一种管桩余热回收系统的水位控制方法及装置与流程

本发明涉及蒸压釜余汽节能，尤其涉及一种管桩余热回收系统的水位控制方法及装置。

背景技术：

1、蒸压釜是一种外形体积庞大、内部容积巨大、重量较重的大型压力容器。蒸压釜用途十分广泛，大量应用于混凝土管桩、加气混凝土砌块、新型轻质墙体材料、灰砂砖、煤灰砖等建筑材料的蒸压养护，使其在釜内完成cao—sio2—h2o的水热反应。蒸压釜在应用过程中能耗高，通常用1.0mpa/180℃的高温高压蒸汽进行蒸养10个小时，期间产生大量的高温凝结水，出釜时又必须卸压将压力降至零并把余汽排净，因高温凝结水碱性高达ph12而不能直接回收使用，因此余汽和高温凝结水的回收相当困难。现有行业多采用倒釜的方式进行余汽回收，即卸压釜对应待升压釜，出釜时将1.0mpa压力的卸压釜与空无蒸汽的待升压釜接通，卸压釜往待升压釜充余汽，两釜压力平衡时卸压釜压力降至约0.3mpa，再打开排空阀往大气排放0.3mpa余汽和向外排放高温凝结水，这样还剩有大量的余热热能外排造成浪费且污染环境。

2、有的采用大水箱回收蒸压釜的余汽和高温凝结水这部分余热，但效率较低，回收量非常少；有的回收用于加热锅炉软水，但与锅炉分开间歇回收不一起统筹考虑，造成回收到低品位热能富余而高品位热能不足，回收效率低，且流量波动大断断续续、锅炉软水温度时高时低，影响锅炉热效率及运行安全，实际效果大打折扣，应用不理想；现在整个行业均处在余热回收利用率非常低的粗放式管理阶段。

3、因此，如何有效回收蒸压釜和锅炉余热进行综合利用，实现节能降耗目标，是本行业领域技术人员的一大技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种管桩余热回收系统的水位控制方法及装置，其能够有效解决现有技术中所存在的上述技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明的一实施例提供了一种管桩余热回收系统的水位控制方法，所述管桩余热回收系统包括蒸压釜、锅炉、锅炉节能器、锅炉冷凝器、抽吸器、扩容器、第一换热器、第二换热器、冷凝水池、锅炉除氧器、软水箱、除氧泵、锅炉给水泵、热水泵及高温回水泵；

3、所述蒸压釜的余汽排放口通过管道与所述抽吸器的吸入口连接，所述抽吸器的输出口通过管道与所述第二换热器连通，所述蒸压釜内排出的余汽通过所述抽吸器输送到所述第二换热器中；所述蒸压釜的高温凝结水排放口通过管道与所述扩容器连通，所述蒸压釜内排放的高温凝结水流经扩容器进行汽水分离，生成闪蒸汽和冷凝水，闪蒸汽通过连接于扩容器的闪蒸汽排放口与抽吸器的吸入口之间的管道流经所述抽吸器输送到所述第二换热器中，冷凝水则通过连接于扩容器的冷凝水排放口与冷凝水池的输入端之间的管道排入所述冷凝水池中；所述冷凝水池的输出端通过所述热水泵与所述第一换热器的一侧连通，所述冷凝水池中的冷凝水在所述热水泵的抽取下进入所述第一换热器进行换交换，降温后的冷凝水排放到废水回收池；

4、燃气或燃料在所述锅炉的炉膛内燃烧，热烟气流经所述锅炉节能器、锅炉冷凝器从烟囱排放；进入所述软水箱的软水通过所述除氧泵送到锅炉冷凝器与热烟气进行热交换，升温后的软水送到所述第一换热器的另一侧与所述冷凝水进行热交换，升温后的软水继续送到所述第二换热器和送入所述第二换热器的余汽、闪蒸汽和热蒸汽进行汽水混合加热，生成高温软水；高温软水再通过所述高温回水泵从第二换热器送到所述锅炉除氧器，并在所述锅炉除氧器中通过输入到所述锅炉除氧器的高温高压蒸汽加热以除氧，然后再通过所述锅炉给水泵抽送到所述锅炉节能器与热烟气进行换热，换热后的软水水温提升后进入所述锅炉以产生高温高压蒸汽；

