DCS系統(tǒng)在35th循環(huán)流化床鍋爐上的應(yīng)用

　　2.兗礦集團(tuán)電鋁公司華聚能源股份有限公司，山東鄒城273500）項(xiàng)監(jiān)控功能。該電廠的35ti循環(huán)流化床鍋爐可調(diào)參數(shù)較多，控制較為復(fù)雜，DCS控制系統(tǒng)結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐的控制特點(diǎn)，采用相應(yīng)的控制策略和控制方案，取得了較好的應(yīng)用效果。

　　隨著工業(yè)控制自動(dòng)化的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)（DCS）以其可靠性高、靈活性強(qiáng)、性能價(jià)格比較優(yōu)的特點(diǎn)，己經(jīng)逐步應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。DCS在電力生產(chǎn)中主要用于大型電站及其煤粉爐的控制。由于循環(huán)流化床鍋爐（CFB）是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，其運(yùn)行控制較為復(fù)雜，且國(guó)內(nèi)多為中、小型鍋爐，因而為DCS在循環(huán)流化床鍋爐上的應(yīng)用帶來(lái)一定難度。

　　1系統(tǒng)簡(jiǎn)介兗礦集團(tuán)濟(jì)東新村熱電廠設(shè)計(jì)裝機(jī)容量2X6MW，配備3臺(tái)濟(jì)南鍋爐廠生產(chǎn)的YG-35 /3.82-M7型循環(huán)流化床鍋爐。該電廠的DCS為深圳達(dá)實(shí)自動(dòng)化工程有限公司米用美國(guó)Honeywell公司的s9000控制器，上位采用五臺(tái)客戶機(jī)形式構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，選用美國(guó)Intellution公司的Fix32軟件包作為人機(jī)接口（MMI）應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)采集顯示（DAS）、系統(tǒng)操作（Control）、報(bào)警信息自動(dòng)記錄（AlamDatalog）、歷史趨勢(shì)顯示（History）、系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)（Network）等功能。

　　系統(tǒng)設(shè)有操作站5個(gè)，分別對(duì)應(yīng)1、2、3東工業(yè)大學(xué)，在讀2000級(jí)碩士研究生；兗礦集團(tuán)電力文章編號(hào)：1005-8397（2002）04-0044-04鍋爐和1、2汽輪機(jī)，可進(jìn)行參數(shù)監(jiān)視和控制操作。各操作站之間的畫(huà)面可任意切換，但不可進(jìn)行相互操作。五個(gè)操作站中可任選一個(gè)作為工程師站，以進(jìn)行參數(shù)下載及軟件組態(tài)等，但需進(jìn)行密碼權(quán)限轉(zhuǎn)換。

　　DCS按其功能可分為三個(gè)子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（DAS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）。

　　2熱電廠CFB主要控制特點(diǎn)簡(jiǎn)析鍋爐一次風(fēng)的控制：一次風(fēng)對(duì)于鍋爐流態(tài)化的建立及流化質(zhì)量的好壞、床料在密相區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的流態(tài)化燃燒、床壓及床溫的高低、鍋爐的循環(huán)倍率等均有決定性的影響，其控制受多種因素影響。

　　二次風(fēng)的控制：主要是確保可燃物在稀相區(qū)（懸浮段）實(shí)現(xiàn)富氧燃燒，并保證排煙含氧量在3% ~5%入爐總風(fēng)量與入爐的煤量匹配。

　　給煤量的控制：應(yīng)在煤質(zhì)、濕度等變化的情況下滿足鍋爐負(fù)荷的需求，并要使2臺(tái)給煤機(jī)的給煤量保持平衡。

　　床溫的控制：負(fù)荷的變化、煤種及煤量的變化、風(fēng)量的變化、物料量的多少、循環(huán)倍率的變化等均影響床溫。因此，床溫的控制應(yīng)根據(jù)不同的情況調(diào)節(jié)不同的因素。

　　水的變化，局級(jí)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)來(lái)維魅汽blishing贏制的設(shè)藤來(lái)自主控系統(tǒng)的輸出。

　　化、一次風(fēng)量、物料量的多少和顆粒的大小等均影響床壓。床壓的控制應(yīng)根據(jù)不同的情況作相應(yīng)調(diào)節(jié)。

　　鍋爐點(diǎn)火：采用床下動(dòng)態(tài)點(diǎn)火，自動(dòng)控制。

　　石灰石給入量：給入的石灰量要與給煤量及含硫量成正比。

　　鍋爐爐膛壓力的控制：根據(jù)負(fù)荷信號(hào)，調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。

