控制装置、方法及锅炉系统与流程


本申请涉及控制技术领域,具体而言,涉及一种控制装置、方法及锅炉系统。



背景技术:

蒸汽锅炉作为提供蒸汽动力的装置,在工业、生活中都扮演着越来越重要的角色。锅炉的控制系统关系着锅炉能否正常地运行,能否稳定地输出蒸汽。目前,关于锅炉的控制技术较为原始,一般都是在汽包水位极低时,直接控制补水泵以最大功率工作以进行补水;在汽包内水位因补水达到上限时,控制补水泵停止工作。上述控制方式使得锅炉在生产运行中除了蒸汽输出不稳定之外,还会引起能源浪费、污染排放严重等一系列问题。蒸汽输出的不稳定轻则影响生产,导致空调机、汽轮机等设备的运行波动,重则导致锅炉汽包内压力超出极限,发生爆炸事故。蒸汽输出的稳定与否主要取决于锅炉汽包水位的控制。因此蒸汽锅炉汽包水位能否得到有效控制,使蒸汽平稳输出在一个保证工艺和设备安全的范围内,对于自控专业来讲是一个必须面对的问题。



技术实现要素:

为了克服现有技术中的上述不足,本申请实施例的目的在于提供一种控制装置、方法及锅炉系统,其能够根据调节阀的当前开度、补水流量值、蒸汽流量值及水位值对调节阀的开度进行控制,以保证汽包内的水位维持在规定的范围内,进而保证蒸汽输出稳定。

第一方面,本申请实施例提供一种控制装置,应用于锅炉设备,所述锅炉设备包括汽包,所述装置包括通信连接的检测单元、控制单元及调节阀;

所述检测单元设置在管道上,用于检测得到所述锅炉设备的补水流量值、蒸汽流量值及所述汽包内的水位值,并将得到的所述补水流量值、蒸汽流量值及水位值发送给控制单元;

所述调节阀设置在用于为所述汽包供水的补水泵与所述汽包之间,用于控制对所述汽包进行补水的补水流量;

所述控制单元与所述调节阀通信连接,用于根据所述调节阀的当前开度、补水流量值、蒸汽流量值及水位值对所述调节阀的开度进行调整,以使所述汽包内的水位在预设高度范围内。

可选地,在本申请实施例中,所述检测单元包括水位检测子单元,

所述水位检测子单元用于检测所述汽包内的水位状态,以得到所述水位值,并将所述水位值发送给所述控制单元。

可选地,在本申请实施例中,所述检测单元还包括蒸汽流量检测子单元及补水流量检测子单元;

所述蒸汽流量检测子单元设置在所述汽包的蒸汽出口处,用于检测蒸汽流量状态,以得到所述蒸汽流量值,并将所述蒸汽流量值发送给所述控制单元;

所述补水流量检测子单元设置在所述调节阀与所述汽包之间,用于检测经所述调节阀向所述汽包补水的补水流量状态,以得到所述补水流量值,并将所述补水流量值发送给所述控制单元。

可选地,在本申请实施例中,所述控制单元包括调节器及控制器;

所述调节器与所述水位检测子单元、蒸汽流量检测子单元、补水流量检测子单元、调节阀及控制器通信连接,用于根据所述水位值、蒸汽流量值、补水流量值及调节阀的当前开度生成控制指令,并将所述控制指令发送给所述控制器;

所述控制器与所述调节阀通信连接,用于根据所述控制指令控制所述调节阀的开度。

可选地,在本申请实施例中,所述调节器包括主调节器及副调节器;

所述主调节器与所述水位检测子单元及副调节器通信连接,用于根据所述水位值生成第一控制指令,并将所述第一控制指令发送给所述副调节器;

所述副调节器与所述主调节器、蒸汽流量检测子单元、补水流量检测子单元、调节阀及控制器通信连接,用于根据所述补水流量值、蒸汽流量值及调节阀的当前开度对所述第一控制指令中与所述调节阀的开度相关的控制参数进行调整,以生成第二控制指令,并将所述第二控制指令发送给所述控制器;

所述控制器,用于根据所述第二控制指令对所述调节阀的开度进行调整。

可选地,在本申请实施例中,所述控制单元还包括开方器;

所述开方器与所述蒸汽流量检测子单元、补水流量检测子单元及副调节器通信连接,用于对所述蒸汽流量值及补水流量值进行处理,并将处理结果发送给所述副调节器;

所述副调节器,用于根据所述处理结果及所述调节阀的当前开度对所述第一控制指令进行调整。

可选地,在本申请实施例中,所述检测单元还包括变送器;

所述变送器与所述水位检测子单元及主调节器通信连接,用于将所述水位检测子单元发送的所述水位值转换为电信号后发送给所述主调节器。

可选地,在本申请实施例中,所述控制装置还包括报警器;

