1、75t/h 循环流化床锅炉 DCS 控制方案 循环流化床锅炉作为高效、低污染、燃料适应性广、负荷调节性能好的洁净燃煤技术，在全世界受到广泛重视，正在成为燃煤技术的主力军。典型的循环流化床锅炉可分为两个部分。第一部分由炉膛、气固分离设备、固体物料再循环设备等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道，布置有高、低温过热器、省煤器和空气预热器等。燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料主要在炉膛内流化并呈沸腾状燃烧。炉膛四周布有水冷管，用于吸收燃烧所产生的 部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离器中被收集并通过返料装置送回炉膛循环燃烧至烧尽。烟气经烟道过尾部
2、受热面进行热交换，最后通过除尘器由烟囱排入大气。流程图如下： 二、 75t/h 循环流化床锅炉的自动控制系统 循环流化床自动控制的任务是在保证锅炉的安全、稳定运行的前 提下，使煤燃烧所产生的热量尽可能快的适应负荷的要求，同时保证经济燃烧及环保要求。循环流化床锅炉与普通锅炉一样是一个非线性、分布参数、时变、大滞后、多变量紧密耦合的控制对象，但它有比其他普通锅炉具有更多的输入输出变量，主要输入变量有负荷、给水量、减温水、给煤量、一次风、二次风、引风量、飞灰返料量等。主要输出变量有汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度 、料床 温度 、料层差压、炉膛出口 温度 、炉膛负压、过剩空气（烟气含氧量）等。锅炉对
3、象简图如右图所示。 这些输入变量与输出变量之间互相关联，若改变任一输入变量时，所有的输出变量也都会发生不同程度的变化。我们的控制方案是按照工艺的相对独立性和耦合程度的强弱将整个循环流化床锅炉控制 系统划分为若干个控制系统。主要控制系统如下 : （ 1）汽水系统的控制。 汽水系统包括汽包水位的控制和过热蒸汽 温度 的控制两部分。汽包水位控制主要考虑汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在工艺允许的范围内。过热蒸汽 温度 的控制是为了维持过热器出口 温度 在允许的范围内。 （ 2）燃烧系统的控制。 燃料量调节的目的是使进入锅炉的燃料燃烧所产生的蒸汽量能与锅炉向外部负荷的供汽量相
4、适应。 当单元机组采用机跟炉负荷调节方式时（即锅炉调负荷、汽轮机调汽压），可以直接取电网的负荷要求作为锅炉的负荷要求信号；当单元机组采取炉跟机负荷调节方式时（即汽轮机调负荷、锅炉调汽压），由于锅炉出 口汽压是表征锅炉生产的蒸汽量与汽轮机耗汽量之间的平衡指标，所以可以取锅炉出口汽压作为锅炉的负荷要求信号；当单元机组采取机炉协调调节方式时，可以取来自负荷管理控制部分的信号作为锅炉的负荷要求信号。 不管机组采用什么运行方式其最终的控制目的是使煤燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要。 （ 3）送风系统的控制 燃料量变化时，也应相应地改变进入炉膛的空气量，以保证燃料的完全燃烧和排烟热损失最小。所以送风量调
5、节的目的是保证锅炉燃烧过程的经济性。燃烧过程的经济与否可以从过剩空气系数是否为最佳来衡量 。对于这个问题我们通常用测量烟气含氧量这一间接指标来判断燃烧的经济性，或直接以保持风与燃料比值的办法来保证燃烧的经济性。 （ 4）引风系统的控制 引风量调节的目的是使引风量与送风量相适应，并保持炉膛压力在要求的范围内。因为炉膛压力的高或低，关系着锅炉的安全、经济运行。负压过大，使大量冷风漏入炉膛而降低炉膛 温度 ，并且会增大引风机负荷和排烟热损失；反之，如果炉膛压力大于 大气压力，会使炉烟冒出，不仅影响环境卫生，甚至可能影响设备和人生安全。 三、 75t/h 循环流化床锅炉的自动控制系统的详细说明 1、汽
6、水系统的控制 汽水系统的控制是锅炉控制的重要部分，汽水系统包括汽包水位的控制和过热蒸汽 温度的控制两部分。 1 1 汽包水位的控制 汽包水位是锅炉运行的主要指标。汽包水位过高或过低的后果都极为严重，所以必须严格加以控制。 本方案中汽包水位的控制采用控制效果较好的三冲量基础上的串级控制系统，总体框图如图 1 所示。 图 1：汽包水位控制框图 1 2 主蒸汽 温度 的控制 主蒸汽 温度 的控制包括前、后减温器减温水的调节。这两个回路的调节方式基本相同，都是采用主蒸汽 温度 同减温水流量的串级调节方式，同时为了补偿主蒸汽 温度 的大滞后，又引入了炉膛出口 温度 作为前馈。其控制方案的总体框图如图 2
