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1、链条炉工程FB-2000NS DCS控制系统控制方案山东兖州焦化厂自备电厂投标文件链条炉工程DCS系统控制方案一、链条炉控制的基本特点链条炉的控制系统的设计，满足控制任务的要求是首要的。例如，维持汽包 内和总管蒸汽压力不变，这是燃烧过程自动控制的任务要求。气压变化，就表示 锅炉的燃烧发热量与实际负荷不适应。因此，必须改变燃料量的供给，以供应所 需的发热量。另外，保证气压在一定范围内变化，也是保证锅炉与各个负荷设备 正常工作的必要条件。又如，维持炉膛负压在一定范围内，这是锅炉安全生产的 必要条件。炉膛负压变化，反映了引风量与送风量的不相适应，通常要求炉顶负 压维持在24mm水柱压力。再如，要实现
2、经济燃烧，就要用烟气中的残氧量去自 动修正空气/燃料的比值等。工业链条炉的这些控制任务是互相关联的，总的要 求是，在负荷稳定时，应使燃料量送风量和引风量各自保持不变，才能及时地补 偿系统内部的扰动（如燃料质量的变化等）；而在负荷变动时（即有外扰作用时）， 则应使这三个量成比例的改变，即要适应负荷的要求，又要使被控量保持 在允许的范围内。综上所述，针对锅炉控制系统的共性、和用户锅炉的实际情况，同时结合DCS 的自身特点，以下从控制系统的几个部分详述控制方案。（20t/h链条炉自动控制 系统DCS具体由锅炉汽包水位控制系统、过热蒸汽汽温控制系统、锅炉燃烧控制、 除氧器系统等部分组成。）1 .汽包水
3、位控制汽包水位的控制任务是：使给水流量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在 允许的范围内保持给水稳定；另外是抗扰动性及负荷变化的虚假水位。汽包水位的控制方案采用三冲量给水串级控制系统。三冲量锅炉汽包给水自 动控制系统，是以汽包水伽为主控信号，蒸汽流量1）为前馈控制信号，给水流量 叩为反馈控制信号组成的控制系统。它采用蒸汽流量信号对给水流量进行前馈控 制，当蒸汽负荷突然发生变化，蒸汽流量信号使给水调节阀一开始就向正确方向 移动，即蒸汽流量增加，给水调节阀开大，抵消了由于“虚假水位”引起的反向 动作，因而减小了水位和给水流量的波动幅度。当由于水压干扰使给水流量减少 的信号，开大给水阀门，使给水量保持
4、不变。另外，给水流量信号也是调节器动 作后的反馈信号，能使调节器及早知道控制的效果，所以三冲量给水控制系统，调节器动作快，还可以避免调节过头，减少波动和失控。这样，汽包水位很少受 到影响。三冲量给水控制系统主回路简化方块如图：当发生负荷的突增、突降情况时，往往会引起较高的水位波动，这时单采用经典 的三冲量控制，难以克服干扰因素水位的大扰动，此时，可通过程序综合仪表输 入的客观信息，强行上拉或下拉给水阀位植，防止水位下降或上升过快。2、过热蒸汽汽温控制过热蒸汽汽温控制的任务是：维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内，并保 护过热器管壁温度不超过允许的工作温度。造成过热器出口蒸汽温度变化的主要 因素归
5、结起来有以下三种：蒸汽流量（即负荷）的变化；减温水量的变化；烟气 方面的热量变化。针对以上因素，可以采用两种方案：改变烟气热量控制过热气出口蒸汽温度 的方法，即采用烟气侧热量作为控制参数，是过热蒸汽温度自动控制的较好方法； 改变减温水的流量控制过热器出口蒸汽温度的方法，即采用过热器蒸汽温度串级 控制系统，主要是用来克服落在副环内的扰动，即过热器入口的蒸汽和减温水的 扰动，这些扰动能在中间变量反映出来，很快就被副环调节器抵消了。过热器蒸 汽温度串级控制系统方块图：f3 f2O说明：f:烟气流量和温度变化的扰动f 2 :入口蒸汽流量和温度的扰动f3 :减温水压力变化的扰动0 ：入口蒸汽温度00:出
