生物質(zhì)鍋爐DCS控制系統方案

一、項目簡(jiǎn)介

生物質(zhì)鍋爐以生物質(zhì)能源做為燃料,燃料被螺旋給料機送入爐膛，在此處由于高溫煙氣和一次風(fēng)的作用逐步預熱，干燥、著(zhù)火、燃燒，此過(guò)程中析出大量揮發(fā)分，燃燒劇烈。產(chǎn)生的高溫煙氣沖刷鍋爐的主要受熱面后，進(jìn)入鍋爐尾部受熱面省煤器和空氣預熱器，再進(jìn)除塵器，最后經(jīng)煙囪排入大氣。未氣化的燃料邊向爐排后部運動(dòng)，直至燃盡，最后剩下的少量灰渣落入爐排后面的除渣口。本方案中采用DCS控制系統，以人機對話(huà)方式與鍋爐用戶(hù)交換信息，實(shí)現鍋爐全自動(dòng)操作運行。

生物質(zhì)鍋爐房DCS控制系統是將整個(gè)鍋爐房主、輔機系統作為一個(gè)完整的控制對象，從各參數檢測、連續調節、聯(lián)鎖保護、邏輯控制、顯示報警、監控管理到數據通訊上均將其作為一個(gè)整體進(jìn)行控制。在智能負荷智能協(xié)調控制策略的基礎上通過(guò)前饋/反饋控制、連續/斷續控制、非線(xiàn)性控制、方向性控制等控制機理的有機結合來(lái)協(xié)調控制鍋爐出力和出水溫度，保持質(zhì)和量之間的平衡。協(xié)調出力熱網(wǎng)負荷需求與鍋爐實(shí)際出力、鍋爐燃燒控制與循環(huán)水流量以及鍋爐房各子控制回路間的平衡。在保證鍋爐房具備快速熱網(wǎng)負荷需求響應能力的同時(shí)，維持鍋爐主要運行參數的穩定。

一般生物質(zhì)鍋爐房DCS至少包括如下控制回路：

. 主汽壓力調節自動(dòng)控制

. 減溫水自動(dòng)控制

. 汽包水位調節回路

. 主汽溫度調節回路

. 送風(fēng)量調節控制回路

. 母管制燃燒控制符合分配方案

. 燃燒自動(dòng)調節回路

. 爐膛負壓自動(dòng)調節回路

. 外網(wǎng)出口供回水壓差自動(dòng)調節

除以上各具體控制回路以外，DCS系統還具備以下一般性功能：

. 運行人員確認，故障切換，故障閉鎖等措施

. 聯(lián)鎖保護，方向閉鎖等安全設計

. 對于多輸出系統設計有多路平衡原則（MOCS），保證手/自動(dòng)切 換無(wú)擾

. 設計有鍋爐房輔助設備故障時(shí)的Runback和防止誤操作設計

. 系統掉電后安全設計

. SOE功能、事故追憶功能

. 控制范圍符合實(shí)際，符合鍋爐設備許可運行能力

二、控制方案設計

1、網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

2、控制點(diǎn)數清單

實(shí)際模塊配置保留15%點(diǎn)數余量。

3、控制系統功能設計

3.1主汽壓力調節自動(dòng)控制

主蒸汽壓力自動(dòng)調節系統是鍋爐主要的自動(dòng)調節系統之一，它通過(guò)燃燒控制系統直接承擔著(zhù)鍋爐負荷調整任務(wù)，它的投用及調節效果的好壞，將直接影響鍋爐汽包水位，主汽溫等參數的調節。鍋爐燃燒主蒸汽壓力自動(dòng)調節系統是以反映鍋爐熱量供求平衡的主汽壓力信號作為控制參數，通過(guò)改變鍋爐燃燒量與配風(fēng)量來(lái)改變鍋爐的燃燒狀況。根據主汽壓力參數高、低，調整鍋爐給料機轉速以改變燃料量，從而實(shí)現主汽壓力參數的校正。

在鍋爐的燃料調節系統中，采用“熱量－燃料”調節方式，熱量信號由蒸汽信號和汽包壓力的微分所組成，是一種間接測量燃料量的方法。

主蒸汽壓力調節系統的控制參數的整定主要體現在鍋爐熱量信號的改變上。當鍋爐燃燒狀況改變時(shí)，鍋爐熱量信號也會(huì )相應的發(fā)生變化。而當鍋爐主蒸汽流量改變時(shí)，只要進(jìn)入爐膛的燃料量不變化，熱量信號就不應該變化，即鍋爐主蒸汽流量的變化與鍋爐汽壓的變化存在一定的耦合關(guān)系。因此整定熱量信號時(shí)應該考慮，當存在內擾時(shí)，熱量信號相應的發(fā)生變化；當存在外擾時(shí)，熱量信號不能變化。由DCS實(shí)現的鍋爐主蒸汽壓力作為主控制信號，以主蒸汽流量信號作為副調信號的串級控制系統。

3.2一級減溫水自動(dòng)控制

主蒸汽溫控制為減溫水控制，其中減溫水為粗調，其減溫水流量為0～20t/h。鍋爐減溫水兩側主蒸汽溫度控制系統均需要投入自動(dòng)，減溫控制系統的主要任務(wù)是保持集汽集箱前后的溫差與鍋爐負荷成一種函數關(guān)系。因此一級減溫水控制與二級減溫水控制在主汽溫度控制系統中是必須保持一種相互協(xié)調關(guān)系。其中減溫水控制系統的作用是對主蒸汽溫度以快速消除影響主汽溫度較大的擾動(dòng)（比如鏈條秸稈不均勻、秸稈熱量不夠等）。如果減溫水控制不投入自動(dòng)，當較大的主汽溫度擾動(dòng)出現時(shí)，那么只能由操作工根據運行經(jīng)驗調整一級減溫水給水量。這不但使操作工增加了操作強度，而且增加了人工干預減溫水而出現的主汽溫度擾動(dòng)，更加不利于主汽溫的穩定。減溫水投入自動(dòng)后可以直接起到保護屏式過(guò)熱器并保證其溫度的穩定。

