PKS C300系統(tǒng)在220 t/h煤粉鍋爐DCS中的應(yīng)用

張 方，李志鋒

(1.河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化儀表公司，河南濮陽 457162;2.河南煤業(yè)化工集團(tuán)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(tuán)鶴煤化工分公司動(dòng)力廠鍋爐形式為3臺(tái)高溫高壓煤粉爐、四角布置燃燒器、煤粉懸浮燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣。

燃燒設(shè)備采用中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)，熱風(fēng)送粉。每臺(tái)鍋爐送、引、排粉風(fēng)機(jī)均為雙系列配置。鍋爐采用高能點(diǎn)火器點(diǎn)火。引燃方式為:高能點(diǎn)火器→輕柴油→煤粉，油槍采用機(jī)械霧化方式。燃油系統(tǒng)設(shè)有微油點(diǎn)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(shí)系統(tǒng)PKS R310 C300來實(shí)現(xiàn)。

PKS系統(tǒng)按通訊信息類別可以劃分為三層網(wǎng)絡(luò)，分別為信息網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)和I/O網(wǎng)絡(luò)。信息網(wǎng)絡(luò)用于操作員站與服務(wù)器間的通訊;控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)C300控制器與服務(wù)器的互連;I/O網(wǎng)絡(luò)則實(shí)現(xiàn)C300控制器與IO卡件的通訊。

硬件系統(tǒng)配置包括7個(gè) C300控制站、5臺(tái)CONSOLE站，2臺(tái)FLEX站，2臺(tái)服務(wù)器，F(xiàn)TE網(wǎng)絡(luò)及冗余終端服務(wù)器等?？刂普居呻娫磫卧?、冗余C300控制器、控制站防火墻及相關(guān)I/O卡件等部分組成，完成現(xiàn)場信號(hào)采集、邏輯運(yùn)算、控制算法、通過容錯(cuò)以太網(wǎng)FTE將數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果傳送到服務(wù)器及操作站等功能。服務(wù)器具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫功能，用于存儲(chǔ)工程組態(tài)數(shù)據(jù)，歸檔系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)及事件，自動(dòng)生成系統(tǒng)報(bào)表等，操作員站采用HTML人機(jī)界面，使用網(wǎng)頁設(shè)計(jì)技術(shù)?？梢詫?shí)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(wù)器完成PKS系統(tǒng)與其它子系統(tǒng)的通實(shí)現(xiàn)，比如數(shù)字化電液調(diào)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)(FSSS)，模擬量調(diào)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(shè)置趨勢組、歷史組、報(bào)表及操作指導(dǎo)信息等;順序控制系統(tǒng)(SCS)SCS系統(tǒng)主要針對(duì)開關(guān)量設(shè)備進(jìn)行控制;模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)(MCS);爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)(FSSS)。下面重點(diǎn)介紹一下MCS和FSSS。

1 模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)(MCS)

重要測點(diǎn)，比如汽包水位、爐膛負(fù)壓等，設(shè)置為三重冗余測量，當(dāng)三個(gè)信號(hào)均為好值:取中值輸出;有一個(gè)信號(hào)為壞值:其余兩個(gè)好值取平均值輸出;有兩個(gè)信號(hào)為壞值:取剩下的一個(gè)好值輸出。

為了保證控制回路安全可靠運(yùn)行，當(dāng)測量信號(hào)偏差大，測量信號(hào)壞值，控制偏差大時(shí)聯(lián)鎖切手動(dòng)。

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

1.1 多輸出設(shè)備的控制(MOCS)

當(dāng)控制回路作用于多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，如燃料指令控制2層給粉機(jī)的控制，送風(fēng)指令作用于兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)入口擋板等，這樣的控制設(shè)備定義為多輸出設(shè)備。

多輸出控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下功能:任一設(shè)備的手自動(dòng)切換無平衡無擾動(dòng)。在自動(dòng)工況下，任一設(shè)備的偏置操作(增加/減少)，其他設(shè)備會(huì)自動(dòng)減少/增加，保證系統(tǒng)燃料的平衡。對(duì)于多輸出設(shè)備，在系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，允許運(yùn)行人員改變偏置干預(yù)設(shè)備的運(yùn)行，此時(shí)輸出控制系統(tǒng)會(huì)將運(yùn)行人員的自動(dòng)平衡到其他投自動(dòng)的設(shè)備上，保證總量的平衡。手動(dòng)設(shè)備的輸出變化(增大/減少)，投自動(dòng)的設(shè)備會(huì)自動(dòng)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(shè)備包括鍋爐主給水調(diào)節(jié)閥、鍋爐低負(fù)荷給水調(diào)節(jié)閥。通過調(diào)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(diào)節(jié)閥調(diào)汽包水位，低負(fù)荷給水調(diào)節(jié)閥主要用于鍋爐啟動(dòng)時(shí)的汽包水位調(diào)節(jié)。另外，給水管道上還設(shè)置了給水旁路電動(dòng)門。

