1、1世林化工热电厂热工自动化系统的应用与实践摘要：世林化工热电厂热工自动化系统于 2011 年 6 月 12 日开始施工，于 2012 年 10 月 2 日竣工并投入使用。自投运以来，运行稳定、工作可靠，为世林化工热电厂的安全经济运行提供了可靠的保证。 关键词：显示 调节 操作 自动化 1. 引言 随着现代自动化控制技术的发展和电厂生产的实际需求，电厂对安全生产、管理决策提出了更新更高的要求。电厂的生产及运行情况较为复杂，现代化的电厂既要保证机组安全、经济、可靠的运行，又要掌握电厂的生产状况，依靠科学信息指挥生产，决策管理，实现安全生产管理科学化和自动化。并且为了提高电厂的综合实力，改善生产人员
2、的劳动条件，走减员增效、高产高效的道路，提高劳动生产率和管理水平，世林化工热电厂采用了集监测显示、自动调节、操作控制等内容为一体的热工自动化系统。 2. 系统简介 世林化工热电厂热工自动化采用 DCS 系统，其有 5 个显著特点： （1）系统硬件原装进口；系统软件原装进口；循环流化床锅炉专家智能控制软件由北京和利时系统工程股份有限公司自行开发研制。 全面采用客户机/服务器体系结构，全面采用 Windows NT 操作系统；因此可以和全厂管理信息网方便地实现“无缝连接” ， 并且，控制2器具有 PC Based 功能，可以直接和管理信息网实现远程通信；可以自动发送 E-Mail，传送报警信息和实
3、时数据等。 系统软件是由北京和利时系统工程股份有限公司开发的；是建立在 Windows NT 平台基础上的 Smartpro 软件；由于 Windows NT 是当今世界上最开放的操作系统，因此 Smartpro 软件可以方便地和其他著名的计算机公司或 DCS 公司的软件互连。 DCS 系统软件全面支持网络互连所必须的软件。与 MIS 系统连接简便，提供全厂性一体化解决方案。预留了与 PLC 及下位智能仪表连接的接口。 采用 Windows NT 操作系统考虑了和今后采用现场总线（Field Bus）的设备或仪表的通讯接口问题。 （6）采用 RS485 与国电南自综合自动化系统进行通讯，完成热
4、控系统与电气系统的数据交换。 3 .系统的应用 正因为有了以上六个特点，使得该系统显示、调节、操作上具有了一定的可靠性。 3.1 显示 根据热电厂循环流化床锅炉的工艺要求和现场实际情况，考虑今后系统扩充及联网的需要，计算机监控系统分为三级：现场控制级、过程控制级、监控管理级。大量的现场信号被采集上来，集中到监测微机上，通过模拟流程图、数据表直观地显示出来。数据超过规定的上下限时，自动生成报警提示信息，提醒运行人员采取操作。 33.2 调节 由于循环流化床锅炉燃烧系统与常规煤粉炉相比，增加了分离器、返料装置，燃烧系统滞后大，各参数间耦合更为紧密，从控制角度看，属于大滞后的多变量耦合系统，简单的
5、PID 调节难以满足控制要求。而且，循环流化床锅炉属于低温燃烧，炉温要求参与控制，由于炉膛底部温度较高，顶部和底部的温差较大，温度分布型线不合理，增加了控制难度。目前，在循环流化床燃烧控制方面的研究尚不透彻，自动控制水平较低。 3.2.1 一次风控制系统 双交叉限制燃烧控制系统的优点是对剩余空气系数进行双向限幅，保证燃烧始终维持在最佳燃烧区，有利于节能。但是它的缺点是偏置过小使系统对负荷响应速度变慢。对于负荷变化频繁，且变化幅度大，又要求快速响应的燃烧系统，可以采用改进型双交叉限制燃烧控制系统。 3.2.2 主汽压力调节 由于是母管制系统，需考虑母管压力对主汽压力的影响，增加母管压力控制回路，
