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1、引  言
    循環(huán)流化床鍋爐( Circulating Fluidized Bed Boil-er，簡稱CFBB)是二十世紀八十年代國際上發(fā)展起來的新一代高效、低污染清潔燃燒鍋爐，具有燃料適應性廣、負荷調(diào)節(jié)性能好、灰渣綜合利用等優(yōu)點，近年來在工業(yè)生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應用。
某熱電廠擴建工程的熱控系統(tǒng)采用PlantScapeProcess分散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)2×130t/h循環(huán)流化床鍋爐、2×25MW汽輪發(fā)電機組的監(jiān)視、控制和聯(lián)鎖保護。文中介紹了該分散控制系統(tǒng)的組成及特點、系統(tǒng)實現(xiàn)的基本功能和燃燒控制系統(tǒng)。
富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
2、系統(tǒng)組成及特點
2.1系統(tǒng)組成
    DCS系統(tǒng)配置：PlantScape Process控制系統(tǒng)配置如圖2-1所示。
    2.1.1監(jiān)控操作級設備
    過程服務器：由Dell Optiplex GX200MT臺式機和PlantScape主／從過程服務器軟件組成。服務器冗余配置，1臺主服務器，1臺從服務器。當主服務器工作出現(xiàn)故障時，從服務器自動切換為主服務器，提供和控制器的通信、數(shù)據(jù)采集的功能，并且為其它操作站提供服務。主服務器自動傳送所有數(shù)據(jù)庫到從服務器，以確保主從服務器的完全同步。服務器冗余支持維護時服務器暫時退出，當服務器恢復時用按鍵方式數(shù)據(jù)庫能重新同步。冗余服務器切換時間最小10 s。
    過程操作站：由Dell Optiplex GX110MT臺式機和PlantScape過程操作站軟件組成。系統(tǒng)共設7個操作員站，其中每臺鍋爐2個操作員站，每臺汽機1個操作員站，公用系統(tǒng)1個操作員站。操作站是過程的人機界面，操作員通過它實現(xiàn)對過程的監(jiān)視和操作。
    PlantScape系統(tǒng)操作站提供2種類型的顯示畫面：標準系統(tǒng)畫面和用戶自定義面畫。
    數(shù)據(jù)交換客戶機：由Dell GX110臺式機和自行開發(fā)的應用軟件組成。通過它實現(xiàn)PlantScape控制系統(tǒng)與管理信息網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)交換，構成管控一體化系統(tǒng)。
    網(wǎng)絡連接設備：2臺3COM公司的16口10/100M集線器(HUB)，其型號為：3C16751A。2臺HPJ3265A打印服務器和6臺打印機。
    2 .1.2過程控制級設備
    過程控制站：由冗余／非冗余的C200混合控制器、遠程I/O機架和I/O模件為核心組成。根據(jù)控制過程的不同要求，配置不同類型和數(shù)量的I/O模件。系統(tǒng)中有2個鍋爐控制站、2個汽機控制站和1個公用系統(tǒng)控制站。除2個汽機控制站外，其它控制站的C200控制器均冗余配置。
    鍋爐控制站包括1對C200控制器和3個I/O機架，安裝在3臺DCS機柜中。I/O點配置為：AI:192; TC: 36; RTD: 12; AO: 42; DI: 192; DO: 128.
    汽機控制站包括1個C200控制器和1個I/O機架，安裝在2臺DCS機柜中。I/O點配置為：AI:64; TC: 30; RTD: 42; AO:6;DI:  160; DO: 96.
    公用系統(tǒng)控制站包括1對C200控制器和2個I/O機架，安裝在2個DCS機柜中。I/O點配置為：AI: 64; TC:  12;  RTD:  12; AO: 24;  DI:  128;  DO: 96.
