杭州優(yōu)穩(wěn)自動化系統(tǒng)有限公司（UWNTEK）在循環(huán)流化床（CFB）鍋爐控制方面進(jìn)行了大量的研究并積累了豐富的現(xiàn)場實施經(jīng)驗，針對各種規(guī)模的流化床鍋爐設(shè)計出了適用的控制方案，并已在多個生產(chǎn)現(xiàn)場成功實施。
二、工藝流程簡介
作為近年來的新一代燃燒鍋爐，循環(huán)流化床因具有燃料適應(yīng)性廣、燃料效率高、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、燃燒技術(shù)潔凈等技術(shù)特點而得到越來越廣泛的應(yīng)用。
循環(huán)流化床鍋爐主要由燃燒系統(tǒng)、氣固分離循環(huán)系統(tǒng)、對流煙道三部分組成。如下圖所示，其中燃燒系統(tǒng)包括風(fēng)室、布風(fēng)板、燃燒室、爐膛、給煤系統(tǒng)等幾部分；氣固分離循環(huán)系統(tǒng)包括物料分離裝置和返料裝置兩部分；對流煙道包括過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等幾部分。
煤和脫硫劑被送入爐膛后，迅速被爐膛內(nèi)存在的大量惰性高溫物料（床料）包圍，著火燃燒。燃燒所需的一次風(fēng)和二次風(fēng)分別從爐膛的底部和側(cè)墻送入，物料在爐膛內(nèi)呈流態(tài)化沸騰燃燒。在上升氣流的作用下向爐膛上部運動，對水冷壁和爐內(nèi)布置的其他受熱面放熱。大顆粒物料被上升氣流帶入懸浮區(qū)后，在重力及其他外力作用下不斷減速偏離主氣流，并最終形成附壁下降粒子流，被氣流夾帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過返料裝置送回爐膛循環(huán)燃燒直至燃盡。未被分離的極細(xì)粒子隨煙氣進(jìn)入尾部煙道，進(jìn)一步對受熱面、空氣預(yù)熱器等放熱冷卻，經(jīng)除塵器后，由引風(fēng)機(jī)送入煙囪排入大氣。
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循環(huán)流化床鍋爐屬于低溫燃燒，床溫要參與控制；至少有五大因素影響床溫；由于爐膛底部溫度較高，磨損嚴(yán)重，因此測量床溫的熱電偶壽命不長，更換頻繁。必須采用智能化程度比較高的DCS軟件才能控制好床溫。
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循環(huán)灰濃度控制是CFB鍋爐良好運行的關(guān)鍵問題之一。DCS供應(yīng)商必須了解循環(huán)灰濃度重要作用和控制技術(shù)，并制定出相應(yīng)的控制方案，才能取得良好的控制效果。
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在天氣不好的情況下，常常會發(fā)生落料管堵塞的現(xiàn)象。DCS必須認(rèn)真考慮對策。
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如果采用三曲線機(jī)翼式風(fēng)量測量裝置，必須保證直管段的長度。
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由于“料腿”比較長，容易發(fā)生堵塞或者發(fā)生二次燃燒現(xiàn)象，因此，鍋爐廠設(shè)計方案中必須充分考慮防止這種狀況的發(fā)生。
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混燒煤氣的CFB鍋爐必須充分考慮進(jìn)入循環(huán)流化床鍋爐的煤氣量和風(fēng)量以及煤粒直徑、灰的濃度和顆粒直徑，以確保鍋爐帶負(fù)荷的能力和流態(tài)化燃燒的實現(xiàn)。
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配置高壓羅茨風(fēng)機(jī)是美國FW公司最成功的經(jīng)驗之一。優(yōu)穩(wěn)DCS對高壓羅茨風(fēng)機(jī)的特點和功能有深入的了解和豐富的控制經(jīng)驗，因此可以提供良好的高壓羅茨風(fēng)機(jī)DCS解決方案。
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混燒煤氣的CFB鍋爐點火時存在爐膛爆炸危險；DCS必須充分考慮必要的安全控制方案。
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循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)與常規(guī)煤粉爐相比，增加了旋風(fēng)分離器、U型閥返料裝置、布風(fēng)板和風(fēng)帽等，燃燒系統(tǒng)滯后大，各參數(shù)（如床溫、床壓）和負(fù)荷間耦合更緊密，從控制角度看，屬于大滯后、多變量、強(qiáng)耦合系統(tǒng)。
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做為DCS供應(yīng)商，優(yōu)穩(wěn)自動化公司對各家鍋爐廠CFB鍋爐的工藝結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行了了解分析，掌握了各參數(shù)內(nèi)部的耦合性和各控制對象工藝結(jié)構(gòu)上的差異；從而有針對性地制定更加優(yōu)化的控制方案。
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主蒸汽母管壓力控制軟件
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建立智能化的負(fù)荷分配系統(tǒng)；