6、口蒸汽温度0 :减温器出口温度2汽温自动调节中，具有导前微分信号的双冲量汽温自动调节系统的调节质量 已经能满足生产上的要求，得到了广泛的应用。如果因减温器至被调量测温点这 段区域的迟延和惯性较大，要求进一步减小动态偏差时，可以采用串级汽温自动 调节系统，该系统的调节器整定也具有较大的灵活性。如图所示串级汽温自动调节系统和双冲量汽温自动调节系统的区别是不用 微分器，而多用了一个副调节器，减温器后的导前温度信号0 2送到副调节器， 主汽温信号01送至主调节器。副调节器的给定信号由主调节器来校正，副调节 器直接控制电动执行器以操纵减温水调节阀。在串级汽温自动调节系统中，由减温器、变送器2、副调节器、
7、电动执行器 构成快速副回路，它能尽可能地消除减温水侧的扰动，对过热汽温起粗调作用， 副调节器一般采用比例或比例微分调节器；主调节器的作用是最后保持汽温为给 定值，对汽温起细调作用，一般采用比例积分或比例积分微分调节器。因为一般 对主汽温的调节质量有严格要求，对减温器后的汽温则无严格要求，允许有静差。当主汽温0 1或导前汽温0 2升高时，要求减温水调节阀开大，使调节的结果 0 1和0 2恢复到给定值，反之亦然。形成的负反馈闭环系统如图所示。主调节器 输入回路的“正一反”作用开关应置于“反”方向；副调节器输入回路的“正一链条炉工程FB-2000NS DCS控制系统控制方案 反”作用开关应置于“正”
8、方向。3 .燃烧控制系统锅炉燃烧系统自动控制的任务是：使燃料燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷 的需要，同时，还要保证经济燃烧和锅炉的安全运行。具体控制任务可概括为三 个方面：（1）、维持蒸汽母管蒸汽压力不变，这是燃烧过程自动控制的第一个任 务。若蒸汽压力变了，就表示锅炉的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量不相适 应，因此，必须改变燃料的供应量，以改变锅炉的燃烧发热量，从而改变锅炉的 蒸发量，恢复蒸汽母管压力为额定值。（2）、维持锅炉燃烧的最佳状态和经济性， 是锅炉燃烧过程自动控制的第二项任务。燃烧的经济性指标常用锅炉烟气中的含 氧量，或燃料量与送风量的比值来表示，恰当的保持其正确比值，能达到最小的
9、 热量损失和最大的燃料效率。（3）、维持炉膛负压在一定范围内，使引风量与送 风量相适应，是锅炉燃烧过程自动控制的第三项任务。通常要求炉膛负压保持在 2040Pa的范围内。此时，燃烧工况、锅炉房工作条件、炉子的维护及安全运行 都最有力。工业锅炉烧煤可根据锅炉炉膛出口烟气氧含量判断燃烧是否充分，再据此调 节风煤比，使鼓风量与送风量比例适中，保证燃烧充分，提高锅炉热效率，降低 煤耗。锅炉在额定负荷附近运行时，热效率较高；而低负荷运行，通常热效率要 低一些。因此，应随负荷的变化相应调整氧含量的设定值，并在线地优化风煤比。 若氧含量高，说明空气过量；氧含量低，说明空气不足。较准确的测量烟气氧含 量，常采
10、用氧化锆氧量计来测量。经过调校及堵塞漏风，该氧量计基本能反映氧 含量的变化。在工业锅炉常规控制中，燃烧系统的控制是根据蒸汽压力来调节炉排转速， 送风量则根据风煤比得到，并以烟道烟气氧含量的偏差作为补偿。风煤比的设定值可以调节，设定值的选取仅凭操作人员的个人经验，具有随 意性，不够科学，锅炉的热效率有待提高。在对工业锅炉蒸汽压力进行预测控制 的基础上，设计了下面的锅炉在线燃烧优化方案，以进一步提高锅炉的燃烧品质。燃烧优化以炉膛出口烟气氧含量作为评价燃烧质量的标志，目标是使烟气氧 含量的设定值合理，而氧含量的调节主要通过改变风煤比的设定值实现。实际观察锅炉燃烧，并参考氧含量的变化，发现在不同负荷下
