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1、引  言
    循環(huán)流化床鍋爐( Circulating Fluidized Bed Boil-er，簡(jiǎn)稱CFBB)是二十世紀(jì)八十年代國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的新一代高效、低污染清潔燃燒鍋爐，具有燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好、灰渣綜合利用等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
某熱電廠擴(kuò)建工程的熱控系統(tǒng)采用PlantScapeProcess分散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)2×130t/h循環(huán)流化床鍋爐、2×25MW汽輪發(fā)電機(jī)組的監(jiān)視、控制和聯(lián)鎖保護(hù)。文中介紹了該分散控制系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本功能和燃燒控制系統(tǒng)。
富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
2、系統(tǒng)組成及特點(diǎn)
2.1系統(tǒng)組成
    DCS系統(tǒng)配置：PlantScape Process控制系統(tǒng)配置如圖2-1所示。
    2.1.1監(jiān)控操作級(jí)設(shè)備
    過(guò)程服務(wù)器：由Dell Optiplex GX200MT臺(tái)式機(jī)和PlantScape主／從過(guò)程服務(wù)器軟件組成。服務(wù)器冗余配置，1臺(tái)主服務(wù)器，1臺(tái)從服務(wù)器。當(dāng)主服務(wù)器工作出現(xiàn)故障時(shí)，從服務(wù)器自動(dòng)切換為主服務(wù)器，提供和控制器的通信、數(shù)據(jù)采集的功能，并且為其它操作站提供服務(wù)。主服務(wù)器自動(dòng)傳送所有數(shù)據(jù)庫(kù)到從服務(wù)器，以確保主從服務(wù)器的完全同步。服務(wù)器冗余支持維護(hù)時(shí)服務(wù)器暫時(shí)退出，當(dāng)服務(wù)器恢復(fù)時(shí)用按鍵方式數(shù)據(jù)庫(kù)能重新同步。冗余服務(wù)器切換時(shí)間最小10 s。
    過(guò)程操作站：由Dell Optiplex GX110MT臺(tái)式機(jī)和PlantScape過(guò)程操作站軟件組成。系統(tǒng)共設(shè)7個(gè)操作員站，其中每臺(tái)鍋爐2個(gè)操作員站，每臺(tái)汽機(jī)1個(gè)操作員站，公用系統(tǒng)1個(gè)操作員站。操作站是過(guò)程的人機(jī)界面，操作員通過(guò)它實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程的監(jiān)視和操作。
    PlantScape系統(tǒng)操作站提供2種類型的顯示畫(huà)面：標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)畫(huà)面和用戶自定義面畫(huà)。
    數(shù)據(jù)交換客戶機(jī)：由Dell GX110臺(tái)式機(jī)和自行開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件組成。通過(guò)它實(shí)現(xiàn)PlantScape控制系統(tǒng)與管理信息網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成管控一體化系統(tǒng)。
    網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備：2臺(tái)3COM公司的16口10/100M集線器(HUB)，其型號(hào)為：3C16751A。2臺(tái)HPJ3265A打印服務(wù)器和6臺(tái)打印機(jī)。
    2 .1.2過(guò)程控制級(jí)設(shè)備
    過(guò)程控制站：由冗余／非冗余的C200混合控制器、遠(yuǎn)程I/O機(jī)架和I/O模件為核心組成。根據(jù)控制過(guò)程的不同要求，配置不同類型和數(shù)量的I/O模件。系統(tǒng)中有2個(gè)鍋爐控制站、2個(gè)汽機(jī)控制站和1個(gè)公用系統(tǒng)控制站。除2個(gè)汽機(jī)控制站外，其它控制站的C200控制器均冗余配置。
    鍋爐控制站包括1對(duì)C200控制器和3個(gè)I/O機(jī)架，安裝在3臺(tái)DCS機(jī)柜中。I/O點(diǎn)配置為：AI:192; TC: 36; RTD: 12; AO: 42; DI: 192; DO: 128.
    汽機(jī)控制站包括1個(gè)C200控制器和1個(gè)I/O機(jī)架，安裝在2臺(tái)DCS機(jī)柜中。I/O點(diǎn)配置為：AI:64; TC: 30; RTD: 42; AO:6;DI:  160; DO: 96.
