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310t/h循环流化床锅炉自动控制系统的设计及DCS的应用2010-8-2818:05:00来源：作者：
摘要：该文介绍了上海石化热电总厂310t/h循环流化床锅炉自动控制系统的设计及应用，对主要控制系统原理进行了分析。循环流化床(CFB)由于其优越性能，已越来越多地在我国中小电厂获得应用。首先CFB锅炉的燃放效率很高、燃用的各种低质煤的范围更宽、在炉内用更少的石灰石可取得更佳的脱硫效果；其次运行温度的降低减少了结渣的可能性，并使得NOx排放更少，产生更少的污染物；由于燃料在炉膛内停留的时间更长，使热效果更佳；由于烟气速度和固体携带量之间的适当关系而使CFB锅炉可以在很宽的负荷范围内运行。另外，燃烧后排出的灰、渣还可以综合利用，因此引起了国内外的广泛关注和重视。下面就上海石化热电总厂310t/h循环流化床锅炉的自动控制系统部分作一介绍。一、主要控制系统的分析及应用一台300t/hCFB锅炉的I/O有1500～1700点，如此多的I/O点采用常规控制系统是难以实现的。再加上控制功能多，要求安全可靠，实践证明只有选用DCS才能胜任。CFB锅炉必须确保按规定顺序进行开、停车，和安全经济运行，由此确定了DCS中的顺序控制和自动调节。1.1顺序控制完成的任务(1)CFB锅炉的启动和停止CFB锅炉的启动步骤见启动程序(表1)。该回路不仅要保证按表1的步骤开、停车，还必须具有启动过程中出现故障具有诊断和报警功能，以使操作人员迅速消除故障，尽快开车。例如启动任一辅助设备时，在规定时间内不开车，马上显示报警。(2)燃烧器管理系统(BMS或FSSS)，主要是安全连锁系统。在启动和正常运行时，CFB锅炉出现故障，首先将主燃料跳闸。如当烟气温度在485℃及以上出现汽包水位低限，立即实现MFT，以确保锅炉安全，避免损坏设备。1.2自动调节系统完成的任务保证蒸汽质量指标和经济运行锅炉的调节区域可划分成的独立区域有：汽包水位调节区域、过热汽温调节区域、燃烧调节区域和含盐量调节区域。目前，炉水含盐量的控制大都采用人工定期排污和连续排污来解决。为此，CFB锅炉的调节只有汽包水位、过热汽温和燃料区域。CFB锅炉控制包括如下控制功能组：锅炉主控、燃料量控制、空气流量控制、床温控制、石灰石流量控制、炉膛压力控制、启动燃烧器控制、给水控制、主蒸汽温度控制、启动燃烧器控制、给水控制、主蒸汽温度控制、除氧器水位、压力控制等。图1为整个机组自动调节系统的概要设计，下面就锅炉侧主要控制系统作具体介绍。1.2.1锅炉主控系统锅炉主控系统为一定值控制系统，以控制主蒸汽母管压力pm为目标。锅炉母管压力作为主调信号，采用经动态补偿后的能量平衡信号P1*Ps/PT+k*d(P1*Ps/PT)/dt为锅炉控制回路的前馈信号，其中P1为汽机调速级后的汽压，PT为机前压力，两者的比值P1/PT与汽机调节阀开度成正比，并且克服了由于调门的回差和不灵敏所造成的非线性对阀门开度信号的影响。在额定控制参数下，汽机的用汽量与阀门的开度成正比，对于抽汽机组，无论汽功率的变化还是电功率的变化，都反映到汽机调门的变化。机前压力设定值Ps的改变，反映了锅炉能量需求的变化。k*d(P1*Ps/PT)/dt信号代表了储能元件(汽包)对燃料的需求。因此P1*Ps/PT+k*d(P1*Ps/PT)/dt信号即能反映汽机用汽量对燃料的需求，也反映了锅炉参数变化对燃料的需求，同时满足了锅炉储能元件对燃料的需求。这样构成的前馈加反馈复合控制方式可以最快地响应压力的需求，满足汽机用汽量对锅炉的要求。分析研究P1*Ps/PT+k*d(P1*Ps/PT)/dt与主汽流量作为前馈可以看到主要的差别：如采用主汽流量作为前馈信号时，当由于燃烧率变化而引起内扰时，主汽流量的前馈将形成一个正作用，反而加剧了机组的自发性扰动。而以P1*Ps/PT+k*d(P1*Ps/PT)/dt信号作为前馈信号的锅炉主控系统则只有在负荷扰动时才对燃烧作出快速反应，提前作用于风量和燃料量控制单元，以克服被控对象的滞后和惯性。而燃料出现扰动时P1*Ps/PT+k*d(P1*Ps/PT)/dt不变，这一点对于稳定燃烧非常重要。1.2.2总风量调节总风量调节作为风量的主控调节器满足总风量和氧量的控制，向锅炉燃烧二次风和流化一次风发出风量指令。总风量调节接受锅炉主控指令信号并经风煤交叉联锁回路向风量主控器发出风量指令信号，保证动态时加负荷先加风，减负荷先减煤。1.2.3燃料调节影响母管压力的主要因素是汽机调门的变化和燃料量的变化。采用P1*Ps/PT+k*d(P1*Ps/PT)/dt信号可以最快地克服汽机调门的变化对锅炉压力的影响。燃料对压力的影响取决于两点：燃料量的扰动；燃料热值的变化。(1)燃料量的扰动系统控制方案采用两种控制策略克服燃料扰动：①快速的燃料响应回