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山東濟寧兗礦科藍煤焦化有限公司10t/h余熱鍋爐是為公司針狀焦項目煅燒回轉窯高溫尾氣的回收利用而設計的節能設備。在原設計中，鍋爐運行控制采用DDZ-III型常規儀表控制系統，由于回路多，不利于日常維護和檢修，調節不穩定等因素，最后采用SUPCON JX-300X系統用于項目改造。
1 工藝流程
10t/h余熱鍋爐工藝流程及檢測控制系統如圖1所示。由煅燒工段回轉窯來的高溫煙氣經窯尾沉降室進入爐膛，經鍋爐爐管、省煤器換熱，由麻石水膜除塵器除塵后，被引風機引入煙道，排入大氣。爐壁水管吸收熱量產生蒸汽，蒸汽由汽水分離器去減溫減壓器，最后到達分汽缸。一小部分去除氧器，其余由蒸汽母管外供到公司熱力管網。汽包水位的穩定主要是通過調節給水量FI101來實現的。給水閥來的水經過省煤器預熱進入汽包。
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行中一個重要的監控參數，它間接地體現了鍋爐負荷和給水的平衡關系。鍋爐水位過高，影響汽包內汽水分離裝置的正常工作，造成出口蒸汽中水份過多，結果使過熱器受熱面結垢而導致過熱器燒壞；同樣地，汽包水位過低，則可能使鍋爐循環工況被破壞，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三沖量控制方案。
圖1 10t/h余熱鍋爐工藝流程及檢測控制系統簡圖
單級三沖量給水控制系統的工作原理如圖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-給水調節器；√-開方器；K-自動/手動切換開關；∝W，∝D-給水和蒸汽流量信號的靈敏度；VW-給水調節閥。
調節器PID接受了三個信號（D、H、W）其輸出通過放大器CF、操作器K和執行器Z去控制給水量W，其中汽包水位H是主要控制信號，水位高時減小給水流量，水位低水位變化的原因（擾動信號），它們分別作為水位控制的前饋信號和反饋信號。當D改變時，調節器PID立即動作，適當地改變給水量，保證D和W比值不變；而當W自發地改變時，PID也立即動作使W恢復原來的數值，這樣就會有效地控制水位的變化。當負荷變化而出現“虛假水位”時，由于采用了蒸汽流量信號D，就有一個使給水量與負荷同方向變化的信號，從而減少了由于“虛假水位”現象而使給水量向與負荷相反方向變化的趨勢。給水流量信號W能消除給水流量自發的擾動，因而當W發生自發性擾動時，水位可以基本不受影響。
圖2 單級三沖量給水控制系統原理圖
鍋爐汽包水位控制系統如圖1中所示，由電動調節閥LV101調節鍋爐給水流量FI101自動與蒸汽流量FI102保持平衡，并通過汽包水位LI101不斷修正這一平衡關系，使汽包水位在鍋爐負荷變化范圍內及不同的運行狀態下都能穩定在給定值范圍內。同時，由于設置了汽包水位高、低限報警，為鍋爐的安全運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格，可以允許有小范圍內的波動，因此，采用單回路閉環PID控制即可達到工藝要求。由差壓變送器LT201測得水位信號，送入主控室，主控室工控機采入水位信號后，經現場控制站輸出4～20mA標準信號到電動調節閥LV201，調節軟水泵給水量，從而維持水位穩定。同時，除氧器水位也設有高、低限報警，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閉環單回路調節系統來實現的。由壓力變送器PT202測得除氧器壓力信號送入主控室，工控機接受信號后與給定值比較，然后輸出信號到電動執行機構，控制除氧器進氣閥PV202，以使除氧器壓力維持恒定。
3 硬件結構及使用經驗
(1) 硬件結構
該項目采用的軟硬件平臺是SUPCON JX-300X集散控制系統。其結構組成如圖3所示。該系統主要由工程師站ES（Engineering Station）、操作站OS（Operater Station）、現場控制站FCS（Field Control Station）和通信網絡等組成。現場控制站是系統中直接與現場聯系的I/O處理單元，完成整個鍋爐的實時監控功能。控制站內部有三個機籠，機籠內有各種卡件：電源卡、主控制卡、數據轉發卡、模擬信號輸入/輸出卡、開關量輸入卡等。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連接。
(2) 使用經驗
① DCS系統應設置雙UPS電源供電系統，并設立聯絡開關，保證DCS系統工作電源的可靠性，同時也使系統硬件電源分配更加合理。
圖3 控制系統結構組成
② 生產報表功能要完善。根據現場實際生產情況編制即時報表和觸發報表，對每天生產數據自動采集并打印，不僅提高了現場生產統計數據的準確性，也便于對鍋爐運行過程中出現的異常情況進行分析。
③ 做好系統的接地。控制系統的接地分為保護地和屏蔽地。系統所有操作站機柜、現場控制站機柜等均接保護地，控制電纜的屏蔽層在控制站機柜內單點做成屏蔽接地，最后接至系統專用接地系統，接地電阻≤4Ω。正確良好的接地是DCS系統可成功操作的關鍵，也可避免系統出現嚴重的問題而帶來不必要的損失。
4 軟件特點
JX-300X系統基于Windows95和WindowsNT平臺開發，用戶人機界面友好，所有的命令都化為形象直觀的功能圖標，用鼠標和標準鍵盤操作，還可選用操作工專用的防塵、防水薄膜鍵盤，上面有特定的便捷圖標和自定義鍵，使操作更加簡單方便。該系統軟件提供了SC語言，用戶通過編程可構成特定的控制方案和數據處理方法。系統還具有多功能的協議轉換接口，可與國內外多個儀表廠家的產品通迅互聯，實現了系統真正的開放性和互操作性。系統可為用戶提供實時和歷史數據讀取以及控制參數的修改等功能。系統實時監控軟件操作畫面主要包括系統總貌、報警一覽、趨勢圖、流程圖及數據一覽等。
5 結語
DCS系統在運行中各項工藝指標的控制基本達到設計要求，各種參數易于控制，易于操作，確保了蒸汽壓力和汽包水位的穩定，提高了鍋爐運行的安全性，也在一定程度上降低了操作工的勞動強度，改善了工作環境，提高了工作效率。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號