    公用系統(tǒng)控制站包括1對(duì)C200控制器和2個(gè)I/O機(jī)架，安裝在2個(gè)DCS機(jī)柜中。I/O點(diǎn)配置為：AI: 64; TC:  12;  RTD:  12; AO: 24;  DI:  128;  DO: 96.
    2.1.3現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)設(shè)備
    安裝在現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力、流量、液位等檢測(cè)儀表和執(zhí)行儀表，以及現(xiàn)場(chǎng)電控箱等。
2.2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
    (1)監(jiān)控操作級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)：PlantScape系統(tǒng)服務(wù)器以上部分采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Ethemet網(wǎng)通信，服務(wù)器與基于NT的操作員／工程師站的通信采用冗余Eth-emet網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星形。Ethemet網(wǎng)也是與工廠信息網(wǎng)( PIN)通信的媒介。
    (2)過(guò)程控制級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)：控制器到服務(wù)器的通信、控制器到控制器（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）的通信和控制器到I／O機(jī)架的通信，采用高性能的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)ControlNet（冗余）。機(jī)架內(nèi)各模塊通過(guò)ICP( Integrated  ControlProtocol)底板通信。
    (3)控制網(wǎng)絡(luò)ControlNet:歸ControlNet國(guó)際基金會(huì)所有，己納入IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。ControlNet是一種高速確定性網(wǎng)絡(luò)，適用于對(duì)時(shí)間要求苛刻場(chǎng)合的信息傳輸。數(shù)據(jù)傳輸速率5Mbps。傳輸介質(zhì)RG6同軸電纜，可選冗余或非冗余傳輸介質(zhì)。使用光纖中繼器最遠(yuǎn)可傳輸10 km，使用同軸電纜和中繼器，最遠(yuǎn)可傳輸6 km。
2.3系統(tǒng)特點(diǎn)
    (1)電源冗余：整個(gè)DCS系統(tǒng)由來(lái)自UPS的兩路交流單相電源供電�？刂普緝�(nèi)兩臺(tái)24V直流電源配置電源切換裝置，構(gòu)成冗余電源系統(tǒng)向信號(hào)隔離器供電，任一臺(tái)電源故障都會(huì)報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電源的自動(dòng)切換，確保任一臺(tái)電源故障均不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
    ( 2)1/0機(jī)架分散安裝：通�？刂普居芍鳈C(jī)柜和幾個(gè)端子柜組成。而本系統(tǒng)中根據(jù)PlantScape Pro-cess系統(tǒng)各機(jī)架間連接用I/O ControlNet的特點(diǎn)，將各I/O機(jī)架分散安裝在不同的機(jī)柜或同一機(jī)柜的不同安裝板上，I/O模件連結(jié)器與同一機(jī)柜內(nèi)的外部端子相連，這樣機(jī)柜間除網(wǎng)絡(luò)線外無(wú)其它連線，節(jié)約了大量的柜間連接電纜。
    (3)信號(hào)隔離：兩線制變送器全部通過(guò)ICC301雙路隔離器（相當(dāng)于配電器）與模入模件相連實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離；電流和電壓輸入信號(hào)也通過(guò)ICC301雙路隔離器實(shí)現(xiàn)隔離。模出模件己采取了較好的隔離措施，所以模出模件輸出信號(hào)不經(jīng)隔離直接與執(zhí)行器相連。開(kāi)關(guān)量隔離全部采用帶指示燈的端子式繼電器，大大減小安裝空間和連線。
    (4)可選控制器冗余：采用冗余模塊可實(shí)現(xiàn)2臺(tái)控制器的冗余。主從控制器的同步對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是完全透明的，控制器的切換時(shí)間可以忽略不計(jì)。冗余( RM)模塊之間通過(guò)冗余光纜連接，連接光纜可以在線更換而不破壞用戶的過(guò)程控制。控制器冗余性能指標(biāo)：初始化同步時(shí)間90 s；最大的初始化同步時(shí)間120 s；最大的初始冗余切換時(shí)間150 s。
