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PKS C300系統(tǒng)在220 t/h煤粉鍋爐DCS中的應用

2012-02-09 09:21李志鋒
河南化工 2012年10期
關鍵詞:汽包調節(jié)閥爐膛

張 方,李志鋒

(1.河南煤業(yè)化工集團中原大化儀表公司,河南濮陽 457162;2.河南煤業(yè)化工集團鶴壁煤電股份有限公司化工分公司儀表公司,河南鶴壁 458000)

河南煤業(yè)化工集團鶴煤化工分公司動力廠鍋爐形式為3臺高溫高壓煤粉爐、四角布置燃燒器、煤粉懸浮燃燒、平衡通風、固態(tài)排渣。

燃燒設備采用中間儲倉式制粉系統(tǒng),熱風送粉。每臺鍋爐送、引、排粉風機均為雙系列配置。鍋爐采用高能點火器點火。引燃方式為:高能點火器→輕柴油→煤粉,油槍采用機械霧化方式。燃油系統(tǒng)設有微油點火與常規(guī)油槍兩套系統(tǒng)。

DCS系統(tǒng)采用美國HONEYWELL公司的新一代過程知識系統(tǒng)PKS R310 C300來實現(xiàn)。

PKS系統(tǒng)按通訊信息類別可以劃分為三層網絡,分別為信息網絡、控制網絡和I/O網絡。信息網絡用于操作員站與服務器間的通訊;控制網絡實現(xiàn)C300控制器與服務器的互連;I/O網絡則實現(xiàn)C300控制器與IO卡件的通訊。

硬件系統(tǒng)配置包括7個 C300控制站、5臺CONSOLE站,2臺FLEX站,2臺服務器,F(xiàn)TE網絡及冗余終端服務器等。控制站由電源單元、冗余C300控制器、控制站防火墻及相關I/O卡件等部分組成,完成現(xiàn)場信號采集、邏輯運算、控制算法、通過容錯以太網FTE將數據和診斷結果傳送到服務器及操作站等功能。服務器具有實時數據庫功能,用于存儲工程組態(tài)數據,歸檔系統(tǒng)歷史數據及事件,自動生成系統(tǒng)報表等,操作員站采用HTML人機界面,使用網頁設計技術。可以實現(xiàn)基于操作員,或基于操作站的安全性,完成系統(tǒng)指定區(qū)域范圍的操作控制。終端服務器完成PKS系統(tǒng)與其它子系統(tǒng)的通實現(xiàn),比如數字化電液調節(jié)系統(tǒng)DEH,干渣處理系統(tǒng),氣力輸灰系統(tǒng),布袋除塵系統(tǒng)等。

軟件組態(tài)方面包括:數據采集系統(tǒng)(DAS),爐膛安全保護系統(tǒng)(FSSS),模擬量調節(jié)系統(tǒng)(MCS),順序控制系統(tǒng)(SCS)四部分。

DAS系統(tǒng):完成DCS操作界面,設置趨勢組、歷史組、報表及操作指導信息等;順序控制系統(tǒng)(SCS)SCS系統(tǒng)主要針對開關量設備進行控制;模擬量調節(jié)系統(tǒng)(MCS);爐膛安全保護系統(tǒng)(FSSS)。下面重點介紹一下MCS和FSSS。

1 模擬量調節(jié)系統(tǒng)(MCS)

重要測點,比如汽包水位、爐膛負壓等,設置為三重冗余測量,當三個信號均為好值:取中值輸出;有一個信號為壞值:其余兩個好值取平均值輸出;有兩個信號為壞值:取剩下的一個好值輸出。

為了保證控制回路安全可靠運行,當測量信號偏差大,測量信號壞值,控制偏差大時聯(lián)鎖切手動。

MCS主要包括:鍋爐主控系統(tǒng),燃料控制,引送風控制,爐膛壓力控制,各層風層操控制,汽包水位控制,減溫水調節(jié)控制,高中低壓管網壓力控制等。下面主要介紹一下多輸出設備的控制,汽包水位控制,燃料控制,以及高中壓打管網控制。

