DCS在燃煙梗臥式循環(huán)流化床蒸汽鍋爐系統(tǒng)的應(yīng)用

崔建軍 楊 雷 白彥茹 胡 峰

（1.湖南煙葉復(fù)烤有限公司，湖南 郴州423000；2.北京熱華能源科技有限公司，北京100084）

0 引言

煙草是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，2010年我國(guó)煙葉產(chǎn)量為220萬(wàn)t。如果煙葉與煙梗的比例按5∶2粗略估算，我國(guó)2010年就大約產(chǎn)生88萬(wàn)t的煙梗。煙梗可以作為燃料產(chǎn)生熱能，供生產(chǎn)、生活使用。崔志軍介紹了采用煙梗氣化技術(shù)產(chǎn)生燃?xì)?，然后燃燒以烘烤煙葉的辦法［1］。李黎嘗試對(duì)煙梗進(jìn)行熱解，試圖通過(guò)提高煙梗熱解殘留物能量密度來(lái)探索其合理利用，熱解后固體產(chǎn)物的熱值約23MJ／kg，提高一倍左右［2］。針對(duì)目前煙草行業(yè)對(duì)廢棄物的利用現(xiàn)狀，北京熱華能源科技有限公司開(kāi)發(fā)了燃煙梗的臥式循環(huán)流化床蒸汽鍋爐，湖南煙葉復(fù)烤有限公司通過(guò)BOT的商業(yè)運(yùn)作模式引進(jìn)了一套該裝備（15t／h），包括完整的控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)的選擇上，PLC和DCS各有特點(diǎn)［3－4］，均適用于臥式循環(huán)流化床鍋爐，考慮到系統(tǒng)冗余及鍋爐安全，本控制系統(tǒng)采用DCS實(shí)現(xiàn)。本文主要介紹這臺(tái)新型燃煙梗生物質(zhì)鍋爐的控制系統(tǒng)。

1 工藝過(guò)程簡(jiǎn)介

鍋爐燃燒大致分為燃料給入系統(tǒng)、煙風(fēng)系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)，下面分別介紹各子系統(tǒng)。

1.1 燃料給入系統(tǒng)

鍋爐的設(shè)計(jì)燃料為煙梗、煙灰和煤，分3路給入鍋爐：（1）煙梗上料及給入：煙梗上料給入系統(tǒng)由雙絞龍、皮帶輸送機(jī)、爐前落料倉(cāng)和煙梗給入絞龍構(gòu)成。（2）煙灰上料及給入：通過(guò)噴吹方式將煙灰給入鍋爐。（3）上煤及給煤：上煤及給煤系統(tǒng)由斗式提升機(jī)、爐前煤倉(cāng)和給煤機(jī)構(gòu)成。同時(shí)，給煤和給煙梗設(shè)置連續(xù)變頻調(diào)速裝置，根據(jù)鍋爐負(fù)荷大小調(diào)整給料量。

1.2 煙風(fēng)系統(tǒng)

煙風(fēng)系統(tǒng)由引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)等構(gòu)成，鍋爐平衡通風(fēng)，微負(fù)壓運(yùn)行。羅茨風(fēng)機(jī)用于返料。

1.3 汽水系統(tǒng)

汽水系統(tǒng)由熱力除氧器、除氧水泵、鍋爐給水泵和加藥裝置構(gòu)成，其中除氧水泵和鍋爐給水泵各設(shè)置2臺(tái)，一用一備。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)由電氣和控制2部分組成，電氣部分由低壓進(jìn)線柜、低壓配電柜、變頻器柜構(gòu)成，控制部分由就地顯示儀表柜、DCS系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)儀表構(gòu)成。

低壓進(jìn)線柜：將用戶(hù)提供的電源分配給低壓配電柜、變頻器柜。

低壓配電柜：控制各個(gè)電機(jī)設(shè)備和給DCS系統(tǒng)供電。

變頻器柜：變頻調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)、皮帶機(jī)和雙絞龍，一方面節(jié)省電能，另一方面便于調(diào)節(jié)鍋爐燃燒工況。

儀表柜：主要監(jiān)控鍋爐水位、氧含量及鍋爐溫度等重要運(yùn)行參數(shù)，并把現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)隔離變送后輸出給DCS。

DCS柜：控制鍋爐運(yùn)行，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)各參數(shù)。

3 DCS系統(tǒng)的配置

本項(xiàng)目采用浙大中控JX－300XP系統(tǒng)，采用雙CPU處理技術(shù)、智能化I／O技術(shù)、冗余技術(shù)、通信技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)。該系統(tǒng)基本組成包括工程師站（ES）、操作員站（OS）、控制站（CS）和通訊網(wǎng)絡(luò)SCnetⅡ。工程師站和操作員站為上位機(jī)集中監(jiān)控層，采用2臺(tái)戴爾公司的P4系列工作站，主要能完成廠級(jí)的管理功能，包括制作報(bào)表、打印和統(tǒng)計(jì)用汽量、歷史數(shù)據(jù)分析以及程序／畫(huà)面的修改、組態(tài)。下位設(shè)備控制層選用浙大中控JX－300XP系統(tǒng)作為控制站，配合現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變頻器、動(dòng)力控制單元、一次儀表和其他輔助設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐等系統(tǒng)的控制。