　　3CFB的主要控制策略根據(jù)以上控制特點(diǎn)，對(duì)濟(jì)東新村熱電廠CFB米取以下基本控制策略CFB主蒸汽負(fù)荷的控制：采用負(fù)荷或床溫調(diào)節(jié)二種主要模式，調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)改變鍋爐燃燒效率維持機(jī)前壓力恒定，引入機(jī)前壓力與汽機(jī)調(diào)速級(jí)后壓力的比值微分后作為調(diào)節(jié)器前饋。

　　CFB的風(fēng)量調(diào)節(jié)：接受鍋爐負(fù)荷指令控制總風(fēng)量，其中一次風(fēng)量結(jié)合床溫非線性控制環(huán)節(jié)控制一次風(fēng)量，確保流化狀態(tài)正常并調(diào)節(jié)床溫；二次風(fēng)量以煙氣含氧為校正信號(hào)，控制二次風(fēng)門(mén)，維持二次風(fēng)量正常。

　　CFB給煤量調(diào)節(jié)：以鍋爐主負(fù)荷調(diào)節(jié)輸出的給煤量信號(hào)與實(shí)際總風(fēng)量取小值，作為這一調(diào)節(jié)器的給定值，調(diào)節(jié)輸出分兩路作為給煤機(jī)的調(diào)節(jié)器指令，左右給煤機(jī)應(yīng)形成連鎖，確保指令信號(hào)和執(zhí)行對(duì)象對(duì)稱平衡，以上煤量和風(fēng)量的控制己經(jīng)體現(xiàn)了雙交叉升降負(fù)荷的先后原則。

　　CFB石灰石給入量的調(diào)節(jié)：石灰石給料機(jī)的轉(zhuǎn)速與給煤量成比例，并以煙氣中SO2的含量作為其校正因素。）CFB床位控制系統(tǒng)：考慮連續(xù)排淹，采用差壓作為信號(hào)，引入負(fù)荷和床溫校正因子。

　　CFB啟動(dòng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)：按照預(yù)定的啟動(dòng)升溫曲線點(diǎn)火、投油，逐步升高床溫，并使床料著火投運(yùn)。

　　CFB爐膛壓力控制系統(tǒng)：根據(jù)負(fù)荷信號(hào)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)送、引風(fēng)機(jī)液力偶合器的轉(zhuǎn)速，確保爐膛壓力正常。

　　CFB汽包水位控制系統(tǒng)：采用完善的三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)維持汽包水位正常。

　　CFB主汽溫度控制系統(tǒng)：根據(jù)汽溫和減溫度穩(wěn)定。

　　4控制方案簡(jiǎn)介以上控制策略可歸納為兩部分：一是針對(duì)CFB的特性而設(shè)計(jì)的燃燒控制系統(tǒng)，包括床高、床溫、石灰石用量、一次和二次風(fēng)量、爐膛負(fù)壓及給煤量控制等；二是汽水系統(tǒng)等常規(guī)控制，如汽包水位、主汽溫度控制等。

　　41主控系統(tǒng)本系統(tǒng)為三爐兩機(jī)，采用母管制運(yùn)行方式。

　　母管制的特點(diǎn)是多臺(tái)鍋爐共同完成供汽任務(wù)，維持母管壓力。各臺(tái)鍋爐不能各自采用一個(gè)主汽壓力控制系統(tǒng)，否則會(huì)引起鍋爐間相互干擾，而導(dǎo)致母管壓力不穩(wěn)定。為此，設(shè)計(jì)了一個(gè)總的主蒸汽母管壓力控制器，用其改變?nèi)�臺(tái)鍋爐的負(fù)荷指令，再進(jìn)一步通過(guò)燃料控制系統(tǒng)改變鍋爐出力，以維持主蒸汽壓力。負(fù)荷分配的原則是，在保證供汽任務(wù)和每臺(tái)鍋爐穩(wěn)定燃燒的前提下，使各臺(tái)鍋爐的總效率最高。

