熱電裝置工藝及控制解決方案.doc

1、熱電裝置工藝及控制解決方案一循環(huán)流化床工藝及控制前言循環(huán)流行化床鍋爐技術是近十幾年來迅速發(fā)展的一項高效低污染清潔燃燒枝術。國際上這項技術在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和廢棄物處理利用等領域已得到廣泛的商業(yè)應用,并向幾十萬千瓦級規(guī)模的大型循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展;國內在這方面的研究、開發(fā)和應用也逐漸興起，已有上百臺循環(huán)流化床鍋爐投入運行或正在制造之中。未來的幾年將是循環(huán)流化床飛速發(fā)展的一個重要時期。 其結構特點如下：循環(huán)流化床（CFB） 鍋爐由風室、密相區(qū)、稀相區(qū)（懸浮段）、爐膛、旋風分離器、返料裝置、尾部受熱面等組成。CFB的重要參數主要有：床溫、床壓、爐膛差壓、汽包水位、汽包壓力等。其主要原理為：爐膛底部是

2、大量的熾熱灰粒和煤?；旌衔铮紵杩諝鈦碜砸淮物L機，經爐膛底部的布風板均勻進入流化床，在流化床中氣流上升速度約25m/s，當流速達到一定值時，氣流將大部分粒子托起，成沸騰狀，粒子上下運動,摻混非常強烈,這種現象被稱為流化。煤粒由給煤機送入爐膛,剛進入爐膛的煤粒很快就與高溫床料混合，使煤粒迅速加熱，干燥著火燃燒。在流化床內平均停留十幾幾十分鐘后由放渣口排出爐膛?；祀s在煙氣中的粉粒在旋風分離器中被分離出來，通過返料風返回爐膛繼續(xù)燃燒.CFB幾乎可以燃燒一切種類的燃料并達到很高的燃燒效率。其中包括高灰分、高水分、低熱值、低灰熔點的劣質燃料，如泥煤、褐煤、油頁巖、煤渣、木屑、洗煤廠的煤泥、洗矸、煤礦

3、的煤矸石等,以及難于點燃和燃盡的低灰發(fā)份燃料,如貧煤、無煙煤、石油焦和焦碳等.它的這一優(yōu)點，對于充分利用當地的低質燃料，改善燃料消耗的平衡有重要意義.此外，在燃燒過程中直接向床內加入石灰石或白云石,可以脫去燃燒過程中生成的SO2,根據煤中含硫量的大小決定石灰石量，可達到90的脫硫效率，因此，流化床燃燒是一種經濟有效的低污染燃燒技術，是一種“清潔"的燃燒方式。1.熱電常見術語爐膛安全監(jiān)控系統 (Furnace Safeguard Supervisory System，簡稱FSSS）FSSS包括燃燒器控制系統及燃料安全系統,它是現代大型火力發(fā)電機組的鍋爐必須具備的一種監(jiān)控系統。它能在鍋爐

4、正常工作和啟停等各種運行方式下，連續(xù)地密切監(jiān)視燃燒系統的大量參數與狀態(tài)，不斷地進行邏輯判斷和運算,必要時發(fā)出運作指令，通過各種聯鎖裝置使燃燒設備中的有關部件（如給煤機、點火器、燃燒器等）嚴格按照既定的合理程序完成必要的操作,或對異常工況和未遂性事故做出快速反應和處理。防止爐膛的任何部位積聚燃料與空氣的混合物，防止鍋爐發(fā)生爆燃而損壞設備，以保證操作人員和鍋爐燃燒系統的安全, FSSS是監(jiān)控系統，是安全裝置，是安全聯鎖功能級別中的最高等級。 FSSS包括爐膛吹掃、主燃料跳閘（MFT）、天然氣跳閘、首出原因記憶、點火條件、點火能量判斷等.FSSS還有后備硬手操MFT按鈕.下面分別做個簡述。爐膛吹掃鍋

