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循环流化床锅炉集散控制系统

---循环流化床锅炉是近几年发展起来的新一代高效、低污染清洁型的燃烧锅炉,具有煤种适应性广、负荷调节性能好、燃烧效率高、环境污染小等优点。因此在电力、供热、化工生产等行业中得到越来越广泛的应用。
-- --由于循环流化床锅炉的自身的特点所决定,其对自动控制要求较高。但锅炉的燃烧、汽水过程十分复杂,受多种因素的影响,而且由于燃烧系统、汽水系统相互关联耦合性强,过程的非线性和大滞后等特点,给自控设计带来了较大的难度。为了满足控制要求,设计的调节系统均为复杂控制系统,常规的自控方案及自控装置很难收到理想的控制效果。鉴于此,目前国内的循环流化床锅炉的控制一般采用DCS控制。我们采用的是GE&nbspFanuc的 OpenProcess集散控制系统。

1. 循环流化床锅炉自控系统构成
----锅炉检测回路一般根据锅炉厂提供的测点数、测点位置及测点的技术条件进行设计。对于控制回路而言,就要求设计人员在深入研究锅炉运行机理的基础上进行合理的设计。一般的循环流化床锅炉控制系统主要包括以下几个子系统。

1.1 膛负压控制系统
----采用以总风量为前馈的单回路控制系统,以炉膛出口负压为检测点,通过调节引风机出口挡板(即调节引风量)来保证炉膛在微负压状态下燃烧。

1.2 料层差压控制系统
----由于循环流化床一般采用间歇排渣方式,故控制方案采用计算机报警提示人工放渣手段。报警限根据负荷的大小可方便的在计算机上进行修改。

1.3 汽包水位控制系统
----汽包水位控制系统仍采用三冲量为基础的串级控制系统。其特点如下:
----1)采用变PID参数的三冲量控制。
----2)在异常情况下,如液位偏离正常值较大时,采用规则控制,可以快速恢复水位,保证锅炉的安全稳定运行。
----3)当水位控制和主蒸汽温度控制发生矛盾时,可根据矛盾的主要方面进行两者的协调控制。

1.4 主蒸汽温度控制系统
----传统的做法一般希望以减温器出口蒸汽温度作为副参数、以主蒸汽温度作为主参数构成典型的串级调节系统。但在实际安装过程中发现减温器出口的温度检测点很难安装,因此改用炉膛出口温度点作为前馈信号,也能达到比较满意的效果。
----另外要注意的一点,由于过热器处的烟气温度较高(900℃左右),减温器所需的减温水量也比较大,所以应考虑到减温水流量范围应该使其满足测量和控制的要求,在实际运用中可以和给水流量的范围选取一致。

1.5 燃烧控制系统
-- --燃烧控制系统在锅炉控制中是实现自控难度最大的一种控制系统。燃烧系统受到煤种、煤质、煤粒度、堵煤、返料量等诸多因素的影响,而这些干扰因素往往是不可控的。同时,燃烧系统的稳定与否,不仅是锅炉稳定运行的首要条件,而且对汽水系统影响很大。循环流化床锅炉更是如此。燃烧系统控制的关键是要保证床层温度在允许范围之内,一般控制在850-950℃,避免高温结焦和低温熄火事故的发生。燃烧控制系统是一个多输入、多输出的耦合控制系统,检测量分别为床温、炉膛出口温度、省煤器前的烟气氧含量,控制手段分别为给煤量、一次风量、二次风量。对于这样一个复杂的控制系统,常规的控制策略很难收到满意的效果。因此,国内燃煤锅炉燃烧系统的控制基本都采用手动控制。采用GE&nbspFanuc的OpenProcess的融入操作工经验的智能专家模糊控制系统,采用热电常用的运行规范,实施模糊规则控制。实践证明这种方法是极其有效的。

1.6 增设现场控制装置
----为满足锅炉点火的需要,在现场增设控制箱,将点火所需的炉膛温度、料层差压参数及鼓风、引风量控制引入控制箱,待点火成功后再切入计算机控制系统。

2&nbspCimplicity&nbspOpenProcess集散控制系统的特点
----根据锅炉的现场运行情况及DCS系统的构成,将OpenProcess控制系统的特点总结如下:
----1)硬件质量可靠。通过近几年的运行,没有发生过卡件损坏及系统死机等故障。
----2)故障分散。卡件处理的点数一般较少,一旦卡件发生故障(在没有冗余的情况下),最多影响几个点,影响面较小,所造成的损失也比较低。每个卡件都可做到1:1的热冗余,但在实际运用中,为了降低成本,只对一部分关键点及调节回路进行冗余,即部分冗余。
----3)控制站公用部分采用1:1冗余,即主控制卡、数据转发卡、电源卡及通信部分采用全冗余技术,大大提高了系统的可靠性。
----4)卡件规格系列化,能满足绝大部分用户的要求。
----5)卡件智能化,卡件对输入信号能够自动地调整零点及增益,并根据组态信息对信号进行诸如数字滤波、冷端补偿、非线形处理等数据处理,确保每一种输入信号都具有很高的精度,而无需增加其它的数据调理卡。
----6)系统组态方便。系统采用树状组态方式,并有强大的在线帮助功能,使系统组态易学易用,即便初学者也能较顺利地完成任务。
----7)系统内置VBA语言环境,可以编写功能强大的VBA语言软件包,用以满足用户各种复杂控制回路对系统的要求,使得系统更加灵活方便。
----8)基于Windows环境下开发的实时监控系统,全中文方式的友好界面,使得操作更容易。
----9)系统安装方便:机柜采用19英寸标准结构,现场信号线直接通过机笼背后的接线端子进入现场控制站,而无需中间转接端子柜。
----10)系统的性能价格比高,具有很强的市场竞争优势。
3 总结
-- --先进的生产工艺需要强有力的自控技术来支持,只有两者完美地结合起来,才能充分发挥生产装置的效能,给企业带来较大的经济效益。通过 OpenProcess控制系统在循环流化床锅炉上的成功投运并稳定运行,以及国内多家用户的良好业绩,表明了GE&nbspFanuc的 OpenProcess集散控制系统在双CPU处理技术,全智能化I/O技术,实时数据库技术等方面达到国际先进水平,具有很好的推广价值及应用前景。