　　母管壓力控制系統(tǒng)是一個(gè)多輸出控制系統(tǒng)（MOCS）。它通過(guò)將控制輸出加至多個(gè)鍋爐的燃料控制系統(tǒng)，共同維持母管壓力穩(wěn)定。同時(shí)為了維持機(jī)前壓力恒定，引入母管壓力與汽機(jī)調(diào)速級(jí)后壓力比值微分信號(hào)作為調(diào)節(jié)器前饋。當(dāng)汽機(jī)負(fù)荷改變時(shí)，風(fēng)量和煤量的調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)動(dòng)作，以使鍋爐快速響應(yīng)這一負(fù)荷變化，同時(shí)也部分補(bǔ)償了負(fù)荷變化時(shí)鍋爐蓄熱量的改變。

　　42燃料控制系統(tǒng)該工程中每臺(tái)鍋爐有兩臺(tái)給煤機(jī)，通過(guò)爐前的給料口送入爐內(nèi)。

　　給煤量的測(cè)量通過(guò)直接測(cè)量給煤機(jī)轉(zhuǎn)速并引入熱值補(bǔ)償信號(hào)。給煤機(jī)轉(zhuǎn)速的變化能及時(shí)反映給煤量的變化，但并不精確，因?yàn)槿剂厦芏取�熱值變化時(shí)，轉(zhuǎn)速與燃料量并不一致。

　　通過(guò)測(cè)量鍋爐的熱量輸出可間接反映鍋爐的燃料輸入。它將一切擾動(dòng)因素（包括燃料熱值、燃燒效率等）統(tǒng)統(tǒng)考慮在內(nèi)，反映的是真實(shí)有效的燃料量。但是它的反映是間接的，有一個(gè)滯后時(shí)間，會(huì)影響控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。

　　為了保證在負(fù)荷變化時(shí)爐內(nèi)具有一定的過(guò)剩空氣量，即滿足先加風(fēng)、后加煤或先減煤、后減風(fēng)的要求，將鍋爐主控器輸出的煤量信號(hào)和實(shí)際總風(fēng)量信號(hào)取小值作為給煤量控制器的給定。對(duì)于2臺(tái)給煤機(jī)，采用多輸出控制系統(tǒng)加以平衡。

　　進(jìn)入爐膛的實(shí)際總風(fēng)量包括一次風(fēng)、二次風(fēng)、返料器入口風(fēng)、播煤風(fēng)等。由鍋爐主控器輸出的指令是和總風(fēng)量相關(guān)的，其中一、二次風(fēng)所占的比例最大，而且直接影響鍋爐的運(yùn)行、燃燒工況等。采用閉環(huán)控制時(shí)，應(yīng)測(cè)量所有進(jìn)入爐膛的空氣量。

　　因此對(duì)于總風(fēng)量的控制采用開(kāi)環(huán)控制，即來(lái)自負(fù)荷的信號(hào)通過(guò)函數(shù)分配，分別作為一、二次風(fēng)量的設(shè)定值。通過(guò)實(shí)測(cè)的函數(shù)關(guān)系，控制一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；同時(shí)引入氧量校正回路對(duì)二次風(fēng)控制回路進(jìn)行修正�？紤]到最佳煙氣含氧量與鍋爐負(fù)荷有關(guān)，因此氧量校正控制器的設(shè)定值應(yīng)經(jīng)過(guò)負(fù)荷修正。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，煙氣含氧量的給定值應(yīng)隨負(fù)荷按最佳含氧量的曲線規(guī)律變化，實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)燃燒。

　　4.3引風(fēng)控制在送風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，引風(fēng)控制較易實(shí)現(xiàn)。引風(fēng)控制采用與煤粉爐相似的方案。

　　由于爐膛負(fù)壓對(duì)于鍋爐安全運(yùn)行十分重要，采用冗余測(cè)量變送器的操作人員介入式方案。兩個(gè)測(cè)量信號(hào)送入系統(tǒng)，同時(shí)在顯示表頭上顯示實(shí)際數(shù)值。一般情況下，兩個(gè)信號(hào)基本上是一致的。這時(shí)操作人員可任意選擇其中一個(gè)投入工作。同時(shí)，用一個(gè)偏差報(bào)警塊不斷監(jiān)視這兩個(gè)信號(hào)，一旦偏差超過(guò)允許值（如8%）換到手動(dòng)。此時(shí)操作人員將根據(jù)實(shí)際情況，判斷兩個(gè)信號(hào)哪一個(gè)正確（這是較易判斷的），并選擇這個(gè)信號(hào)，再將冗余功能退出，這樣操作人員又可將系統(tǒng)投入自動(dòng)測(cè)控。同時(shí)通知熱控人員及時(shí)修理故障變送器，然后再恢復(fù)正常運(yùn)行方式，即恢復(fù)冗余功能投入。這樣做既保證了系統(tǒng)的安全，又提高了自動(dòng)投入率。

