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(shí)的爐渣溫度還高達(dá)800-1100℃，因此需要對(duì)爐渣進(jìn)行冷卻。對(duì)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(jī)就是專(zhuān)門(mén)的冷卻設(shè)備；將冷卻后的爐渣輸送到指定儲(chǔ)存地的系統(tǒng)稱為鍋爐爐后除渣系統(tǒng)。例如皮帶輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)等。

滾筒式冷渣機(jī)簡(jiǎn)介：

滾筒式冷渣機(jī)分螺旋式、百葉式、揚(yáng)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(jī)的工作原理是，利用螺旋片、百葉片、揚(yáng)料板焊于筒體內(nèi)，通過(guò)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)，使之充分與熱渣接觸，并把熱量傳遞給冷卻水。該型冷渣機(jī)對(duì)渣和焦塊大小的適應(yīng)性強(qiáng)，不存在結(jié)焦危險(xiǎn)，容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行，其操作要求較低。

皮帶輸送機(jī)簡(jiǎn)介：

皮帶輸送機(jī)是以傳送皮帶為載體，以旋轉(zhuǎn)扭矩為動(dòng)力的輸送設(shè)備。其組成為機(jī)架、輸送皮帶、電機(jī)減速機(jī)、上、下托輥等。皮帶輸送機(jī)是常見(jiàn)的輸送設(shè)備。其又可分為平皮帶輸送機(jī)和、大傾角派代輸送機(jī)等。

二 PLC概述

可編程控制器（Programmable Controller）本應(yīng)簡(jiǎn)稱為PC，為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱PC相區(qū)別，所以將可編程控制器簡(jiǎn)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(diǎn)

1 編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)；

2 功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高；

3 硬件配套齊全，使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)；

4 無(wú)觸點(diǎn)免配線，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；

5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(jī)和皮帶輸送機(jī)電氣控制描述

冷渣機(jī)：

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

2DCS控制時(shí)，可根據(jù)爐床爐壓4-20mA信號(hào)來(lái)控制冷渣機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)控制，有效地降低人工調(diào)節(jié)冷渣機(jī)轉(zhuǎn)速的勞動(dòng)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(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。

4冷渣機(jī)進(jìn)出水口設(shè)有PT100溫度傳感器，該信號(hào)直接傳送至DCS，可實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)出水溫度變化。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，DCS給出控制信號(hào)，及時(shí)控制冷渣機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；

5冷渣機(jī)進(jìn)水口設(shè)有壓力變送器，壓力反饋信號(hào)4-20mA傳送至DCS,當(dāng)壓力超過(guò)設(shè)定值的上、下限時(shí)，DCS給出控制信號(hào)到控制柜；

6冷渣機(jī)進(jìn)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(hào)反饋至DCS。當(dāng)出現(xiàn)低流量或斷流時(shí)，DCS控制冷渣機(jī)報(bào)警并停機(jī)，有效地保護(hù)冷渣機(jī)本體。

7冷渣機(jī)在電動(dòng)機(jī)的軸端安裝有速度傳感器。4-20mA信號(hào)傳送至DCS，可實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備轉(zhuǎn)速；

8冷渣器進(jìn)出水口閥門(mén)采用智能型一體化。具備行程限位、過(guò)力矩、遠(yuǎn)/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(hào)控制進(jìn)出水口閥位；

9冷渣機(jī)底座上安裝有接近開(kāi)關(guān)，當(dāng)筒體出現(xiàn)軸向、徑向位移并超出允許值時(shí)，控制柜報(bào)警并將DPDT開(kāi)關(guān)信號(hào)送至DCS，及時(shí)通知檢修人員進(jìn)行調(diào)整；

皮帶輸送機(jī)：

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

2設(shè)置兩級(jí)跑偏開(kāi)關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)皮帶跑偏是將信號(hào)送入DCS,及時(shí)通知中控人員。

