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      DCS系統在循環流化床鍋爐上的應用

      欄目:控制系統 發布時間:2018-08-22

         DCS系統作為一種先進的控制系統,隨著軟、硬件技術的發展,其可靠性高、維護成本低、能實現復雜控制,成為傳統控制儀表的直接替代者。

          循環流化床鍋爐控制與煤粉爐和鏈條爐不同,系統復雜、控制變量多、關聯耦合性強、滯后性大。用常規儀表很難取得滿意的控制效果,自動投入率低。為提高鍋爐的運行水平,提高自控投運率,石獅熱電有限公司在一期續建#375th循環流化床鍋爐及6MW汽輪機組工程中選用了SUPCON JX—300 DCS系統進行控制,與#1、#235th循環流化床鍋爐應用常規儀表控制比較,DCS系統減少了控制室的占地面積,使控制儀表集中、便于監視和操作,解決了循環流化床鍋爐自動控制的一些難題,改善了鍋爐的供汽品質,提高了系統的可靠性和自動投入率,保證生產安全、穩定、連續、經濟運行。本文主要從提高鍋爐運行可靠性、提供輔助運行分析、操作指導和實現復雜控制等方面作一介紹。

       

          1.提高了鍋爐運行的可靠性

          對于循環流化床鍋爐控制而言,測量的準確性至關重要,測量故障將影響到機組安全、經濟運行,嚴重時還會造成運行事故。與常規儀表對比,DCS有以下特點:

          11  DCS測量的可靠性、準確性高,設備系統性強,解決了常規儀表種類多、故障率高、難于維護等缺點,提高了監控系統的可靠性,減少了熱工人員的維護工作量,能準確地提供鍋爐運行的各種參數,保證鍋爐安全運行。

          12  DCS系統的輸出精度高、穩定性好,為可靠運行操作提供了保證,使操作結果與所要求的操作相同,減少了由于儀表故障造成的控制誤差,提高了運行的經濟性和安全性。

          2,系統維護方便,改進控制方案容易

          2系統維護方便

          由于DCS系統采用分散控制,組態信息位于控制站,信號輸入/輸出卡(I/O)卡為通用型號,更換卡件時不必重新組態且可以帶電插拔,減少維護的工作量。

          2容易改進控制方案 。

          在調試和生產過程中,由于設計不當或工藝改變時,常規儀表很難改變控制方案,而DCS系統由于使用編程控制,可以很好的適應這些改變,使用一些更符合實際的先進控制方案,而不會增加設備投資。

          3.提供輔助分析和操作指導功能

          以往鍋爐控制主要依靠鍋爐運行人員的經驗和對工作的認真態度,缺少對系統的分析依據和操作提示。在事故發生時,往往對事故處理不當,造成事故的擴大。應用DCS系統后,這些問題就可以得到很好的解決。

          31  DCS系統提供調整畫面,以即時曲線形式為運行人員判斷鍋爐參數變化趨勢,提供操作提示,供操作人員分析鍋爐各參數的變化趨勢,提前進行操作,并可輕松觀察調整后各參數變化,使操作簡單明了。

          32  DCS系統提供趨勢圖畫面,詳細記錄鍋爐運行過程的各種參數,形成趨勢曲線,供運行人員及管理人員進行歷史數據查詢及事故追憶,為提高運行水平、事故分析和預防提供了可能。

          33  DCS系統提供報警功能,它不但提供普通參數(如溫度、壓力等)的超限報警,還能對一些特殊運行狀態故障進行報警,例如:循環流化床鍋爐斷煤是一件經常發生且很嚴重的事故,當鍋爐斷煤時,鍋爐氧量快升,爐膛出口溫度下降,爐床溫度快降,采用常規儀表運行人員很難得到及時提示,并及時處理,往往造成鍋爐供汽品質下降,輔助設備的損壞,甚至造成熄火等事故,而DCS系統能綜合考慮各參數變化,及時、準確地報警,為事故處理贏得寶貴時間。

          4.實現智能處理和復雜控制

      早用常規儀表對循環流化床鍋爐進行自動調節是很困難的,循環流化床鍋爐是一個大滯后,多變量、強耦合、多擾動的系統,應用簡單的常規控制很難達到預期的目的,DCS系統利用自身優勢,可進行一些特殊處理,實現復雜的控制方案,達到滿意的控制效果。

