薛新利

摘 要：日處理垃圾能力800t，鍋爐為75t/h中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐，配2臺(tái)12MW中溫中壓抽凝式供熱汽輪發(fā)電機(jī)組，經(jīng)過(guò)不斷完善控制方案，通過(guò)控制環(huán)節(jié)的不斷細(xì)化最終制定出自動(dòng)控制方案;通過(guò)各種傳感器、控制器與集散控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配置，從實(shí)際情況出發(fā)，提高管理水平，節(jié)約成本。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制;JX-300XP;集散控制系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)： TK229.6+6 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1673-1069（2016）33-179-2

1 ?概述

河北承德熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司環(huán)能公司垃圾發(fā)電廠工程日處理垃圾能力800t，鍋爐為75t/h中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐，配2臺(tái)12MW中溫中壓抽凝式供熱汽輪發(fā)電機(jī)組。鍋爐燃料為垃圾、秸稈，煤占入爐熱量的20%，不足部分由秸稈補(bǔ)充。針對(duì)無(wú)錫鍋爐廠生產(chǎn)的混燃型流化床爐型，在我國(guó)自動(dòng)控制模型還不成熟。作為國(guó)內(nèi)采用垃圾、秸稈、煤三種燃料混燃的循環(huán)流化床爐型進(jìn)行無(wú)害化處理的環(huán)保型公司，通過(guò)不斷試驗(yàn)和總結(jié)，探索并編寫(xiě)出了適合該爐型的自動(dòng)控制方案。

2 ?關(guān)鍵問(wèn)題和解決方案

系統(tǒng)采用基于Windows Server 2000系統(tǒng)采用浙江中控的JX-300XP實(shí)現(xiàn)爐和機(jī)的順序控制系統(tǒng)SCS（B/T）及發(fā)電機(jī)、電源的順控系統(tǒng)SCS（G/A）。控制上設(shè)置二級(jí)控制，操作員通過(guò)相應(yīng)操作員站對(duì)對(duì)應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行順序操作，同時(shí)也具備對(duì)單個(gè)被控設(shè)備操作。同時(shí)在SCS模塊中設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)以及單體設(shè)備的聯(lián)鎖、保護(hù)。

3 ?鍋爐燃燒系統(tǒng)

3.1 主汽壓力及給煤量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

為達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)能量的平衡，該系統(tǒng)借用純?nèi)济籂t型的協(xié)調(diào)控制模型，采用變頻調(diào)節(jié)控制助燃煤量及秸稈量來(lái)達(dá)到主蒸汽壓力定值控制的目的。通過(guò)壓力變送器測(cè)量主蒸汽實(shí)時(shí)壓力配合主蒸汽流量通過(guò)計(jì)算模塊計(jì)算出整個(gè)蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的阻力系數(shù)，計(jì)算模塊依據(jù)計(jì)算出的阻力系數(shù)以及操作員站的給定壓力值， 計(jì)算出該工況下為達(dá)到所需求的壓力值鍋爐應(yīng)產(chǎn)出的主汽瞬時(shí)流量，通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)算主汽瞬時(shí)流量的焓值，實(shí)現(xiàn)了從鍋爐瞬時(shí)壓力控制轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)能量控制的轉(zhuǎn)換?？刂葡到y(tǒng)在計(jì)算主汽瞬時(shí)流量值過(guò)程中，為保證系統(tǒng)的安全可靠通過(guò)系統(tǒng)預(yù)訂的上限、上上限、下限、下下限設(shè)定進(jìn)行保護(hù)。為此在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)出單獨(dú)模塊進(jìn)行每小時(shí)煤、秸稈、垃圾的熱量平均值，通過(guò)主汽瞬時(shí)流量的焓值以及垃圾、煤、秸稈熱量均值，系統(tǒng)模塊計(jì)算出實(shí)時(shí)所需燃料瞬時(shí)總量，利用前饋控制原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)是將該信號(hào)作為前饋信號(hào)，通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算出的數(shù)據(jù)作為三種燃料的給定值指令，考慮系統(tǒng)的實(shí)時(shí)變化量及混燃型垃圾焚燒鍋爐的不穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)過(guò)程中應(yīng)允許存在合適的超調(diào)量，為達(dá)到快速對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的在整個(gè)控制回路中另外設(shè)計(jì)了主蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路，因此，主汽壓力調(diào)節(jié)回路強(qiáng)化應(yīng)用比例調(diào)節(jié)作用，對(duì)積分作用相應(yīng)進(jìn)行弱化處理?？刂葡到y(tǒng)中燃料量的給定值為鍋爐主蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路的實(shí)時(shí)信號(hào)輸出。為保障系統(tǒng)的安全當(dāng)主汽流量瞬時(shí)值大于系統(tǒng)預(yù)訂的上限、下限給定定值時(shí)，直接切除主汽壓力回路中的相應(yīng)運(yùn)算，系統(tǒng)總?cè)剂狭恐苯幼鳛槿剂闲枨笳{(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定值;當(dāng)主汽流量瞬時(shí)值大于系統(tǒng)預(yù)訂的上上限、下下限給定定值時(shí)調(diào)為手動(dòng)操作。該系統(tǒng)為保障整體可靠性在燃煤控制獨(dú)立設(shè)計(jì)了采用單回路，在控制盤(pán)上采用硬手操人工控制。

