循環(huán)流化床鍋爐DCS控制方案

1、75t/h循環(huán)流化床鍋爐DCS控制方案   循環(huán)流化床鍋爐作為高效、低污染、燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好的潔凈燃煤技術(shù)，在全世界受到廣泛重視，正在成為燃煤技術(shù)的主力軍。典型的循環(huán)流化床鍋爐可分為兩個(gè)部分。第一部分由爐膛、氣固分離設(shè)備、固體物料再循環(huán)設(shè)備等組成，上述部件形成了一個(gè)固體物料循環(huán)回路。第二部分為對流煙道，布置有高、低溫過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等。燃燒所需的一次風(fēng)和二次風(fēng)分別從爐膛的底部和側(cè)墻送入，燃料主要在爐膛內(nèi)流化并呈沸騰狀燃燒。爐膛四周布有水冷管，用于吸收燃燒所產(chǎn)生的部分熱量。由氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離器中被收集并通過返料裝置送回爐膛循環(huán)燃

2、燒至燒盡。煙氣經(jīng)煙道過尾部受熱面進(jìn)行熱交換，最后通過除塵器由煙囪排入大氣。流程圖如下：二、75t/h 循環(huán)流化床鍋爐的自動控制系統(tǒng)      循環(huán)流化床自動控制的任務(wù)是在保證鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，使煤燃燒所產(chǎn)生的熱量盡可能快的適應(yīng)負(fù)荷的要求，同時(shí)保證經(jīng)濟(jì)燃燒及環(huán)保要求。循環(huán)流化床鍋爐與普通鍋爐一樣是一個(gè)非線性、分布參數(shù)、時(shí)變、大滯后、多變量緊密耦合的控制對象，但它有比其他普通鍋爐具有更多的輸入輸出變量，主要輸入變量有負(fù)荷、給水量、減溫水、給煤量、一次風(fēng)、二次風(fēng)、引風(fēng)量、飛灰返料量等。主要輸出變量有汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫

3、度、料床溫度、料層差壓、爐膛出口溫度、爐膛負(fù)壓、過剩空氣（煙氣含氧量）等。鍋爐對象簡圖如右圖所示。      這些輸入變量與輸出變量之間互相關(guān)聯(lián)，若改變?nèi)我惠斎胱兞繒r(shí)，所有的輸出變量也都會發(fā)生不同程度的變化。我們的控制方案是按照工藝的相對獨(dú)立性和耦合程度的強(qiáng)弱將整個(gè)循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)劃分為若干個(gè)控制系統(tǒng)。主要控制系統(tǒng)如下:（1）汽水系統(tǒng)的控制。      汽水系統(tǒng)包括汽包水位的控制和過熱蒸汽溫度的控制兩部分。汽包水位控制主要考慮汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量

4、，維持汽包水位在工藝允許的范圍內(nèi)。過熱蒸汽溫度的控制是為了維持過熱器出口溫度在允許的范圍內(nèi)。（2）燃燒系統(tǒng)的控制。      燃料量調(diào)節(jié)的目的是使進(jìn)入鍋爐的燃料燃燒所產(chǎn)生的蒸汽量能與鍋爐向外部負(fù)荷的供汽量相適應(yīng)。      當(dāng)單元機(jī)組采用機(jī)跟爐負(fù)荷調(diào)節(jié)方式時(shí)（即鍋爐調(diào)負(fù)荷、汽輪機(jī)調(diào)汽壓），可以直接取電網(wǎng)的負(fù)荷要求作為鍋爐的負(fù)荷要求信號；當(dāng)單元機(jī)組采取爐跟機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)方式時(shí)（即汽輪機(jī)調(diào)負(fù)荷、鍋爐調(diào)汽壓），由于鍋爐出口汽壓是表征鍋爐生產(chǎn)的蒸汽量與汽輪機(jī)耗汽量之間的平衡指標(biāo)，所以可以

5、取鍋爐出口汽壓作為鍋爐的負(fù)荷要求信號；當(dāng)單元機(jī)組采取機(jī)爐協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)方式時(shí)，可以取來自負(fù)荷管理控制部分的信號作為鍋爐的負(fù)荷要求信號。      不管機(jī)組采用什么運(yùn)行方式其最終的控制目的是使煤燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要。（3）送風(fēng)系統(tǒng)的控制       燃料量變化時(shí)，也應(yīng)相應(yīng)地改變進(jìn)入爐膛的空氣量，以保證燃料的完全燃燒和排煙熱損失最小。所以送風(fēng)量調(diào)節(jié)的目的是保證鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。燃燒過程的經(jīng)濟(jì)與否可以從過?？諝庀禂?shù)是否為最佳來衡量。對于這個(gè)問題我們通常用測量煙氣含氧量這

