35t链条炉控制方案.doc

35t/h链条炉控制方案

一、系统概述：

锅炉是全厂重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽，以满足负荷的需要。为此，锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风量。主要输出变量包括汽包水位、过热蒸汽温度及压力、烟气氧量和炉膛负压等。锅炉对象各主要变量之间的关系可由图1表示。这些输入变量与输出变量之间相互关联。如果蒸汽负荷发生变化，必将引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化。燃料量的变化不仅影响蒸汽压力和汽包水位，还会影响过热蒸汽温度和烟气氧量等。因此锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的复杂控制对象。锅炉控制系统的主要检测与控制点如下图中所示：

锅炉控制系统主要检测控制点
二、现场所使用的画面：

图2：现场使用的35t/h链条炉画面

三、35t/h链条炉的控制说明：

3、1锅炉汽包水位控制系统

锅炉汽包水位是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，尤其对现代锅炉而言，由于蒸发量显著提高，汽包容积相对减小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水，或者烧干。同时缺水也会因为水位过低而影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。由于现代锅炉对运行的安全性要求越来越高，允许的汽包蓄水量波动也越来越小，因此必须严格控制水位在规定范围之内。

图3：锅炉汽包水位控制系统框图
在蒸汽流量大幅度变化时，汽包水位会出现严重的假水位现象，单一的汽包给水流量
单回路控制已不能满足生产的要求。35t/h链条锅炉控制系统中，锅炉汽包水位控制系统设计为在给水流量反馈控制基础上引入蒸汽流量前馈冲量而构成的三冲量汽包水位控制系统，如图3所示。它包含给水流量控制回路和汽包水位控制回路两个控制回路，实质上是蒸汽流量前馈与液位-流量串级系统组成的复合控制系统。当蒸汽流量变化时，锅炉汽包水位控制系统中的给水流量控制回路可迅速改变进水量以完成粗调，然后再由汽包水位调节器完成水位的细调。由于该系统是由DCS控制实现的，蒸汽流量和进水量采用了相同因次的质量流量（吨/小时），根据物料平衡，系数Kff可设置在1左右。

3、2燃烧控制系统

锅炉燃烧过程自动控制系统的任务很多，包括使锅炉出口蒸汽压力稳定，保证燃烧过程的经济性以及维持炉膛压力稳定。因此，锅炉燃烧过程自动控制系统按照控制任务的不同可分为三个子控制系统，即蒸汽压力控制系统、烟气氧量控制系统和炉膛负压控制系统。35t/h链条锅炉计算机控制系统中的燃烧过程自动控制系统示意图如图4所示。

图4：燃烧控制系统框图
3、3汽包压力控制系统

蒸汽压力是锅炉生产的重要工艺参数，是衡量蒸汽供求关系是否平衡的重要指标。在运行过程中，蒸汽压力降低，说明蒸汽消耗量大于锅炉发汽量；反之，蒸汽压力升高，说明蒸汽消耗量小于锅炉发汽量。蒸汽压力过高或过低，对于金属导管和负荷设备都是不利的：压力太高，会加速金属的蠕变；压力太低，就不可能提供各负荷设备符合质量的蒸汽。因此严格控制蒸汽压力，是确保安全生产的需要，也是维持正常生产负荷的需要。

在35t/h链条锅炉控制系统的燃烧过程自动控制系统中，汽包压力控制系统采用平行控制方式，即系统对燃料调节回路和送风量调节回路这两个副回路进行同时控制。当锅炉蒸汽用户需求量改变，汽包压力随之变化时，汽包压力控制系统同时调节燃料回路和送风量回路，即调节炉排电机和送风挡板以改变燃料量和送风量，使燃烧过程产生的热量与汽包蒸发量相适应，从而将锅炉出口汽压控制在额定值。锅炉燃烧过程的燃料量和风量之间有一个适当的比值即所谓最佳风煤比，通常情况下锅炉燃烧过程的最佳风煤比因锅炉的不同燃烧情况而变化。
需要指出的是，为了实现燃料调节回路和送风量调节回路这两个副回路的动态匹配，实际控制系统中在送风量调节回路上添加了一个可调时间的动态环节D，以达到等同于燃料和空气的逻辑提降的目的，实现汽包压力变化时，燃料都能充分燃烧而不出现黑烟。