5、爐點火前，必須進行爐膛吹掃，這是鍋爐防爆規(guī)程中基本的防爆保護措施。爐膛吹掃的目的是將爐膛內的殘留可燃物質清除掉，以防止鍋爐點火時發(fā)生爆燃。主燃料跳閘（MFT)主燃料跳閘（MFT）是鍋爐安全保護的核心內容。是FSSS系統中最重要的安全功能。在出現任何危及鍋爐安全運行的危險工況時，MFT動作將快速切斷所有進入爐膛的燃料，即切斷所有天然氣、燃油和煤的輸入，以保證鍋爐安全，避免事故發(fā)生或限制事故進一步擴大。為了保證保護系統的可靠性，保護系統中所用信號都由壓力開關及可靠的變送器提供，重要信號多采用多個檢測信號進行判斷后引入保護。天然氣跳閘當觸發(fā)MFT,同時也要將天然氣切斷，以避免或限制事故進一步擴大。首

6、出原因記憶當MFT跳閘后，有首出跳閘原因顯示，以便進行事故分析;當MFT復位后，首出跳閘記憶清除。點火條件及點火能量判斷在允許點火之前需要滿足一定條件，比如：MFT復位、爐膛無火、汽包水位正常等，同時天然氣總管壓力必須滿足條件，以保證有足夠的點火能量。2.蒙大熱電鍋爐工藝蒙大熱電采用3臺160t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，1臺12MW汽輪發(fā)電機組以及1臺25MW余熱機組構成。其他主要的配套設備有:一次風機、二次風機、調速引風機、定速引風機、調速給水泵、定速給水泵、給煤系統、除渣系統、汽水系統、脫硫系統、天然氣點火系統、馳放氣點火系統等鍋爐總貌圖如下(以2#爐為例，下同):2.1鍋爐啟動前的準備

7、 鍋爐在整體啟動試運前，除需完成各系統主要設備分部調試外，還需完成：鍋爐沖洗，輔機聯鎖保護試驗,鍋爐烘爐,鍋爐冷態(tài)空氣動力場試驗，鍋爐點火試驗，化學煮爐，蒸汽吹管,鍋爐安全閥調試,鍋爐主保護試驗等主要工作.由于篇幅有限，在此只對比較重要的烘爐過程做個簡述。 3.1.1烘爐 烘爐是指新安裝好的鍋爐在投運之前爐墻襯里及絕熱層等進行烘干的過程。一般需要120150小時。新砌筑的鍋爐爐墻內含有一定的水份，如果不對爐墻進行緩慢干燥處理，而直接投入運行后，爐墻水份就會受熱蒸發(fā)使體積膨脹而產生一定壓力，致使爐墻發(fā)生裂縫、變形、損壞，嚴重時使爐墻脫落。烘爐主要分為三個階段: 床下啟動燃燒器的低溫烘爐 先以初始

8、溫度約100的小火開始燃燒；逐漸升溫,2小時后穩(wěn)定在160，恒溫6小時;以30/小時的速度升溫,穩(wěn)定于300,恒溫10小時，結束。 (2） 鍋爐整體低溫(100150）烘爐(旋風筒入口溫度） 爐內不填加任何床料，將汽包壓力升到4.15MPa，將旋風分離器的入口溫度控制在150左右;鍋爐整體低溫烘爐的同時,進行回料腿熱養(yǎng)生：利用木材進行烘爐，溫升速度控制30/h，溫升至350,恒溫，恒溫時間取決于鍋爐整體烘爐狀況。 本階段烘爐結束后，停爐，拆除旋風分離器入口的臨時隔墻。 (3） 鍋爐整體高溫（300）烘爐 填加床料500mm厚，溫升速度控制28/h,溫升至150,恒溫20小時.溫度變化率要小于2