3設(shè)置拉繩開(kāi)關(guān)，當(dāng)巡檢人員在現(xiàn)場(chǎng)巡視發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可在任何控制方式下實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。

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(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。

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(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，互不干涉、互補(bǔ)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(dòng)就存在問(wèn)題，其兼容性也不高，因此讓鍋爐運(yùn)營(yíng)存在安全隱患。為解決這一問(wèn)題很多建設(shè)方在招標(biāo)時(shí)也會(huì)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(fèi)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(jí)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(shí)現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)和兼容性。以下以樂(lè)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(jìn)行實(shí)例分析。

該項(xiàng)目配備2X25T鍋爐、2臺(tái)冷渣機(jī)、一條槽型皮帶輸送機(jī)、2條平皮帶輸送機(jī)。

一）控制方式設(shè)定：

1啟動(dòng)方式可分為獨(dú)立啟/停和一鍵啟/挺兩種方式。

2 在使用一鍵啟動(dòng)時(shí)才用延時(shí)順序啟動(dòng)。啟動(dòng)順序?yàn)?/span>3號(hào)平皮帶輸送機(jī)→2號(hào)平皮帶輸送機(jī)→1號(hào)槽型皮帶輸送機(jī)→冷渣機(jī)，延時(shí)時(shí)間為10秒；在使用一鍵停機(jī)時(shí)也采用延時(shí)順序停機(jī)。停機(jī)順序?yàn)槔湓鼨C(jī)→1號(hào)槽型皮帶輸送機(jī)→2號(hào)平皮帶輸送機(jī)→3號(hào)平皮帶輸送機(jī)，延時(shí)時(shí)間為20秒，以保證設(shè)備上無(wú)輸送物。

3 具備連鎖保護(hù)功能。當(dāng)末級(jí)設(shè)備出現(xiàn)故障而停機(jī)時(shí)前級(jí)的所有設(shè)備均立刻停機(jī)；當(dāng)中間設(shè)備出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)故障機(jī)的前級(jí)所有設(shè)備均立刻停機(jī)以防止物料的堆積。

4 冷渣機(jī)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(diǎn)一次火的花費(fèi)在8000-20000元人民幣之間。為保障鍋爐安全、順利運(yùn)行因此對(duì)可編程控制器的穩(wěn)定性格外嚴(yán)格，所以在可編程控制器的選型上優(yōu)先考慮國(guó)際品牌。

國(guó)外知名品牌有德國(guó)西門(mén)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(guó)外:西門(mén)子 三菱（mitsubishi）

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

S7 224CPU性能簡(jiǎn)介：

主要性能：集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，2輸入/1輸出共3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或 38路模擬量I/O點(diǎn)；

其他性能：20K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的高速計(jì)數(shù)器(100KHz)，2個(gè)100KHz的高速脈沖輸出，2個(gè)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(diǎn)：本機(jī)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(qiáng)大控制能力的新型CPU。

三）擴(kuò)展模塊選型

1數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊將根據(jù)設(shè)備需要的點(diǎn)數(shù)來(lái)確定。

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

五總結(jié)

一）技術(shù)總結(jié)

1通過(guò)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(yùn)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(shí)現(xiàn)了變頻器的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。

3 PLC通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與上位機(jī)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(kāi)關(guān)連接線避免了因開(kāi)關(guān)和線路上引起的操作問(wèn)題，并且美化了控制柜讓操作更為直觀。

二）經(jīng)濟(jì)總結(jié)

該項(xiàng)目未改造前，此崗位由6個(gè)操作工進(jìn)行三班工作制。根據(jù)樂(lè)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(bào)價(jià)下：表2

由此可見(jiàn)，在采用PLC后一年內(nèi)可收回成本。

對(duì)于使用單位而言不僅提高了鍋爐運(yùn)行的安全性，而且降低了運(yùn)營(yíng)成本，節(jié)約了人力資源。由此可見(jiàn)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(gè)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(jī)上應(yīng)用PLC來(lái)改善各輔助系統(tǒng)是有效、可行的。