3.2 一次、二次風(fēng)量的調(diào)節(jié)系統(tǒng)

系統(tǒng)采用控制進(jìn)入爐膛的三種燃料量達(dá)到流化床溫進(jìn)行控制，一次風(fēng)變化通過(guò)改變?nèi)剂狭縼?lái)保持流化床溫的相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)還保證汽水系統(tǒng)的參數(shù)如出口蒸汽瞬時(shí)壓力、瞬時(shí)流量、鍋爐低過(guò)出口煙氣中的氧量值控制在鍋爐廠以及環(huán)能公司所制定規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出一次風(fēng)量帶來(lái)的干擾引起的流化床密相區(qū)溫度的變化是逆向響應(yīng)的，因一次風(fēng)量瞬間減小會(huì)引起鍋爐密相區(qū)床溫下降，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在垃圾量、秸稈量保持不變的情況下增加給煤量直到系統(tǒng)達(dá)到平衡。相反，減少一次風(fēng)量會(huì)引起爐膛內(nèi)過(guò)剩空氣不足，系統(tǒng)應(yīng)加大二次風(fēng)機(jī)變頻頻率來(lái)維持出口煙氣氧量值穩(wěn)定。在整個(gè)風(fēng)煙系統(tǒng)利用常規(guī)的比例—積分—微分控制鍋爐中三種燃料的燃燒和主蒸汽出口參數(shù)間相互干擾相互作用，通過(guò)實(shí)踐總結(jié)出該型號(hào)鍋爐在規(guī)定的各種負(fù)荷下三種燃料總量、一次、二次風(fēng)的最佳變頻開(kāi)度以及流化床鍋爐密相區(qū)床溫的最佳運(yùn)行曲線(xiàn)，從而將流化床鍋爐系統(tǒng)的大滯后、強(qiáng)耦合特性給自動(dòng)控制系統(tǒng)帶來(lái)的影響降低， 從而保證鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 風(fēng)量測(cè)量的補(bǔ)償

風(fēng)瞬時(shí)流量測(cè)量采用差壓流量計(jì)易受所測(cè)量介質(zhì)測(cè)點(diǎn)的溫度、壓力的影響，在選擇風(fēng)量測(cè)量?jī)x表時(shí)我們對(duì)其進(jìn)行綜合衡量，為保證系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確我們采用熱式流量計(jì)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。因正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的壓力變化不大，僅需對(duì)單個(gè)參數(shù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，而熱式流量計(jì)恰恰有溫度補(bǔ)償功能。

3.4 爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)

燃煤型流化床爐膛出口負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用單回路調(diào)節(jié)控制，爐膛負(fù)壓測(cè)量值利用三取二作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)量值，垃圾燃燒時(shí)因垃圾入爐時(shí)的不均勻?qū)е缕渌剂戏€(wěn)定的工況下負(fù)壓存在較大的波動(dòng)，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)爐膛負(fù)壓進(jìn)行6六路取4路均值后作為實(shí)時(shí)測(cè)量值，從而確保測(cè)量值的準(zhǔn)確和穩(wěn)定。

4 ?鍋爐汽水系統(tǒng)

