焦平義+陳少波

【摘 要】介紹生物質(zhì)發(fā)電廠(chǎng)DCS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置方案，分析生物質(zhì)發(fā)電廠(chǎng)自動(dòng)控制方案，針對(duì)生物質(zhì)發(fā)電廠(chǎng)控制難點(diǎn)提出了解決方案。

【關(guān)鍵詞】生物質(zhì)；DCS；自動(dòng)控制

【Abstract】This paper introduces the structure of DCS control system in biomass power plant， analyzes the strategy of automatic control of biomass power plant， and puts forward the solution to the difficulty of controlling the biomass power plant.

【Key words】Biomass power plan； DCS； Automatic control

0 引言

我國(guó)是一個(gè)典型的農(nóng)業(yè)大國(guó)，各類(lèi)農(nóng)作物每年產(chǎn)生秸稈、玉米芯、花生殼、稻殼、和棉籽殼資源非常豐富，另外還有我國(guó)現(xiàn)有森林面積相對(duì)比較大，林業(yè)產(chǎn)生的樹(shù)皮及廢料資源也相對(duì)豐富，這些能夠作為燃燒能源利用的約5億噸，相當(dāng)于2.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。生物質(zhì)發(fā)電正是以農(nóng)業(yè)和林業(yè)等廢棄物為燃料，采取直接燃燒發(fā)電，生物質(zhì)能源代替不可再生石化能源，是有效方法之一。

然而生物質(zhì)燃料的發(fā)熱量隨著其濕度的變化而變化，以及生物質(zhì)燃料的成分各不相同，燃燒時(shí)極其不穩(wěn)定，所以按照常規(guī)慣例計(jì)算出應(yīng)該投入的燃料量的方法是行不通的，所以設(shè)計(jì)了鍋爐負(fù)荷控制是基于運(yùn)行模式汽輪機(jī)跟隨控制方案，當(dāng)外部負(fù)荷改變時(shí)，首先由鍋爐主控發(fā)出控制動(dòng)作，待機(jī)前主氣壓改變后，再由汽輪機(jī)主控發(fā)出控制動(dòng)作，但一定要提前預(yù)判到由于燃料的隨機(jī)變化引起的負(fù)荷波動(dòng)，因而生物質(zhì)發(fā)電廠(chǎng)對(duì)自動(dòng)化控制方案提出了其他要求。

1 LN2000DCS在生物質(zhì)發(fā)電廠(chǎng)應(yīng)用中的配置

LN2000的冗余現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)特別適用于地理位置分散的環(huán)境。通過(guò)雙絞線(xiàn)或光纖，可將智能I/O模塊任意擴(kuò)展到幾公里范圍內(nèi)的任意地方，而其控制站則可集中布置。這些正適合生物質(zhì)電廠(chǎng)的需求。LN2000 DCS近年來(lái)已經(jīng)在龍江、臨沂、南宮、邳州等十余臺(tái)生物質(zhì)發(fā)電廠(chǎng)中投入運(yùn)行，效果良好。LN2000在生物質(zhì)電廠(chǎng)的通常配置如圖1所示。

它由三部分構(gòu)成：

（1）主控室及電子間：布置鍋爐、汽機(jī)和發(fā)電機(jī)以及相關(guān)輔助系統(tǒng)的控制柜的控制，可對(duì)整個(gè)電廠(chǎng)的所有設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)控。

（2）遠(yuǎn)程I/O電子間1：布置秸稈的處理、儲(chǔ)存和輸送設(shè)備的控制柜。

（3）遠(yuǎn)程I/O電子間2：布置灰渣處理設(shè)備的控制柜。

三部分通過(guò)雙絞線(xiàn)和光纖，有機(jī)的結(jié)合在一起，在遠(yuǎn)程電子間內(nèi)，可設(shè)置緊急操作臺(tái)，對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行緊急操作。電廠(chǎng)所有設(shè)備的操作和監(jiān)視，都可在主控制室內(nèi)完成。這種結(jié)構(gòu)，不僅能夠減少電纜附設(shè)，降低工程費(fèi)用，而且能夠減人增效，并且維護(hù)方便。所以有山東魯能控制生產(chǎn)的LN2000分散控制系統(tǒng)很好的滿(mǎn)足了生物質(zhì)電廠(chǎng)的控制要求。