3.3母管制燃燒控制負荷分配方案

針對生物質(zhì)發(fā)電的特點(diǎn)，我方做出方案設計的思路是保證鍋爐在最經(jīng)濟工況下運行，以能量平衡燃燒控制算法為基礎，對每臺正運行的鍋爐進(jìn)行合理負荷分配。具體方法是：

第一步，將正在運行的鍋爐分成兩類(lèi)，一類(lèi)為帶額定負荷的鍋爐，一類(lèi)為參與調峰的鍋爐。

第二步，將母管壓力信號轉化為流量需求信號，轉化方法在燃燒控制算法中已經(jīng)做了詳細說(shuō)明。

第三步，將流量需求信號首先分配給帶額定負荷的鍋爐，讓其在最經(jīng)濟條件下運行，然后將余下的流量分配給參與調峰的鍋爐。

第四步，每臺鍋爐根據分配來(lái)的流量負荷計算出當前鍋爐的給料量。

3.4 MCS基本方案

MCS由以下主要調節子系統：

（1）給水調節

汽包水位調節采用分程調節，啟動(dòng)時(shí)用小閥調節（單沖量），當汽機系統正常運行時(shí)用主給水閥調節（三沖量）。

（2）主汽溫度調節（減溫水調節）

循環(huán)流化床鍋爐正常運行時(shí)不僅要求主汽壓力穩定，而且要求主汽溫度穩定。主汽溫度是反映機組運行情況的一個(gè)重要參數。如果主汽溫度偏高，過(guò)熱器及汽機將在更加惡劣的環(huán)境下運行，材料的使用壽命將會(huì )縮短。相反，如果主汽溫度偏低，則汽機達不到預定的運行效率。因此，機組正常運行時(shí)要求主汽溫度穩定。

主汽溫度調節采用串級控制方式，取噴水后汽溫為導前信號，主汽溫度為設定值，若鍋爐的負荷增加，主汽溫度降低不能調整至設定值時(shí)，需啟動(dòng)燃燒調節回路。

（3）送風(fēng)量調節（煙氣氧量調節）

主汽壓力控制系統發(fā)出的風(fēng)量指令即為總風(fēng)量指令?？傦L(fēng)量中一、二次風(fēng)所占比例最大，同時(shí)一次風(fēng)和二次風(fēng)直接影響鍋爐的運行及燃燒工況。所以，總風(fēng)量調節系統通過(guò)改變一、二次風(fēng)量的調節指令來(lái)保證鍋爐所需配風(fēng)。鍋爐主控系統得到的總風(fēng)量指令與燃料量測量值進(jìn)行交叉限制后作為總風(fēng)量控制系統的給定值，以保證負荷增加時(shí)先加風(fēng)后加燃料、負荷減小時(shí)先減燃料后減風(fēng)的要求，從而保證一定的過(guò)?？諝庀禂??？傦L(fēng)量控制系統的給定值在PID中與總風(fēng)量測量值進(jìn)行運算，運算結果經(jīng)過(guò)函數處理后送往風(fēng)道燃燒器點(diǎn)火風(fēng)調節系統、一次風(fēng)調節系統及二次風(fēng)調節系統。

（4）引風(fēng)量調節（爐膛負壓調節）

通過(guò)調節引風(fēng)機擋板，使爐膛壓力穩定在設定值上。引風(fēng)量調節系統設有前饋，把一次風(fēng)量和二次風(fēng)量之和作為前饋信號加到PID調節的輸出，以提高一、二次風(fēng)量變化時(shí)，引風(fēng)量調節系統的響應速度。

（5）主汽壓力控制系統

循環(huán)流化床鍋爐和煤粉鍋爐一樣，維持主汽壓力恒定都是最基本的控制要求。汽輪機或熱用戶(hù)的蒸汽用量發(fā)生變化時(shí)，主汽壓力就會(huì )產(chǎn)生波動(dòng)。此時(shí)為了維持主汽壓力恒定，必須改變進(jìn)入鍋爐的燃料量和助燃空氣量。無(wú)論是單元制機組還是母管制機組，都要從能量平衡的角度來(lái)構造鍋爐主控系統，即由燃料加入量維持主汽壓力恒定。

當機組按單元制運行時(shí)，采用主汽壓力控制系統進(jìn)行鍋爐主控。在主汽壓力控制系統中，通過(guò)調節入爐燃料量來(lái)控制主蒸汽壓力，以滿(mǎn)足機組的運行要求。由于入爐燃料量是影響床溫的重要因素之一，故在構造主汽壓力控制方案時(shí)把床溫的影響也納入控制方案中。床溫增加減小燃料量，床溫降低則增大燃料量。由于循環(huán)流化床鍋爐運行時(shí)床溫可以在一定范圍內波動(dòng)，故在上述控制方案中設置了不調溫死區，即床溫在該死區內時(shí)不改變燃料供給量。由于主蒸汽流量變化直接反映了機組的負荷變化，故在上述控制方案中把主蒸汽流量信號經(jīng)過(guò)函數運算后直接加到控制輸出上，通過(guò)前饋形式提高系統的響應速度。

主汽壓力控制系統得到的燃料量指令和風(fēng)量指令，分別送往燃料量控制系統和風(fēng)量控制系統。

附：青島華凌科技有限公司在鍋爐行業(yè)部分工程業(yè)績(jì)：