DCS在生物質(zhì)發(fā)電廠自動(dòng)控制的應(yīng)用

本文格式為Word版，下載可任意編輯——DCS在生物質(zhì)發(fā)電廠自動(dòng)控制的應(yīng)用介紹生物質(zhì)發(fā)電廠DCS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置方案，分析生物質(zhì)發(fā)電廠自動(dòng)控制方案，針對(duì)生物質(zhì)發(fā)電廠控制難點(diǎn)提出了解決方案。

生物質(zhì)；DCS；自動(dòng)控制

ThispaperintroducesthestructureofDCScontrolsysteminbiomasspowerplant，analyzesthestrategyofautomaticcontrolofbiomasspowerplant，andputsforwardthesolutiontothedifficultyofcontrollingthebiomasspowerplant.

Biomasspowerplan；DCS；Automaticcontrol

0引言

我國(guó)是一個(gè)典型的農(nóng)業(yè)大國(guó)，各類(lèi)農(nóng)作物每年產(chǎn)生秸稈、玉米芯、花生殼、稻殼、和棉籽殼資源十分豐富，另外還有我國(guó)現(xiàn)有森林面積相對(duì)比較大，林業(yè)產(chǎn)生的樹(shù)皮及廢料資源也相對(duì)豐富，這些能夠作為燃燒能源利用的約5億噸，相當(dāng)于2.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。生物質(zhì)發(fā)電正是以農(nóng)業(yè)和林業(yè)等廢棄物為燃料，采取直接燃燒發(fā)電，生物質(zhì)能源代替不可再生石化能源，是有效方法之一。

然而生物質(zhì)燃料的發(fā)熱量隨著其濕度的變化而變化，以及生物質(zhì)燃料的成分各不一致，燃燒時(shí)極其不穩(wěn)定，所以依照常規(guī)慣例計(jì)算出應(yīng)當(dāng)投入的燃料量的方法是行不通的，所以設(shè)計(jì)了鍋爐負(fù)荷控制是基于運(yùn)行模式汽輪機(jī)跟隨控制方案，當(dāng)外部負(fù)荷改變時(shí)，首先由鍋爐主控發(fā)出控制動(dòng)作，待機(jī)前主氣壓改變后，再由汽輪機(jī)主控發(fā)出控制動(dòng)作，但一定要提前預(yù)判到由于燃料的隨機(jī)變化引起的負(fù)荷波動(dòng)，因而生物質(zhì)發(fā)電廠對(duì)自動(dòng)化控制方案提出了其他要求。

1LN2000DCS在生物質(zhì)發(fā)電廠應(yīng)用中的配置

LN2000的冗余現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)特別適用于地理位置分散的環(huán)境。通過(guò)雙絞線或光纖，可將智能I/O模塊任意擴(kuò)展到幾公里范圍內(nèi)的任意地方，而其控制站則可集中布置。這些正適合生物質(zhì)電廠的需求。LN2000DCS近年來(lái)已經(jīng)在龍江、臨沂、南宮、邳州等十余臺(tái)生物質(zhì)發(fā)電廠中投入運(yùn)行，效果良好。LN2000在生物質(zhì)電廠的尋常配置如圖1所示。

它由三部分構(gòu)成：

（1）主控室及電子間：布置鍋爐、汽機(jī)和發(fā)電機(jī)以及相關(guān)輔助系統(tǒng)的控制柜的控制，可對(duì)整個(gè)電廠的所有設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)控。

（2）遠(yuǎn)程I/O電子間1：布置秸稈的處理、儲(chǔ)存和輸送設(shè)備的控制柜。

（3）遠(yuǎn)程I/O電子間2：布置灰渣處理設(shè)備的控制柜。

三部分通過(guò)雙絞線和光纖，有機(jī)的結(jié)合在一起，在遠(yuǎn)程電子間內(nèi)，可設(shè)置緊急操作臺(tái)，對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行緊急操作。電廠所有設(shè)備的操作和監(jiān)視，都可在主控制室內(nèi)完成。這種結(jié)構(gòu)，不僅能夠減少電纜附設(shè)，降低工程費(fèi)用，而且能夠減人增效，并且維護(hù)便利。所以有山東魯能控制生產(chǎn)的LN2000分散控制系統(tǒng)很好的滿(mǎn)足了生物質(zhì)電廠的控制要求。

2生物質(zhì)能發(fā)電綜合自動(dòng)化控制策略分析研究

根據(jù)近年來(lái)對(duì)龍江、臨沂、南宮、邳州等生物電廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)和熱控系統(tǒng)的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，對(duì)生物質(zhì)鍋爐部分的主要控制系統(tǒng)提出了以下設(shè)計(jì)方案。

