DCS系統(tǒng)在大型生物質(zhì)循環(huán)流化床機(jī)組中的應(yīng)用研究

周景山

摘 要：近年來，DCS系統(tǒng)在循環(huán)流化床機(jī)組中的應(yīng)用日益頻繁，文章以湛江生物質(zhì)發(fā)電廠DCS系統(tǒng)應(yīng)用情況為例進(jìn)行分析研究，總結(jié)該廠DCS系統(tǒng)特點(diǎn)并針對(duì)該廠DCS系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中存在的問題，提出優(yōu)化控制方案，以期為國內(nèi)大型生物質(zhì)循環(huán)流化床機(jī)組DCS控制技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng)；生物質(zhì)；循環(huán)流化床；應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：TK229.66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）15-0043-02

目前，國產(chǎn)DCS系統(tǒng)價(jià)格比較低廉，而且其在設(shè)備生產(chǎn)上具有一定的優(yōu)勢(shì)，隨著軟件技術(shù)的不斷升級(jí)，先進(jìn)技術(shù)、組態(tài)學(xué)習(xí)以及技術(shù)支持上得到用戶的肯定。國內(nèi)的DCS系統(tǒng)生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的系統(tǒng)相對(duì)開放，管控一體化以及現(xiàn)場總線監(jiān)控等都達(dá)到相當(dāng)高的水平，已廣泛運(yùn)用于生物質(zhì)電廠，而其控制技術(shù)也在逐步完善。

1 湛江生物質(zhì)電廠概況

湛江生物質(zhì)發(fā)電廠于2008年成立，其主要打造節(jié)能、環(huán)保、惠民的新能源電力企業(yè)。公司利用湛江周邊地區(qū)的樹皮、秸稈以及農(nóng)林廢棄物等進(jìn)行生物質(zhì)能發(fā)電，促進(jìn)當(dāng)?shù)鼐G色環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展。公司裝機(jī)容量為2×50 MW生物質(zhì)循環(huán)流化床發(fā)電機(jī)組，兩臺(tái)機(jī)組于2010年3月開工建設(shè)，分別于2011年8月和2011年11月建成投產(chǎn)，為目前世界上單機(jī)容量及總裝機(jī)容量最大的生物質(zhì)發(fā)電廠。公司年上網(wǎng)電量達(dá)到6億kW·，二氧化碳年減排量達(dá)45萬t。

由于燃料的收集、加工、裝卸、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)需要大量農(nóng)村剩余勞動(dòng)力，使公司成為工業(yè)直接反哺農(nóng)業(yè)、帶動(dòng)農(nóng)村就業(yè)、增加農(nóng)民收入、投身社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的現(xiàn)代新型企業(yè)的典型。

2 湛江生物質(zhì)電廠DCS系統(tǒng)特點(diǎn)

①該電廠2×50 MW機(jī)組分散控制系統(tǒng)采用北京國電智深控制技術(shù)有限公司生產(chǎn)的EDPF-NT分散控制系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫以及自動(dòng)化控制技術(shù)。具有良好的硬件兼容性及良好的軟件擴(kuò)展性。

②以網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)作為基礎(chǔ)，采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)單元，以功能自治為基本原則，將其劃分為工程師站、過程控制站、歷史數(shù)據(jù)記錄站、接口工作站以及操作員站。

③整個(gè)網(wǎng)絡(luò)按照節(jié)點(diǎn)組成將其分為很多獨(dú)立的域，通過域管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)日常管理，實(shí)現(xiàn)各個(gè)域管理的時(shí)候，通信不會(huì)產(chǎn)生干擾和影響。

④利用獨(dú)立小系統(tǒng)完成化水、除灰、生活污水處理等工作，并且還加入DCS系統(tǒng)的監(jiān)視功能，減少常規(guī)監(jiān)控設(shè)備，從而有效提升發(fā)電機(jī)組的監(jiān)控水平。

⑤DEH系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)采用完成相同的支撐軟件、人機(jī)界面以及基本硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)一體化、開放式的DEH系統(tǒng)。

⑥D(zhuǎn)CS范圍內(nèi)的設(shè)備工作電源設(shè)計(jì)有分區(qū)域（12個(gè)）采用獨(dú)立的電源切換裝置，通過電源切換裝置提高DCS設(shè)備電源可靠性。