2 生物質(zhì)能發(fā)電綜合自動(dòng)化控制策略分析研究

根據(jù)近年來(lái)對(duì)龍江、臨沂、南宮、邳州等生物電廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)和熱控系統(tǒng)的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，對(duì)生物質(zhì)鍋爐部分的主要控制系統(tǒng)提出了以下設(shè)計(jì)方案。

2.1 給料控制

給料線(xiàn)一般設(shè)計(jì)由#1、#2、#3、#4 給料線(xiàn)給料機(jī)，共有四條給料線(xiàn)組成，每條給料線(xiàn)的負(fù)荷設(shè)定值有鍋爐負(fù)荷控制器的指令轉(zhuǎn)化計(jì)算得出，實(shí)際是控制每臺(tái)播料機(jī)轉(zhuǎn)速，一般情況下每條給料線(xiàn)負(fù)荷信號(hào)按照1：1。如果有給料線(xiàn)切手動(dòng)后，為了彌補(bǔ)各條給料線(xiàn)的差值，全部給料線(xiàn)通過(guò)負(fù)荷反饋進(jìn)行調(diào)整計(jì)算出新的負(fù)荷設(shè)定值。

爐排運(yùn)行方式是周期性，整個(gè)周期包括由負(fù)荷決定的暫停時(shí)間和振動(dòng)時(shí)間。當(dāng)主燃料穩(wěn)定燃燒時(shí)，由運(yùn)行人員啟動(dòng)振動(dòng)周期。當(dāng)振動(dòng)周期啟動(dòng)后，再啟動(dòng)灰渣系統(tǒng)。如果發(fā)生鍋爐主燃料跳閘，將自動(dòng)停止?fàn)t排振動(dòng)周期。當(dāng)濕式撈渣機(jī)停運(yùn)超過(guò)半小時(shí)后，停運(yùn)振動(dòng)周期并發(fā)出報(bào)警。

在爐排振動(dòng)時(shí)，攪動(dòng)爐排上的燃料，爐膛內(nèi)燃燒加劇，鍋爐負(fù)荷隨即大幅提升。隨之導(dǎo)致過(guò)燃風(fēng)量不足，導(dǎo)致燃燒不充分而增加了一氧化碳的排放量和鍋爐負(fù)荷。所以要在振動(dòng)前適當(dāng)減少一次風(fēng)量以及增加上二次風(fēng)量?？傮w保持爐膛內(nèi)總風(fēng)量不變，只是臨時(shí)地改變一二次風(fēng)量的分配比例。隨后漸漸地消除風(fēng)量分配的變化，最終達(dá)到在振動(dòng)周期三分之二的暫停時(shí)間后，風(fēng)量分配返回到原來(lái)的正常值。振動(dòng)周期的目的就是控制振動(dòng)和使風(fēng)量分配的變化和爐排的實(shí)際運(yùn)動(dòng)步調(diào)一致，達(dá)到燃燒的穩(wěn)定性。