圖1 三沖量方塊圖

汽包水位信號(hào)采用三選一，并經(jīng)過汽包壓力補(bǔ)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(diào)節(jié)閥采用三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，低負(fù)荷給水調(diào)節(jié)閥采用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐主汽流量大于30%時(shí)，低負(fù)荷調(diào)節(jié)閥將禁止投自動(dòng);當(dāng)鍋爐主汽流量小于20%時(shí)，主給水閥將禁止投自動(dòng)。任何時(shí)候，主給水閥和低負(fù)荷給水閥只能有一路可以投入自動(dòng)，維持汽包水位。

三沖量控制時(shí)，如果汽包水位、給水流量、主汽流量任一有壞質(zhì)量，主給水調(diào)節(jié)閥切至手動(dòng)。單沖量控制時(shí)，如果汽包水位有壞質(zhì)量，低負(fù)荷給水調(diào)節(jié)閥切至手動(dòng)。

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?cè)剂现噶睿瑑蓪咏o粉機(jī)轉(zhuǎn)速之和即總給粉機(jī)轉(zhuǎn)速(代表煤量)加上燃油流量作為總?cè)剂狭?，燃料控制器接受總?cè)剂现噶詈涂側(cè)剂狭康钠??？偯毫坑伤薪o粉機(jī)轉(zhuǎn)速相加之和得出。燃油流量為進(jìn)油流量減去回油流量，加上總煤量即為總?cè)剂狭俊Ｈ剂峡刂破鞯妮敵鲇蒑OCS系統(tǒng)發(fā)指令到各給粉機(jī)層。每臺(tái)給粉機(jī)均可手動(dòng)操作，或接收層操作器自動(dòng)指令，如果該給粉機(jī)停運(yùn)，或MFT發(fā)生，則該給粉機(jī)轉(zhuǎn)速指令將被強(qiáng)制設(shè)定為0。如果當(dāng)前總風(fēng)量小于總?cè)剂狭咳紵璧娘L(fēng)量，則燃料控制器閉增。

1.4 中高壓蒸汽管網(wǎng)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(yùn)行時(shí)，鍋爐生產(chǎn)的高壓蒸汽分三路:一路是送到下游空分裝置的驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)的蒸汽透平;第二路引入第一臺(tái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的蒸汽透平85K001A;第三路引入第二臺(tái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的蒸汽透平85K001B。兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的汽輪機(jī)的第一級(jí)抽汽為中壓蒸汽;兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的汽輪機(jī)的第二級(jí)抽汽為低壓蒸汽。

1.4.1 高壓蒸汽管網(wǎng)壓力控制

高壓蒸汽管網(wǎng)壓力設(shè)定值為9.81 MPa，由調(diào)節(jié)器PIC-85101控制，PIC-85101為正作用調(diào)節(jié)器。PIC-85101輸出的0～50%通過折線函數(shù)轉(zhuǎn)換為0～100%與中壓蒸汽壓力調(diào)節(jié)器PIC85106輸出的50%～75%通過折線函數(shù)轉(zhuǎn)換為100% ～0進(jìn)行低選，低選后的信號(hào)控制汽輪機(jī)的負(fù)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(duì)應(yīng)PIC-85101輸出的50%～100%。

1.4.2 中壓蒸汽管網(wǎng)壓力控制

中壓蒸汽管網(wǎng)壓力設(shè)定值為4.4 MPa，由調(diào)節(jié)器PIC-85106控制，PIC-85106為正作用調(diào)節(jié)器。PIC-85106輸出的0～50%對(duì)應(yīng)PV85106A(B執(zhí)行機(jī)構(gòu))閥門的0～100%開度(通過折線函數(shù)處理)(對(duì)應(yīng)DCS信號(hào)20～4 mADC)，做為穩(wěn)定中壓蒸汽管網(wǎng)壓力的主要手段。PIC85106輸出的50%～75%用于調(diào)節(jié)汽輪機(jī)負(fù)荷。PIC85106輸出的75%～100%通過折線函數(shù)轉(zhuǎn)換為0～100%的信號(hào)與PIC85206(同樣測量信號(hào)為PT85106，正作用調(diào)節(jié)器)的輸出進(jìn)行低選，低選器輸出控制PV85106C閥門的開度，調(diào)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(gè):一是正常減壓，維持中壓系統(tǒng)壓力穩(wěn)定;二是當(dāng)發(fā)電機(jī)組跳車時(shí)，使原先通過汽輪機(jī)的蒸汽量迅速通過，保證高中壓管網(wǎng)的平衡;三是調(diào)節(jié)減壓后蒸汽溫度(這里主要側(cè)重壓力控制的說明)。

高壓減壓閥有兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu):A執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是跟蹤功能，用于跟蹤 B執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(hào)］;B執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是正常調(diào)節(jié)，接受PIC-85106的分程控制信號(hào)。

B執(zhí)行機(jī)構(gòu)還裝配電磁閥，用于接收發(fā)電機(jī)組的跳車信號(hào)。汽機(jī)跳車信號(hào)發(fā)出后，電磁閥失電，同時(shí)PIC85106切為手動(dòng)，3 s后，閥位變送器測量的閥位信號(hào)設(shè)為到B執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥位控制信號(hào)。4 s后，PIC85106切為自動(dòng)，根據(jù)當(dāng)時(shí)中壓管網(wǎng)的壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)。