3 湛江生物質(zhì)電廠DCS系統(tǒng)的運(yùn)行情況

3.1 運(yùn)行中存在的問題

3.1.1 燃燒及給料問題

該電廠由于其燃料的特殊性，在發(fā)電的過程中往往存在著燃料濕度變化不穩(wěn)定的情況，所以不能按負(fù)荷計(jì)算出應(yīng)該投入的燃料量的常規(guī)控制方法，而應(yīng)通過對(duì)風(fēng)量的計(jì)算調(diào)節(jié)給料量，并且對(duì)風(fēng)速等進(jìn)行精心調(diào)控，使得燃料充分燃燒，這在本質(zhì)上改變常規(guī)燃煤電廠的控制方式。此外，湛江生物質(zhì)電廠由于燃料運(yùn)輸、切割、儲(chǔ)運(yùn)等工藝存在著很大問題，不夠集成化，這些問題在上料系統(tǒng)工作時(shí)易導(dǎo)致皮帶周圍空氣粉塵濃度過高，存在較大的安全隱患。同時(shí)，上料系統(tǒng)還容易出現(xiàn)堵塞，不能確保鍋爐的連續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1.2 FSSS系統(tǒng)問題

FSSS系統(tǒng)使鍋爐燃燒系統(tǒng)中各設(shè)備按規(guī)定的操作順序和條件安全啟（投）、停（切），并能在危機(jī)工況下迅速切斷進(jìn)入鍋爐爐膛的全部燃料（包括點(diǎn)火燃料），防止爆燃、爆炸等破壞性事故發(fā)生，以保證爐膛安全的保護(hù)和控制系統(tǒng)。包括爐膛安全系統(tǒng)和燃燒器控制系統(tǒng)。

該電廠FSSS系統(tǒng)原設(shè)計(jì)中存在著MFT動(dòng)作關(guān)閉鍋爐主蒸汽出口電動(dòng)門1和2，因其機(jī)組為循環(huán)流化床機(jī)組，其本身就存在著蓄熱量較大的問題，因此必須要加以改造。此外，原MFT動(dòng)作跳A和B返料風(fēng)機(jī)，同時(shí)有MFT硬線至ETS機(jī)柜用來MFT動(dòng)作跳機(jī)，這些都不利于生物質(zhì)循環(huán)流化床機(jī)組的實(shí)際運(yùn)用，必須根據(jù)實(shí)際情況加以改進(jìn)。

3.1.3 給水系統(tǒng)問題

該電廠2臺(tái)機(jī)組共設(shè)計(jì)3臺(tái)電動(dòng)給水泵（A、B和C），其中A給泵給#1機(jī)組供水，B給泵給#2機(jī)組供水，C給泵作為A和B給泵的備用泵。由于生物質(zhì)鍋爐的燃燒特性，機(jī)組負(fù)荷很難在一定范圍內(nèi)保持較長時(shí)間的穩(wěn)定，因此導(dǎo)致機(jī)組的給水自動(dòng)很難投好。

3.2 相應(yīng)的解決策略

3.2.1 燃燒及給料問題解決策略

由于生物質(zhì)燃料的特殊性，不能通過常規(guī)控制方法即按負(fù)荷計(jì)算出應(yīng)該投入的燃料量，經(jīng)過充分的分析討論，最后采取通過總風(fēng)量來計(jì)算給料系統(tǒng)的8臺(tái)螺旋輸送機(jī)的給料量，將螺旋輸送機(jī)的頻率作為反饋，螺旋給料機(jī)的指令為兩臺(tái)輸送機(jī)指令和的1.2倍。燃燒控制以及燃料給定的SAMA圖如圖1、圖2所示。

3.2.2 FSSS改善策略

原設(shè)計(jì)中，由于機(jī)組為循環(huán)流化床機(jī)組，蓄熱量較大，故取消MFT聯(lián)鎖關(guān)閉鍋爐主蒸汽出口的電動(dòng)門1、2（包含軟邏輯和MFT硬接線）。而對(duì)于MFT動(dòng)作跳A、B返料風(fēng)機(jī)問題，則通過取消MFT保護(hù)跳A、B返料風(fēng)機(jī)來解決。