2.2 LBA裝置負(fù)荷控制

鍋爐負(fù)荷控制的運(yùn)行模式是“蒸汽鍋爐控制（汽輪機(jī)跟隨）”。汽輪機(jī)跟隨是當(dāng)負(fù)荷指令改變時(shí)，鍋爐主控制器先發(fā)出改變?nèi)紵实闹噶?。待燃燒率的變化引起了蒸發(fā)量、蓄熱量及汽壓相繼變化后，汽輪機(jī)主控制器發(fā)出改變調(diào)門(mén)開(kāi)度的指令，從而改變進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量，使機(jī)組輸出電功率相應(yīng)改變。最終，輸出電功率與負(fù)荷指令趨于一致；汽壓也恢復(fù)到給定值。汽輪機(jī)跟隨方式是由鍋爐調(diào)節(jié)機(jī)組輸出電功率、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽壓的。當(dāng)負(fù)荷改變時(shí)，先由鍋爐側(cè)發(fā)出控制動(dòng)作，待機(jī)前主氣壓改變后，再由汽輪機(jī)側(cè)發(fā)出控制動(dòng)作，故稱(chēng)汽輪機(jī)跟隨負(fù)荷控制方式。

根據(jù)播料機(jī)的實(shí)際運(yùn)行臺(tái)數(shù)和鍋爐汽包的實(shí)際壓力計(jì)算出最大允許負(fù)荷的設(shè)定值。操作人員手動(dòng)設(shè)置鍋爐負(fù)荷的設(shè)定值，在最大的允許變化速率值內(nèi)逐漸增加鍋爐負(fù)荷。其它控制器中最大值都依據(jù)鍋爐負(fù)荷的設(shè)定值。最重要的值如下：

●總風(fēng)量與需要的過(guò)量風(fēng)的比值；

●主要燃料的需要量；

●一二次風(fēng)分配的設(shè)定值。

2.3 爐膛的壓力控制

引風(fēng)控制為單回路控制系統(tǒng)，有三個(gè)爐膛壓力信號(hào)測(cè)點(diǎn)，取中間值。爐膛壓力設(shè)定值由運(yùn)行人員在操作畫(huà)面上手動(dòng)設(shè)置。endprint

根據(jù)鍋爐爐膛負(fù)壓的設(shè)定值與爐膛負(fù)壓實(shí)際壓力的偏差的調(diào)節(jié)輸出加上送風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度的前饋信號(hào)控制引風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉的開(kāi)度。當(dāng)爐膛壓力偏差超限時(shí)對(duì)引風(fēng)機(jī)的指令輸出設(shè)置了方向閉鎖，當(dāng)爐膛壓力過(guò)高時(shí)，引風(fēng)機(jī)擋板指令閉鎖減；當(dāng)爐膛壓力過(guò)低時(shí)，引風(fēng)機(jī)擋板指令閉鎖增。

如果送風(fēng)機(jī)停運(yùn)時(shí)，為了減少空氣漏入爐膛燃燒區(qū)中，爐膛壓力的設(shè)定值自動(dòng)設(shè)置為最小負(fù)壓值。在發(fā)生鍋爐主燃料跳閘時(shí)，有助于縮短停止?fàn)t排燃燒的時(shí)間，保證鍋爐安全。

2.4 送風(fēng)控制

送風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有氧量校正和風(fēng)量控制。系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷確定氧量定值，（運(yùn)行人員可通過(guò)調(diào)節(jié)偏置進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)）產(chǎn)生輸出指令對(duì)風(fēng)量指令進(jìn)行校正；風(fēng)量控制系統(tǒng)由接負(fù)荷指令確定的風(fēng)量指令，通過(guò)改變送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉，調(diào)節(jié)爐膛的進(jìn)風(fēng)量，使風(fēng)/燃料配比維持合適量。再有由低、中、高側(cè)爐排風(fēng)電動(dòng)調(diào)節(jié)擋板來(lái)控制爐排風(fēng)量。

燃燒空氣壓力控制其設(shè)定值依據(jù)鍋爐負(fù)荷計(jì)算出合理的數(shù)值，由調(diào)節(jié)下部噴嘴的兩個(gè)擋板，調(diào)節(jié)爐膛前、后墻的下部噴嘴的二次風(fēng)擋板，控制燃燒空氣壓力。