1.1 多輸出設備的控制(MOCS)

當控制回路作用于多個執(zhí)行機構時,如燃料指令控制2層給粉機的控制,送風指令作用于兩臺送風機入口擋板等,這樣的控制設備定義為多輸出設備。

多輸出控制系統(tǒng)實現(xiàn)了以下功能:任一設備的手自動切換無平衡無擾動。在自動工況下,任一設備的偏置操作(增加/減少),其他設備會自動減少/增加,保證系統(tǒng)燃料的平衡。對于多輸出設備,在系統(tǒng)自動運行時,允許運行人員改變偏置干預設備的運行,此時輸出控制系統(tǒng)會將運行人員的自動平衡到其他投自動的設備上,保證總量的平衡。手動設備的輸出變化(增大/減少),投自動的設備會自動減少/增加,保證主控系統(tǒng)的平衡。

1.2 汽包液位三沖量控制

給水控制系統(tǒng)控制設備包括鍋爐主給水調節(jié)閥、鍋爐低負荷給水調節(jié)閥。通過調整給水閥開度使汽包水位保持穩(wěn)定,正常情況由主給水調節(jié)閥調汽包水位,低負荷給水調節(jié)閥主要用于鍋爐啟動時的汽包水位調節(jié)。另外,給水管道上還設置了給水旁路電動門。

圖1 三沖量方塊圖

汽包水位信號采用三選一,并經過汽包壓力補償。主汽流量采用過熱器出口聯(lián)箱蒸汽壓力以及主汽溫度校正。給水流量采用給水溫度校正。

主給水調節(jié)閥采用三沖量調節(jié)系統(tǒng),低負荷給水調節(jié)閥采用單回路調節(jié)系統(tǒng)。當鍋爐主汽流量大于30%時,低負荷調節(jié)閥將禁止投自動;當鍋爐主汽流量小于20%時,主給水閥將禁止投自動。任何時候,主給水閥和低負荷給水閥只能有一路可以投入自動,維持汽包水位。

三沖量控制時,如果汽包水位、給水流量、主汽流量任一有壞質量,主給水調節(jié)閥切至手動。單沖量控制時,如果汽包水位有壞質量,低負荷給水調節(jié)閥切至手動。

三沖量方塊圖如圖1所示。

1.3 燃料控制系統(tǒng)

鍋爐主控系統(tǒng)發(fā)出的燃料指令即是總燃料指令,兩層給粉機轉速之和即總給粉機轉速(代表煤量)加上燃油流量作為總燃料量,燃料控制器接受總燃料指令和總燃料量的偏差??偯毫坑伤薪o粉機轉速相加之和得出。燃油流量為進油流量減去回油流量,加上總煤量即為總燃料量。燃料控制器的輸出由MOCS系統(tǒng)發(fā)指令到各給粉機層。每臺給粉機均可手動操作,或接收層操作器自動指令,如果該給粉機停運,或MFT發(fā)生,則該給粉機轉速指令將被強制設定為0。如果當前總風量小于總燃料量燃燒所需的風量,則燃料控制器閉增。

1.4 中高壓蒸汽管網壓力控制

為了保證后續(xù)裝置需要的高、中、低壓蒸汽的需求和蒸汽平衡,正常運行時,鍋爐生產的高壓蒸汽分三路:一路是送到下游空分裝置的驅動空氣壓縮機的蒸汽透平;第二路引入第一臺驅動發(fā)電機的蒸汽透平85K001A;第三路引入第二臺驅動發(fā)電機的蒸汽透平85K001B。兩臺驅動發(fā)電機的汽輪機的第一級抽汽為中壓蒸汽;兩臺驅動發(fā)電機的汽輪機的第二級抽汽為低壓蒸汽。