3.2.3 給水系統(tǒng)問題解決策略

針對(duì)備用給泵的使用問題，應(yīng)該做好相應(yīng)的電泵控制邏輯設(shè)計(jì)，在控制備用泵的時(shí)候選擇合理的控制指令。默認(rèn)C備用給泵作為A給泵的備用泵，且備用泵勺管指令跟蹤A電泵的勺管指令；當(dāng)B給泵跳泵后，備用泵勺管指令跟蹤B給泵的勺管指令。

針對(duì)給水自動(dòng)問題，經(jīng)過多次試驗(yàn)調(diào)整，針對(duì)#1機(jī)和#2機(jī)的給水自動(dòng)三沖量PID控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，給水自動(dòng)越來越穩(wěn)定，#1機(jī)組采取PID變參數(shù)控制，#2機(jī)組采取PID定參數(shù)控制。

4 遺留問題及改進(jìn)策略

該電廠作為世界上最大的生物質(zhì)電廠，目前已運(yùn)行三年多時(shí)間，機(jī)組已逐步穩(wěn)定運(yùn)行，但除鍋爐爆管等難以解決的遺留問題之外，還有部分遺留有較大完善空間的問題可以逐步去安排解決。

遺留下來的主要問題有兩方面：

①給水母管制問題。該電廠兩臺(tái)機(jī)組在設(shè)計(jì)中可以實(shí)現(xiàn)給水母管運(yùn)行方式，在機(jī)組給水母管制運(yùn)行時(shí)，給水泵用勺管來控制給水母管壓力，用給水副路調(diào)門來控制汽包水位。邏輯里控制功能已經(jīng)完善，但是兩臺(tái)機(jī)組一直未進(jìn)行給水母管制運(yùn)行，所以給水壓力自動(dòng)一直未能投入。

②協(xié)調(diào)問題。由于生物質(zhì)燃料的特性，導(dǎo)致鍋爐燃燒不穩(wěn)定，造成鍋爐主控和汽機(jī)主控未能投入自動(dòng)。

針對(duì)以上存在的問題，能否解決在燃燒不穩(wěn)定的情況下將鍋爐主控、汽機(jī)主控以及協(xié)調(diào)投上，對(duì)熱控專業(yè)而言是個(gè)技術(shù)性的挑戰(zhàn)，但可以根據(jù)DCS歷史曲線的分析，針對(duì)不同的燃燒工況進(jìn)行控制參數(shù)的整定試驗(yàn)，并利用每年的技改機(jī)會(huì)逐步改進(jìn)。

5 DCS系統(tǒng)在大容量生物質(zhì)循環(huán)流化床機(jī)組應(yīng)用的 展望

近年來，隨著低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷提高節(jié)能減排的要求，并且國內(nèi)外對(duì)生物質(zhì)能的開發(fā)利用力度不斷加大，我國政府也把生物質(zhì)能的綜合利用提到新能源開發(fā)的重要位置，加大對(duì)生物質(zhì)能開發(fā)的政策支持力度。而循環(huán)流化床機(jī)組在生物質(zhì)電廠的應(yīng)用日益成為主流，特別是大容量生物質(zhì)電廠的建設(shè)也將成為趨勢(shì)。

DCS系統(tǒng)在工業(yè)控制發(fā)展中，由于計(jì)算機(jī)的加入使得控制技術(shù)發(fā)生很大的變化。DCS系統(tǒng)具有自主性、友好性、協(xié)調(diào)性、可靠性等特點(diǎn)，國內(nèi)多將其應(yīng)用于石化、煉油、發(fā)電以及化纖等生產(chǎn)制造中，而其在大型生物質(zhì)電廠的應(yīng)用也將成為必然。

6 結(jié) 語

DCS系統(tǒng)在湛江生物質(zhì)電廠的應(yīng)用，極大程度地提升整個(gè)清潔能源領(lǐng)域電力生產(chǎn)的效率以及安全性，因此本文針對(duì)該廠DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)以及存在的問題進(jìn)行分析并提出改善策略，期望與同行進(jìn)行交流與研究，實(shí)現(xiàn)共同進(jìn)步。

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