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以主蒸汽壓力穩(wěn)定為核心，調(diào)節(jié)燃料量和風(fēng)量；
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床溫主要依靠煤量和風(fēng)量來調(diào)節(jié)；
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主蒸汽壓力的偏差對調(diào)節(jié)回路加以修正。
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床層溫度控制軟件
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床層壓力控制軟件
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主汽壓力控制軟件
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一次風(fēng)量控制軟件
CFB鍋爐一次風(fēng)至少發(fā)揮了4個方面的作用：
（1）流化狀態(tài)的建立取決于一次風(fēng)量；
（2）床溫的高低受到一次風(fēng)量變化的明顯影響；
（3）床料在密相區(qū)內(nèi)實現(xiàn)良好的流態(tài)化燃燒取決于一次風(fēng)量;
（4）床壓的高低受到一次風(fēng)量一定程度的影響。
UWNTEK系統(tǒng)對于一次風(fēng)控制的解決方案是:
（1）根據(jù)負(fù)荷指令來確保一次風(fēng)量和給煤量匹配，并且實現(xiàn)雙交叉燃燒控制，即加負(fù)荷時先加風(fēng)后加煤，減負(fù)荷時先減煤后減風(fēng)。
（2）采用專家智能控制系統(tǒng)軟件小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)床溫（一般為風(fēng)量的0-5%范圍內(nèi)），既確保鍋爐穩(wěn)定燃燒，又確保床溫控制在850-950℃范圍內(nèi)。
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二次風(fēng)量控制軟件
二次風(fēng)要確保從密相區(qū)逸出的可燃物在稀相區(qū)（懸浮段）得到進(jìn)一步的富氧燃燒。
UWNTEK系統(tǒng)對二次風(fēng)控制的解決方案是：
（1） 確保煙氣含氧量在3—5%范圍內(nèi)；
（2） 包括一、二次風(fēng)在內(nèi)的總風(fēng)量應(yīng)當(dāng)和料量匹配，同時滿足負(fù)荷指令的要求。并且要求二次風(fēng)以實現(xiàn)雙交叉控制：實現(xiàn)加負(fù)荷時先加風(fēng)后加料；減負(fù)荷時先減料后減風(fēng)。
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播煤風(fēng)風(fēng)量控制軟件
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爐膛壓力控制軟件
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石灰石流量控制軟件
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啟動點火控制軟件
目前，大多數(shù)CFB鍋爐采用了先進(jìn)的床下點火技術(shù)：在左右一次風(fēng)室各設(shè)置一支油槍；通常設(shè)置冷卻風(fēng)來把油槍出口溫度控制在850°C以下；為了安全，應(yīng)當(dāng)設(shè)置點火油槍的火焰監(jiān)視系統(tǒng)。
UWNTEK系統(tǒng)對CFB鍋爐點火控制的解決方案是：
在保證爐膛負(fù)壓為50—100pa的條件下，啟動一次風(fēng)機(jī)，由UWNTEK系統(tǒng)控制一次風(fēng)門開度使得床料逐步流化。然后按照預(yù)定的點火溫升曲線，投油燃燒。當(dāng)爐膛溫度超過500-550°C以上時,可以投料燃燒。
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汽包水位控制軟件
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主蒸汽溫度控制軟件
實施先進(jìn)的“信息化帶動工業(yè)化”戰(zhàn)略，“全廠一體化”解決方案：
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模擬量控制系統(tǒng)（MCS）的控制軟件
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順序控制系統(tǒng)（SCS）的控制軟件
根據(jù)工藝系統(tǒng)的運行方式，通過DCS組態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)了爐、機(jī)各輔助設(shè)備的啟停順序和連鎖功能，從而大大提高了機(jī)組運行的可靠性和降低運行人員的勞動強(qiáng)度。由于循環(huán)流化床鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)組各輔助系統(tǒng)的運行方式日益成熟，已基本形成了特定的運行方式，所以DCS系統(tǒng)在實現(xiàn)爐、機(jī)各輔助設(shè)備順控也已常規(guī)化。
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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）的控制軟件