          4減少測點,簡化系統

          DCS系統可以對測點數據進行處理后使用,或一個數據點多處使用,可減少一次元件的數量,減低投資成本。如:常規儀表系統測量主蒸汽溫度使用雙支熱電偶:一支顯示溫度,另一支作為主蒸汽流量溫度補償。而DCS系統只要單支熱電偶就可以完成此功能;DCS系統提供豐富的信號處理功能,如:開方、濾波、溫壓補償、流量累積、報警、記錄等功能,大大降低用戶的設備投資和維護成本。

          4采用專家智能控制等復雜控制方案,提高控制品質

      以鍋爐水位控制為例;供熱鍋爐運行時負荷波動很大,經常出現10%以上波動,采用串級三沖量控制也很難克服負荷變化對水位的影響,嚴重影響了蒸汽品質和鍋爐的安全運行,采用DCS系統后完全改變了以前的控制方案,引入了專家智能控制思想,應用物質平衡算法:

      鍋爐進水量=鍋爐產汽量+鍋爐排污量

      同時根據鍋爐水位的變化和負荷情況以規則控制方式對給水量進行輔助調節,模仿運行人員的操作方法進行調節,經過實際運行證明完全可把水位控制在政黨范圍以內,克服了虛假水位的影響。

          4實現常規系統很難完成的工作

      小型循環流化床鍋爐多采用面式減溫器,總給水閥、減溫水閥、中間給水閥三閥耦合嚴重,存在如下關系:

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      總給水管路阻力=減溫水管路阻力+中間給水管路阻力

          由于上述三閥耦合嚴重,使鍋爐的水位控制和溫度控制相互影響,造成自動控制效果嚴重下降。要很好地投入自動控制,就急需解除此三閥耦合問題,使用常規儀表控制解決此間題難

      度較大,采用DCS系統后此問題變得容易解決,DCS系統通過使減溫水閥與中間給水閥反向

      聯動實現了減溫水閥、中間閥的變化不影響總給水管路阻力,從而解除了鍋爐給水控制和主蒸汽溫度控制相互關聯、耦合的問題。

          4循環流化床鍋爐的燃燒控制

      循環流化床鍋爐的燃燒控制復雜,是一個多輸入多輸出的復雜系統,見下圖:

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      存在一次風、二次風、給煤、回料等多個控制參數,并且相互關聯耦合嚴重,采用常規控制方案和手段很難實現。浙大中控公司結合現場操作人員經驗,采用專家模糊控制,見下圖;

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      本方案中模糊規則庫是結合CFBB燃燒過程運行理論、運行工程師與熟練操作人員的操作經驗、工業現場實際經驗摸索等在運行過程中不斷完善的操作規則;DCS系統通過對負荷、爐膛溫度分布情況、爐膛溫度變化率、煙氣氧含量等鍋爐燃燒情況的分析(并將爐膛燃燒情況提示給操作人員)確定鍋爐燃燒的狀態,由模糊規則庫通過控制一次風、二次風、給煤、回料等的輸出實現燃燒控制,實現循環流化床鍋爐安全燃燒、穩定運行的目的。同時本方案中模糊規則庫被分成了兩類:正常規則庫和異常規則庫,通過上述方案的細化能更好防止事故,保證鍋爐的安全正常燃燒。

          在燃燒控制部分,DCS還提供了床溫太高、氧量太高、請加煤減風、床溫超高、手動操作等報警提示;協調兩臺給煤機運行,保證給煤正常,在其中一臺給煤機事故斷煤情況時,可把此時鍋爐所需的煤量由另一臺給煤機送入爐床,保證鍋爐正常運行。經過半年多時間運行和調整,對模糊規則庫進行不斷完善,在我廠負荷變動較大的情況下,在手動進行輔助調整時,可以自動控制安全正常燃燒;在不進行手動輔助調整時,燃燒自動也可投入5小時以上。

          5.結束語

          循環流化床鍋爐應用DCS控制是大勢所趨,能很好地解決常規儀表難以解決的問題。作為一個全面的解決方案,應用DCS系統在汽輪機和除氧器等設備監控聯鎖保護控制也有很好的表現,現石獅熱電有限公司續建工程(#3爐及#2)使用DCS控制的自動投入率達95%以上,表明DCS系統應用于小型熱電廠是可行的,具有廣闊的前景。

          參考文獻

          1、(循環流化床鍋爐的先進控制策略及工程應用研究》(浙江大學博士學位論文)俞海斌

      2,《循環流化床鍋爐理論設計與運行》岑可法等 

       

      文章作者:福建石獅熱電有限公司 陳斌、俞金樹

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