所述报警器与所述控制器通信连接,用于根据所述控制器基于所述水位值生成的报警指令进行报警。

第二方面,本申请实施例还提供一种控制方法,应用于上述的控制装置,所述方法包括:

获得所述锅炉设备的补水流量值、蒸汽流量值及所述汽包内的水位值;

根据调节阀的当前开度及所述补水流量值、蒸汽流量值及水位值对所述调节阀的开度进行调整,以使汽包内的水位在预设高度范围内。

第三方面,本申请实施例提供一种锅炉系统,所述锅炉系统包括锅炉设备及上述的控制装置,所述控制装置用于根据所述调节阀的当前开度、补水流量值、蒸汽流量值及水位值对所述调节阀的开度进行调整,使所述锅炉设备的汽包内的水位处于预设高度范围内。

相对于现有技术而言,本申请具有以下有益效果:

本申请实施例提供一种控制装置、方法及锅炉系统。该控制装置用于对包括汽包的锅炉设备进行控制。该控制装置包括检测单元、控制单元及调节阀。检测单元设置在锅炉设备的管道上,与控制单元单元通信连接,用于通过检测得到所述锅炉设备的补水流量值、蒸汽流量值及所述汽包内的水位值,并将得到的所述补水流量值、蒸汽流量值及水位值发送给控制单元。所述调节阀设置在用于为所述汽包补水的补水泵与所述汽包之间,用于控制对所述汽包进行补水的补水流量。所述控制单元与所述检测单元及调节阀通信连接,用于根据所述调节阀的当前开度、补水流量值、蒸汽流量值及水位值对所述调节阀的开度进行调整,以使所述汽包内的水位在预设高度范围内。利用上述装置可根据调节阀的当前开度、补水流量值、蒸汽流量值及水位值对调节阀的开度进行控制,以保证汽包内的水位维持在规定的范围内,进而保证蒸汽输出稳定。

为使申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举本申请较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请实施例提供的控制装置的方框示意图之一。

图2是本申请实施例提供的控制装置的方框示意图之二。

图3是本申请实施例提供的控制装置的方框示意图之三。

图4是本申请实施例提供的控制方法的流程示意图。

图5是本申请实施例提供的锅炉系统的结构示意图。

图标:10-锅炉系统;100-控制装置;110-检测单元;111-水位检测子单元;112-变送器;114-蒸汽流量检测子单元;115-补水流量检测子单元;120-控制单元;121-调节器;122-主调节器;123-副调节器;125-控制器;127-开方器;130-调节阀;140-报警器;210-汽包;220-炉膛;230-燃烧器;250-补水泵。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外,术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图,对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1,图1是本申请实施例提供的控制装置100的方框示意图之一。所述控制装置100应用于锅炉设备,该锅炉设备包括汽包。所述控制装置100包括检测单元110、控制单元120及调节阀130。所述检测单元110设置在锅炉设备的相关管道(比如,向所述汽包送水的管道)上,与所述控制单元120通信连接,用于检测得到所述锅炉设备的补水流量值、蒸汽流量值及所述汽包内的水的水位值,并将得到的所述补水流量值、蒸汽流量值及水位值发送给所述控制单元120。调节阀130设置在用于为汽包供水的补水泵与所述汽包之间,用于控制流向汽包的水的流量,即控制补水流量。所述控制单元120与所述检测单元110及调节阀130通信连接,用于获取所述调节阀130的当前开度,并用于根据所述调节阀130的当前开度、补水流量值、蒸汽流量值及水位值对该调节阀130的开度进行调整。由此,可使汽包内的水位维持在预设高度范围内,进而保证蒸汽输出稳定。

其中,汽包是锅炉设备的关键部件,用于贮存一定的水量,增加蒸发设备的水容积,确保水循环的安全。

请结合参照图2,图2是本申请实施例提供的控制装置100的方框示意图之二。在本实施例中,所述检测单元110可以包括水位检测子单元111。所述水位检测子单元111用于检测所述汽包内的水位状态,以得到所述水位值,并将所述水位值发送给与所述水位检测子单元111通信连接的所述控制单元120。

其中,只要能够获得所述水位值,作为所述水位检测子单元111的具体器件及设置位置可以根据实际情况确定。所述水位检测子单元111的设置位置可以根据实际采用的器件确定。比如,在本实施例的一种实施方式中,所述水位检测子单元111采用浮筒式液位计。

请再次参照图2,在本实施例中,所述检测单元110还可以包括蒸汽流量检测子单元114及补水流量检测子单元115。所述蒸汽流量检测子单元114可以设置在所述汽包的蒸汽出口处,用于检测蒸汽流量状态,从而得到所述蒸汽流量值,并将所述蒸汽流量值发送给与所述蒸汽流量检测子单元114通信连接的所述控制单元120。

