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循环流化床锅炉的DCS控制

2006/4/28    来源:《自动化于仪表》    作者:蔡玉虎  刘跃  刘彦峰  王顺卿      
关键字:DCS  集散型控制系统  循环流化床锅炉  控制方案  应用  
以辽河油田热电厂的240T循环流化床锅炉为例,详细介绍所采用DCS的配置及功能,并分别从循环流化床锅炉的反馈控制、顺序控制及联锁保护等方面叙述该系统的控制方案及应用。

    1、引言

    循环流化床锅炉以其低消耗、高效率、适应煤质广、负荷调节范围大等优点为众多热电厂所采用。但要保证这些优点除了应具备一套好的循环流化床锅炉和配套的辅机设备外,还必须配备性能优良的集散控制系统

    目前国内各厂家生产的循环流化床锅炉及辅机在性能上都已达到规定的要求,但所采用的控制系统却参差不齐,甚至仍然有一部分采用常规仪表控制。常规仪表用来控制链条炉还能够满足要求,但要控制循环流化床锅炉的运行就显得有些“力不从心”了。这是由于以下原因引起的:1)循环流化床锅炉的控制参数多,若采用常规仪表控制将造成控制仪表过多,易给操作人员造成混乱,不利于快捷操作控制;2)循环流化床锅炉燃烧控制原理复杂,若采用常规仪表控制将造成操作人员工作强度大、责任大,导致锅炉的燃烧控制协调不易掌握,增加了出现故障的几率,易导致因控制不好而结焦以致停炉,给电厂造成巨大的经济损失。

    国内的DCS生产厂家为了适应电厂控制的需要,在不断地吸收和借鉴先进经验的基础上,有效地提升了循环流化床的DCS控制理论,充分体现了DCS控制系统的可靠性、实时性和精确性等优点。

    2、工程设备概况

    辽河油田热电厂锅炉改造工程选用济南锅炉厂成套生产的YG-240型240t/h中温中压循环流化床锅炉。该锅炉为单汽包,自然循环蒸汽锅炉,主要用于发电及家属区生活供热。

    锅炉的燃烧系统由炉膛、旋风分离器和返料器组成。采用水冷布风板,布风板截面均匀布置风帽,一次热风进入水冷风室后经这些风帽均匀进入炉膛。燃煤经设在炉前的4台称重式给煤机送入燃烧室。按照燃料燃烧的流向划分,锅炉的结构可分为4个组成部分,即燃烧室、高温旋风分离器、返料密封装置和尾部对流烟道。尾部对流烟道内沿烟气流程依次布置有高温过热器和2组低温过热器,高温过热器分为高温冷段和热段,中间设有喷水减温器。下部依次布有省煤器和2 组空气预热器,分别用于加热二次风和一次风。锅炉配置’ 台引风机、1台一次风机、1台二次风机、1台高压风机和1台石灰石送风机。锅炉采用床下点火,在风室后部布置有2只点火器,在床上布置有3只辅助点火油枪。

    3、DCS系统配置

    控制系统采用开放式结构及高度模块化技术的分散型系统,由高速实时数据网络、人机接口站和分散处理单元三大部分组成,可以实现实时数据采集、过程控制、顺序控制、高级控制、报警检测、监视、操作,同时可对数据进行记录、统计、显示打印等处理。

    高速实时数据通信网络在整个DCS控制系统中起着重要的作用,它连接着人机接口站和分散处理单元,完成各种控制信息在网络上的传送功能。该项目中的DCS控制系统配置如图1所示。


图1 DCS控制系统配置

    整个DCS控制系统由1台工程师站、2台操作员站和7个控制柜组成,同时工程师站还担负着向全厂信息中心传送锅炉运行数据的功能。7个控制柜分别为2个分散处理单元柜、3个信号端子柜、电源柜和网络通信柜。分散处理单元柜中采用冗余CPU结构,并通过网络通信处理模块连接各种智能型I/O模板,确保整个监控系统数据的实时性。

    电源柜的供电电源为从UPS输出的双路稳压电源,经内部转换后以双路冗余的模式向其他控制柜输出5V,24V和48V工作电源。网络通信柜中配置了冗余的交换机,确保实时数据通信网络畅通无阻。

    4、顺序控制及联锁保护

    锅炉保护逻辑由炉膛吹扫逻辑、锅炉跳闸保护逻辑及燃油泄露试验三部分组成。

    1)吹扫逻辑

    循环流化床锅炉冷态启动前应进行吹扫过程检查,以确认满足安全启动条件。炉膛吹扫完成信号既是复位主燃料跳闸信号MFT的条件,也是炉膛点火的必需条件。以下3种情况可以获得炉膛吹扫完成的信号:

    a)在锅炉冷态点火时,满足全部炉膛吹扫条件,即燃油速断阀已关、所有分油阀已关、所有给煤机停止、石灰石给料机停止、床温小于1000℃、送风机运行且挡板未关、任一台引风机运行且入口挡板未关、一次风机运行且入口挡板未关、高压风机已运行、炉膛压力正常(-180~+150Pa)、汽包水位正常(-150~+150mm)、总风量大于30%,这时按下炉膛吹扫按钮,经过5 min后便可获得炉膛吹扫完成信号。

    b)在锅炉运行中发生MFT跳闸后,若炉床温度在600~1000℃之间,且满足全部冷态吹扫条件,则不需经过300s的吹扫时间,可自动完成吹扫过程,获得炉膛吹扫完成信号。因此锅炉跳闸后恢复点火,运行人员应检查炉床温度和吹扫条件,以确定是否进行冷态吹扫,若炉床温度大于600℃应检查吹扫条件是否满足,满足吹扫条件后屏幕上将自动出现“炉膛吹扫完成”信号指示,此时可依照程序点火。

    c)在某些特殊情况下可以使用炉膛快速吹扫按钮,使用此按钮可以在不满足前二种情况时快速获得炉膛吹扫完成信号,但必须在没有主燃料跳闸MFT条件的前提下才起作用。使用快速吹扫按钮时运行人员必须保证炉膛在非吹扫情况下运行的安
全性,并且此种方法仅供处理突发情况时使用,正常运行时建议不使用此按钮。

    2)MFT逻辑

    主燃料的跳闸保护条件即MFT是依据锅炉正常燃烧运行时多种控制条件综合得出的锅炉保护措施,其目的是确保锅炉的床温足够高,使进入炉膛内的燃料能够持续、稳定地燃烧。通常,在以下情况发生时,应紧急停炉,实行强制性主燃料跳闸动作。触发锅炉产生MFT保护的条件如下:送风机跳闸、所有引风机跳闸、一次风机跳闸、高压送料风机跳闸且高压风风压超低(压力值小于7 kPa且持续10s以上)、炉床温度超高(8个炉床温度测点中任意5个超过1000℃,或8个炉床温度测点中任何3个大于1050℃)、炉膛压力超高(3取2,压力值大于+200Pa且延时10s)、炉膛压力超低(3取2,压力值小于-254Pa且延时20s)、汽包水位超高(3取2,水位值高于+200且延时5s)、汽包水位超低(3取2,水位值低于-200mm且延时5s)、MFT手动按钮(2 个按钮同时按下)、水冷风室压力超低(压力值小于4kPa且延时3s)、未点油枪且床温小于600℃。

    主燃料保护动作后,应立即停止向炉膛内部送煤,同时根据现场的情况决定是否关停风机及关闭减温水阀门。在不停风机的情况下,应慎重地控制进入炉膛的风量,而不应该盲目地立即减小风量。

责任编辑:江琦
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