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山東濟(jì)寧兗礦科藍(lán)煤焦化有限公司10t/h余熱鍋爐是為公司針狀焦項(xiàng)目煅燒回轉(zhuǎn)窯高溫尾氣的回收利用而設(shè)計(jì)的節(jié)能設(shè)備。在原設(shè)計(jì)中，鍋爐運(yùn)行控制采用DDZ-III型常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，由于回路多，不利于日常維護(hù)和檢修，調(diào)節(jié)不穩(wěn)定等因素，最后采用SUPCON JX-300X系統(tǒng)用于項(xiàng)目改造。
1 工藝流程
10t/h余熱鍋爐工藝流程及檢測(cè)控制系統(tǒng)如圖1所示。由煅燒工段回轉(zhuǎn)窯來(lái)的高溫?zé)煔饨?jīng)窯尾沉降室進(jìn)入爐膛，經(jīng)鍋爐爐管、省煤器換熱，由麻石水膜除塵器除塵后，被引風(fēng)機(jī)引入煙道，排入大氣。爐壁水管吸收熱量產(chǎn)生蒸汽，蒸汽由汽水分離器去減溫減壓器，最后到達(dá)分汽缸。一小部分去除氧器，其余由蒸汽母管外供到公司熱力管網(wǎng)。汽包水位的穩(wěn)定主要是通過(guò)調(diào)節(jié)給水量FI101來(lái)實(shí)現(xiàn)的。給水閥來(lái)的水經(jīng)過(guò)省煤器預(yù)熱進(jìn)入汽包。
2 重要回路的控制方案
(1) 汽包水位控制
鍋爐汽包水位是鍋爐運(yùn)行中一個(gè)重要的監(jiān)控參數(shù)，它間接地體現(xiàn)了鍋爐負(fù)荷和給水的平衡關(guān)系。鍋爐水位過(guò)高，影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作，造成出口蒸汽中水份過(guò)多，結(jié)果使過(guò)熱器受熱面結(jié)垢而導(dǎo)致過(guò)熱器燒壞；同樣地，汽包水位過(guò)低，則可能使鍋爐循環(huán)工況被破壞，造成水冷壁管供水不足而燒壞，因此，汽包水位控制采用了典型的單級(jí)三沖量控制方案。
圖1 10t/h余熱鍋爐工藝流程及檢測(cè)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的工作原理如圖2所示，其中D-蒸汽流量；H-汽包水位；W-給水流量；DBC-變送器；PID-給水調(diào)節(jié)器；√-開(kāi)方器；K-自動(dòng)/手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)；∝W，∝D-給水和蒸汽流量信號(hào)的靈敏度；VW-給水調(diào)節(jié)閥。
調(diào)節(jié)器PID接受了三個(gè)信號(hào)（D、H、W）其輸出通過(guò)放大器CF、操作器K和執(zhí)行器Z去控制給水量W，其中汽包水位H是主要控制信號(hào)，水位高時(shí)減小給水流量，水位低水位變化的原因（擾動(dòng)信號(hào)），它們分別作為水位控制的前饋信號(hào)和反饋信號(hào)。當(dāng)D改變時(shí)，調(diào)節(jié)器PID立即動(dòng)作，適當(dāng)?shù)馗淖兘o水量，保證D和W比值不變；而當(dāng)W自發(fā)地改變時(shí)，PID也立即動(dòng)作使W恢復(fù)原來(lái)的數(shù)值，這樣就會(huì)有效地控制水位的變化。當(dāng)負(fù)荷變化而出現(xiàn)“虛假水位”時(shí)，由于采用了蒸汽流量信號(hào)D，就有一個(gè)使給水量與負(fù)荷同方向變化的信號(hào)，從而減少了由于“虛假水位”現(xiàn)象而使給水量向與負(fù)荷相反方向變化的趨勢(shì)。給水流量信號(hào)W能消除給水流量自發(fā)的擾動(dòng)，因而當(dāng)W發(fā)生自發(fā)性擾動(dòng)時(shí)，水位可以基本不受影響。
圖2 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理圖
鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)如圖1中所示，由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥LV101調(diào)節(jié)鍋爐給水流量FI101自動(dòng)與蒸汽流量FI102保持平衡，并通過(guò)汽包水位LI101不斷修正這一平衡關(guān)系，使汽包水位在鍋爐負(fù)荷變化范圍內(nèi)及不同的運(yùn)行狀態(tài)下都能穩(wěn)定在給定值范圍內(nèi)。同時(shí)，由于設(shè)置了汽包水位高、低限報(bào)警，為鍋爐的安全運(yùn)行提供了可靠的保障。
(2) 除氧器水位控制
因除氧器水位的控制要求不是太嚴(yán)格，可以允許有小范圍內(nèi)的波動(dòng)，因此，采用單回路閉環(huán)PID控制即可達(dá)到工藝要求。由差壓變送器LT201測(cè)得水位信號(hào)，送入主控室，主控室工控機(jī)采入水位信號(hào)后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)控制站輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥LV201，調(diào)節(jié)軟水泵給水量，從而維持水位穩(wěn)定。同時(shí)，除氧器水位也設(shè)有高、低限報(bào)警，為除氧器水位的恒定提供了有力的保證。
(3) 除氧器壓力控制