5、所述锅炉产生的高温高压蒸汽一方面通过管道输送到所述锅炉除氧器中，另一方面通过管道输送到分汽缸，所述分汽缸的第一出汽口与所述蒸压釜的高温高压蒸汽输入口连接，所述分汽缸的第二出汽口与所述抽吸器的高温高压蒸汽输入口连接；

6、其中，所述管桩余热回收系统的水位控制方法包括步骤：

7、在保留原燃气锅炉plc设备的基础上，增加新除氧器plc设备和汽炉plc设备；

8、在不改变原燃气锅炉plc设备的锅炉除氧器水位pid控制程序的基础上，使原燃气锅炉plc设备的锅炉除氧器水位pid控制程序的程序执行机构为除氧泵变频器，被控对象为锅炉除氧器水位；

9、通过在所述新除氧器plc设备中增加一个锅炉除氧器水位pid控制程序以对锅炉除氧器水位进行手/自动控制，在所述新除氧器plc设备中增加的锅炉除氧器水位pid控制程序的程序执行机构为高温回水泵变频器，被控对象为锅炉除氧器水位；

10、通过在所述汽炉plc设备中增加一个第二换热器水位pid控制程序以对第二换热器水位进行手/自动控制，在所述汽炉plc设备中增加的第二换热器水位pid控制程序的程序执行机构为除氧泵变频器，被控对象为第二换热器水位；

11、通过在除氧泵变频器的模拟量输入控制端设置一个转换开关，通过开关的切换，除氧泵变频器可分别接收所述汽炉plc设备中的第二换热器水位pid控制输出信号与所述原燃气锅炉plc设备中的锅炉除氧器水位pid控制输出信号，从而实现所述除氧泵分别控制锅炉除氧器水位和第二换热器水位两个不同的被控对象。

12、作为上述方案的改进，在所述新除氧器plc设备中增加一个锅炉除氧器水位pid控制程序以对锅炉除氧器水位进行手/自动控制的过程如下：

13、(1)将新除氧器plc设备设为本地cpu，将原燃气锅炉plc设备设为远程cpu，使用get/put向导建立以太网通信；本地cpu读取远程cpu的两个数据，并生成通信子程序net-exe，包括：

14、将远程cpu中的除氧器水位过程值数据读取到本地cpu中储存；

15、将远程cpu中的除氧器水位设定值数据读取到本地cpu中储存；

16、(2)使用pid回路向导生成pid子程序；选择回路号loop1回路，生成pid子程序pid1-init；

17、(3)编写除氧器水位pid控制程序，包括：

18、调用子程序net-exe，建立本地cpu与远程cpu的通信；

19、从远程cpu读取到的除氧器水位过程值为一浮点数，需转化为整数，提供给pid计算采样输入；其中，计算公式为：

20、pid计算采样输入＝过程值/工程量程*(数字量上限-数字量下限)+数字量下限；

21、编写手自动无扰动切换程序：pid回路内置有自动/手动模式控制，在使能位m9.0＝1时循环执行pid计算的自动模式，使能位m9.0＝0时执行pid计算的手动模式；及

22、调用子程序pid1-init，完成除氧器水位pid控制程序编程；

23、(4)在亚控组态王开发系统中创建高温回水变频手/自动转换开关的组态画面；

24、(5)调用step7-mico/winsmart编程软件内置的pid整定控制面板对pid参数进行整定，以获得稳定的控制曲线；其中只使用了比例p、积分i两个参数，微分d没有使用置为0。

25、作为上述方案的改进，在所述汽炉plc设备中增加一个第二换热器水位pid控制程序以对第二换热器水位进行手/自动控制的过程如下：

26、(1)将汽炉plc设备设为本地cpu，将原燃气锅炉plc设备与新除氧器plc设备设为远程cpu，使用get/put向导，建立以太网通信；本地cpu读取远程cpu的三个数据，并生成通信子程序net-exe，包括：

