

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網絡模塊以工業以太網通信。也可通過EM277接入光纖收發器內再通過光纖與上位機通信。

五總結

一）技術總結

1通過采用PLC控制的方式解決了兩套系統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，實現了變頻器的自動調節功能。

3 PLC通過工業以太網與上位機通信也大大的提高了系統的可靠性和穩定性。此外在操作方式上也采用觸摸屏操作，減少了開關連接線避免了因開關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）經濟總結

該項目未改造前，此崗位由6個操作工進行三班工作制。根據樂山科爾堿業有限公司提供的數據顯示，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供應商報價下：表2

由此可見，在采用PLC后一年內可收回成本。

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，節約了人力資源。由此可見PLC在鍋爐的爐后冷卻和除渣系統的應用是有效、可行的。

圍繞著鍋爐主體，為主體服務的輔助設備還很多且都是由多個設備廠商提供。根據此案例的分析結論可知，在鍋爐輔機上應用PLC來改善各輔助系統是有效、可行的。