所述补水流量检测子单元115可以设置在所述调节阀130与所述汽包之间的管道上,用于检测经所述调节阀130流向所述汽包的水的流量状态,从而得到补水流量值,并将所述补水流量值发送给与所述补水流量检测子单元115通信连接的所述控制单元120。

由此,利用所述检测单元110在所述锅炉设备的不同位置处进行检测,使得所述控制单元120获得所述水位值、蒸汽流量值、补水流量值。同时由于所述控制单元120与所述调节阀130直接连接,因此所述控制单元120可以直接获得所述调节阀130的当前开度。通过上述方式,所述控制单元120获得多个与调整调节阀130的开度的相关数据。

可选地,所述检测单元110还可以包括温度检测子单元,该温度检测子单元设置在锅炉设备的蒸汽出口处,用于检测蒸汽温度,并将该蒸汽温度发送给所述控制单元120。该控制单元120可以将该蒸汽温度进行显示。

请再次参照图2,在本实施例中,所述控制单元120可以调节器121及控制器125。所述调节器121与所述水位检测子单元111、蒸汽流量检测子单元114、补水流量检测子单元115、调节阀130及控制器125通信连接,用于根据所述水位值、蒸汽流量值、补水流量值及调节阀130的当前开度生成控制指令,并将所述控制指令发送给所述控制器125。所述控制器125与所述调节阀130通信连接,用于根据所述控制指令控制所述调节阀130的开度。

进一步地,请结合参照图3,图3是本申请实施例提供的控制装置100的方框示意图之三。在本实施例中,所述调节器121可以包括主调节器122及副调节器123,主调节器122与副调节器123为串联结构。所述主调节器122与所述水位检测子单元111及副调节器123通信连接,用于根据所述水位值生成第一控制指令,并将所述第一控制指令发送给所述副调节器123。所述副调节器123与所述主调节器122、蒸汽流量检测子单元114、补水流量检测子单元115、调节阀130及控制器125通信连接,用于根据所述补水流量值、蒸汽流量值及调节阀130的当前开度对所述第一控制指令中与所述调节阀130的开度相关的控制参数进行调整,以生成第二控制指令,并将所述第二控制指令发送给所述控制器125。所述控制器125,用于根据所述第二控制指令对所述调节阀130的开度进行调整。

由此可以看出,在所述水位值低于一定值时,所述主调节器122可根据所述水位值生成用于对调节阀130进行较大调整的第一控制指令,以对调节阀130进行较大幅度地调整。该第一控制指令中包括与所述调节阀130开度相关的控制参数。比如,此时调节阀130的开度为10%,所述主调节器122生成的第一控制指令中包括将调节阀130开度调整为50%这一信息。

所述副调节器123在接收到第一控制指令后,可以根据所述补水流量值、蒸汽流量值及调节阀130的当前开度判断是否需要对第一控制指令中的控制参数进行微调。若不需要,所述副调节器123直接将所述第一控制指令作为所述第二控制指令发送给所述控制器125。若需要,所述副调节器123则可以对所述第一控制指令中的控制参数进行微调,比如,对控制参数在50%在±2%内进行调整,即调整后的控制参数为48%~52%。当然可以理解的是,主调节器122用于根据所述水位值进行一级调控,副调节器123用于根据所述补水流量值、蒸汽流量值及调节阀130的当前开度进行二级调控,具体调控方式可以根据实际情况确定。

请再次参照图3,在本实施例中,所述控制单元120还可以包括开方器127。所述开方器127与所述蒸汽流量检测子单元114、补水流量检测子单元115及副调节器123通信连接,用于对所述蒸汽流量值及补水流量值进行处理,并将处理结果发送给所述副调节器123。所述副调节器123,用于根据所述处理结果及所述调节阀130的当前开度对所述第一控制指令进行调整。比如,所述副调节器123中可以预先存储有该处理结果与所述调节阀130的当前开度的比值和处理方式的对应关系,在得到该比值后,可以根据与该比值对应的处理方式确定对所述第一控制指令中的控制参数不调整,或进行增大的调整,或进行减小的调整。

其中,开方器127是输出与输入变量的方根成比例的装置,用于对得到的信号进行开方运算,以便线性地反应出变量的数值。

请再次参照图3,在本实施例中,所述检测单元110还可以包括变送器112。所述变送器112与所述水位检测子单元111及主调节器122通信连接,用于将所述水位检测子单元111发送的所述水位值转换为电信号后发送给所述主调节器122。其中,变送器(transmitter)112是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号(或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源)的转换器。