　　由于送風(fēng)與引風(fēng)的大小對(duì)爐膛負(fù)壓具有相同前饋信號(hào)。當(dāng)然對(duì)此前饋信號(hào)量要進(jìn)行益調(diào)整和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

　　44床高控制系統(tǒng)由于床高控制不僅和料床差壓有關(guān)，而且還和負(fù)荷以及床溫有關(guān)。若床高控制采用連續(xù)放灰法，則應(yīng)采用蒸汽流量和床溫對(duì)設(shè)定值進(jìn)行修正；若采用非連續(xù)放灰法，則應(yīng)根據(jù)料床差壓大小來(lái)控制排渣閥，同時(shí)引入床溫對(duì)排渣量進(jìn)行修正。

　　45床溫控制床層溫度是一個(gè)直接影響鍋爐安全連續(xù)運(yùn)行的重要控制參數(shù)，一般床層溫度控制在850°C左右。當(dāng)需要通過(guò)調(diào)節(jié)給煤量和風(fēng)量改變鍋爐負(fù)荷時(shí)，要求床溫應(yīng)維持在一個(gè)特定的范圍內(nèi)，以保證鍋爐正常燃燒。

　　調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)能滿足以負(fù)荷（主汽壓力）調(diào)節(jié)或以床溫調(diào)節(jié)為主的不同工況，且轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)無(wú)擾動(dòng)。因此方案中除設(shè)計(jì)了負(fù)荷一給煤量調(diào)節(jié)外，還設(shè)計(jì)了床溫一給煤量調(diào)節(jié)。當(dāng)以負(fù)荷調(diào)節(jié)為主時(shí)，床溫控制器跟蹤負(fù)荷調(diào)節(jié)器的輸出；而以床溫調(diào)節(jié)為主時(shí)，負(fù)荷調(diào)節(jié)器跟蹤床溫控制器的輸出。

　　以負(fù)荷調(diào)節(jié)為主時(shí)，采用負(fù)荷一給煤量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即調(diào)節(jié)給煤量和相應(yīng)的送風(fēng)量以滿足負(fù)荷需求。由于引起床溫變化的參數(shù)較多，而這些參數(shù)間又相互關(guān)聯(lián)、相互制約和影響，因此在以負(fù)荷調(diào)節(jié)為主時(shí)，盡量利用CFB的分級(jí)燃燒特性和合理的風(fēng)煤比將床溫維持在要求的范圍內(nèi)。床溫的控制采用分級(jí)控制的方法，即當(dāng)床溫的變化不明顯影響鍋爐的脫硫、脫氮效率時(shí)（如790~900°C），不采取任何調(diào)節(jié)措施；當(dāng)床溫超出一定值（如大于950°C）時(shí)，利用循環(huán)灰量對(duì)床溫的調(diào)節(jié)作用做相應(yīng)的調(diào)節(jié)；而當(dāng)床溫過(guò)高（如大于970時(shí)，則將一次風(fēng)量大5%~ 10%，給煤量減少10%左右。風(fēng)量的大和煤量的減少可在運(yùn)行中根據(jù)不同的工況進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置。但當(dāng)床溫超高時(shí)（如大于1000°C）則一次風(fēng)、二次風(fēng)、給煤量調(diào)節(jié)應(yīng)全部轉(zhuǎn)為手動(dòng)。

　　的影響因此必須加入送風(fēng)指令作為引風(fēng)指令丨煤量索級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)此時(shí)調(diào)節(jié)給煤量的主要目的當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)操作要求以床溫調(diào)節(jié)為主時(shí)，給煤量調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)不再來(lái)自負(fù)荷調(diào)節(jié)器或主控調(diào)節(jié)器，而應(yīng)采用床溫調(diào)節(jié)器的輸出，組成床溫一給是維持床溫，以保證CFB的安全、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行。床溫的控制主要通過(guò)調(diào)節(jié)給煤量來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)為了避免床溫調(diào)節(jié)器的頻繁動(dòng)作，床溫調(diào)節(jié)器也采用非線性調(diào)節(jié)。