3、系統(tǒng)的基本功能
    PlantScape Process控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本功能包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS、鍋爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS和輔機(jī)順序控制系統(tǒng)SCS。
    (1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS:完成輸入信號(hào)處理、數(shù)據(jù)屏幕顯示、越限報(bào)警、報(bào)警和事件記錄、報(bào)表打印、越限時(shí)間累計(jì)和參量累計(jì)、歷史趨勢(shì)顯示和記錄、工藝流程圖顯示和運(yùn)行操作指導(dǎo)等。
    (2)鍋爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS:鍋爐主負(fù)荷控制、總風(fēng)量控制、一次風(fēng)量控制、二次風(fēng)量控制、燃料供給控制、爐膛床溫控制、爐膛床壓控制、石灰石量控制、爐膛壓力控制、汽包水位控制、冷渣器排渣溫度控制、除氧器水位和壓力控制、高低加熱器水位控制、減溫減壓器溫度和壓力控制等。其中CFB鍋爐的汽水系統(tǒng)與煤粉爐基本相同，控制系統(tǒng)也類似。燃燒較一般鍋爐復(fù)雜，其控制系統(tǒng)也比一般鍋爐復(fù)雜。
    (3)輔機(jī)順序控制系統(tǒng)SCS: -次風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖控制、二次風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖控制、引風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖控制、J閥風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖控制、播煤風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖控制、點(diǎn)火風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖控制、給水泵功能組、汽機(jī)抽汽逆止門(mén)聯(lián)鎖控制、高低加熱器解列控制等。
4、CFB鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)
    CFB鍋爐是一個(gè)多參數(shù)、非線性、時(shí)變及多變量緊密耦合的復(fù)雜系統(tǒng)。目前，通常將燃燒系統(tǒng)分解為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的調(diào)節(jié)對(duì)象，相應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主要控制系統(tǒng)有負(fù)荷控制系統(tǒng)、床溫控制系統(tǒng)、床層床壓控制系統(tǒng)、爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)及二次返料量控制系統(tǒng)等。下面主要介紹CFB鍋爐獨(dú)有的燃料、風(fēng)、床溫及床壓等控制系統(tǒng)。
    (1)燃燒給煤控制系統(tǒng)
    系統(tǒng)的主要作用是通過(guò)控制各給煤機(jī)的給煤量，與風(fēng)量配合達(dá)到控制鍋爐出口蒸汽壓力的目的，總的給煤量通過(guò)機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)來(lái)確定，并加以床溫校正，這樣才能保證爐膛內(nèi)燃料工況的穩(wěn)定。
    (2)風(fēng)量控制系統(tǒng)
    系統(tǒng)的主要作用是使鍋爐總風(fēng)量和負(fù)荷指令以及與負(fù)荷相匹配的燃料量相平衡。通過(guò)一次風(fēng)、二次風(fēng)和煙氧量的實(shí)際測(cè)量，結(jié)合鍋爐設(shè)計(jì)對(duì)風(fēng)量及配比的要求來(lái)產(chǎn)生控制一次風(fēng)量、二次風(fēng)量的信號(hào)。風(fēng)量設(shè)定取負(fù)荷指令與燃料量?jī)烧咧�中的大者，以保證升負(fù)荷時(shí)先增風(fēng)，后增燃料；降負(fù)荷時(shí)防燃料富余。
    (3)-次風(fēng)量控制系統(tǒng)