3、4烟气含氧量控制系统

提高锅炉效率和经济性的关键措施之一是使锅炉燃烧过程的燃料和风量维持适当的比例，使之尽可能地接近最佳风煤比，即使锅炉燃烧过程处于最佳燃烧状态。如果锅炉燃烧过程的燃料和风量比离开最佳风煤比太远，势必增加燃烧过程的热量损失，降低锅炉的经济技术指标，并造成对周围环境的污染。为实现最佳燃烧这一目标，控制系统必须将过剩风量控制在近于理想水平而又不使燃烧过程出现一氧化碳和黑烟，这就需要快速而精确的锅炉燃烧过程自动控制。
在如图4所示的35t/h链条锅炉控制系统的燃烧过程自动控制系统中，汽包压力控制系统控制燃料调节和送风量调节两个回路作为粗调，而以烟气含氧量控制系统作为校正调节。也就是说，当用户蒸汽需求量改变而使汽包压力变化时，首先是汽包压力控制系统调节炉排电机和送风挡板以改变燃料量和送风量，使燃烧过程产生的热量与汽包蒸发量相适应。这时，锅炉燃烧过程的风煤比并不就是最佳的风煤比，势必造成短时的燃烧不充分或者空气太多而使燃烧过程的热量损失较大。但是，这种风煤比离开最佳风煤比太远的情况很快就能反映到烟气含氧量上。由图4可以看到，对于烟气含氧量控制系统来说，当烟气含氧量离开给定值时，烟气含氧量控制系统将增加或减少控制输出以微调燃烧过程的送风量，使锅炉燃烧过程的风煤比接近最佳风煤比而接近最佳燃烧状态。因此也可以说，烟气含氧量控制系统是锅炉燃烧过程风煤比的反馈控制系统。

3、5炉膛负压控制系统

锅炉正常运行时，炉膛压力必须保持在规定的范围之内。在负压操作中，如果负压偏正，则锅炉炉膛局部地区容易喷火，不利于安全生产以及环境卫生；但是如果负压过大，漏风严重，会导致总风量增加，烟气热损失增大，这样会不利于经济燃烧。在如图4所示的35t链条锅炉控制系统的燃烧过程自动控制系统中，炉膛负压控制系统自成一个单回路控制系统。当进风量随锅炉负荷改变而改变时，由于炉膛负压的变化，负压控制系统将通过调节引风机入口档板，改变引风量使之与送风量相平衡，从而将炉膛负压控制在额定值上。

3、6过热蒸汽温度控制系统

过热蒸汽的温度是锅炉生产过程的重要参数，一般由锅炉和汽轮机生产的工艺确定。一方面，蒸汽温度过高会烧坏过热器水管，也会对负荷设备的安全运行带来不良影响，因为锅炉金属强度的安全系数设计比较小，超温严重会使汽机或其它负荷设备膨胀过大，使汽机的轴向推力增大而发生事故；但是，另一方面，过热蒸汽的温度过低将直接影响负荷
设备的正常运行。就汽机而言，蒸汽温度过低会严重影响它的效率，一般来说，汽轮机的进汽温度每降低5度，效率约降低1%。因此从安全生产和经济技术指标上看，必须控制过热蒸汽温度在允许范围之内。在35t/h链条锅炉控制系统中，过热蒸汽温度控制系统设计为如图5所示控制方式。