上二次風(fēng)的壓力控制是由調(diào)節(jié)上部噴嘴的上燃風(fēng)入口電動(dòng)調(diào)節(jié)擋板，將剩余的燃燒風(fēng)引到前、后墻的上部噴嘴中，保證上燃風(fēng)流量滿(mǎn)足爐膛燃燒。

如果發(fā)生鍋爐總?cè)剂咸l，燃燒空氣系統(tǒng)中二次風(fēng)的擋板全部打開(kāi)，保持爐膛通風(fēng)，盡快吹走爐膛內(nèi)可燃?xì)怏w及防止回火進(jìn)入給料系統(tǒng)，避免爐膛爆燃的發(fā)生。

2.5 過(guò)熱器的溫度控制

主蒸汽溫度控制系統(tǒng)與常規(guī)的火力發(fā)電廠(chǎng)不同，是由三級(jí)噴水減溫器及四級(jí)過(guò)熱器組成。三個(gè)過(guò)熱器的溫度控制設(shè)計(jì)為典型的雙回路控制器。反作用延時(shí)后停止，與過(guò)熱器實(shí)際過(guò)程響應(yīng)相類(lèi)似，所以通過(guò)回路的積分器和微分回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

一級(jí)減溫控制器取#2過(guò)熱器出口溫度為調(diào)節(jié)量，設(shè)定值取二級(jí)減溫出口導(dǎo)前溫度。二級(jí)減溫控制器取#3過(guò)熱器出口溫度為調(diào)節(jié)量，設(shè)定值取三級(jí)減溫出口導(dǎo)前溫度。三級(jí)減溫控制器取最終的主蒸汽溫度調(diào)節(jié)量，設(shè)定值由運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)置。如此以來(lái)整個(gè)系統(tǒng)融合為一體，共同為最終控制主蒸汽溫度在合理的范圍內(nèi)服務(wù)，減小了延遲慣性，增強(qiáng)了溫度的穩(wěn)定性，提高了控制的效率，保證了主蒸汽的品質(zhì)。

2.6 鍋爐給水控制

電泵給水控制系統(tǒng)是在主給水電動(dòng)門(mén)全開(kāi)的情況下，由電泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)汽包水位，#1、#2電泵互為備用。根據(jù)負(fù)荷的變化，電泵控制有單/三沖量?jī)煞N控制方式，當(dāng)負(fù)荷大于30%時(shí)為三沖量，負(fù)荷小于30%為單沖量控制，單沖量控制只引入汽包水位作為被控對(duì)象，三沖量控制在單沖量控制的基礎(chǔ)上，引入給水流量和主蒸汽流量作為被控量，參與汽包水位控制。兩種控制方式的切換由程序判斷自動(dòng)切換，無(wú)需人為干預(yù)。

汽包水位測(cè)量采用汽包壓力進(jìn)行全量程補(bǔ)償，計(jì)算后的水位經(jīng)三取中作為控制和顯示用，每個(gè)補(bǔ)償后的汽包水位進(jìn)行報(bào)警判斷，分別送給FSSS、SCS作為汽包水位保護(hù)和聯(lián)鎖用；蒸汽流量、給水流量使用溫度補(bǔ)償。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，LN2000高可靠的硬件和靈活、強(qiáng)大的軟件功能為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組的控制和運(yùn)行提供了可靠的保證，以上自動(dòng)控制方案使生物質(zhì)能電廠(chǎng)的自動(dòng)控制處于較高的水平，為生物質(zhì)發(fā)電廠(chǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。隨著石化能源日益緊缺的今天，這種既經(jīng)濟(jì)又保護(hù)環(huán)境的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用意義重大。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李蓉.生物質(zhì)和煤混合燃燒試驗(yàn)研究[D].華北電力大學(xué)（河北），2009.

[2]翟永杰，王學(xué)后，等.火電廠(chǎng)分散控制原理及應(yīng)用.中國(guó)電力出版社，2010.7.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint