1、引言

循環(huán)流化床鍋爐以其低消耗、高效率、適應(yīng)煤質(zhì)廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點為眾多熱電廠所采用。但要保證這些優(yōu)點除了應(yīng)具備一套好的循環(huán)流化床鍋爐和配套的輔機(jī)設(shè)備外，還必須配備性能優(yōu)良的集散控制系統(tǒng)。

目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐及輔機(jī)在性能上都已達(dá)到規(guī)定的要求，但所采用的控制系統(tǒng)卻參差不齊，甚至仍然有一部分采用常規(guī)儀表控制。常規(guī)儀表用來控制鏈條爐還能夠滿足要求，但要控制循環(huán)流化床鍋爐的運行就顯得有些“力不從心”了。這是由于以下原因引起的：1）循環(huán)流化床鍋爐的控制參數(shù)多，若采用常規(guī)儀表控制將造成控制儀表過多，易給操作人員造成混亂，不利于快捷操作控制；2）循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制原理復(fù)雜，若采用常規(guī)儀表控制將造成操作人員工作強(qiáng)度大、責(zé)任大，導(dǎo)致鍋爐的燃燒控制協(xié)調(diào)不易掌握，增加了出現(xiàn)故障的幾率，易導(dǎo)致因控制不好而結(jié)焦以致停爐，給電廠造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

國內(nèi)的DCS生產(chǎn)廠家為了適應(yīng)電廠控制的需要，在不斷地吸收和借鑒先進(jìn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，有效地提升了循環(huán)流化床的DCS控制理論，充分體現(xiàn)了DCS控制系統(tǒng)的可靠性、實時性和精確性等優(yōu)點。

2、工程設(shè)備概況

遼河油田熱電廠鍋爐改造工程選用濟(jì)南鍋爐廠成套生產(chǎn)的YG-240型240t/h中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐。該鍋爐為單汽包，自然循環(huán)蒸汽鍋爐，主要用于發(fā)電及家屬區(qū)生活供熱。

鍋爐的燃燒系統(tǒng)由爐膛、旋風(fēng)分離器和返料器組成。采用水冷布風(fēng)板，布風(fēng)板截面均勻布置風(fēng)帽，一次熱風(fēng)進(jìn)入水冷風(fēng)室后經(jīng)這些風(fēng)帽均勻進(jìn)入爐膛。燃煤經(jīng)設(shè)在爐前的4臺稱重式給煤機(jī)送入燃燒室。按照燃料燃燒的流向劃分，鍋爐的結(jié)構(gòu)可分為4個組成部分，即燃燒室、高溫旋風(fēng)分離器、返料密封裝置和尾部對流煙道。尾部對流煙道內(nèi)沿?zé)煔饬鞒桃来尾贾糜懈邷剡^熱器和2組低溫過熱器，高溫過熱器分為高溫冷段和熱段，中間設(shè)有噴水減溫器。下部依次布有省煤器和2 組空氣預(yù)熱器，分別用于加熱二次風(fēng)和一次風(fēng)。鍋爐配置’ 臺引風(fēng)機(jī)、1臺一次風(fēng)機(jī)、1臺二次風(fēng)機(jī)、1臺高壓風(fēng)機(jī)和1臺石灰石送風(fēng)機(jī)。鍋爐采用床下點火，在風(fēng)室后部布置有2只點火器，在床上布置有3只輔助點火油槍。

3、DCS系統(tǒng)配置

控制系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)及高度模塊化技術(shù)的分散型系統(tǒng)，由高速實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)接口站和分散處理單元三大部分組成，可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、過程控制、順序控制、高級控制、報警檢測、監(jiān)視、操作，同時可對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計、顯示打印等處理。

高速實時數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)在整個DCS控制系統(tǒng)中起著重要的作用，它連接著人機(jī)接口站和分散處理單元，完成各種控制信息在網(wǎng)絡(luò)上的傳送功能。該項目中的DCS控制系統(tǒng)配置如圖1所示。

圖1 DCS控制系統(tǒng)配置
整個DCS控制系統(tǒng)由1臺工程師站、2臺操作員站和7個控制柜組成，同時工程師站還擔(dān)負(fù)著向全廠信息中心傳送鍋爐運行數(shù)據(jù)的功能。7個控制柜分別為2個分散處理單元柜、3個信號端子柜、電源柜和網(wǎng)絡(luò)通信柜。分散處理單元柜中采用冗余CPU結(jié)構(gòu)，并通過網(wǎng)絡(luò)通信處理模塊連接各種智能型I/O模板，確保整個監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時性。

電源柜的供電電源為從UPS輸出的雙路穩(wěn)壓電源，經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換后以雙路冗余的模式向其他控制柜輸出5V,24V和48V工作電源。網(wǎng)絡(luò)通信柜中配置了冗余的交換機(jī)，確保實時數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)暢通無阻。

4、順序控制及聯(lián)鎖保護(hù)