除氧器壓力控制也是通過(guò)閉環(huán)單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由壓力變送器PT202測(cè)得除氧器壓力信號(hào)送入主控室，工控機(jī)接受信號(hào)后與給定值比較，然后輸出信號(hào)到電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制除氧器進(jìn)氣閥PV202，以使除氧器壓力維持恒定。
3 硬件結(jié)構(gòu)及使用經(jīng)驗(yàn)
(1) 硬件結(jié)構(gòu)
該項(xiàng)目采用的軟硬件平臺(tái)是SUPCON JX-300X集散控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)組成如圖3所示。該系統(tǒng)主要由工程師站ES（Engineering Station）、操作站OS（Operater Station）、現(xiàn)場(chǎng)控制站FCS（Field Control Station）和通信網(wǎng)絡(luò)等組成。現(xiàn)場(chǎng)控制站是系統(tǒng)中直接與現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系的I/O處理單元，完成整個(gè)鍋爐的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。控制站內(nèi)部有三個(gè)機(jī)籠，機(jī)籠內(nèi)有各種卡件：電源卡、主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、模擬信號(hào)輸入/輸出卡、開(kāi)關(guān)量輸入卡等。控制站與操作站、工程師站之間由SCnet II雙重化冗余通訊總線(xiàn)連接。
(2) 使用經(jīng)驗(yàn)
① DCS系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置雙UPS電源供電系統(tǒng)，并設(shè)立聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，保證DCS系統(tǒng)工作電源的可靠性，同時(shí)也使系統(tǒng)硬件電源分配更加合理。
圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
② 生產(chǎn)報(bào)表功能要完善。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況編制即時(shí)報(bào)表和觸發(fā)報(bào)表，對(duì)每天生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集并打印，不僅提高了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也便于對(duì)鍋爐運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行分析。
③ 做好系統(tǒng)的接地。控制系統(tǒng)的接地分為保護(hù)地和屏蔽地。系統(tǒng)所有操作站機(jī)柜、現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜等均接保護(hù)地，控制電纜的屏蔽層在控制站機(jī)柜內(nèi)單點(diǎn)做成屏蔽接地，最后接至系統(tǒng)專(zhuān)用接地系統(tǒng)，接地電阻≤4Ω。正確良好的接地是DCS系統(tǒng)可成功操作的關(guān)鍵，也可避免系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題而帶來(lái)不必要的損失。
4 軟件特點(diǎn)
JX-300X系統(tǒng)基于Windows95和WindowsNT平臺(tái)開(kāi)發(fā)，用戶(hù)人機(jī)界面友好，所有的命令都化為形象直觀的功能圖標(biāo)，用鼠標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)操作，還可選用操作工專(zhuān)用的防塵、防水薄膜鍵盤(pán)，上面有特定的便捷圖標(biāo)和自定義鍵，使操作更加簡(jiǎn)單方便。該系統(tǒng)軟件提供了SC語(yǔ)言，用戶(hù)通過(guò)編程可構(gòu)成特定的控制方案和數(shù)據(jù)處理方法。系統(tǒng)還具有多功能的協(xié)議轉(zhuǎn)換接口，可與國(guó)內(nèi)外多個(gè)儀表廠家的產(chǎn)品通迅互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)真正的開(kāi)放性和互操作性。系統(tǒng)可為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)讀取以及控制參數(shù)的修改等功能。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件操作畫(huà)面主要包括系統(tǒng)總貌、報(bào)警一覽、趨勢(shì)圖、流程圖及數(shù)據(jù)一覽等。
5 結(jié)語(yǔ)
DCS系統(tǒng)在運(yùn)行中各項(xiàng)工藝指標(biāo)的控制基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，各種參數(shù)易于控制，易于操作，確保了蒸汽壓力和汽包水位的穩(wěn)定，提高了鍋爐運(yùn)行的安全性，也在一定程度上降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境，提高了工作效率。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)