2.1給料控制

給料線一般設(shè)計(jì)由#1、#2、#3、#4給料線給料機(jī)，共有四條給料線組成，每條給料線的負(fù)荷設(shè)定值有鍋爐負(fù)荷控制器的指令轉(zhuǎn)化計(jì)算得出，實(shí)際是控制每臺(tái)播料機(jī)轉(zhuǎn)速，一般狀況下每條給料線負(fù)荷信號(hào)依照1：1。假使有給料線切手動(dòng)后，為了彌補(bǔ)各條給料線的差值，全部給料線通過(guò)負(fù)荷反饋進(jìn)行調(diào)整計(jì)算出新的負(fù)荷設(shè)定值。

爐排運(yùn)行方式是周期性，整個(gè)周期包括由負(fù)荷決定的暫停時(shí)間和振動(dòng)時(shí)間。當(dāng)主燃料穩(wěn)定燃燒時(shí)，由運(yùn)行人員啟動(dòng)振動(dòng)周期。當(dāng)振動(dòng)周期啟動(dòng)后，再啟動(dòng)灰渣系統(tǒng)。假使發(fā)生鍋爐主燃料跳閘，將自動(dòng)中止?fàn)t排振動(dòng)周期。當(dāng)濕式撈渣機(jī)停運(yùn)超過(guò)半小時(shí)后，停運(yùn)振動(dòng)周期并發(fā)出報(bào)警。

在爐排振動(dòng)時(shí)，攪動(dòng)爐排上的燃料，爐膛內(nèi)燃燒加劇，鍋爐負(fù)荷隨即大幅提升。隨之導(dǎo)致過(guò)燃風(fēng)量不足，導(dǎo)致燃燒不充分而增加了一氧化碳的排放量和鍋爐負(fù)荷。所以要在振動(dòng)前適當(dāng)減少一次風(fēng)量以及增加上二次風(fēng)量。總體保持爐膛內(nèi)總風(fēng)量不變，只是臨時(shí)地改變一二次風(fēng)量的分派比例。隨后漸漸地消除風(fēng)量分派的變化，最終達(dá)到在振動(dòng)周期三分之二的暫停時(shí)間后，風(fēng)量分派返回到原來(lái)的正常值。振動(dòng)周期的目的就是控制振動(dòng)和使風(fēng)量分派的變化和爐排的實(shí)際運(yùn)動(dòng)步調(diào)一致，達(dá)到燃燒的穩(wěn)定性。

2.2LBA裝置負(fù)荷控制

鍋爐負(fù)荷控制的運(yùn)行模式是“蒸汽鍋爐控制（汽輪機(jī)跟隨）〞。汽輪機(jī)跟隨是當(dāng)負(fù)荷指令改變時(shí)，鍋爐主控制器先發(fā)出改變?nèi)紵实闹噶?。待燃燒率的變化引起了蒸發(fā)量、蓄熱量及汽壓相繼變化后，汽輪機(jī)主控制器發(fā)出改變調(diào)門(mén)開(kāi)度的指令，從而改變進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量，使機(jī)組輸出電功率相應(yīng)改變。最終，輸出電功率與負(fù)荷指令趨于一致；汽壓也恢復(fù)到給定值。汽輪機(jī)跟隨方式是由鍋爐調(diào)理機(jī)組輸出電功率、汽輪機(jī)調(diào)理汽壓的。當(dāng)負(fù)荷改變時(shí)，先由鍋爐側(cè)發(fā)出控制動(dòng)作，待機(jī)前主氣壓改變后，再由汽輪機(jī)側(cè)發(fā)出控制動(dòng)作，故稱(chēng)汽輪機(jī)跟隨負(fù)荷控制方式。

根據(jù)播料機(jī)的實(shí)際運(yùn)行臺(tái)數(shù)和鍋爐汽包的實(shí)際壓力計(jì)算出最大允許負(fù)荷的設(shè)定值。操作人員手動(dòng)設(shè)置鍋爐負(fù)荷的設(shè)定值，在最大的允許變化速率值內(nèi)逐漸增加鍋爐負(fù)荷。其它控制器中最大值都依據(jù)鍋爐負(fù)荷的設(shè)定值。最重要的值如下：

●總風(fēng)量與需要的過(guò)量風(fēng)的比值；

●主要燃料的需要量；

●一二次風(fēng)分派的設(shè)定值。

2.3爐膛的壓力控制

引風(fēng)控制為單回路控制系統(tǒng)，有三個(gè)爐膛壓力信號(hào)測(cè)點(diǎn)，取中間值。爐膛壓力設(shè)定值由運(yùn)行人員在操作畫(huà)面上手動(dòng)設(shè)置。