图5 过热蒸汽温度控制系统框图
在图5所示的锅炉过热器出口过热蒸汽温度控制系统中，调节手段是改变减温水流量。从结构上看，这是一个简单的单回路控制系统但是实际系统存在以下问题：锅炉的进水系统中实际有三台调节阀，即锅炉总给水阀(V1)、减温水阀(V2)和汽包给水支阀(V3)，如图6所示。因为这三个阀都控制给水量，将会通过图中进水交点处压力P的变化而产生关联作用，所以实际生产过程中可能会出现这样的问题：在汽包水位控制系统要求V1关小时P会下降，这时V2即使全开也可能满足不了减温系统的要求，在这种情况下必须要操作工遥控，将V3关小一点。(V3关小后，对同样要求的水流量，V1会自动开大一点。V3的关小，V1的开大均会使P有所提高)。

图6 锅炉进水系统三台调节阀示意图
一般减温水阀V2总是如图5所示的方式来调节过热蒸汽温度，在以往的传统控制方案中，锅炉总给水阀V1是用来调节锅炉汽包给水量的，汽包给水支阀V3遥控。这种控制方式据说已应用多年且是可行的，但不能做到整个系统的全自动（因汽包给水支阀V2有时需作人工遥控）。35t/h链条锅炉控制系统则较好地解决了这个问题。
根据实际情况和厂方的要求，在35t/h链条锅炉控制系统的锅炉进水控制系统采用双向调节技术，即：锅炉总给水阀V1由锅炉汽包的三冲量水位控制系统根据汽包水位的要求进行控制，而锅炉过热器出口过热蒸汽温度控制系统同时对减温水阀V2和汽包给水支阀V3进行控制。在这种情况下，由于过热蒸汽温度控制系统的控制作用，减温水阀V2和汽包给水支阀V3受控而变化的方向是相反的，即减温水阀V2开大或减小，汽包给水支阀V3同时相反地减小或开大。这样，计算机就通过模拟操作工的操作而实现整个系统的全自动控制了。

图7：汽水系统流程画面

3、7除氧器控制系统

除氧器控制系统包括除氧器压力和液位两个控制子系统。在35t/h链条锅炉控制系统中，除氧器压力控制系统和除氧器液位控制系统都设计为单回路控制方式。在满足锅炉生产的实际要求的前提下，单回路控制方式具有结构简单、容易整定和实现等优点。除氧器流程画面如图7所示。

图7 除氧器流程画面

对于除氧器压力系统而言，当除氧器压力发生变化时，压力控制系统调节除氧器的进汽阀，改变除氧器的进汽量，从而将除氧器的压力控制在目标值上。对于除氧器液位系统，当除氧器液位发生变化时，液位控制系统调节除氧器的进水阀，改变除氧器的进水量，从而将除氧器的液位控制在目标值上。

3、8锅炉安全联锁保护

锅炉安全联锁保护主要考虑两个因素：
(1)汽包水位的安全保护
锅炉汽包水位低于极限值时极易导致干锅，应停鼓风机、引风机、炉排。
(2)鼓风机、引风机、炉排的联锁保护。
启动顺序为：引风机→鼓风机→炉排。
停顺序为：炉排→鼓风机→引风机。
如果鼓风机、引风机、炉排中的任何一台出现跳闸，均应联锁停止相应的电机。

3、9算法组态

控制及算法组态即功能块图表（FBD）如下图，编制完成后，先编译仿真，然后下装到控制模板，即可实时运行，达到控制锅炉控制的目的。

四、35t/h 链条锅炉控制系统的分析
SunyTDC92000集散控制系统是浙江浙大中自集成控制股份有限公司凭借自己的力量而自行设计的一套全数字DCS，有双CPU处理技术、智能化I/O技术、冗余技术、通信技术、实时数据库技术方面均达到国际先进水平。主要能完成完成厂级的管理功能，包括制作报表、打印和统计用汽量、煤耗量,并分析能耗比，有利于厂方提高经济效益。