2 爐膛安全保護(hù)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(hù)的全部內(nèi)容，即油泄漏試驗(yàn)、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(diǎn)火條件等。公用控制邏輯還包括有FSSS公用設(shè)備(如火檢冷卻風(fēng)機(jī)、燃油母管關(guān)斷閥)的控制。

燃油控制邏輯包括各對(duì)油燃燒器投、切控制、對(duì)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(gè)設(shè)備的控制。

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

2.1 油泄漏試驗(yàn)

為防止供油管路泄漏(包括漏入爐膛)，油系統(tǒng)泄漏試驗(yàn)是針對(duì)進(jìn)油快關(guān)閥、及單個(gè)油角閥的密閉性所做的試驗(yàn)。

油試驗(yàn)過程:若允許條件滿足，將在LCD上指示“油泄漏試驗(yàn)允許”，這時(shí)可以從LCD上發(fā)出“油泄漏試驗(yàn)”指令，指令發(fā)出后，關(guān)閉燃油回油閥，打開燃油母管關(guān)斷閥，同時(shí)在LCD上指示“油泄漏試驗(yàn)在進(jìn)行中”，并自動(dòng)進(jìn)行下列步序:

①打開燃油母管關(guān)斷閥充壓，待回油閥前壓力正常后關(guān)閉輕油(LDO)進(jìn)油快關(guān)閥;若在90 s內(nèi)，油壓沒有達(dá)到規(guī)定值，則發(fā)出“充油失敗”信號(hào)。②若燃油母管壓力合格，關(guān)閉燃油母管關(guān)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(hào)。③若燃油母管關(guān)斷閥后壓力在120 s之內(nèi)保持在1.5 MPa以上，則發(fā)出整個(gè)“油泄漏成功”信號(hào)。

2.2 爐膛吹掃

鍋爐點(diǎn)火前，必須進(jìn)行爐膛吹掃，這是鍋爐防爆規(guī)程中基本的防爆保護(hù)措施。在鍋爐對(duì)流煙井、煙道和將煙氣送至煙囪的引風(fēng)機(jī)等處均有可能積聚過量的可燃物，當(dāng)這種可燃物與適當(dāng)比例空氣混合，遇到點(diǎn)火源時(shí)，即可能引燃而導(dǎo)致爐膛爆炸。

爐膛吹掃的目的是將爐膛內(nèi)的殘留可燃物質(zhì)清除掉，以防止鍋爐點(diǎn)火時(shí)發(fā)生爆燃。

主燃料跳閘(MFT)后，自動(dòng)產(chǎn)生“請(qǐng)求爐膛吹掃”信號(hào)。

當(dāng)一次吹掃允許條件滿足后，自動(dòng)產(chǎn)生“吹掃準(zhǔn)備就緒”信號(hào)。運(yùn)行人員在LCD上發(fā)出“啟動(dòng)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(jìn)行中”，吹掃計(jì)時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，時(shí)間為300 s。

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

當(dāng)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(hào)，吹掃結(jié)束。

2.3 主燃料跳閘(MFT)

主燃料跳閘(MFT)是鍋爐安全保護(hù)的核心內(nèi)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(yùn)行的危險(xiǎn)工況時(shí)，MFT動(dòng)作將快速切斷所有進(jìn)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(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)MFT跳閘后，有首出跳閘原因顯示;當(dāng)MFT復(fù)位后，首出跳閘記憶清除。MFT跳閘條件:運(yùn)行人員跳閘(2個(gè)MFT按鈕同時(shí)按下);爐膛壓力高高，MCS硬接線輸入，三取二產(chǎn)生。延時(shí)3s;爐膛壓力低低，MCS硬接線輸入，三取二產(chǎn)生，延時(shí)3 s;汽包水位高高跳閘，采用模擬量判斷，三取二產(chǎn)生，延時(shí)5 s汽包水位低低跳閘，采用模擬量判斷，三取二產(chǎn)生，延時(shí)5 s兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)停止;兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)停止;兩臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)跳閘，延時(shí)15 s;鍋爐風(fēng)量＜30%，MCS硬接線輸入，三取二產(chǎn)生。延時(shí)3 s;點(diǎn)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(dòng)力廠220 t/h鍋爐DCS系統(tǒng)于2012年3月正式投入運(yùn)行，HONEYWELL的PKS系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了原設(shè)計(jì)規(guī)范的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)(MCS)，爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)(FSSS)，開關(guān)順序控制系統(tǒng)(SCS)等功能，DCS的投入，極大方便了運(yùn)行人員對(duì)輔機(jī)及相關(guān)設(shè)備的啟停操作，操作界面方便、直觀，同時(shí)對(duì)運(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)的故障可以進(jìn)行及時(shí)的反映和保護(hù)，保證了設(shè)備的運(yùn)行安全。DCS系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。操作界面人性化，美觀實(shí)用、操作方便。為后續(xù)系統(tǒng)的順利開車打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。