27、将作为远程cpu的新除氧器plc设备中的第二换热器水位过程变量数据读取到本地cpu中；

28、将作为远程cpu的原燃气锅炉plc设备中的除氧器水位设定值数据读取到本地cpu中；

29、将作为远程cpu的原燃气锅炉plc设备中的除氧水位电脑调节手自动选择开关状态读取到本地cpu中；

30、(2)使用pid回路向导生成pid子程序；选择回路号loop1回路，生成pid子程序pid1-init；

31、(3)编写plc控制程序，包括：

32、调用子程序net-exe，建立本地cpu与远程cpu的通信；

33、从远程cpu读取到的第二换热器水位过程值为一浮点数，需转化为整数，提供给pid计算采样输入；其中，计算公式为：

34、pid计算采样＝过程值/工程量程*(数字量上限-数字量下限)+数字量下限；

35、编写手自动无扰动切换程序：pid回路内置有自动/手动模式控制，在使能位m7.4＝1时循环执行pid计算的自动模式，使能位m7.4＝0时执行pid计算的手动模式；及

36、调用子程序pid1-init，完成第二换热器水位pid自动控制程序编程；

37、(4)调用step7-mico/winsmart编程软件内置的pid整定控制面板对pid参数进行整定，以获得稳定的控制曲线；其中只使用了比例p、积分i两个参数，微分d没有使用置为0；

38、(5)在亚控组态王开发系统中创建一个第二换热器水位设定的组态画，第二换热器水位pid回路计算手自动选择使能位操作开关m7.4，在组态画面中使用原燃气锅炉plc设备的除氧水位电脑调节手自动选择开关。

39、本发明另一实施例对应提供管桩余热回收系统的水位控制装置，其中，所述管桩余热回收系统包括蒸压釜、锅炉、锅炉节能器、锅炉冷凝器、抽吸器、扩容器、第一换热器、第二换热器、冷凝水池、锅炉除氧器、软水箱、除氧泵、锅炉给水泵、热水泵及高温回水泵；

40、所述蒸压釜的余汽排放口通过管道与所述抽吸器的吸入口连接，所述抽吸器的输出口通过管道与所述第二换热器连通，所述蒸压釜内排出的余汽通过所述抽吸器输送到所述第二换热器中；所述蒸压釜的高温凝结水排放口通过管道与所述扩容器连通，所述蒸压釜内排放的高温凝结水流经扩容器进行汽水分离，生成闪蒸汽和冷凝水，闪蒸汽通过连接于扩容器的闪蒸汽排放口与抽吸器的吸入口之间的管道流经所述抽吸器输送到所述第二换热器中，冷凝水则通过连接于扩容器的冷凝水排放口与冷凝水池的输入端之间的管道排入所述冷凝水池中；所述冷凝水池的输出端通过所述热水泵与所述第一换热器的一侧连通，所述冷凝水池中的冷凝水在所述热水泵的抽取下进入所述第一换热器进行换交换，降温后的冷凝水排放到废水回收池；

41、燃气或燃料在所述锅炉的炉膛内燃烧，热烟气流经所述锅炉节能器、锅炉冷凝器从烟囱排放；进入所述软水箱的软水通过所述除氧泵送到锅炉冷凝器与热烟气进行热交换，升温后的软水送到所述第一换热器的另一侧与所述冷凝水进行热交换，升温后的软水继续送到所述第二换热器和送入所述第二换热器的余汽、闪蒸汽和热蒸汽进行汽水混合加热，生成高温软水；高温软水再通过所述高温回水泵从第二换热器送到所述锅炉除氧器，并在所述锅炉除氧器中通过输入到所述锅炉除氧器的高温高压蒸汽加热以除氧，然后再通过所述锅炉给水泵抽送到所述锅炉节能器与热烟气进行换热，换热后的软水水温提升后进入所述锅炉以产生高温高压蒸汽；