6、一間接指標(biāo)來判斷燃燒的經(jīng)濟(jì)性，或直接以保持風(fēng)與燃料比值的辦法來保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。（4）引風(fēng)系統(tǒng)的控制       引風(fēng)量調(diào)節(jié)的目的是使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，并保持爐膛壓力在要求的范圍內(nèi)。因?yàn)闋t膛壓力的高或低，關(guān)系著鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。負(fù)壓過大，使大量冷風(fēng)漏入爐膛而降低爐膛溫度，并且會增大引風(fēng)機(jī)負(fù)荷和排煙熱損失；反之，如果爐膛壓力大于大氣壓力，會使?fàn)t煙冒出，不僅影響環(huán)境衛(wèi)生，甚至可能影響設(shè)備和人生安全。三、75t/h 循環(huán)流化床鍋爐的自動控制系統(tǒng)的詳細(xì)說明1、汽水系統(tǒng)的控制     &

7、#160;汽水系統(tǒng)的控制是鍋爐控制的重要部分，汽水系統(tǒng)包括汽包水位的控制和過熱蒸汽溫度的控制兩部分。11汽包水位的控制       汽包水位是鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo)。汽包水位過高或過低的后果都極為嚴(yán)重，所以必須嚴(yán)格加以控制。       本方案中汽包水位的控制采用控制效果較好的三沖量基礎(chǔ)上的串級控制系統(tǒng)，總體框圖如圖1所示。圖1：汽包水位控制框圖12主蒸汽溫度的控制       主蒸汽溫度的控制包括前、后減溫器減溫水的調(diào)

8、節(jié)。這兩個(gè)回路的調(diào)節(jié)方式基本相同，都是采用主蒸汽溫度同減溫水流量的串級調(diào)節(jié)方式，同時(shí)為了補(bǔ)償主蒸汽溫度的大滯后，又引入了爐膛出口溫度作為前饋。其控制方案的總體框圖如圖2所示。圖2：主蒸汽溫度控制框圖2、燃燒系統(tǒng)的控制       燃燒系統(tǒng)的控制目標(biāo)是在安全燃燒（控制床溫的穩(wěn)定，避免結(jié)焦與熄火事故的發(fā)生）的前提下，基本維持主蒸汽壓力的穩(wěn)定，同時(shí)保證最經(jīng)濟(jì)的燃燒效率。自動控制系統(tǒng)的任務(wù)是通過調(diào)節(jié)給煤量、一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、引風(fēng)量和飛灰返料量，達(dá)到穩(wěn)定主蒸汽壓力、床溫、爐膛出口溫度、爐膛負(fù)壓、含氧量和料層差壓的目的，以保證量佳的流化狀態(tài)。&

9、#160;      由于燃燒控制是循環(huán)流化床鍋爐控制中最為復(fù)雜的部分，參數(shù)之間的耦合也集中在這一部分，為了描述的方便，在此將燃燒控制大致分為以下幾個(gè)部分：（1）給煤調(diào)節(jié)（2）一次風(fēng)、二次風(fēng)調(diào)節(jié)（3）引風(fēng)調(diào)節(jié)下面就分別從這幾個(gè)方面加以描述。21給煤調(diào)節(jié)系統(tǒng)       給煤調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制變量主要是負(fù)荷和床溫，最終控制輸出則通過對床溫及其變化率判斷而定，當(dāng)床溫快升，快降；高限，低限；慢升、慢降；高高限，低低限時(shí)，主要調(diào)節(jié)床溫；當(dāng)床溫比較穩(wěn)定且在正常范圍內(nèi)，此時(shí)主要調(diào)節(jié)負(fù)荷。負(fù)荷調(diào)節(jié)主要以