6、根据母管压力与给定值的偏差产生调节输出，作为主汽压力调节回路的给定值，保证主汽压力的控制品质。 3.2.3 一、二次风量调节 一、二次风调节在双交叉的基础上应引入给煤调节输出作前馈信号，以保证风煤的协调控制。床温的调节过程中，也必须充分考虑一次风的控制作用。 3.2.4 炉膛负压调节 4炉膛负压的调节通道动态特性较好，但扰动通道的飞升速度快，必须保证送、引风的协调控制，因而采用反映送风量前馈信号的前馈-反馈复合系统，根据炉膛负压变化调节引风当板，前馈信号取自送风调节的输出而不是送风量，因为相对于对象扰动通道动态特性的飞升时间来说，送风量信号对负荷变化的反应太慢。 3.2.5 床温调节 对循环流
7、化床锅炉来说，最重要的就是保证正常运行时床温在850950左右。但是正常情况下，床温受检测点位置影响比较大，反应滞后且无法反映床层不同层面的温度。根据我们研究的结果以及大量的工程经验，如将床温控制单独作为一个控制回路，将影响系统克服干扰的鲁棒性。所以将床温控制分散到给煤、一/二次风等控制回路中，只要将床温平稳地控制在一定范围内即可，无须控制为定值。改变一、二次风量配比对床温的影响需综合考虑两方面因素：风对燃烧的增强作用和风的冷却作用。 3.2.6 料层差压调节（排渣调节） 循环流化床锅炉的料层差压反映了由一、二次风调节的床内流化状态和料层高度的变化，工质流化状态的稳定与否将直接影响燃烧工况，所
8、以这里用排渣调节阀控制料层差压。 根据设定的循环流化床料层差压排渣值，系统在料层差压达到该值时通过开关量输出信号打开排渣阀进行断续排渣。 3.2.7 汽包水位调节 汽包水位是锅炉安全生产运行中的一个非常重要的工艺参数，历来5工艺上均要求汽包水位被控制在一个非常严格的工作范围内。由于引起汽包水位变化的因素较多，如锅炉负荷、燃烧工况、给水压力等，加上锅炉特有的虚假水位现象，简单的单回路控制难以满足对控制的要求，本方案汽包水位采用三冲量串级调节方式，即汽包水位作为主被控变量，给水流量和蒸汽流量的差值作为副被控变量构成串级调节控制系统，从而克服汽包虚假水位现象，维持汽水平衡，从而保证汽包液位一定。 3
9、.2.8 过热蒸汽温度调节 由于对象调节通道迟延和惯性较大，动态特性较差以及进入过热器的蒸汽热焓经常变化，因此引入减温器后的蒸汽温度，可反映所有引起过热器蒸汽热焓变化的扰动，可发挥中间点参数的超前作用。本调节回路采用串级调节系统，把锅炉蒸汽出口温度作为被调量送入主回路，同时将减温器后温度引入副回路，主回路的输出亦作为副回路的输入，控制蒸汽减温器进水阀门，使过热蒸汽温度达到控制要求。 3.3 操作 由于循环流化床机组的工艺决定了其控制较一般锅炉机组控制更复杂，因此本方案采用了大量复杂控制，方案中，对以上复杂控制回路的控制，同时考虑了重要控制环节的人员独立操作，通过微机实现对系统参数增减的操作，并
10、可由运行人员灵活地进行自动调节与人工操作间的相互切换。 4. 采用该系统后的优越性： 与采用常规仪表相比，其主要特点是： 显示数据准确，容量大。并且因为有流程图与数据的综合显示，6使显示效果更直观。 实现微机操作，增加了对系统操作的可靠性与准确性。 报警和故障记录的保存，以及重要参数的历史曲线，给事故的分析和预防提供了可靠的依据。 系统可实现自动调节，增强了循环流化床锅炉的运行稳定性。 节能与环保方面：双交叉燃烧控制系统使风、煤的配比更趋合理化，对炉膛内剩余空气系数的双向限幅，保证了燃烧始终在最佳燃区，节约了燃料，提高了燃料的燃烬率。从而在提高锅炉效率的同时，也减少了 SO2 和烟尘的排放量和排放浓度。 5 .经济效益分析： 节约人力方面：与采用常规仪表相比，可使锅炉、汽机、除氧每班节约各 1 人，共 3 人。按 4 班计算，可年减少支出： 1800 元/月、人12 月4 班3 人/班=25.92 万元 节约燃料方面：每年按发电 7500 万 kwh 计算，可年减少支出： 7200104kwh（0.467-0.420）10-3 kg/kwh260 元/吨=87.98万元 采用热工自动化系统总计可年减少支出： 25.92 万元+87.98 万元=113.9 万元