7、 所示。 图 2：主蒸汽 温度 控制框图 2、燃烧系统的控制 燃烧系统的控制目标是在安全燃烧（控制床温的稳定，避免结焦与熄火事故的发生）的前提下，基本维持主蒸汽压力的稳定，同时保证最经济的燃烧效率。自动控制系统的任务是通过调节给煤量、一次风量、二次风量、引风量和飞灰返料量，达到稳定主蒸汽压力、床温、炉膛出口 温度 、炉膛负压、含氧量和料层差压的目的，以保证量佳的流化状态。 由于燃烧控制是循环流化床锅炉控制中最为复杂的部分，参数之间的耦合也集中在这一部分，为了描述的方便，在此将燃烧控制大致分为以下几个部分： （ 1）给煤调节 （ 2）一次风、二次风调节 （ 3）引风调节 下面就分别从这几个方面加
8、以描述。 2 1 给煤调节系统 给煤调节系统的控制变量主要是负荷和床温，最终控制输出则通过对床温及其变化率判断而定，当床温快升，快降；高限，低限；慢升、慢降；高高限，低低限时 ，主要调节床温；当床温比较稳定且在正常范围内，此时主要调节负荷。负荷调节主要以稳定汽包压力为主，同时以负荷信号作为前馈，以使负荷快速反映其的变化。负荷信号可由主蒸汽流量同汽包压力共同决定。负荷调节框图如图 3 所示。 图 3：负荷调节框图 在调节床温时，不仅要控制床温的高低， 还要分析床温的变化率、炉膛出口 温度 的高低及变化率，判断床温是否回到正常范围或朝给定值方向靠近。当控制方式由负荷调节转向床温调节时，床温的偏差已
9、经较大，为了避免煤量的大幅度变化，床温的给定值通过一个函数发生器给出。为了使控制方案适应不同的床温及变化率，故针对不同的床温及变化率设置有不同的 PID 参数。床温调节的大致框图为 4 所示。 图 4：床温调节框图 给煤调节的最终结果以选择器的输出经上下限幅后去调节给煤机转速，以达到调节给煤量的目的。 2 2 一次风、二次风的调节 总风量由给煤量同风煤比确定，而总风量又可通过含氧量及床温来加以修正。含氧量修正总风量是对含氧量进行调节运算，然后输出一个修正值；当床温处于高高限且上升或处于低低限且下降状 态，而负荷又比较稳定，我们认为此时煤种发生了变化，可对风煤比加以修正，两个修正值共同对总风量加
10、以微调。其框图如图 5 所示。 图 5：总风量控制框图 总风量包括一次风、二次风、一次风从密相区的布风板进入，一次风量应满足密相区燃料燃烧的需要，同时还要不低于热态 运行时的最小流化风量，但又不能太高，以防吹翻，因此必须对一次风量进行限幅。为了维护炉膛内的工况，可通过料层差压调节一次风量。负荷发生变化时，会要求不同的料层差压的给定值， 此给定值可通过负荷经函数发生器给出。然而在生产过程中，料层 厚度 在不断增加，当增加到一定的 厚度 时必须进行下灰操作，此时会引起料层差压的较大变化，为防止波动，此时将一次风量在一定的时间内维持不变，稍后再进行自动调节，其控制框图如右图所示。 2 3 引风调节
11、引风调节通过控制炉膛负压恒定来实现，取炉膛两侧代表总压力信号，可取平均值或两点中的任一点经滤波去除高频波动成分后调节器的测量值， 同时取总风量信号作为前馈，以保证按负荷调节风煤量时同步调节引风量，减少调节过程中炉膛压力的波动。框图为右图所示。 3、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，应停一次风机、二次风机、引风机、给煤机。(2)一次风机、二次风机、引风机、给煤机的联锁保护。 启动顺序为：引风机一次风机二次风机给煤机。 停顺序为：给煤机二次风机一次风机引风机。 如果一次风机、二次风机、引风机、给煤机中的任何一台出现跳闸，均应联锁停止相应的电机。 六、 75t/h 循环流化床锅炉控制系统的分析 SunyTDC92000 集散控制系统是以浙江大学工业自动化国家工程研究中心、浙江大学工业自动化国 家重点实验室、浙江大学工业控制技术研究所数十年从事控制理论、控制工程的研究开发成果为基础，遵照可靠、稳定、开放、灵活、方便的原则，于 1992 年成功地设计开发成功，该系统有双 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，以便厂方保证更高的经济效益。