42、所述锅炉产生的高温高压蒸汽一方面通过管道输送到所述锅炉除氧器中，另一方面通过管道输送到分汽缸，所述分汽缸的第一出汽口与所述蒸压釜的高温高压蒸汽输入口连接，所述分汽缸的第二出汽口与所述抽吸器的高温高压蒸汽输入口连接；

43、其中，所述管桩余热回收系统的水位控制装置包括原燃气锅炉plc设备、新除氧器plc设备和汽炉plc设备，在不改变原燃气锅炉plc设备的锅炉除氧器水位pid控制程序的基础上，通过在所述新除氧器plc设备中增加一个锅炉除氧器水位pid控制程序以对锅炉除氧器水位进行手/自动控制，以及通过在所述汽炉plc设备中增加一个第二换热器水位pid控制程序以对第二换热器水位进行手/自动控制；

44、其中，原燃气锅炉plc设备的锅炉除氧器水位pid控制程序的程序执行机构为除氧泵变频器，被控对象为锅炉除氧器水位；在所述新除氧器plc设备中增加的锅炉除氧器水位pid控制程序的程序执行机构为高温回水泵变频器，被控对象为锅炉除氧器水位；在所述汽炉plc设备中增加的第二换热器水位pid控制程序的程序执行机构为除氧泵变频器，被控对象为第二换热器水位；

45、在除氧泵变频器的模拟量输入控制端设置一个转换开关，通过开关的切换，除氧泵变频器可分别接收所述汽炉plc设备中的第二换热器水位pid控制输出信号与所述原燃气锅炉plc设备中的锅炉除氧器水位pid控制输出信号，从而实现所述除氧泵分别控制锅炉除氧器水位和第二换热器水位两个不同的被控对象。

46、作为上述方案的改进，所述管桩余热回收系统的水位控制装置还包括智能物联网触摸屏、pc机和触摸屏，所述新除氧器plc设备、汽炉plc设备和智能物联网触摸屏，通过交换机、光纤收发器、光纤通讯电缆、以太网线与所述原燃气锅炉plc设备、pc机和触摸屏组态连网，构成一个以太网络系统；所述原燃气锅炉plc设备、新除氧器plc设备和汽炉plc设备通过在pc机亚控组态王软件中组态控制与监控画面，实现远程控制与监控。

47、作为上述方案的改进，在所述新除氧器plc设备中增加一个锅炉除氧器水位pid控制程序以对锅炉除氧器水位进行手/自动控制的过程如下：

48、(1)将新除氧器plc设备设为本地cpu，将原燃气锅炉plc设备设为远程cpu，使用get/put向导建立以太网通信；本地cpu读取远程cpu的两个数据，并生成通信子程序net-exe，包括：

49、将远程cpu中的除氧器水位过程值数据读取到本地cpu中储存；

50、将远程cpu中的除氧器水位设定值数据读取到本地cpu中储存；

51、(2)使用pid回路向导生成pid子程序；选择回路号loop1回路，生成pid子程序pid1-init；

52、(3)编写除氧器水位pid控制程序，包括：

53、调用子程序net-exe，建立本地cpu与远程cpu的通信；

54、从远程cpu读取到的除氧器水位过程值为一浮点数，需转化为整数，提供给pid计算采样输入；其中，计算公式为：

55、pid计算采样输入＝过程值/工程量程*(数字量上限-数字量下限)+数字量下限；

56、编写手自动无扰动切换程序：pid回路内置有自动/手动模式控制，在使能位m9.0＝1时循环执行pid计算的自动模式，使能位m9.0＝0时执行pid计算的手动模式；及

57、调用子程序pid1-init，完成除氧器水位pid控制程序编程；

58、(4)在亚控组态王开发系统中创建高温回水变频手/自动转换开关的组态画面；

59、(5)调用step7-mico/winsmart编程软件内置的pid整定控制面板对pid参数进行整定，以获得稳定的控制曲线；其中只使用了比例p、积分i两个参数，微分d没有使用置为0。