    2.1.3現(xiàn)場控制級設備
    安裝在現(xiàn)場的溫度、壓力、流量、液位等檢測儀表和執(zhí)行儀表，以及現(xiàn)場電控箱等。
2.2系統(tǒng)網(wǎng)絡結構
    (1)監(jiān)控操作級通信網(wǎng)絡：PlantScape系統(tǒng)服務器以上部分采用工業(yè)標準Ethemet網(wǎng)通信，服務器與基于NT的操作員／工程師站的通信采用冗余Eth-emet網(wǎng)，網(wǎng)絡拓撲結構為星形。Ethemet網(wǎng)也是與工廠信息網(wǎng)( PIN)通信的媒介。
    (2)過程控制級通信網(wǎng)絡：控制器到服務器的通信、控制器到控制器（點對點）的通信和控制器到I／O機架的通信，采用高性能的開放式網(wǎng)絡ControlNet（冗余）。機架內(nèi)各模塊通過ICP( Integrated  ControlProtocol)底板通信。
    (3)控制網(wǎng)絡ControlNet:歸ControlNet國際基金會所有，己納入IEC61158現(xiàn)場總線標準。ControlNet是一種高速確定性網(wǎng)絡，適用于對時間要求苛刻場合的信息傳輸。數(shù)據(jù)傳輸速率5Mbps。傳輸介質(zhì)RG6同軸電纜，可選冗余或非冗余傳輸介質(zhì)。使用光纖中繼器最遠可傳輸10 km，使用同軸電纜和中繼器，最遠可傳輸6 km。
2.3系統(tǒng)特點
    (1)電源冗余：整個DCS系統(tǒng)由來自UPS的兩路交流單相電源供電。控制站內(nèi)兩臺24V直流電源配置電源切換裝置，構成冗余電源系統(tǒng)向信號隔離器供電，任一臺電源故障都會報警，并實現(xiàn)兩臺電源的自動切換，確保任一臺電源故障均不會影響系統(tǒng)的正常運行。
    ( 2)1/0機架分散安裝：通�？刂普居芍鳈C柜和幾個端子柜組成。而本系統(tǒng)中根據(jù)PlantScape Pro-cess系統(tǒng)各機架間連接用I/O ControlNet的特點，將各I/O機架分散安裝在不同的機柜或同一機柜的不同安裝板上，I/O模件連結器與同一機柜內(nèi)的外部端子相連，這樣機柜間除網(wǎng)絡線外無其它連線，節(jié)約了大量的柜間連接電纜。
    (3)信號隔離：兩線制變送器全部通過ICC301雙路隔離器（相當于配電器）與模入模件相連實現(xiàn)信號隔離；電流和電壓輸入信號也通過ICC301雙路隔離器實現(xiàn)隔離。模出模件己采取了較好的隔離措施，所以模出模件輸出信號不經(jīng)隔離直接與執(zhí)行器相連。開關量隔離全部采用帶指示燈的端子式繼電器，大大減小安裝空間和連線。
    (4)可選控制器冗余：采用冗余模塊可實現(xiàn)2臺控制器的冗余。主從控制器的同步對用戶來說是完全透明的，控制器的切換時間可以忽略不計。冗余( RM)模塊之間通過冗余光纜連接，連接光纜可以在線更換而不破壞用戶的過程控制�？刂破魅哂嘈阅苤笜耍撼跏蓟�同步時間90 s；最大的初始化同步時間120 s；最大的初始冗余切換時間150 s。
3、系統(tǒng)的基本功能
    PlantScape Process控制系統(tǒng)實現(xiàn)的基本功能包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS、鍋爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS和輔機順序控制系統(tǒng)SCS。
    (1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS:完成輸入信號處理、數(shù)據(jù)屏幕顯示、越限報警、報警和事件記錄、報表打印、越限時間累計和參量累計、歷史趨勢顯示和記錄、工藝流程圖顯示和運行操作指導等。
    (2)鍋爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS:鍋爐主負荷控制、總風量控制、一次風量控制、二次風量控制、燃料供給控制、爐膛床溫控制、爐膛床壓控制、石灰石量控制、爐膛壓力控制、汽包水位控制、冷渣器排渣溫度控制、除氧器水位和壓力控制、高低加熱器水位控制、減溫減壓器溫度和壓力控制等。其中CFB鍋爐的汽水系統(tǒng)與煤粉爐基本相同，控制系統(tǒng)也類似。燃燒較一般鍋爐復雜，其控制系統(tǒng)也比一般鍋爐復雜。
    (3)輔機順序控制系統(tǒng)SCS: -次風機聯(lián)鎖控制、二次風機聯(lián)鎖控制、引風機聯(lián)鎖控制、J閥風機聯(lián)鎖控制、播煤風機聯(lián)鎖控制、點火風機聯(lián)鎖控制、給水泵功能組、汽機抽汽逆止門聯(lián)鎖控制、高低加熱器解列控制等。
4、CFB鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)