4.1 鍋爐汽包水位的重要性

汽包水位的測(cè)量準(zhǔn)確與否會(huì)影響鍋爐乃至機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，是鍋爐的最重要參數(shù)之一。為此環(huán)能公司采用三路雙室平衡容器配合差壓變送器進(jìn)行三取二取均值后作為水位實(shí)時(shí)測(cè)量值。同時(shí)配備電接點(diǎn)水位表以及雙色水位計(jì)作為監(jiān)測(cè)儀表。

4.2 主汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

流化床鍋爐設(shè)有過(guò)熱器，通過(guò)調(diào)節(jié)減溫水流量來(lái)控制出口溫度參數(shù)在汽輪機(jī)規(guī)程范圍內(nèi)，從而保證管道以及汽輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定。

4.3 鍋爐水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)

通過(guò)調(diào)節(jié)給水調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度控制給水流量，進(jìn)而達(dá)到鍋爐水位控制的目的，該系統(tǒng)采用三沖量控制將鍋爐出口流量作為前饋，水位作為反饋，系統(tǒng)中主控制器采用PID調(diào)節(jié)器通過(guò)控制主給水調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度達(dá)到汽包水位控制的目的。同時(shí)為保證系統(tǒng)的安全性設(shè)置了旁路調(diào)節(jié)閥，一旦主路調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障可進(jìn)行旁路閥的自動(dòng)切換。

4.4 蒸汽溫壓補(bǔ)償

為保證主蒸汽瞬時(shí)流量測(cè)量的準(zhǔn)確保證熱量平衡，我們?cè)诳刂葡到y(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)當(dāng)中采用溫度、壓力對(duì)主蒸氣流量進(jìn)行補(bǔ)償。

4.5 JX-300XP系統(tǒng)

國(guó)外集散控制系統(tǒng)主要生產(chǎn)廠家集中在美、日、德等國(guó)。如美國(guó)HONEYWELL的TDC3000、MICRO TDC3000，TDC3000X等;FOXBORO的I/AS;WESTING HOUSE的WDPF;WAILEY的NETWORK90、INFI90;日本橫河的CENTUM、CS;YEWPACK的MARK II;德國(guó)SIEMENS的TELEPERM;ABB公司的MOD300、SIPAOS200等。自主創(chuàng)新我國(guó)自己的集散控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)多年努力，他們都已經(jīng)取得可喜的成果如浙江中控的JX-300XP系統(tǒng)、新華控制工程公司的XDPS-400、北京和利時(shí)的FOCS和國(guó)電智深公司的EDPF-NT，華能信息產(chǎn)業(yè)公司的PINECONTROL，都已在多個(gè)電廠試驗(yàn)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)改造提高后達(dá)到或接近國(guó)外廠家同類(lèi)的集散控制系統(tǒng)水平，并已得到廣泛應(yīng)用，受到電廠的歡迎和好評(píng)，且其價(jià)格低于國(guó)外成套進(jìn)口的設(shè)備。承德熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司環(huán)能公司的DCS系統(tǒng)采用JX-300XP系統(tǒng)。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)以JX-300XP 系統(tǒng)為核心，通過(guò)各種傳感器、控制器與集散控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配置，從本身的實(shí)際情況出發(fā)，提高管理水平，節(jié)約成本，與其他自動(dòng)化控制系統(tǒng)優(yōu)化組合，構(gòu)成適合三種燃料混合焚燒爐型的集散控制系統(tǒng)，從而達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的目的。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 楊景祺，趙偉杰，郭榮，章偉杰.循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[J].動(dòng)力工程，2005（04）.

[2] 潘蕊.論DCS，PLC，F(xiàn)CS三大控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及差異[J].山西建筑，2010（32）.

[3] 駱仲泱，何宏舟，王勤輝，岑可法.循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].動(dòng)力工程，2004（06）.

[4] 李全善，曹柳林，許元丁，方平，周愛(ài)輝，竇洪華.基于數(shù)據(jù)挖掘的IMC-PID在線(xiàn)自整定算法的實(shí)現(xiàn)[J].江南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（04）.

[5] 孫家鼎，王昶東.燃煤電廠鍋爐節(jié)能減排技術(shù)[J].中國(guó)電力，2010（04）.