60、作为上述方案的改进，在所述汽炉plc设备中增加一个第二换热器水位pid控制程序以对第二换热器水位进行手/自动控制的过程如下：

61、(1)将汽炉plc设备设为本地cpu，将原燃气锅炉plc设备与新除氧器plc设备设为远程cpu，使用get/put向导，建立以太网通信；本地cpu读取远程cpu的三个数据，并生成通信子程序net-exe，包括：

62、将作为远程cpu的新除氧器plc设备中的第二换热器水位过程变量数据读取到本地cpu中；

63、将作为远程cpu的原燃气锅炉plc设备中的除氧器水位设定值数据读取到本地cpu中；

64、将作为远程cpu的原燃气锅炉plc设备中的除氧水位电脑调节手自动选择开关状态读取到本地cpu中；

65、(2)使用pid回路向导生成pid子程序；选择回路号loop1回路，生成pid子程序pid1-init；

66、(3)编写plc控制程序，包括：

67、调用子程序net-exe，建立本地cpu与远程cpu的通信；

68、从远程cpu读取到的第二换热器水位过程值为一浮点数，需转化为整数，提供给pid计算采样输入；其中，计算公式为：

69、pid计算采样＝过程值/工程量程*(数字量上限-数字量下限)+数字量下限；

70、编写手自动无扰动切换程序：pid回路内置有自动/手动模式控制，在使能位m7.4＝1时循环执行pid计算的自动模式，使能位m7.4＝0时执行pid计算的手动模式；及

71、调用子程序pid1-init，完成第二换热器水位pid自动控制程序编程；

72、(4)调用step7-mico/winsmart编程软件内置的pid整定控制面板对pid参数进行整定，以获得稳定的控制曲线；其中只使用了比例p、积分i两个参数，微分d没有使用置为0；

73、(5)在亚控组态王开发系统中创建一个第二换热器水位设定的组态画，第二换热器水位pid回路计算手自动选择使能位操作开关m7.4，在组态画面中使用原燃气锅炉plc设备的除氧水位电脑调节手自动选择开关。

74、作为上述方案的改进，河水软化处理后进入软水箱，软水夏秋季水温25℃～30℃，通过除氧泵送到锅炉冷凝器进行热交换，软水温度升至42℃～48℃，锅炉冷凝器另一侧的烟气则温度降至53℃～59℃经烟囱排放；42℃～48℃软水继续送到第一换热器进行热交换，软水温度升至60℃～65℃，第一换热器的另一侧由热水泵抽取冷凝水池的92℃～98℃冷凝水与42℃～48℃软水进行换交换，冷凝水温度降至44℃～50℃后排放到废水回收池；60℃～65℃软水继续送到第二换热器和余汽、闪蒸汽及热蒸汽进行汽水混合加热，生成72℃～78℃高温软水；72℃～78℃高温软水再由高温回水泵从第二换热器送到锅炉除氧器，通过高温高压蒸汽加热至100℃～105℃以除氧，再通过锅炉给水泵抽送到锅炉节能器与锅炉热烟气换热，换热后100℃～105℃软水水温升至127℃～133℃进入锅炉以产生1.0mpa/180℃的高温高压蒸汽。

75、作为上述方案的改进，在所述管桩余热回收系统中，河水软化处理后进入软水箱，软水夏秋季水温27℃，通过除氧泵送到锅炉冷凝器进行热交换，软水温度升至45℃，锅炉冷凝器另一侧的烟气则温度降至56℃经烟囱排放；45℃软水继续送到第一换热器进行热交换，软水温度升至62℃，第一换热器的另一侧由热水泵抽取冷凝水池的95℃冷凝水与45℃软水进行换交换，冷凝水温度降至47℃后排放到废水回收池；62℃软水继续送到第二换热器和余汽、闪蒸汽及热蒸汽进行汽水混合加热，生成75℃高温软水；75℃高温软水再由高温回水泵从第二换热器送到锅炉除氧器，通过高温高压蒸汽加热至102℃以除氧，再通过锅炉给水泵抽送到锅炉节能器与锅炉热烟气换热，换热后102℃软水水温升至130℃进入锅炉以产生1.0mpa/180℃的高温高压蒸汽。