10、穩(wěn)定汽包壓力為主，同時(shí)以負(fù)荷信號作為前饋，以使負(fù)荷快速反映其的變化。負(fù)荷信號可由主蒸汽流量同汽包壓力共同決定。負(fù)荷調(diào)節(jié)框圖如圖3所示。圖3：負(fù)荷調(diào)節(jié)框圖       在調(diào)節(jié)床溫時(shí)，不僅要控制床溫的高低，還要分析床溫的變化率、爐膛出口溫度的高低及變化率，判斷床溫是否回到正常范圍或朝給定值方向靠近。當(dāng)控制方式由負(fù)荷調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向床溫調(diào)節(jié)時(shí)，床溫的偏差已經(jīng)較大，為了避免煤量的大幅度變化，床溫的給定值通過一個(gè)函數(shù)發(fā)生器給出。為了使控制方案適應(yīng)不同的床溫及變化率，故針對不同的床溫及變化率設(shè)置有不同的PID參數(shù)。床溫調(diào)節(jié)的大致框圖為4所示。 圖4：床溫

11、調(diào)節(jié)框圖       給煤調(diào)節(jié)的最終結(jié)果以選擇器的輸出經(jīng)上下限幅后去調(diào)節(jié)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到調(diào)節(jié)給煤量的目的。22一次風(fēng)、二次風(fēng)的調(diào)節(jié)       總風(fēng)量由給煤量同風(fēng)煤比確定，而總風(fēng)量又可通過含氧量及床溫來加以修正。含氧量修正總風(fēng)量是對含氧量進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算，然后輸出一個(gè)修正值；當(dāng)床溫處于高高限且上升或處于低低限且下降狀態(tài)，而負(fù)荷又比較穩(wěn)定，我們認(rèn)為此時(shí)煤種發(fā)生了變化，可對風(fēng)煤比加以修正，兩個(gè)修正值共同對總風(fēng)量加以微調(diào)。其框圖如圖5所示。 圖5：總風(fēng)量控制框圖  

12、;     總風(fēng)量包括一次風(fēng)、二次風(fēng)、一次風(fēng)從密相區(qū)的布風(fēng)板進(jìn)入，一次風(fēng)量應(yīng)滿足密相區(qū)燃料燃燒的需要，同時(shí)還要不低于熱態(tài)運(yùn)行時(shí)的最小流化風(fēng)量，但又不能太高，以防吹翻，因此必須對一次風(fēng)量進(jìn)行限幅。為了維護(hù)爐膛內(nèi)的工況，可通過料層差壓調(diào)節(jié)一次風(fēng)量。負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，會要求不同的料層差壓的給定值， 此給定值可通過負(fù)荷經(jīng)函數(shù)發(fā)生器給出。然而在生產(chǎn)過程中，料層厚度在不斷增加，當(dāng)增加到一定的厚度時(shí)必須進(jìn)行下灰操作，此時(shí)會引起料層差壓的較大變化，為防止波動，此時(shí)將一次風(fēng)量在一定的時(shí)間內(nèi)維持不變，稍后再進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，其控制框圖如右圖所示。 23引風(fēng)調(diào)節(jié) 

13、0;     引風(fēng)調(diào)節(jié)通過控制爐膛負(fù)壓恒定來實(shí)現(xiàn)，取爐膛兩側(cè)代表總壓力信號，可取平均值或兩點(diǎn)中的任一點(diǎn)經(jīng)濾波去除高頻波動成分后調(diào)節(jié)器的測量值，同時(shí)取總風(fēng)量信號作為前饋，以保證按負(fù)荷調(diào)節(jié)風(fēng)煤量時(shí)同步調(diào)節(jié)引風(fēng)量，減少調(diào)節(jié)過程中爐膛壓力的波動?？驁D為右圖所示。3、鍋爐安全聯(lián)鎖保護(hù)鍋爐安全聯(lián)鎖保護(hù)主要考慮兩個(gè)因素：(1)汽包水位的安全保護(hù)       鍋爐汽包水位低于極限值時(shí)極易導(dǎo)致干鍋，應(yīng)停一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)。 (2)一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)的聯(lián)鎖保護(hù)。啟動順序?yàn)椋阂L(fēng)機(jī)一次風(fēng)機(jī)二次風(fēng)機(jī)給煤機(jī)。停順序?yàn)椋航o煤機(jī)二次風(fēng)機(jī)一次風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)。       如果一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)中的任何一臺出現(xiàn)跳閘，均應(yīng)聯(lián)鎖停止相應(yīng)的電機(jī)。六、75t/h 循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)的分析       SunyTDC92000集散控制系統(tǒng)是以