DAS系統(tǒng)通過I/O卡直接從過程對象中獲取數(shù)據(jù)，也可以從其它子系統(tǒng)如MCS、SCS站采集和處理所有與機(jī)組有關(guān)的測點信號及設(shè)備狀態(tài)信號。在操作站上進(jìn)行生產(chǎn)過程的集中監(jiān)視和操作, DAS系統(tǒng)具有顯示、記錄、性能計算、歷史數(shù)據(jù)存儲和檢索等功能。
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爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)（FSSS）的控制軟件
FSSS包括燃料安全系統(tǒng)（FSS）和燃燒器控制系統(tǒng)(BCS)。
FSS包括下列爐膛吹掃、鍋爐冷態(tài)啟動、鍋爐熱態(tài)啟動、燃料跳閘四個功能；
BCS包括下列鍋爐點火準(zhǔn)備、點火槍點火、燃油槍點火、煤燃燒控制四個功能，對給煤機(jī)及相關(guān)的風(fēng)門擋板的啟／停和開／關(guān)、跳閘進(jìn)行程控和監(jiān)視。
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汽機(jī)數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）的控制軟件
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汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)（ETS）的控制軟件
汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機(jī)組危急情況下的保護(hù)系統(tǒng)，包括汽機(jī)的緊急跳閘、油系統(tǒng)投入、抽汽逆止門的控制（信號包括：汽機(jī)超速、潤滑油壓低、軸向位移大、凝汽器真空低、汽機(jī)軸瓦溫度高、汽機(jī)軸承回油溫度高、手動停機(jī)）。優(yōu)穩(wěn)公司可根據(jù)不同汽輪機(jī)廠家的設(shè)備和用戶的特殊要求提供配套成熟的保護(hù)控制方案。
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電氣控制系統(tǒng)（ECS）的控制軟件
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全廠實時監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）的控制軟件
鍋爐控制系統(tǒng)畫面
汽機(jī)控制系統(tǒng)畫面
UW500 DCS體系架構(gòu)
循環(huán)流化床鍋爐的測量點數(shù)（以35t/h為例）
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序號 |
名稱 |
AI |
AO |
DI |
DO |
|
1 |
鍋爐本體 |
103 |
10 |
56 |
24 |
|
2 |
減溫減壓 |
12 |
1 |
0 |
0 |
|
3 |
給水系統(tǒng) |
11 |
2 |
1 |
0 |
|
4 |
電氣系統(tǒng) |
25 |
10 |
72 |
48 |
|
|
合計 |
151 |
23 |
129 |
72 |
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DCS系統(tǒng)配置
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主控制柜一臺；
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輔助控制柜一臺；
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工程師站一臺，操作臺兩臺；
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打印機(jī)一臺；
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配套UPS電源；
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根據(jù)測點配置模塊，可增減控制柜
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五.典型業(yè)績清單
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典型客戶 |
項目名稱 |
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淄礦集團(tuán)埠村煤礦電廠 |
150t循環(huán)流化床鍋爐項目 |
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華能電力集團(tuán) |
2*35t/h流化床項目 |
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張家港市大新熱電有限責(zé)任公司 |
35t循環(huán)流化床鍋爐項目 |
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四川意龍紡織印染有限公司 |
45t流化床鍋爐項目 |
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東營市佳昊化工有限責(zé)任公司 |
130t流化床鍋爐二期項目 |
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山東臨邑海奧生物科技有限公司 |
20t流化床鍋爐項目 |