76、作为上述方案的改进，在所述管桩余热回收系统中，当蒸压釜经倒釜后，蒸压釜内还剩余有0.3mpa余汽和高温凝结水，先将余汽排放，余汽靠压力被输送到第二换热器内，余汽和60℃～65℃软水混合加热，生成72℃～78℃高温软水；

77、当蒸压釜内压力降至0.2mpa时，排放高温凝结水，高温凝结水流经扩容器进行汽水分离，生成闪蒸汽和冷凝水，闪蒸汽被送到第二换热器和60℃～65℃软水混合加热生成72℃～78℃高温软水，冷凝水则排入冷凝水池；

78、当蒸压釜内压力降至0.1mpa时，随着压力越来越低，余汽排放将变得慢和困难，此时抽吸器打开高温高压蒸汽，抽吸器通过高温高压蒸汽喷射吸收低压余汽及常压余汽，继续抽吸蒸压釜内余汽，合并成热蒸汽，一并送到第二换热器和60℃～65℃软水混合加热生成72℃～78℃高温软水，直至釜内压力降为零，以抽干净蒸压釜内余汽。

79、作为上述方案的改进，在所述管桩余热回收系统中，当蒸压釜经倒釜后，蒸压釜内还剩余有0.3mpa余汽和高温凝结水，先将余汽排放，余汽靠压力被输送到第二换热器内，余汽和62℃软水混合加热，生成75℃高温软水；

80、当蒸压釜内压力降至0.2mpa时，排放高温凝结水，高温凝结水流经扩容器进行汽水分离，生成闪蒸汽和冷凝水，闪蒸汽被送到第二换热器和62℃软水混合加热生成75℃高温软水，冷凝水则排入冷凝水池；

81、当蒸压釜内压力降至0.1mpa时，随着压力越来越低，余汽排放将变得慢和困难，此时抽吸器打开高温高压蒸汽，抽吸器通过高温高压蒸汽喷射吸收低压余汽及常压余汽，继续抽吸蒸压釜内余汽，合并成热蒸汽，一并送到第二换热器和62℃软水混合加热生成75℃高温软水，直至釜内压力降为零，以抽干净蒸压釜内余汽。

82、作为上述方案的改进，在所述管桩余热回收系统中，所述第二换热器内设有多个喷淋头、填料和分布管，多个所述喷淋头与输入软水的管道连通，且多个喷淋头设于所述填料的上方；所述分布管与输入所述余汽、闪蒸汽和热蒸汽的管道连通，且所述分布管设于所述填料的下方；通过所述喷淋头喷出的软水经过所述填料后，与进入所述分布管的余汽、闪蒸汽和热蒸汽进行汽水混合加热，生成高温软水。

83、与现有技术相比，本发明实施例提供的一种管桩余热回收系统的水位控制方法及装置，具有如下技术效果：

84、(1)在不改变原燃气锅炉plc设备的锅炉除氧器水位pid控制程序的基础上，通过在新增加的新除氧器plc设备中增加一个锅炉除氧器水位pid控制程序以对锅炉除氧器水位进行手/自动控制，以及通过在新增加的汽炉plc设备中增加一个第二换热器水位pid控制程序以对第二换热器水位进行手/自动控制；保证了管桩余热回收系统投入后除氧器水位与第二换热器水位可稳定在合理的范围，保证了燃气锅炉与余热回收的连续、安全、稳定运行。

85、(2)不改变原燃气锅炉plc设备的锅炉除氧器水位pid控制程序，调试过程不影响锅炉运行。

86、(3)程序具有无扰动手自动切换功能，手自动切换过程中保持输出平稳。能够极大减轻了操作人员的操作强度。

87、(4)锅炉除氧器水位和第二换热器水位能及时跟踪锅炉负荷的变化；而稳定的水位可以保证系统获得稳定的软水温度，尽量发挥管桩余热回收系统最大的效能。