    系統(tǒng)的主要作用是控制一次風(fēng)門(mén)擋板來(lái)控制一次風(fēng)量。一次風(fēng)量必須保證爐膛內(nèi)物料能夠沸騰循環(huán)，在對(duì)一次風(fēng)量和總風(fēng)量的測(cè)量計(jì)算時(shí)應(yīng)該保持較高精度，在計(jì)算總風(fēng)量時(shí)，應(yīng)把鍋爐的漏風(fēng)量計(jì)算在內(nèi)，一次風(fēng)量通常不低于總風(fēng)量的60%，同時(shí)，鍋爐在起動(dòng)時(shí)的總風(fēng)量也不應(yīng)低于MCR總風(fēng)量的25%。
    (4)=次風(fēng)量控制系統(tǒng)
    系統(tǒng)的主要作用是調(diào)節(jié)二次風(fēng)的風(fēng)門(mén)擋板，來(lái)控制二次風(fēng)量，保證鍋爐尾部煙道的煙氣含氧量為當(dāng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的正常值，以達(dá)到最佳燃燒的目的。
    (5)石灰石量控制系統(tǒng)
    系統(tǒng)的主要作用是通過(guò)測(cè)量煙道出口煙氣中SO，的含量，把此值與設(shè)計(jì)中所確定的Ca/S比，以及煤中含硫量與CaCO，中的Ca綜合在一起，進(jìn)行計(jì)算后得出需要加入的石灰石量。石灰石量通過(guò)控制石灰石給料機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)。由于S02在線檢測(cè)比較昂貴，本系統(tǒng)也可不使用在線S02信號(hào)去校核計(jì)算石灰石給料控制，而只根據(jù)供煤量及不定時(shí)的煤質(zhì)分析來(lái)設(shè)置一個(gè)合理的Ca/S比去控制石灰石投入量。
    (6)床溫控制系統(tǒng)
    料床溫度是一個(gè)直接影響鍋爐能否安全連續(xù)運(yùn)行的重要控制參數(shù)。同時(shí)也直接影響著鍋爐運(yùn)行中的脫硫效率及NOx的產(chǎn)生量，一般床溫控制在85℃~ 95℃。料床溫度過(guò)低不但使鍋爐效率下降，而且使鍋爐運(yùn)行不穩(wěn)定容易滅火；料床溫度過(guò)高會(huì)使?fàn)t內(nèi)脫硫效率下降。NOx的產(chǎn)生量大大增加，同時(shí)容易造成爐膛料床的結(jié)焦，使循環(huán)流化床鍋爐無(wú)法循環(huán)流化燃燒。若發(fā)生結(jié)焦則必須停爐，可見(jiàn)床溫控制是極為重要的。床溫控制器輸出經(jīng)函數(shù)轉(zhuǎn)換后，對(duì)一次風(fēng)量、上部二次風(fēng)量和下部二次風(fēng)量控制器的設(shè)定值進(jìn)行修正。
    (7)床壓（爐膛排渣量）控制系統(tǒng)
    床壓（床高）控制也與鍋爐的安全連續(xù)運(yùn)行密切相關(guān)。床高控制也就是控制床料的料層厚度。料層太厚，會(huì)把一次風(fēng)的“風(fēng)頭”壓住，使?fàn)t料不能達(dá)到完全流化狀態(tài)；料層太薄首先不能滿足帶負(fù)荷的要求，其次會(huì)使一次風(fēng)穿透料層吹滅爐火。本控制的主要作用是通過(guò)測(cè)量爐膛底部密相區(qū)與稀相區(qū)的差壓值，從而確定爐膛料位高度，通過(guò)此料位高度來(lái)調(diào)節(jié)鍋爐爐渣出口的排渣風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，達(dá)到控制排渣速度及排渣的目的，保證一個(gè)合適的爐膛料位高度。
    (8)閥風(fēng)量控制系統(tǒng)
    此系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量J閥內(nèi)的物料高度，來(lái)控制J閥各個(gè)送風(fēng)管道的風(fēng)量，在維持旋風(fēng)筒立管內(nèi)的物料在一定高度的基礎(chǔ)上，保證物料能夠順利進(jìn)入爐膛，使鍋爐進(jìn)行正常循環(huán)，由于本系統(tǒng)中鍋爐的J形回料器具有自平衡的特點(diǎn)，各送風(fēng)管風(fēng)量調(diào)節(jié)閥位置在鍋爐首次投運(yùn)后即被確定，此后一般不再調(diào)整。
    (9)冷渣器排渣溫度控制系統(tǒng)
    系統(tǒng)的主要作用是測(cè)量冷渣器內(nèi)的渣溫，通過(guò)控制冷渣器的3根冷熱一次風(fēng)管的風(fēng)量，使得排渣溫度被控制在要求值以下，保證冷渣器后端除渣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
5、結(jié)束語(yǔ)
    該系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，性能穩(wěn)定，運(yùn)行情況良好，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，也為PlantScape Process分散控制系統(tǒng)應(yīng)用于較大規(guī)模的工業(yè)過(guò)程積累了經(jīng)驗(yàn)。