请再次参照图3,在本实施例中,所述控制装置100还可以包括报警器140。所述主调节器122在接收到所述水位值后,可以将所述水位值经所述副调节器123发送给控制器125,也可以将该水位值直接发送给所述控制器125。所述控制器125在基于该水位值确定汽包内的水位过高或过低或处于其他紧急状态时,可以生成报警指令,并将报警指令发送给所述报警器140进行报警。可选地,该报警器140可以为声光报警器。

在本实施例的一种实施方式中,所述控制器125还可以对补水泵的工作状态进行控制。可选地,对所述补水泵进行控制的指令可以是由主调节器122生成的,也可以是由副调节器123生成的,还可以是由控制器125自身生成的。

可选地,在本实施例的一种实施方式中,所述蒸汽流量检测子单元114为孔板流量计,所述补水流量检测子单元115为涡街流量计,所述控制器125为PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)。

请参照图4,图4是本申请实施例提供的控制方法的流程示意图。所述控制方法应用于所述控制装置100。所述方法包括步骤S110及步骤S120。

步骤S110,获得所述锅炉设备的补水流量值、蒸汽流量值及所述汽包内的水位值。

步骤S120,根据调节阀的当前开度及所述补水流量值、蒸汽流量值及水位值对所述调节阀的开度进行调整,以使汽包内的水位在预设高度范围内。

利用上述控制装置100可基于补水流量值、蒸汽流量值、水位值及调节阀的当前开度对调节阀开度进行调整,以调节补水流量,使汽包水位维持在规定的范围内,进而维持蒸汽温度稳定,保证燃烧的经济行,维持汽压恒定,能够对生产过程进行监督。

请结合参照图1~图3及图5,图5是本申请实施例提供的锅炉系统10的结构示意图。所述锅炉系统10包括所述控制装置100及锅炉设备。该锅炉设备包括汽包210。所述控制装置100用于根据所述调节阀130的当前开度、补水流量值、蒸汽流量值及水位值对所述调节阀130的开度进行调整,使所述锅炉设备的汽包210内的水位处于预设高度范围内。

所述锅炉设备还可以包括炉膛220及燃烧器230。所述燃烧器230与所述控制器125通信连接,用于根据控制器125的控制及与炉膛220的配合为位于炉膛220上的汽包210提供热量,从而得到蒸汽。

该补水泵250与所述控制器125通信连接,用于根据控制器125的控制为汽包210提供用于产生蒸汽的水。

下面对锅炉系统10的具体组成进行举例说明。

该锅炉设备的参数为:工作压力1MPa,蒸发量20T/h,正常负荷10T/h,最大负荷波动240kg/min,最大水位波动30mm,水位允许偏差±10mm,动态特性考虑为一阶,时间常数为5s,静态放大倍数为8。

补水泵250:为多级离心泵,给水压力为0.5Mpa,排量为25T/h,恒速运转,由调节阀130调节流量。补水流量检测子单元115:为涡街流量计,量程为0-25m3/h,输出信号4-20mADC,型号为E+H PROWIRL 72F40。蒸汽流量检测子单元114:为孔板流量计,量程0-30T/h,输出信号4-20mADC,上自仪+1151变送器。温度检测子单元:热电偶0-300℃,输出信号4-20mADC。燃烧器230:利雅路RS130燃气燃烧器。水位检测子单元111:浮筒式液位计上自仪200。调节阀130:西门子VVF31.50+SKD60电动两通调节阀。控制器125:西门子S7-200系列PLC。

以上是整个锅炉系统10中最重要的对于其正常运行的影响最重要装置。副调节器123选比例调节器,比例系数P=-4;主调节器122选比例积分调节器,比例系数P=3.5,积分系数I=10。

综上所述,本申请实施例提供一种控制装置、方法及锅炉系统。该控制装置用于对包括汽包的锅炉设备进行控制。该控制装置包括检测单元、控制单元及调节阀。检测单元设置在锅炉设备的管道上,与控制单元单元通信连接,用于通过检测得到所述锅炉设备的补水流量值、蒸汽流量值及所述汽包内的水位值,并将得到的所述补水流量值、蒸汽流量值及水位值发送给控制单元。所述调节阀设置在用于为所述汽包补水的补水泵与所述汽包之间,用于控制对所述汽包进行补水的补水流量。所述控制单元与所述检测单元及调节阀通信连接,用于根据所述调节阀的当前开度、补水流量值、蒸汽流量值及水位值对所述调节阀的开度进行调整,以使所述汽包内的水位在预设高度范围内。利用上述装置可根据调节阀的当前开度、补水流量值、蒸汽流量值及水位值对调节阀的开度进行控制,以保证汽包内的水位维持在规定的范围内,进而保证蒸汽输出稳定。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

主题:蒸汽制造