JX－300XP控制站完成整個(gè)工業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，由主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I／O卡件、供電單元等組成?？刂普镜母鞣N卡件均可冗余配置，為了增加系統(tǒng)的可靠性，我們對(duì)控制站的主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、電源、通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了冗余配置。

4 控制方案

以下簡(jiǎn)要介紹如何用JX－300XP控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)燃燒系統(tǒng)控制和汽水系統(tǒng)控制。

4.1 燃燒系統(tǒng)控制

為保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行及人身安全而設(shè)置必要的聯(lián)鎖，使之能夠及時(shí)準(zhǔn)確地動(dòng)作。為此根據(jù)工藝要求，除設(shè)置報(bào)警功能外，還對(duì)設(shè)備設(shè)置聯(lián)鎖保護(hù)。

圖1為設(shè)備的啟動(dòng)順序，停止時(shí)應(yīng)逆向停止。圖中引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)、皮帶機(jī)、雙絞龍均采用變頻控制，由于雙絞龍是2臺(tái)電機(jī)，且與皮帶機(jī)同在煙梗上料環(huán)節(jié)，為降低調(diào)節(jié)的繁瑣性，皮帶機(jī)與2臺(tái)雙絞龍的速度加了聯(lián)動(dòng)機(jī)制。如圖2所示，皮帶機(jī)與雙絞龍聯(lián)鎖機(jī)制未投入時(shí)，皮帶機(jī)與雙絞龍1、雙絞龍2的頻率由上位機(jī)的接口輸入，聯(lián)鎖投入后，雙絞龍1、雙絞龍2跟隨皮帶機(jī)速度，通過(guò)調(diào)節(jié)系數(shù)K來(lái)調(diào)整雙絞龍的頻率，從而控制煙梗的落料量。

圖1 設(shè)備啟動(dòng)順序

圖2 皮帶機(jī)與雙絞龍的聯(lián)動(dòng)

圖3為汽包水位極低和蒸汽壓力超高聯(lián)鎖保護(hù)，用以防止鍋爐異常時(shí)出現(xiàn)安全事故。

圖3 系統(tǒng)聯(lián)鎖

4.2 汽水系統(tǒng)控制

汽包水位是鍋爐運(yùn)行的一個(gè)重要參數(shù)，反映了給水量和供汽量的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。本項(xiàng)目鍋爐給水采用連續(xù)方式，給水量變化的調(diào)節(jié)連續(xù)平穩(wěn)、線性好，鍋爐運(yùn)行時(shí)給水連續(xù)流經(jīng)省煤器，故不產(chǎn)生氣化現(xiàn)象和水擊現(xiàn)象，確保了省煤器安全運(yùn)行。由于給水不斷地流經(jīng)省煤器，熱能得到充分的交換。圖4為鍋爐給水系統(tǒng)圖。鍋爐給水設(shè)置手動(dòng)／自動(dòng)切換，在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收PID的調(diào)節(jié)指令，控制補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度；在手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收運(yùn)行人員的手動(dòng)操作指令，以改變補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。

圖4 鍋爐給水系統(tǒng)圖

此外，還有除氧罐給水自動(dòng)調(diào)節(jié)、除氧罐蒸汽壓力調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)除氧罐水位的穩(wěn)定，保證鍋爐進(jìn)水的除氧效果。

5 結(jié)語(yǔ)

從一年多的實(shí)踐來(lái)看，JX－300XP DCS控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，比單純使用二次儀表操作簡(jiǎn)便，比PLC控制系統(tǒng)在硬件冗余配置方面更容易實(shí)現(xiàn)，對(duì)于鍋爐運(yùn)行安全也更有保障。

［1］崔志軍，孟慶洪，劉敏，等.煙草秸梗氣化替代煤炭烘烤煙葉研究初報(bào)［J］.中國(guó)煙草科學(xué)，2010（3）：70～72

［2］李黎，李清海，蒙愛(ài)紅，等.煙桿熱解固體產(chǎn)物性質(zhì)及其影響因素研究［J］.可再生能源，2011（6）：106～108

［3］吳景華，宋成照，徐飛.PLC控制煙草切絲工藝的改進(jìn)［J］.自動(dòng)化應(yīng)用，2012（3）：48～49

［4］李英俊.PLC在煙葉烘烤房控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（9）：65～67