鍋爐保護(hù)邏輯由爐膛吹掃邏輯、鍋爐跳閘保護(hù)邏輯及燃油泄露試驗三部分組成。

1）吹掃邏輯

循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動前應(yīng)進(jìn)行吹掃過程檢查，以確認(rèn)滿足安全啟動條件。爐膛吹掃完成信號既是復(fù)位主燃料跳閘信號MFT的條件，也是爐膛點火的必需條件。以下3種情況可以獲得爐膛吹掃完成的信號：

a）在鍋爐冷態(tài)點火時，滿足全部爐膛吹掃條件，即燃油速斷閥已關(guān)、所有分油閥已關(guān)、所有給煤機(jī)停止、石灰石給料機(jī)停止、床溫小于1000℃、送風(fēng)機(jī)運行且擋板未關(guān)、任一臺引風(fēng)機(jī)運行且入口擋板未關(guān)、一次風(fēng)機(jī)運行且入口擋板未關(guān)、高壓風(fēng)機(jī)已運行、爐膛壓力正常（－180～＋150Pa）、汽包水位正常（－150～＋150mm）、總風(fēng)量大于30％，這時按下爐膛吹掃按鈕，經(jīng)過5 min后便可獲得爐膛吹掃完成信號。

b）在鍋爐運行中發(fā)生MFT跳閘后，若爐床溫度在600～1000℃之間，且滿足全部冷態(tài)吹掃條件，則不需經(jīng)過300s的吹掃時間，可自動完成吹掃過程，獲得爐膛吹掃完成信號。因此鍋爐跳閘后恢復(fù)點火，運行人員應(yīng)檢查爐床溫度和吹掃條件，以確定是否進(jìn)行冷態(tài)吹掃，若爐床溫度大于600℃應(yīng)檢查吹掃條件是否滿足，滿足吹掃條件后屏幕上將自動出現(xiàn)“爐膛吹掃完成”信號指示，此時可依照程序點火。

c）在某些特殊情況下可以使用爐膛快速吹掃按鈕，使用此按鈕可以在不滿足前二種情況時快速獲得爐膛吹掃完成信號，但必須在沒有主燃料跳閘MFT條件的前提下才起作用。使用快速吹掃按鈕時運行人員必須保證爐膛在非吹掃情況下運行的安
全性，并且此種方法僅供處理突發(fā)情況時使用，正常運行時建議不使用此按鈕。

2）MFT邏輯

主燃料的跳閘保護(hù)條件即MFT是依據(jù)鍋爐正常燃燒運行時多種控制條件綜合得出的鍋爐保護(hù)措施，其目的是確保鍋爐的床溫足夠高，使進(jìn)入爐膛內(nèi)的燃料能夠持續(xù)、穩(wěn)定地燃燒。通常，在以下情況發(fā)生時，應(yīng)緊急停爐，實行強(qiáng)制性主燃料跳閘動作。觸發(fā)鍋爐產(chǎn)生MFT保護(hù)的條件如下：送風(fēng)機(jī)跳閘、所有引風(fēng)機(jī)跳閘、一次風(fēng)機(jī)跳閘、高壓送料風(fēng)機(jī)跳閘且高壓風(fēng)風(fēng)壓超低(壓力值小于7 kPa且持續(xù)10s以上)、爐床溫度超高（8個爐床溫度測點中任意5個超過1000℃，或8個爐床溫度測點中任何3個大于1050℃）、爐膛壓力超高（3取2，壓力值大于+200Pa且延時10s）、爐膛壓力超低（3取2，壓力值小于-254Pa且延時20s）、汽包水位超高（3取2，水位值高于+200且延時5s）、汽包水位超低（3取2，水位值低于-200mm且延時5s）、MFT手動按鈕（2 個按鈕同時按下）、水冷風(fēng)室壓力超低（壓力值小于4kPa且延時3s）、未點油槍且床溫小于600℃。

主燃料保護(hù)動作后，應(yīng)立即停止向爐膛內(nèi)部送煤，同時根據(jù)現(xiàn)場的情況決定是否關(guān)停風(fēng)機(jī)及關(guān)閉減溫水閥門。在不停風(fēng)機(jī)的情況下，應(yīng)慎重地控制進(jìn)入爐膛的風(fēng)量，而不應(yīng)該盲目地立即減小風(fēng)量。

3）順序控制及聯(lián)鎖

鍋爐輔機(jī)設(shè)備的順序控制及聯(lián)鎖的基本目的是將正常運行時由于鍋爐及輔機(jī)設(shè)備的工況原因?qū)υO(shè)備所產(chǎn)生的不良影響降至最低，以保障設(shè)備的長久使用。其主要功能是在裝置不滿足運行條件或正常運行中接近不穩(wěn)定、不安全的運行狀態(tài)時，依靠預(yù)先設(shè)定的保護(hù)動作來限制該裝置的瞬間動作方式，最終得以保證設(shè)備的安全。本臺循環(huán)流化床鍋爐的DCS控制系統(tǒng)設(shè)計了多套順控及聯(lián)鎖控制回路，包括引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、高壓風(fēng)機(jī)、石灰石風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)、循環(huán)水泵、冷渣器以及水系統(tǒng)的電動門和蒸汽系統(tǒng)的電動門及安全門。