探究全燃高爐煤氣鍋爐的DCS計算機控制

韓燁

摘要：隨著社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的鋼鐵行業(yè)得到了巨大的改進與發(fā)展，在此過程中，全燃高爐煤氣鍋爐的應用得到了更為廣泛的普及。不過，隨著環(huán)境污染問題的出現(xiàn)，人們逐漸意識到節(jié)能減排的重要性，并開始將DCS計算機控制應用在全燃高爐煤氣鍋爐的運行中，以促進鍋爐運行的穩(wěn)定性和安全性，實現(xiàn)對能源進行綜合循環(huán)利用。為此，本文將以宣鋼動力廠180t/h鍋爐為例，對全燃高爐煤氣鍋爐中DCS計算機控制進行詳細的分析和研究，希望能夠為同行業(yè)者們提供一些參考建議。

關(guān)鍵詞：DCS技術(shù)；全燃高爐煤氣鍋爐；計算機控制

中圖分類號：TF748 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（B）-0000-00

在工業(yè)生產(chǎn)中，部分鋼鐵企業(yè)所使用的鍋爐還是自備電廠的燃煤鍋爐，由此導致的環(huán)境污染問題已經(jīng)成為影響企業(yè)發(fā)展的眾多困擾之一，要想改變這一狀況，促進企業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)發(fā)展，對清潔能源進行充分的利用是其中一個重要的方法和途徑。運用全燃高爐煤氣鍋爐可以有效地解決上述問題，并且能夠達到相關(guān)要求，在燃氣鍋爐中應用DCS計算機控制可以在安全穩(wěn)定運行的基礎上對冶煉產(chǎn)生的煤氣進行循環(huán)利用，以此為動力燃料實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的綜合循環(huán)利用能源的目的。

一、全燃高爐煤氣鍋爐的相關(guān)概述

宣鋼動力廠180t/h鍋爐為新型的全燃高爐煤氣鍋爐，其不僅能夠?qū)Ω郀t煤氣進行每小時16萬立方米的消耗，而且還能夠?qū)Ω郀t汽動鼓風機所需要的蒸汽動力源問題進行有效的解決。全燃高爐煤氣鍋爐可以在很大程度上減少動力煤的消耗量以及廢棄物的排放量，在實現(xiàn)了能源節(jié)約、環(huán)境保護等環(huán)境效益的同時，還實現(xiàn)了一定的經(jīng)濟和社會效益。

全燃高爐煤氣鍋爐是一種中壓自然水循環(huán)鍋爐，其使用的是單鍋筒，采用自然循環(huán)形式，并以集中下降管為主要的布置結(jié)構(gòu)。分別以每小時180噸和440攝氏度作為該鍋爐的額定蒸發(fā)量和溫度。從室外布置方式來講，該鍋爐的前部位置是爐膛，周圍被膜式水冷壁所包圍，在爐膛的出口位置安裝屏式過熱器，在水平煙道位置還安裝了對流過熱器。在鍋爐尾部位置的豎井煙道內(nèi)部對兩級的省煤器和空氣預熱器進行交錯布置。

二、DCS計算機控制系統(tǒng)的構(gòu)成分析

DCS計算機控制系統(tǒng)主要的構(gòu)成部分包括ABB混合控制器中的過程管理級和控制級。其中過程管理級是由包括操作站等在內(nèi)的冗余服務器、打印機設備等構(gòu)成的；過程控制級是由一套冗余的ABB混合控制器構(gòu)成，其中有現(xiàn)場控制單元、I/O模件以及電纜等。該系統(tǒng)具有一個能夠進行硬件與圖形化工程組態(tài)的先進工具軟件，可靠性較高，功能較多，其還在ABB系統(tǒng)中組成了一個更加先進可靠的體系結(jié)構(gòu)。

三、DCS計算機控制系統(tǒng)的功能介紹

（一）控制全燃高爐煤氣鍋爐的功能

全燃高爐煤氣鍋爐所使用的輸入介質(zhì)主要有三種，即風、水以及煤氣燃料，這三者間的平衡關(guān)系能夠直接影響到該鍋爐生產(chǎn)運行的安全穩(wěn)定性能[1]。燃料在燃燒的過程中會有熱能產(chǎn)生，風是一種中間媒介，其可以為燃料的充分燃燒提供保證，產(chǎn)生熱能之后在水的作用下將會進行具有高性能蒸汽介質(zhì)的轉(zhuǎn)化，然后通過管道輸送出去，這一過程可以實現(xiàn)平衡能量的目的。采用DCS計算機對全燃高爐煤氣鍋爐進行控制主要表現(xiàn)在工藝檢測控制、鍋爐燃燒控制以及數(shù)據(jù)采集等幾個方面。

