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    摘要：本文主要分析和總結(jié)了電站里220t/h~260t/h 循環(huán)流化床鍋爐汽包水位三沖量調(diào)節(jié)的方法，重點(diǎn)講述根據(jù)實(shí)際工藝處理簡(jiǎn)化邏輯控制方面的應(yīng)用，能夠使DCS 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間加快。

    關(guān)鍵詞：鍋爐工藝水位三沖量調(diào)節(jié) DCS 邏輯控制分析

    Abstract: This article analyzes and summarizes the main power station in 220t /h ~ 260t / h circulating fluidized bed boiler water level three impulseregulation of the practice described in accordance with the actual process
to simplify the application of logic control, so that the DCS system tospeed up response time.

    Keyword: Boiler Technology the water level regulation of Third impulse DCS controllogic analysis

    1. 引言

    鍋爐是發(fā)電、煉油、化工等工業(yè)部門(mén)的重要能源、熱源的動(dòng)力設(shè)備。鍋爐的種類(lèi)很多，這里主要介紹根據(jù)實(shí)際工藝需求的循環(huán)流化床鍋爐汽包水位三沖量調(diào)節(jié)。汽包水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)在整個(gè)鍋爐生產(chǎn)工藝中極為重要，DCS 系統(tǒng)的邏輯組態(tài)的繁簡(jiǎn)直接影響到生產(chǎn)工藝調(diào)節(jié)的快慢，也間接影響了鍋爐蒸汽的品質(zhì)，所以說(shuō)利用鍋爐工藝和DCS 系統(tǒng)邏輯巧妙結(jié)合可以為生產(chǎn)提供可靠保障和極大便利。

    2、鍋爐汽水系統(tǒng)工藝分析

    對(duì)于額定蒸發(fā)量 220t/h~260t/h 的循環(huán)流化床鍋爐來(lái)說(shuō)，汽水系統(tǒng)是鍋爐重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)之一。見(jiàn)下圖 1
                            
         
                                  圖1 循環(huán)流化床汽水系統(tǒng)工藝圖

    鍋爐汽包水位控制的目的就是使鍋爐給水量與鍋爐蒸發(fā)量相適應(yīng)，維持汽包中水位在工藝允許的范圍以?xún)?nèi)。所以說(shuō)汽包水位控制也稱(chēng)為鍋爐給水控制。汽包水位過(guò)高，會(huì)影響汽水分離效果，容易造成過(guò)熱器積鹽結(jié)垢，使管道過(guò)熱損壞；汽包水位過(guò)低，會(huì)破壞水循環(huán)嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞鍋爐造成水冷壁爆管直至干鍋[1]。根據(jù)鍋爐汽包水位動(dòng)態(tài)特性，考慮到蒸汽流量和給水流量對(duì)水位的影響，分析它們階躍干擾下汽包水位相應(yīng)曲線(xiàn)，得出汽包三沖量水位控制方案即給水流量、蒸汽流量和汽包水位。三沖量液位控制系統(tǒng)如下圖 2：
   
               
                                   圖2 三沖量液位控制系統(tǒng)框圖[2]

    圖 2 是常規(guī)的水位控制方案，基本上能夠滿(mǎn)足對(duì)汽包水位的控制，但在實(shí)際鍋爐工藝中存在許多弊端，如邏輯組態(tài)繁瑣、系統(tǒng)響應(yīng)慢，尤其對(duì)單元制鍋爐和母管制鍋爐的控制方案要分別對(duì)待，具體情況具體分析。

    3、霍尼韋爾DCS 系統(tǒng)組態(tài)在鍋爐水位實(shí)際工藝中的解決方案

    首先、霍尼韋爾 DCS 系統(tǒng)是一套完整的集散控制系統(tǒng)，它具有完善的功能模塊，通過(guò)組態(tài)可實(shí)現(xiàn)各種類(lèi)型的PID 單回路控制、串級(jí)控制、前饋控制、純遲延補(bǔ)償控制、解耦控制以及順序控制等[3]。

    其次、在鍋爐運(yùn)行工藝中有單元制鍋爐運(yùn)行和母管制鍋爐運(yùn)行之分，如果一臺(tái)鍋爐帶一臺(tái)汽輪機(jī)運(yùn)行的話(huà)，我們就叫它單元制，反之多臺(tái)鍋爐的蒸汽管道相連通過(guò)母管帶動(dòng)多臺(tái)汽輪機(jī)運(yùn)行，我們就叫它母管制運(yùn)行。

    在單元制鍋爐運(yùn)行方式下，鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)類(lèi)似于圖2 一般控制模式，但是又不完全相同，主要反映在DCS SAMA 圖里的給水流量檢測(cè)信號(hào)與主調(diào)節(jié)器來(lái)的信號(hào)相加再減去蒸汽來(lái)的檢測(cè)信號(hào)，再送給副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。控制方案見(jiàn)下圖 3 所示：
   
             
                                圖 3 單元制鍋爐液位三沖量控制系統(tǒng)框圖

    在圖 3 中，鍋爐汽包的水位信號(hào)需要先進(jìn)行水位壓力修正，也就是把鍋爐左、右側(cè)汽包壓力分別引入到汽包水位信號(hào)中加以修正計(jì)算，如下式：
   
        f(x)=P1×P2－P3    式 3-1

    其中：P1 為汽包水位信號(hào) P2、P3 為左、右汽包壓力增益和偏置后的信號(hào)在霍尼韋爾 DCS 組態(tài)中，采用RPV 模塊CALCULTR 來(lái)運(yùn)算上式，運(yùn)算結(jié)果要再經(jīng)過(guò)一個(gè)三取中的模塊（MID OF 3），取出中間數(shù)值信號(hào)送到主調(diào)節(jié)器做PV
值。鍋爐給水流量信號(hào)是經(jīng)過(guò)流量開(kāi)方后的信號(hào)，即經(jīng)過(guò) FLOWCOMP 模塊運(yùn)算后
的結(jié)果。如下式：
           式 3-2