　　4.6石灰石給入量的調(diào)節(jié)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，脫硫率受到爐膛溫度、石灰石停留時(shí)間、二氧化碳濃度以及石灰石的品質(zhì)等因素影響，因此石灰石耗量應(yīng)根據(jù)要求的S02排放量進(jìn)行調(diào)整。采用煙氣S2含量一石灰石量串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，副調(diào)節(jié)器通過(guò)調(diào)整石灰石給入量保證石灰石與煤成一定比例關(guān)系，主調(diào)節(jié)器進(jìn)一步細(xì)調(diào)，使該系統(tǒng)最終滿足S2排放量的要求。同時(shí)為了保持爐內(nèi)原有的過(guò)�？諝庀禂�(shù)，在主調(diào)節(jié)器中還引入了氧量校正回路。

　　汽水系統(tǒng)，如汽包水位調(diào)節(jié)、主汽溫度調(diào)節(jié)等，與煤粉鍋爐的控制區(qū)別不大，這里不再一一贅述。

　　5系統(tǒng)應(yīng)用情況5.1調(diào)試及運(yùn)行初期出現(xiàn)的問(wèn)題DCS在投運(yùn)初期，由于存儲(chǔ)器容量不夠，曾發(fā)生多次數(shù)據(jù)沖突，造成死機(jī)。加大了內(nèi)存后，這一現(xiàn)象得以改善。

　　由于機(jī)柜未單獨(dú)安裝一室，環(huán)境較差，散熱不良，造成通信模塊故障，系統(tǒng)癱瘓。

　　給煤機(jī)運(yùn)行可控性差，給煤管常出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象，影響了燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

　　部分傳感器、變送器質(zhì)量較差，測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，給DCS的調(diào)試、運(yùn)行帶來(lái)一定困難。

　　5.2應(yīng)用情況在對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行處理后，對(duì)系統(tǒng)又進(jìn)行了改進(jìn)、完善，目前兗礦集團(tuán)濟(jì)東新村熱電廠DCS的應(yīng)用情況良好，特別是對(duì)35t/循環(huán)流化床鍋爐的各項(xiàng)控制功能均已實(shí)現(xiàn)，使用效果較好。

　　中日專家在晉研討潔凈煤技術(shù)bookmark6目前，中日推進(jìn)潔凈煤技術(shù)研討會(huì)在太原召開(kāi)。這是近日中日專家在沈陽(yáng)進(jìn)行潔凈煤技術(shù)研討后，在太原組織的第二場(chǎng)技術(shù)研討學(xué)術(shù)活動(dòng)。

　　潔凈煤技術(shù)是我國(guó)“十五”期間繼續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域。經(jīng)國(guó)家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)與日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省綠色援助計(jì)劃安排，國(guó)家計(jì)委資源環(huán)境合作交流中心與日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)、煤炭綜合利用中心聯(lián)合在沈陽(yáng)和太原進(jìn)行潔凈煤技術(shù)研討，以推進(jìn)中日兩國(guó)潔凈燃料煤加工技術(shù)的發(fā)展。

　　在研討會(huì)上日方專家重點(diǎn)介紹了對(duì)煤炭灰渣的有效利用、水煤漿的合理開(kāi)發(fā)、煤磚型煤的加工制造、鍋爐煙氣脫硫等先進(jìn)技術(shù)。中方專家則就“十五”期間潔凈煤技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展作了介紹。山西省政府、山西煤管局（廳）、環(huán)保局、省科委和產(chǎn)業(yè)界200多人參加了這次學(xué)術(shù)活動(dòng)。（劉相國(guó)）田莊選煤廠通過(guò)職業(yè)安全健康管理體系認(rèn)證bookmark7日前，田莊選煤廠正式收到國(guó)家職業(yè)安全健康管理體系認(rèn)證中心2002年1月17日簽發(fā)的職業(yè)安全健康管理體系證書(shū)，這是繼1997年10月該廠通過(guò)ISO9002質(zhì)量體系認(rèn)證之后通過(guò)的又一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化認(rèn)i證同時(shí)也標(biāo)志著該廠成為全國(guó)選煤行業(yè)首家通過(guò)職業(yè)安全健康管理體系認(rèn)證的專業(yè)選煤廠。