循环流化床控制系统案例剖析

山东威海热电厂#4炉是由无锡锅炉厂生产的220t/h CFB循环流化床锅炉，汽水系统采用母管制，DCS系统采用北京和利时系统工程股份有限公司的MACS¢Ú型集散控制系统，项目于2001年2月20日在威海签订，2001年12月3日正式投入运行。 一、项目规模： 测点：1468 I/O现场控制站柜：4个 继电器柜：2个 配电柜：1个 ETS柜：1个 操作员站：4台 工程师站：1台 服务器：2台 二、实现功能： 数据采集系统(DAS)、模拟量调节系统(MCS)、开关量顺序控制系统(SCS)、炉膛监测保护系统(FSSS)（用图标识） （一）数据采集系统(DAS) 功能概述：快速、准确地反应参数数据、设备状态，工艺报警、性能指标，为操作工提供操作依据。 ●模拟图 工艺流程模拟图分为燃烧系统图、汽水系统图、烟气系统图、点火系统图、FSSS系统图、汽机总貌图、除氧给水系统图等。模拟图显示机组运行状态，包括过程变量、设备状态。处于报警的变量以变色、闪烁等方式显示。 ●成组显示 成组显示系统中的主参数，副参数，从而为操作员提供相关部分的详细信息，以便监视和操作，同时以窗口的形式显示某些设备的相关参数，如：风机线圈温度、水泵温度参数等。 ●报警事件显示和响应 对整个系统中随机发生的事件处理都归在报警处理之中，这些事件包括模拟量越限、开关量变态、系统本身的故障报警、操作员的重要操作等，对重要的报警均输出到热工光字牌。可以采用声音、闪光、颜色变化来区分未经确认的报警和已经确认的报 警，并可按需要打印。 ●记录和打印 可随机性打印或周期性打印报警记录、操作记录、运行报表以及机组的历史数据与曲线等。 ●历史数据记录和再现 MACS系统可将I/O点的历史数据存入硬盘，采集周期为1秒，存盘时间长短视硬盘容量而定，历史数据可以以曲线或数据方式再现。 （二）模拟量调节系统(MCS) ●主汽压力调节系统 通过调节给煤量和配风来控制主蒸汽压力，以满足机组的运行要求。由于给煤量是影响床温的重要因素之一，故在构造主汽压力控制方案时把床温的影响也纳入控制方案中。床温增加减小给煤量，床温降低则增大给煤量。由于循环流化床锅炉运行时床温可以在一定范围内波动，故在主汽压力控制方案中设置了不调温死区，即床温在该死区内时不改变给煤供给量。 同时由于氧量直接反映了炉膛内燃料与风的配比，因此方案中利用氧量校正给煤量。由于主蒸汽流量变化直接反映了机组的负荷变化，故在主汽压力控制方案中把主蒸汽流量信号经过函数运算后直接加到控制输出上，通过前馈形式提高系统的响应速度。 ●一次风量调节系统 一次风量控制采用串级控制系统，主汽压力为主调、一次风量为副 调，其运算结果去控制一次风门挡板开度，以调节送入炉膛的一次风量。一次风量测量值是在考虑了温度修正和压力修正后才送入PID中进行运算的。锅炉负荷指令在进行处理 时，需要考虑煤质的特性及负荷变化情况。煤种不同时，助燃空气量会有所不同。同时，负荷变化时一次风量占总风量的比例也会发生变化。同时由于一次风对锅炉床温具有调节作用，故在构造一次风量调节系统时也考虑了床温修正。如果床温偏高，在一定范围内可增大一次风量。如果床温偏低，在一定范围内可减少一次风量。由于床温主要靠给煤控制，一次风量不作为调节床温的主要手段，故在一次风量控制系统中床温信号仅作为修正信号。 ●二次风量调节系统 二次风量控制采用串级控制系统。烟气含氧量测量值与给定值一起送入主调中进行PID运算，其结果作为副调的给定值与二次风量测量值进行PID运算，运算结果经限幅及手操控制后控制二次风量调节系统的执行机构，以使二次风量满足机组运行要求。由于给煤量变化到烟气含氧量变化需要一段时间，故在二次风量控制方案中直接对给煤量进行处理，把其结果作为前馈信号加到控制输出中，以提高控制系统的快速响应性。在对给煤量进行处理的函数中，考虑了燃料/空气比例、负荷影响及一次风量等因素，其运算结果直接叠加到PID运算的输出上。 ●引风量调节系统 在引风量调节系统中，炉膛负压测量值经过惯性延滞处理后与给定值一起送入PID中进行运算，运算结果动作引风机执行机构，从而控制炉膛负压满足机组运行要 求。炉膛负压过程值采取两点取平均值的办法进行处 理。由于一次风量和二次风量发生变化时,需经过一段时间炉膛负压才发生变化，故在引风量控制系统中直接把一次风量与二次风量之和作为前馈信号送入PID控制输出中，以提高一、二次风量变化时控制系统响应的快速性。 ●给水调节系统 汽包水位是机组运行的一个重要参数，它反映了给水量与供汽量的动态平衡关系。如果水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作,严重时会导致蒸汽带水增多，从而增加在过热器管壁上和汽轮机叶片上的结垢，甚至会使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。