（二）DCS計算機控制系統(tǒng)的HMI人機操作的功能

以燃氣鍋爐具體的生產(chǎn)要求為依據(jù)，對DCS計算機控制系統(tǒng)進行工藝流程的子系統(tǒng)劃分，其主要包括鍋爐本體、燃燒控制系統(tǒng)以及熱力系統(tǒng)等。監(jiān)視生產(chǎn)過程的畫面主要有工藝流程圖、組回路顯示以及幫助指導等畫面。值班人員需要根據(jù)相關(guān)的操作權(quán)限和規(guī)定進行實際操作、數(shù)據(jù)輸入和捕捉LCD目標。報警能夠處理多種優(yōu)先級，其中包括窗口顯示、打印、報警確認等處理方式。另外，還需要將急停按鈕等安裝到位于鍋爐操作室中的儀表盤中。

（三）安全保護全燃高爐煤氣鍋爐的功能

全燃高爐煤氣鍋爐的安全性能是保證其自身正常穩(wěn)定運行的一個重要因素，應該給予高度的關(guān)注與重視，在燃氣鍋爐特點的基礎上對安全保護功能進行有效的設置，其主要包括汽包壓力過高、汽包水位過高或過低、燃氣壓力過低以及程序、風壓等多個方面的保護。

（四）DCS計算機控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

DCS計算機控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)主要包括鍋爐燃燒管理和風（燃）量控制、汽包水位給水自動調(diào)節(jié)、過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)、送風和氧量調(diào)節(jié)、爐膛壓力調(diào)節(jié)以及鍋爐自動點火控制等多個系統(tǒng)。

四、設計全燃高爐煤氣鍋爐的測點安全保護

根據(jù)高爐煤氣所具有的易燃易爆和產(chǎn)生有毒氣體的特性，對全燃高爐煤氣鍋爐運行的安全穩(wěn)定性要求提出了更高一步的標準，這就要求我們必須通過科學有效的措施對鍋爐測點進行保護，避免危害鍋爐安全測點因素的產(chǎn)生。例如通過三選二的方式來對煤氣入口總管、汽包蒸汽以及集汽集箱蒸汽等壓力進行檢測。通過視頻影像監(jiān)視爐膛火焰狀態(tài)。通過三重冗余信號輸出爐膛壓力，在爐膛負壓的控制系統(tǒng)中，以中值作為其進行反饋的信號。在超前變化的過程中，以風量的指令信號作為其進行前饋的信號，并以此來減少爐膛負壓波動，直到數(shù)值達到最小為止。

汽包水位的控制方式為全程控制方式，自動控制汽包水位需要0-100%的鍋爐負荷，按照對回路進行獨立檢測并取中間值的三個方案，采用汽包壓力來修正水位信號輸出的參數(shù)。控制系統(tǒng)一般情況下是一種三沖量系統(tǒng)，其組成部分主要包括汽包水位以及蒸汽量和給水流量三種，鍋爐在啟動以及進行低負荷運行的過程中進行系統(tǒng)控制時，采用的方式是汽包水位的單沖量方式。而在平穩(wěn)蒸汽參數(shù)以及給水流量規(guī)定范圍內(nèi)可以進行三沖量控制系統(tǒng)的切換。

五、DCS計算機控制對鍋爐運行的控制分析

DCS控制系統(tǒng)應用在燃氣鍋爐中，可以對鍋爐中的每個燃燒器進行單獨調(diào)節(jié)，也可以對處于同層位置的四個角燃燒器進行同時調(diào)節(jié)。在氧量過大時可以將調(diào)節(jié)閥關(guān)小。在負荷過高時可以將煤氣閥開大，調(diào)節(jié)過程通常是從下層開始，可以將80%的開度看作負荷閥門全開。當負荷在50%以上時，需要先將位于第四層的燃燒器打開，對爐膛出口的兩側(cè)位置溫差進行調(diào)整，將溫差控制在規(guī)定范圍內(nèi)。對負荷進行下降調(diào)整時，通常是從最上層開始，若是處于20%以下的閥門開度，則需要將閥門全部關(guān)閉。

綜上所述，全燃高爐煤氣鍋爐較為復雜，其具有非常多的優(yōu)點：精良的設備要求，緊湊的鍋爐結(jié)構(gòu)，充分燃燒氣體以及高自動化[2]和強安全性等等。本文對全燃高爐煤氣鍋爐的DCS計算機控制進行了詳細的分析與研究，DCS計算機控制系統(tǒng)安全可靠的運行，可以在對鍋爐的日常生產(chǎn)要求進行滿足的基礎上，提高鍋爐生產(chǎn)運行的安全性和穩(wěn)定性，對能源進行循環(huán)利用，實現(xiàn)環(huán)境保護。

參考文獻：

[1]朱宇翔，秦小東.全燃高爐煤氣高溫高壓鍋爐的運行特性[J].鍋爐技術(shù)，2010（01）

[2]顏信材，程明.基于DCS的鍋爐自動控制及其遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表，2012（03）