9、8/h的控制將旋風分離器入口的溫度控制在約300左右,穩(wěn)定運行24小時. 在烘爐過程中,不論何種原因造成中斷烘爐，烘爐必須重新開始。2。2 鍋爐啟動運行 2.2。1 點火前的準備工作 2.2.1。1 點火前的檢查 鍋爐點火啟動必須是在烘煮爐、沖管、蒸汽嚴密性試驗及安全閥調整工作結束后,各臨時系統設備已拆除，正式系統已完全恢復并水壓試驗合格后進行. 2。2.1.2 鍋爐上水 鍋爐首次上水至比正常水位低50mm處，水應經化學處理使之含有正常的化學成分且PH值滿足鍋爐正常的操作要求。上水溫度不應超過70。 2.2。1。3 啟動風機 啟動風機的順序是：引風機-返料風機-一次風機-二次風機。 2.2.1

10、.4 裝填床料 在鍋爐啟動之前，如果爐膛是空的，可在投運風機的前提下，向爐膛內注入一定數量的床料，初始床料選用含碳量3的爐渣,粒度為05mm.由于運行風機，可使床料在布風板上均勻分布。 2.2.1。5 空氣清掃 調整一次風流量維持在30%（將一次風控制置于“手動”)。 2。2.1。6 天然氣點火系統上電 2.2.1。7 給煤系統上電及切換至遠程3.重要聯鎖邏輯 3.1 主燃料跳閘(MFT）MFT邏輯圖如下：MFT跳閘條件MFT動作1。所有引風機停止停全部給煤機關給煤機出口閥關閉所有天然氣進口閥打開天然氣放空閥送MFT指令至ETS、吹灰等系統2.所有返料風機停止3.總風量(一二次風量之和）小于2

11、54.汽包水位高高三取二5。汽包水位低低三取二6。床溫均值低于6507。床溫均值高于10508.爐膛壓力高高三取二9.爐膛壓力低低三取二10。燃燒室下部壓力高高四取三11。一次風機跳車12.全部燃料喪失13。DCS軟手動停爐14.輔操臺MFT按鈕觸發(fā)組態(tài)方式采用IACC圖形化組態(tài)，下圖是MFT邏輯組態(tài)的其中一張CSD圖：其中：每一路聯鎖信號都有獨立的旁路開關，信號的旁路集中在旁路邏輯塊中實現,比如：聯鎖信號連接至旁路邏輯塊的BI01、BI03、BI05、BI07、BI09，則對應的旁路開關分別是BI02、BI04、BI06、BI08、BI10。如圖所示：觸發(fā)MFT后，需要在所有聯鎖信號恢復正常

12、后，手動點擊MFT復位,將MFT信號消除，然后再次開車。 3。2 風機大聯鎖維持鍋爐運行的重要風機有：調速引風機、定速引風機、返料風機、一次風機、二次風機,鍋爐點火之前這些風機必須按照特定的順序啟動,同樣，若有風機跳車時，也會引起其它風機聯鎖停車。風機聯鎖圖如下：聯鎖條件聯鎖動作三臺返料風機全停引風機全跳閘引風機全停一次風機跳閘一次風機停二次風機跳閘給煤機全跳閘3.3 FSSS首出記憶MFT跳閘后，需要將首出原因記錄,以便進行事故分析.首出記憶邏輯示意圖如下：每個聯鎖信號對應一個RS觸發(fā)器,將MFT信號取非后與聯鎖信號做“與”，同時賦給“S”端，這樣當首出跳閘后，因為有“與”門的存在,將不會再

13、觸發(fā)其他聯鎖信號的輸出。這樣我們就可以讀出首出跳閘是來自哪個聯鎖信號。FSSS首出記憶組態(tài)CSD圖形如下：其中： 三個主邏輯塊用于接入每一路MFT聯鎖信號，每一路對應一個RS觸發(fā)器實現首出記憶,為了讀到其它邏輯塊的信息，又用了一個邏輯塊來采集所有邏輯塊的信息以實現三個主邏輯塊的互鎖。3.4 天然氣點火允許條件點火系統也是鍋爐的一個重要的輔助系統，蒙大熱電采用的是天然氣點火系統：此系統包含兩個燃燒器，分別通過各自的啟燃室通向鍋爐的左右風室.現場設置就地控制柜,DCS與就地控制柜通過硬線通訊來控制點火系統的速斷閥、點火槍、打火器等,點火過程通過順控程序控制。啟動點火程序之前必須滿足允許條件:點火允