1.4.1 高壓蒸汽管網壓力控制

高壓蒸汽管網壓力設定值為9.81 MPa,由調節(jié)器PIC-85101控制,PIC-85101為正作用調節(jié)器。PIC-85101輸出的0~50%通過折線函數轉換為0~100%與中壓蒸汽壓力調節(jié)器PIC85106輸出的50%~75%通過折線函數轉換為100% ~0進行低選,低選后的信號控制汽輪機的負荷。PIC-85101輸出的50%~100%控制放空閥PV-85101的放空量,其開度0~100%對應PIC-85101輸出的50%~100%。

1.4.2 中壓蒸汽管網壓力控制

中壓蒸汽管網壓力設定值為4.4 MPa,由調節(jié)器PIC-85106控制,PIC-85106為正作用調節(jié)器。PIC-85106輸出的0~50%對應PV85106A(B執(zhí)行機構)閥門的0~100%開度(通過折線函數處理)(對應DCS信號20~4 mADC),做為穩(wěn)定中壓蒸汽管網壓力的主要手段。PIC85106輸出的50%~75%用于調節(jié)汽輪機負荷。PIC85106輸出的75%~100%通過折線函數轉換為0~100%的信號與PIC85206(同樣測量信號為PT85106,正作用調節(jié)器)的輸出進行低選,低選器輸出控制PV85106C閥門的開度,調整中壓蒸汽的放空量。

1.4.3 高壓減溫減壓器的控制

高壓減溫減壓站的作用有三個:一是正常減壓,維持中壓系統(tǒng)壓力穩(wěn)定;二是當發(fā)電機組跳車時,使原先通過汽輪機的蒸汽量迅速通過,保證高中壓管網的平衡;三是調節(jié)減壓后蒸汽溫度(這里主要側重壓力控制的說明)。

高壓減壓閥有兩個執(zhí)行機構:A執(zhí)行機構的作用是跟蹤功能,用于跟蹤 B執(zhí)行機構的開度和85K001的蒸汽流量,DCS輸出為:OP(PIC85106)-F85005A-F85006A[注:OP(PIC85106)為分程后信號];B執(zhí)行機構的作用是正常調節(jié),接受PIC-85106的分程控制信號。

B執(zhí)行機構還裝配電磁閥,用于接收發(fā)電機組的跳車信號。汽機跳車信號發(fā)出后,電磁閥失電,同時PIC85106切為手動,3 s后,閥位變送器測量的閥位信號設為到B執(zhí)行機構的閥位控制信號。4 s后,PIC85106切為自動,根據當時中壓管網的壓力自動調節(jié)。

2 爐膛安全保護系統(tǒng)(FSSS)

FSSS控制邏輯分為公用控制邏輯、燃油控制邏輯及燃煤控制邏輯三大部分。

公用控制邏輯部分包含鍋爐保護的全部內容,即油泄漏試驗、爐膛吹掃、主燃料跳閘(MFT)及油燃料跳閘(OFT)與首出原因記憶、點火條件等。公用控制邏輯還包括有FSSS公用設備(如火檢冷卻風機、燃油母管關斷閥)的控制。

燃油控制邏輯包括各對油燃燒器投、切控制、對角投切及層投、切控制。

燃煤控制邏輯包括各制粉系統(tǒng)(煤層)的順序控制及單個設備的控制。

FSSS操作界面主要是操作站LCD畫面。作為保護系統(tǒng),F(xiàn)SSS還有后備硬手操MFT按鈕及硬跳閘繼電器。下面主要介紹一下油泄漏試驗,爐膛吹掃,及 MFT。

2.1 油泄漏試驗

為防止供油管路泄漏(包括漏入爐膛),油系統(tǒng)泄漏試驗是針對進油快關閥、及單個油角閥的密閉性所做的試驗。

油試驗過程:若允許條件滿足,將在LCD上指示“油泄漏試驗允許”,這時可以從LCD上發(fā)出“油泄漏試驗”指令,指令發(fā)出后,關閉燃油回油閥,打開燃油母管關斷閥,同時在LCD上指示“油泄漏試驗在進行中”,并自動進行下列步序:

①打開燃油母管關斷閥充壓,待回油閥前壓力正常后關閉輕油(LDO)進油快關閥;若在90 s內,油壓沒有達到規(guī)定值,則發(fā)出“充油失敗”信號。②若燃油母管壓力合格,關閉燃油母管關斷閥,開始120 s的油壓監(jiān)視。若回油閥前壓力低于1.5 MPa,則發(fā)出“油角閥泄漏”信號。③若燃油母管關斷閥后壓力在120 s之內保持在1.5 MPa以上,則發(fā)出整個“油泄漏成功”信號。

2.2 爐膛吹掃

鍋爐點火前,必須進行爐膛吹掃,這是鍋爐防爆規(guī)程中基本的防爆保護措施。在鍋爐對流煙井、煙道和將煙氣送至煙囪的引風機等處均有可能積聚過量的可燃物,當這種可燃物與適當比例空氣混合,遇到點火源時,即可能引燃而導致爐膛爆炸。

爐膛吹掃的目的是將爐膛內的殘留可燃物質清除掉,以防止鍋爐點火時發(fā)生爆燃。

主燃料跳閘(MFT)后,自動產生“請求爐膛吹掃”信號。

當一次吹掃允許條件滿足后,自動產生“吹掃準備就緒”信號。運行人員在LCD上發(fā)出“啟動爐膛吹掃”令,等待二次吹掃條件滿足后,爐膛吹掃開始,LCD上指示“爐膛吹掃進行中”,吹掃計時器開始倒計時,時間為300 s。

為了使爐膛吹掃徹底、干凈,吹掃過程必須在30%以上額定風量下持續(xù)5 min。

當所有吹掃條件滿足并持續(xù)5 min,吹掃完成,在LCD上指示“爐膛吹掃成功”信號,吹掃結束。

2.3 主燃料跳閘(MFT)

主燃料跳閘(MFT)是鍋爐安全保護的核心內容。是FSSS系統(tǒng)中最重要的安全功能。在出現(xiàn)任何危及鍋爐安全運行的危險工況時,MFT動作將快速切斷所有進入爐膛的燃料,即切斷所有油和煤的輸入,以保證鍋爐安全,避免事故發(fā)生或限制事故進一步擴大。當MFT跳閘后,有首出跳閘原因顯示;當MFT復位后,首出跳閘記憶清除。MFT跳閘條件:運行人員跳閘(2個MFT按鈕同時按下);爐膛壓力高高,MCS硬接線輸入,三取二產生。延時3s;爐膛壓力低低,MCS硬接線輸入,三取二產生,延時3 s;汽包水位高高跳閘,采用模擬量判斷,三取二產生,延時5 s汽包水位低低跳閘,采用模擬量判斷,三取二產生,延時5 s兩臺送風機停止;兩臺引風機停止;兩臺火檢冷卻風機跳閘,延時15 s;鍋爐風量<30%,MCS硬接線輸入,三取二產生。延時3 s;點火失敗:失去全部燃料;失去全部火焰。

河南煤化鶴煤化工分公司動力廠220 t/h鍋爐DCS系統(tǒng)于2012年3月正式投入運行,HONEYWELL的PKS系統(tǒng)完全實現(xiàn)了原設計規(guī)范的數據采集系統(tǒng)(DAS),模擬量調節(jié)系統(tǒng)(MCS),爐膛安全保護系統(tǒng)(FSSS),開關順序控制系統(tǒng)(SCS)等功能,DCS的投入,極大方便了運行人員對輔機及相關設備的啟停操作,操作界面方便、直觀,同時對運行設備出現(xiàn)的故障可以進行及時的反映和保護,保證了設備的運行安全。DCS系統(tǒng)自投入運行以來,鍋爐運行穩(wěn)定、可靠。操作界面人性化,美觀實用、操作方便。為后續(xù)系統(tǒng)的順利開車打下了堅實的基礎。

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