11、，氧含量合理 的设定值是不一样的，强求不同负荷下氧含量一致不但难以实现，而且会恶化燃 烧。燃烧过程是一个相对复杂的过程，并不是风和煤的比例一致，燃烧状态也相 近。当负荷低的时候，送风量和送煤量都小，炉膛的温度低，燃烧不充分，烟道 烟气氧含量高；当负荷高的时候，送风量和送煤量都大，炉膛的温度高，燃烧充 分，烟道烟气氧含量低。所以考虑对烟道烟气氧含量采用变设定值，当负荷高的 时候，氧含量的设定值可以设得低些，使燃烧充分；当负荷低的时候，燃烧难以 很充分，把氧含量设定低了也达不到，反而使送风一味减少，恶化燃烧，所以氧 含量设定值只能定高些，使其能正常燃烧。因此，可针对不同的负荷区段采用不 同的氧含量
12、设定值。但这样阶跃式地改变设定值，不利于控制的稳定。考虑用简 单的线性关系，设氧含量设定值高限为Asvh，低限为Asvl，蒸汽流量高限为Fsh， 低限为Fsl，设定蒸汽流量在锅炉负荷上下限间变化时，氧含量设定值也在上下 限间线性变化，即：Fs-FslAsv = Asvh -(Asvh-Asvl)(1)Fsh-Fsl在一些比较极端的情况下，还需要考虑各种约束。因为影响锅炉燃烧状况的 因素很多，炉膛温度则是一个很好的参考量。煤的燃烧首先要吸收热量，将煤引 燃，而煤燃烧起来是放热过程，所以炉膛的温度对于煤的持续燃烧影响很大。炉 膛温度高的时候，燃烧状况好，克服干扰的能力强。实践表明，当炉膛温度稳定
13、时，汽包压力即使有波动，在控制作用下也会很快跟踪设定值，而炉膛温度不稳 时，汽包压力的调节就很受影响，所以引入炉膛温度作为判断燃烧状态的参量。炉膛温度低的时候，煤不易引燃，要加大风煤比，使煤充分燃烧，提高炉温， 才能加快炉排转速，但如果一味加大送风，大量温度较低的空气进入炉膛，反而 会使燃烧减弱，炉膛温度降低，同时烟气带走大量的热，降低了热效率；炉膛温 度高的时候，往往是送煤量和送风量都比较大的时候，因为实际上风煤比大于1， 所以当送煤量大的时候，鼓风会达到10 0%而饱和，所以要求风煤比要小一些。当氧含量高的时候，如果风煤比降得过低，煤不能充分燃烧，氧含量不但不能降 低，反而有可能升高，成为
14、恶性循环，所以要对风煤比加以下约束。考虑风煤比约束与炉膛温度相联系，炉膛温度高时，风煤比可以低一些，炉 膛温度低时，风煤比高一些，风煤比约束随炉膛温度动态设置。为简便起见，这 里也采用线性关系。风煤比可行区域见图1图1风煤比可行区域示意图解析式为：J Ku=Kh -I Ku =Kd =式中：邛-Tb(Kh - Kl)Tbh - Tbl(Kh - Kl)(2)Ku - KcKu风煤比约束上限；Kd风煤比约束下限；Kc风煤比约束区间宽度；Tb炉膛温度；Tbh炉膛温度上限；Tbl炉膛温度下限；Kh风煤比上限的上界；Kl风煤比上限的下界。对任意炉膛温度，风煤比取值区间宽度相等。为对应某一炉膛温度值时的
15、风 煤比约束。炉膛温度高，燃烧充分，易于引燃，炉排转速可以加快一些，炉膛温度低， 燃烧不充分，炉排转速如果过快，煤不能完全燃烧，会使炉膛温度更低，汽包压 力也降低，而这时由一般的控制会再加快炉排转速，造成恶性循环。这时应减慢 炉排转速，加大鼓风，即加大风煤比，所以在优化方案中也加入这一原则。锅炉主蒸汽温度的预测控制及在线燃烧优化的原理框图如图2所示。图2预测控制及在线燃烧优化原理图总之，这三项控制任务是相互关联的，可以通过控制燃料量、送风量、和引 风量来完成。即在负荷稳定时，使其各自保持不变，及时的补偿系统的内部扰动； 在负荷变化的外扰作用时，应使其成比例的改变，既要适应负荷的要求，又要使 三个被控量：蒸汽母管压力、炉膛负压、和燃烧的经济性指标保持在允许范围内。4 .除氧器控制系统除氧器控制系统由水位控制和压力控制两个回路组成。除氧器水位控制回路，在启动和低负荷时采用单冲量调节，正常负荷时采用 三冲量调节，通过调节除氧器水位调节阀和凝结水再循环阀来维持水位，保持凝 结水流量和给水流量的平衡。除氧器压力控制回路，单回路PID调节蒸汽流量维持除氧器压力。