    其中：F 為給水流量信號(hào) T 為給水溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)流量開(kāi)方后的給水流量信號(hào)將送到副調(diào)節(jié)器做 PV 值。鍋爐蒸汽流量信號(hào)也是經(jīng)過(guò)流量開(kāi)方后的信號(hào)，即經(jīng)過(guò) FLOWCOMP 模塊運(yùn)算后的結(jié)果。如下式：
          式 3-3

    其中：F 為鍋爐蒸汽出口流量信號(hào) T 為主汽溫度信號(hào) P 為過(guò)熱器出口壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)流量開(kāi)方后的蒸汽流量信號(hào)將送到主調(diào)節(jié)器做為前饋 FF 值。在主調(diào)節(jié)器里修正后的水位信號(hào)和修正后的蒸汽流量信號(hào)經(jīng)過(guò)主調(diào)節(jié)器 PID 模塊運(yùn)算后做為給定值SP 送給副調(diào)節(jié)器，再經(jīng)過(guò)副調(diào)節(jié)器的PID 模塊運(yùn)算后輸出給調(diào)節(jié)閥。

    單元制鍋爐汽包水位 DCS 組態(tài)如圖4 所示：
   
              
                               圖4 單元制鍋爐液位三沖量控制組態(tài)圖

    由于現(xiàn)在電廠多數(shù)都是母管制運(yùn)行的方式，所以再延續(xù)使用單元制的控制邏輯模式，不但邏輯運(yùn)算上繁瑣而且調(diào)試運(yùn)行起來(lái)很不方便，下面就介紹一下母管制運(yùn)行方式下的控制邏輯模式。控制方案見(jiàn)下圖 5 所示：
    
           
                            圖5 母管制鍋爐液位三沖量控制系統(tǒng)框圖

    首先，母管制鍋爐水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化了控制模式，由原來(lái)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)化為使用一個(gè)調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)副給水調(diào)節(jié)閥就可以了。其次，在DCS 邏輯上汽包水位不用經(jīng)過(guò)壓力修正，直接取汽包水位信號(hào)經(jīng)過(guò)三取中(MID OF 3)模塊運(yùn)算。鍋爐出口蒸汽流量需經(jīng)過(guò)流量開(kāi)方運(yùn)算，即經(jīng)過(guò) FLOWCOMP 模塊運(yùn)算后的結(jié)果。如下式：

      式 3-4

    其中：F 為高過(guò)出口蒸汽流量信號(hào) T 為高過(guò)出口溫度信號(hào) P 為高過(guò)出口壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)流量開(kāi)方后的蒸汽流量信號(hào)還要經(jīng)過(guò) RPV 模塊修正，如下式：

      f(x)=C1P1              式 3-5

    其中：C1=1.0~1.8 P1 為式3-4 函數(shù)值鍋爐給水流量不需經(jīng)過(guò)流量開(kāi)方，只需要一個(gè)RPV 模塊修正就可以了，如下式：

      f(x)=C1P1              式 3-6

    其中：C1=1.0~1.8 P1 為給水流量信號(hào)經(jīng)過(guò)修正后的蒸汽流量和給水流量再經(jīng)過(guò) RPV 模塊運(yùn)算取其差值，如下式：

      f(x)=P1-P2             式 3-7

    其中： P1 為給水流量修正信號(hào) P2 為蒸汽流量修正信號(hào)式 3-7 運(yùn)算后的值再與汽包水位三取中的值求和，如下式：

    f(x)=P1+P2                 式 3-8

    其中： P1 為汽包水位三取中信號(hào) P2 為式3-7 的值由式 3-8 得出的結(jié)果做為PV 值送給調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器再根據(jù)SP 值和PV 值PID運(yùn)算后控制副給水調(diào)節(jié)閥。母管制鍋爐投入汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的先決條件是：鍋爐運(yùn)行工況穩(wěn)定，主調(diào)節(jié)閥沒(méi)有大的負(fù)荷調(diào)節(jié)，即主調(diào)節(jié)閥基本不動(dòng)作。母管制鍋爐汽包水位 DCS 組態(tài)如圖6 所示：
   
                     
                        圖6 母管制鍋爐液位三沖量控制組態(tài)圖

    4、總結(jié)

    由于多數(shù)電站使用母管制鍋爐運(yùn)行方式，所以在鍋爐穩(wěn)定的運(yùn)行工況下，使用母管制 DCS 組態(tài)方案可以很容易投入汽包水位調(diào)節(jié)自動(dòng)，也使DCS 系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)間大大加快了。

    母管制運(yùn)行方式下的控制邏輯模式,在鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定的情況下投入自動(dòng)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)多個(gè)項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行觀察汽包水位控制的效果都非常好，即節(jié)省了繁瑣的組態(tài)工作又方便了調(diào)試和運(yùn)行人員的操作，而且系統(tǒng)響應(yīng)也加快了，得到用戶(hù)
的廣泛好評(píng)。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 劉吉臻白焰 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)．電站過(guò)程自動(dòng)化． 2006, 5 ：49-51

    [2] 王再英劉淮霞等 工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)．過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表．2006,2 ：316-320

    [3] 劉國(guó)海 集散控制系統(tǒng)的控制算法．集散控制與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)2006,8 ：53-62

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第四期