    CFB鍋爐是一個多參數(shù)、非線性、時變及多變量緊密耦合的復雜系統(tǒng)。目前，通常將燃燒系統(tǒng)分解為幾個相對獨立的調(diào)節(jié)對象，相應設置獨立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主要控制系統(tǒng)有負荷控制系統(tǒng)、床溫控制系統(tǒng)、床層床壓控制系統(tǒng)、爐膛負壓控制系統(tǒng)及二次返料量控制系統(tǒng)等。下面主要介紹CFB鍋爐獨有的燃料、風、床溫及床壓等控制系統(tǒng)。
    (1)燃燒給煤控制系統(tǒng)
    系統(tǒng)的主要作用是通過控制各給煤機的給煤量，與風量配合達到控制鍋爐出口蒸汽壓力的目的，總的給煤量通過機組負荷控制系統(tǒng)來確定，并加以床溫校正，這樣才能保證爐膛內(nèi)燃料工況的穩(wěn)定。
    (2)風量控制系統(tǒng)
    系統(tǒng)的主要作用是使鍋爐總風量和負荷指令以及與負荷相匹配的燃料量相平衡。通過一次風、二次風和煙氧量的實際測量，結合鍋爐設計對風量及配比的要求來產(chǎn)生控制一次風量、二次風量的信號。風量設定取負荷指令與燃料量兩者之中的大者，以保證升負荷時先增風，后增燃料；降負荷時防燃料富余。
    (3)-次風量控制系統(tǒng)
    系統(tǒng)的主要作用是控制一次風門擋板來控制一次風量。一次風量必須保證爐膛內(nèi)物料能夠沸騰循環(huán)，在對一次風量和總風量的測量計算時應該保持較高精度，在計算總風量時，應把鍋爐的漏風量計算在內(nèi)，一次風量通常不低于總風量的60%，同時，鍋爐在起動時的總風量也不應低于MCR總風量的25%。
    (4)=次風量控制系統(tǒng)
    系統(tǒng)的主要作用是調(diào)節(jié)二次風的風門擋板，來控制二次風量，保證鍋爐尾部煙道的煙氣含氧量為當時機組負荷相對應的正常值，以達到最佳燃燒的目的。
    (5)石灰石量控制系統(tǒng)
    系統(tǒng)的主要作用是通過測量煙道出口煙氣中SO，的含量，把此值與設計中所確定的Ca/S比，以及煤中含硫量與CaCO，中的Ca綜合在一起，進行計算后得出需要加入的石灰石量。石灰石量通過控制石灰石給料機來調(diào)節(jié)。由于S02在線檢測比較昂貴，本系統(tǒng)也可不使用在線S02信號去校核計算石灰石給料控制，而只根據(jù)供煤量及不定時的煤質(zhì)分析來設置一個合理的Ca/S比去控制石灰石投入量。
    (6)床溫控制系統(tǒng)
    料床溫度是一個直接影響鍋爐能否安全連續(xù)運行的重要控制參數(shù)。同時也直接影響著鍋爐運行中的脫硫效率及NOx的產(chǎn)生量，一般床溫控制在85℃~ 95℃。料床溫度過低不但使鍋爐效率下降，而且使鍋爐運行不穩(wěn)定容易滅火；料床溫度過高會使爐內(nèi)脫硫效率下降。NOx的產(chǎn)生量大大增加，同時容易造成爐膛料床的結焦，使循環(huán)流化床鍋爐無法循環(huán)流化燃燒。若發(fā)生結焦則必須停爐，可見床溫控制是極為重要的。床溫控制器輸出經(jīng)函數(shù)轉換后，對一次風量、上部二次風量和下部二次風量控制器的設定值進行修正。
    (7)床壓（爐膛排渣量）控制系統(tǒng)
    床壓（床高）控制也與鍋爐的安全連續(xù)運行密切相關。床高控制也就是控制床料的料層厚度。料層太厚，會把一次風的“風頭”壓住，使爐料不能達到完全流化狀態(tài)；料層太薄首先不能滿足帶負荷的要求，其次會使一次風穿透料層吹滅爐火。本控制的主要作用是通過測量爐膛底部密相區(qū)與稀相區(qū)的差壓值，從而確定爐膛料位高度，通過此料位高度來調(diào)節(jié)鍋爐爐渣出口的排渣風量調(diào)節(jié)閥，達到控制排渣速度及排渣的目的，保證一個合適的爐膛料位高度。
    (8)閥風量控制系統(tǒng)
    此系統(tǒng)通過測量J閥內(nèi)的物料高度，來控制J閥各個送風管道的風量，在維持旋風筒立管內(nèi)的物料在一定高度的基礎上，保證物料能夠順利進入爐膛，使鍋爐進行正常循環(huán)，由于本系統(tǒng)中鍋爐的J形回料器具有自平衡的特點，各送風管風量調(diào)節(jié)閥位置在鍋爐首次投運后即被確定，此后一般不再調(diào)整。
    (9)冷渣器排渣溫度控制系統(tǒng)
    系統(tǒng)的主要作用是測量冷渣器內(nèi)的渣溫，通過控制冷渣器的3根冷熱一次風管的風量，使得排渣溫度被控制在要求值以下，保證冷渣器后端除渣系統(tǒng)的正常運行。
5、結束語
    該系統(tǒng)投入運行以來，性能穩(wěn)定，運行情況良好，達到了系統(tǒng)設計要求，也為PlantScape Process分散控制系統(tǒng)應用于較大規(guī)模的工業(yè)過程積累了經(jīng)驗。