14、許條件主要有：1.天然氣總管閥開到設定開度; 2。點火管快切閥關； 3.汽包水位正常； 4。爐膛無火； 5。MFT復位; 6.總管壓力正常.總管壓力必須無低報，這樣才能保證點火能量。另外，程序運行前還需判斷是否吹掃完成，吹掃完成信號來自吹掃程控柜。3.5 其他聯鎖其它重要聯鎖還有:除渣系統的聯鎖、給煤機啟動允許條件、汽包緊急放水閥聯鎖、生火排氣門聯鎖等：在此不一一贅述。蒙大熱電循環(huán)流化床工藝及控制(下）4。SAMA圖及模擬量控制系統MCS4。1 SAMA圖例說明SAMA圖例為美國科學儀器制造協會（scientific apparatus makers association）圖例，這套圖例易于

15、理解,能清楚地表示控制系統功能和原理，它廣泛應用于電廠熱控系統工程設計中.SAMA功能圖例形狀及含義主要有以下的種類：下圖是一個用SAMA圖繪制的帶前饋輸入的流量單回路PID調節(jié)系統: 流量變送器測得的差壓值，通過阻尼運算消去信號的干擾,然后進行開方運算,使其轉換成流量信號,送往調節(jié)器的入口。流量設定值由數值設定塊設定,它與實際流量的偏差值由調節(jié)器進行比例積分運算，然后加上前饋信號,作為調節(jié)運算輸出值。調節(jié)器處于手動狀態(tài)時，調節(jié)器的輸出由手動操作,當調節(jié)器處于自動狀態(tài)時，調節(jié)運算輸出值經過限副模塊，送往執(zhí)行機構。輸出信道上的函數模塊用于閥門的非線性校正，回饋信道上的函數模塊則是為了實現無擾切換

16、，其函數值為輸出信道上的函數模塊的反函數。4。2 蒙大熱電MCS 5.2。1 汽包水位控制(三沖量)鍋爐汽水系統流程圖如下:來自高加的脫鹽水通過主給水閥、流經集箱進入汽包,經鍋爐加熱轉化成蒸汽，蒸汽通過一、二級減溫減壓器將高參數蒸汽降為低參數的蒸汽，進入匯汽集箱,然后以大約160t/h流速、10MPa壓力進入主蒸汽管道輸送至汽機。汽包水位是鍋爐控制的一個重要參數，若液位過高則可能造成汽包壓力過高,若液位過低則會發(fā)生干燒的危險。汽包水位控制采用的是三沖量控制,三沖量指的是:汽包液位、主給水流量、主蒸汽流量。其控制思想主要是：1. 改變給水量,使之適應蒸汽流量，維持汽包水位；2. 汽包水位做為被調

17、量，與給水流量做串級控制。汽包水位為三重冗余，取平均值后做為測量值;3. 主蒸汽流量經過溫壓補償后，做為前饋信號，參與給水流量控制。汽包水位控制SAMA圖如下:原設計中當鍋爐低負荷時采用單沖量調節(jié)啟動主給水旁路閥，但因閥門線性度不佳，最終取消旁路閥的自動控制,采用手動控制.控制組態(tài)CSD圖形如下：汽包液位通過“SIGSEL”模塊三取均后輸出給主調節(jié)器LIC，與主給水流量控制器FIC構成串級，蒸汽流量通過溫壓補償后給FIC做為前饋計算輸入?；舅枷胧钱斄康乃畱摦a生等量的蒸汽,當兩者之間有偏差時,通過前饋補償實時對給水閥開度產生影響。其中主給水流量需要做溫度補償，主蒸汽流量需要做溫壓補償,補償公

