優化堿回收鍋爐控制系統提高安全及運行可靠性

郭合芳 曹現兵 馬克順

(山東日照亞太森博漿紙有限公司，山東日照，276800)

山東日照亞太森博漿紙有限公司 (以下簡稱亞太森博)的二期項目于2010年投產，年產漂白漿150萬t，其中配套堿回收鍋爐系統是美卓公司的設備，生產能力7000 t/d，是目前全球單體最大的堿回收鍋爐，回收制漿生產的殘堿、燃燒制漿廢料產生蒸汽供全廠生產使用及汽輪機發電供給全廠動力使用，如果堿回收鍋爐跳停1次將會導致漿廠全廠范圍內的停機至少8 h，帶來的經濟損失接近300萬元人民幣，同時突然停機會導致廢氣、廢水外排造成重大環保事件。因此，堿回收鍋爐就是漿廠的心臟，其安全平穩運行決定漿廠的產品產量、質量、安全、環保等重要指標。

堿回收鍋爐的安全運行由點火管理系統 (BMS)和安全儀表管理系統 (SIS)組成。BMS包括監控堿回收鍋爐的點火、運行主連鎖、緊急停車等控制邏輯。SIS是現場儀表測量系統的安全設計。由它們組合成為堿回收鍋爐的主控制系統，其合理設計決定了堿回收鍋爐的安全穩定運行。亞太森博堿回收鍋爐經過兩年的運行，通過對異常停機或隱患事件進行分析，對堿回收鍋爐的BMS、SIS部分控制功能進行改進優化，既保障了堿回收鍋爐的安全可靠性，又提高了系統的運行可靠性、抗干擾能力，大大降低了堿回收鍋爐的非計劃停機次數。2012年即實現全年無異常跳停事件?，F對主要的改進優化內容進行介紹，以供同行參考。

1 送風邏輯的修改

圖1所示為優化前的主連鎖邏輯。堿回收鍋爐運行的前提條件是必須滿足主連鎖中的各項條件，主要包括堿回收鍋爐爐膛壓力、引風系統運行、汽包液位正常、氧含量正常、送風系統運行等。其中送風系統風機運行和送風流量是主連鎖的必要條件。如圖1所示，當風機運行信號消失或流量低于底限值時，主連鎖動作就會切斷原料供給，堿回收鍋爐立即停機。但是，即使在正常運行狀況下，因為現場復雜的運行環境往往也會出現信號干擾、線路故障、傳感器及測量設備故障而導致連鎖不滿足造成停機。亞太森博就有1次是因為一次風流量突然降低為零而導致停機，后來經檢查了解是因為現場導壓管堵塞造成的。實際生產過程中應避免這種因測量設備的故障引起的不必要停機，同時又要能保障安全連鎖可靠工作。經過分析，利用工藝過程的關聯性，將已有的送風壓力測量引入連鎖條件，利用三選二的邏輯作為主連鎖的條件，避免了單體儀表故障導致的停機，并且提供在線運行維修機會，現場工藝出現異常的情況時，勢必觸發兩個以上條件不滿足再觸發主連鎖動作停機。優化后的主連鎖邏輯如圖2所示。

圖1 優化前的主連鎖邏輯

圖2 優化后的主連鎖邏輯

2 黑液輸送控制的優化

黑液是堿回收鍋爐燃燒的主要原料，黑液均勻喂料決定堿回收鍋爐的運行平穩，從而保證全廠的平衡生產。圖3所示是優化前的堿回收鍋爐黑液喂料的控制簡圖，主要包括:①溫度調節回路。用中壓蒸汽對黑液進行預加熱，使黑液保持在合適的溫度，經黑液槍霧化噴入爐膛后既不會因溫度低燃燒不充分，又不會因溫度高形成飛灰，導致鍋爐管束結灰嚴重，影響運行洗爐時間。②變頻調壓回路。參與堿回收鍋爐的負荷調節、壓力平穩調節，進料均勻燃燒才能均勻，同樣會影響燃燒效果及運行時間。③濃度測量控制。黑液濃度與流量經計算公式算出每天堿回收鍋爐燃燒的黑液絕干固形物，在堿回收鍋爐的高級控制包中，使用黑液絕干固型物含量來調節堿回收鍋爐的運行負荷及風量分配等。

經過一段時間的運行，發現這種儀表單回路的控制調節很不可靠，出現因控制測量的故障如信號干擾、傳感器儀表故障導致運行不平穩，低于連鎖動作導致跳停等事件。為了提高測量控制系統的可靠性，減少不必要的停機事件，對溫度、壓力、濃度測量儀表進行冗余的安裝，雙儀表信號傳輸到控制系統后，設置操作員選擇按鈕，可以根據需要選擇平均值或任一值參與比例積分微分調節 (PID)，這樣可以減小線路上擾動造成的影響，避免單儀表故障時的巨大波動，運行時也可以在線修復儀表。同時作為連鎖采用二選一的邏輯，只要單儀表信號正常就會滿足連鎖條件，這樣就極大地避免了因儀表測量不可靠導致的運行不平穩及異常停機事件。圖4所示是優化后的堿回收鍋爐黑液喂料的控制簡圖。

圖3 優化前的黑液喂料控制簡圖

3 其他方面的優化

圖4 優化后的黑液喂料控制簡圖

主要包括報警系統的策略優化。復雜的工藝參數產生大量的報警信息，超快的控制系統刷新頻率，每秒中可彈出20條報警信息，操作人員很難從報警信息中發現異常運行情況并及時進行調整，經過工藝自控的協商對報警清單進行了整理，重新確定報警等級，除操作畫面上的報警等級的策略設置外，對特別重要的參數安裝了報警觸發聲光喇叭。

冗余系統的優化，在堿回收鍋爐控制系統已有的冗余設計中進行更可靠的備用策略，如控制系統的服務器、交換機的雙電源改為不同UPS的供電單元，冗余設備，如給水泵、潤滑油泵的PROFIBUS分配到不同的網絡。

經過這些優化改進，亞太森博的堿回收鍋爐控制系統的運行可靠性有了很大提高，2012年更突破性地實現了全年無異常停機事件的發生，這些優化方案，可以作為參考應用到其他項目中去。

［1］XU Hai-lan，CUI Huan-xin.Application of SRS Safety Related System in Large-scale Recovery Boiler［J］.China Pulp ＆ Paper，2012，31(3):42.

許海藍，崔煥新.SRS安全控制系統在大型進口堿回收鍋爐上的應用［J］.中國造紙，2012，31(3):42. CPP