相反，如果水位过低则会破坏水循环，导致水冷壁管道破裂。因此，机组启停和正常运行时要求保持汽包水位相对恒定。如果水位超出正常范围，轻则发出报警，重则停炉停机。循环流化床锅炉给水调节系统低负荷时采用单冲量调节系统，高负荷时采用三冲量调节系统。构成给水调节系统的三冲量是汽包水位、主蒸汽流量及给水流量。汽包水位信号经汽包压力补偿后作为主调的输入，蒸汽流量信号经温度、压力修正后与给水流量信号一起作为副调的反馈输入。 ●主汽温度调节系统 循环流化床锅炉正常运行时不仅要求主汽压力稳定，而且要求主汽温度稳定。主汽温度是反映机组运行情况的一个重要参数。如果主汽温度偏高，过热器及汽机将在更加恶劣的环境下运行，材料的使用寿命将会缩短。相反，如果主汽温度偏低，则汽机达不到预定的运行效率。因此，机组正常运行时要求主汽温度稳定。循环流化床锅炉主汽温度调节系统采用由主汽温度、喷水减温器出口温度及主汽流量等参数组成的串级控制系统。主汽温度测量值作为主调的反馈输入值，与主汽温度设定值进行PID运算后送入副调，在副调中与减温器出口汽温进行控制运 算，其结果经限幅后由手操器输出至执行机构，调节喷水减温的控制阀。由于主汽流量变化时，喷水量应相应地发生变化，故在主汽温度控制方案中把主汽流量信号以前馈形式引入控制系统中。 机侧投入如下调节系统： －除氧器压力调节系统 －除氧器水位调节系统 －凝汽器水位调节 －轴封压力调节 －减温减压调节 （三）顺序控制系统(SCS) 功能概述：通过DCS的组态环境，实现了所有辅机及设备的启停顺序和联锁，从而提高了机组运行可靠性和降低运行人员劳动强度。 威海热电厂循环流化床机组配有如下辅机及设备：引风机2台、高压风机2台(一运一备)、一次风机2台、二次风机1台、给煤机4台、给水泵2台(一运一备)、疏水泵2台(一运一备)、凝结泵2台(一运一备)、射水泵2台(一运一备)、低位水泵1台、高压油泵(1台)、直流油泵(1台)、交流油泵(1台)等。 运行人员可通过操作员站的CRT和键盘对有关设备进行操作，同时有关设备的运行状态也可在CRT上显示。CRT上还显示有关设备的启动条件、状态等帮助信息,为运行人员提供运行指导。对同一设备，开、关指令之间设计成相互闭锁，不允许同时发出。根据工艺系统运行方式，SCS被划分成以辅机为单位的功能组，每一子功能组执行某一特定功能，以实现成组操作和程序启停，并具有联锁保护功能，本系统考虑了如下子功能组。 ◆ 锅炉引风机子功能组 当引风机均跳闸时，MFT动 作，同时自动顺序关闭一次风机与二次风机。 ◆ 锅炉高压风机子功能组 高压风机采用一运一备方式运行，如一号高压风机跳闸，自动开启2号高压风机出口电动门，关闭1号高压风机出口电动门，待2号高压风机出口电动门完全打开后，自动启动2号高压风机。反之亦然。 ◆ 锅炉二次风机子功能组 当引风机均跳闸或一次风机均跳闸或任意引风机跳闸时，均自动关闭二次风机。 ◆ 锅炉一次风机子功能组 当一次风机均跳闸，MFT动作，同时自动关闭引风机与二次风机。 ◆ 给水泵子功能组 给水泵采取一运一备方式运行，在给水泵润滑油压不低的情况下允许启 动，当一台给水泵跳闸或给水母管压力低时，自动启动备用泵。 ◆ 凝结水泵子功能组 凝结水泵采取一运一备方式运行，当一台凝结水泵跳闸或凝结水母管压力低于设定值时，自动启动备用泵。 ◆ 油系统子功能组 当润滑油压低¢Ò值时，自动启动交流油泵，低¢Ú值时自动启动直流油泵。 （四）炉膛保护系统(FSSS) ●炉膛安全监控 对机组运行参数和状态进行监控 ●锅炉大联锁 实现了锅炉辅机的顺序启动以及当引风机或一次风机均跳闸时的顺序联动。 ●MFT动作条件 － 床温不允许(沸下温度≥990℃并持续5分钟，6取4) － 高压风无效(高压风机出口压力低于设定值) － 炉膛压力高高(≥3.6KPa) －汽包水位高高(≥200mm) －汽包水位低低(≤-280mm) － 引风机均跳闸 － 一次风机均跳闸 － 一次风量小于最小流化风量(一次风总风量≤80000) － 手动MFT ●MFT动作 － 切断主燃料 －关闭减温水电动门 －指出首次跳闸原因 ●点火启动油燃烧器管理 － CFBB投煤之前启动点火油燃烧器 －调出油燃烧器启动画面进行相应操作 三、运行效果 山东威海热电厂1×220T/H、1×25MW机组DCS系统于2001年12月3日正式投入运行，DCS系统已完全实现了规范书中规定的数据采集和处理(DAS)、顺序控制(SCS)、炉膛安监系统(FSSS)、模拟量控制(MCS)等功能，SCS的投入，极大方便了运行人员对辅机及相关设备的启停操作，操作界面方便、直观，同时对运行中设备出现的故障可以进行及时的反映和保护,保证了机组与设备的运行安全；FSSS的投入，有效的保证了在机组运行异常时，及时保护动作，避免危险的进一步扩大，动作准确、快捷，并能准确指示动作原因。现<