18、式分別為： 4.2。2 一二級減溫控制蒸汽減溫控制SAMA圖如下： 從圖中可以看出，蒸汽一二級減溫控制主要是由減溫器出口溫度與減溫器流量做串級控制。當副調切手動時，主調輸出與副調輸入要做跟蹤；減溫器流量調節(jié)閥開度輸出與反饋之間做偏差報警. 4.2。3 爐膛負壓調節(jié)爐膛負壓通過調節(jié)引風機入口風門的開度來實現。參見脫硫系統流程圖： 從鍋爐排出來的煙氣通過引風機排至脫硫塔,進過脫硫之后通過煙囪放空. 爐膛負壓調節(jié)SAMA圖如下：此調節(jié)是將爐膛負壓取均值后輸出給PID調節(jié)器,調節(jié)器將開度信號分別輸出給兩個引風機的風門，此回路類似于分程控制?？刂平M態(tài)CSD圖形如下:為了實現兩個風門的無擾動切換，每一路風

19、門都對應一個“SWCH”模塊，模塊中設置平衡時間,當風門從手動切換到自動時，風門開度不會產生跳躍式變化,而是會根據平衡時間平滑過渡。其它的MCS還有一、二次風調節(jié)，料層差壓調節(jié)，主汽壓力調節(jié),以及各種手操器的調節(jié)等，在此也不一一贅述了。5 蒙大熱電SCSSCS(Sequential Control System）,順序控制系統，在電廠熱控設計中,用于實現對大型電機的控制,比如一二次風機、引風機、給水泵等的單機啟停、聯鎖啟停等。如圖是一次風機SCS的SAMA圖設計，原設計中用順控模塊來進行一次風機的開允許、聯鎖停等動作,但在IA系統中，我們可以用邏輯塊(CALCA)來代替順控設備.5。1 一次風

20、機SCS如圖是一次風機的控制回路組態(tài)圖，采用的是邏輯塊實現，BIXX分別表示風機的控制命令，采用長整形輸出LO01中的6位來指示風機的不同狀態(tài)。將MFT跳閘、風機大聯鎖跳閘、風機單體跳閘等觸發(fā)信號連接至聯鎖停車BI04，用于DCS停一次風機。一次風機允許條件及停車聯鎖圖如下：IACC組態(tài)CSD圖形如下：組態(tài)方法和前文提到的MFT組態(tài)原則一致，每一路聯鎖信號都帶旁路開關。允許啟動信號通過硬線輸出至一次風機MCC控制柜。二次風機、調速引風機、定速引風機和一次風機控制回路及聯鎖組態(tài)類似，在此不加贅述。5.2 調速給水泵SCS如圖是調速給水泵流程圖，來自除氧器的脫鹽水通過調速給水泵及定速給水泵先輸送給高加系統，通過高壓加熱至250左右輸送至鍋爐汽包.調速給水泵聯鎖圖如下：與一次風機一樣，調速給水泵的允許啟動條件通過硬線發(fā)送至MCC控制柜.聯鎖組態(tài)CSD圖如下： 同樣也是每一路聯鎖信號都帶旁路開關。定速給水泵與調速給水泵聯鎖與組態(tài)方式類似，不再加以贅述。6。其它重要控制 6。1 負荷調節(jié)鍋爐負荷的調節(jié)是通過改變給燃料速率和與之相應的風流量，手動或自動地調節(jié)風流量隨煤量的變化而變化。風煤的調整作到“少量多次”，以避免床溫的波動.鍋爐負荷的主要調節(jié)手段是調節(jié)床層高度，而床溫的控制也可作為負荷調節(jié)的輔助手段。升負荷時,燃煤量和風量加大，在床溫不變條件下提高床