根據(jù)鍋爐爐膛負(fù)壓的設(shè)定值與爐膛負(fù)落實(shí)際壓力的偏差的調(diào)理輸出加上送風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度的前饋信號(hào)控制引風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉的開(kāi)度。當(dāng)爐膛壓力偏差超限時(shí)對(duì)引風(fēng)機(jī)的指令輸出設(shè)置了方向閉鎖，當(dāng)爐膛壓力過(guò)高時(shí)，引風(fēng)機(jī)擋板指令閉鎖減；當(dāng)爐膛壓力過(guò)低時(shí)，引風(fēng)機(jī)擋板指令閉鎖增。

假使送風(fēng)機(jī)停運(yùn)時(shí)，為了減少空氣漏入爐膛燃燒區(qū)中，爐膛壓力的設(shè)定值自動(dòng)設(shè)置為最小負(fù)壓值。在發(fā)生鍋爐主燃料跳閘時(shí)，有助于縮短中止?fàn)t排燃燒的時(shí)間，保證鍋爐安全。

2.4送風(fēng)控制

送風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有氧量校正和風(fēng)量控制。系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷確定氧量定值，（運(yùn)行人員可通過(guò)調(diào)理偏置進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)）產(chǎn)生輸出指令對(duì)風(fēng)量指令進(jìn)行校正；風(fēng)量控制系統(tǒng)由接負(fù)荷指令確定的風(fēng)量指令，通過(guò)改變送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉，調(diào)理爐膛的進(jìn)風(fēng)量，使風(fēng)/燃料配比維持適合量。再有由低、中、高側(cè)爐排風(fēng)電動(dòng)調(diào)理?yè)醢鍋?lái)控制爐排風(fēng)量。

燃燒空氣壓力控制其設(shè)定值依據(jù)鍋爐負(fù)荷計(jì)算出合理的數(shù)值，由調(diào)理下部噴嘴的兩個(gè)擋板，調(diào)理爐膛前、后墻的下部噴嘴的二次風(fēng)擋板，控制燃燒空氣壓力。

上二次風(fēng)的壓力控制是由調(diào)節(jié)上部噴嘴的上燃風(fēng)入口電動(dòng)調(diào)理?yè)醢?，將剩余的燃燒風(fēng)引到前、后墻的上部噴嘴中，保證上燃風(fēng)流量滿(mǎn)足爐膛燃燒。

假使發(fā)生鍋爐總?cè)剂咸l，燃燒空氣系統(tǒng)中二次風(fēng)的擋板全部開(kāi)啟，保持爐膛通風(fēng)，盡快吹走爐膛內(nèi)可燃?xì)怏w及防止回火進(jìn)入給料系統(tǒng)，避免爐膛爆燃的發(fā)生。

2.5過(guò)熱器的溫度控制

主蒸汽溫度控制系統(tǒng)與常規(guī)的火力發(fā)電廠不同，是由三級(jí)噴水減溫器及四級(jí)過(guò)熱器組成。三個(gè)過(guò)熱器的溫度控制設(shè)計(jì)為典型的雙回路控制器。反作用延時(shí)后中止，與過(guò)熱器實(shí)際過(guò)程響應(yīng)相類(lèi)似，所以通過(guò)回路的積分器和微分回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

一級(jí)減溫控制器取#2過(guò)熱器出口溫度為調(diào)理量，設(shè)定值取二級(jí)減溫出口導(dǎo)前溫度。二級(jí)減溫控制器取#3過(guò)熱器出口溫度為調(diào)理量，設(shè)定值取三級(jí)減溫出口導(dǎo)前溫度。三級(jí)減溫控制器取最終的主蒸汽溫度調(diào)理量，設(shè)定值由運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)置。如此以來(lái)整個(gè)系統(tǒng)融合為一體，共同為最終控制主蒸汽溫度在合理的范圍內(nèi)服務(wù)，減小了延遲慣性，加強(qiáng)了溫度的穩(wěn)定性，提高了控制的效率，保證了主蒸汽的品質(zhì)。

2.6鍋爐給水控制

電泵給水控制系統(tǒng)是在主給水電動(dòng)門(mén)全開(kāi)的狀況下，由電泵轉(zhuǎn)速調(diào)理汽包水位，#1、#2電泵互為備用。根據(jù)負(fù)荷的變化，電泵控制有單/三沖量?jī)煞N控制方式，當(dāng)負(fù)荷大于30%時(shí)為三沖量，負(fù)荷小于30%為單沖量控制，單沖量控制只引入汽包水位作為被控對(duì)象，三沖量控制在單沖量控制的基礎(chǔ)上，引入給水流量和主蒸汽流量作為被控量，參與汽包水位控制。兩種控制方式的切換由程序判斷自動(dòng)切換，無(wú)需人為干預(yù)。

汽包水位測(cè)量采用汽包壓力進(jìn)行全量程補(bǔ)償，計(jì)算后的水位經(jīng)三取中作為控制和顯示用，每個(gè)補(bǔ)償后的汽包水位進(jìn)行報(bào)警判斷，分別送給FSSS、