羅克韋爾自動化電廠流化床DCS解決方案

循環(huán)流化床鍋爐介紹 我國總的能源特征是“富煤、少油、有氣”煤炭因其儲量大和價(jià)格相對穩(wěn)定，預(yù)計(jì)在本世紀(jì)前50年內(nèi)仍將在我國一次能源構(gòu)成中占主導(dǎo)地位。因此，我國燃煤鍋爐仍為主導(dǎo)產(chǎn)品。 我國是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國家之一，目前每年煤炭消費(fèi)量約12億噸，其中80%通過燃燒被利用。然而，燃燒設(shè)備陳舊、效率低、排放無控制造成了能源和環(huán)境污染嚴(yán)重，能源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)已成為現(xiàn)有燃煤技術(shù)所需解決的主要問題。因此，尋求一種高效、低污染燃燒技術(shù)，開發(fā)新的燃燒設(shè)備成為當(dāng)務(wù)之急。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，鍋爐應(yīng)用的范圍及單位密度逐步增長，尤其在中小型熱電項(xiàng)目中更為突出。另外鍋爐燃用的多是劣質(zhì)煤，要求鍋爐變負(fù)荷能力強(qiáng)，尤其是熱電廠一般離市區(qū)比較近,循環(huán)流化床鍋爐在環(huán)?！以C合利用方面具有其它爐型不可以擬的優(yōu)勢,因此循環(huán)流化床鍋爐在中小熱電項(xiàng)目上具有良好市場前景。循環(huán)流化床鍋爐(CFB)燃燒技術(shù)是一項(xiàng)近20年來發(fā)展起來的燃煤技術(shù)。它具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、負(fù)荷調(diào)節(jié)比大和負(fù)荷調(diào)節(jié)快等突出優(yōu)點(diǎn)。自循環(huán)流化床燃燒技術(shù)出現(xiàn)以來，循環(huán)流化床鍋爐已在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，大容量的循環(huán)流化床電站鍋爐已被發(fā)電行業(yè)所接受。世界上最大容量的250MW循環(huán)流化床鍋爐已在1997年投運(yùn)，多臺200～250MW大容量循環(huán)流化床鍋爐也已投產(chǎn)。我國集中于中型CFB的研制與開發(fā)，目前已完全商業(yè)化，并開始走向電力市場。 循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展背景 能源問題:隨著采煤總量不斷的增加，煤質(zhì)越來越差，普通鍋爐很難適應(yīng)劣質(zhì)煤的燃燒。環(huán)保要求:鍋爐的排放中NOX、SO2、CO等物質(zhì)的排放含量應(yīng)嚴(yán)格控制。燃燒傳熱技術(shù)特點(diǎn):低溫、分段燃燒；穩(wěn)定燃燒源；高速度、高濃度的循環(huán)流態(tài)化技術(shù)，滿足劣質(zhì)煤燃燒要求；傳導(dǎo)、對流、輻射多種高強(qiáng)度的熱量傳遞 循環(huán)流化床鍋爐突出優(yōu)點(diǎn) 循環(huán)流化床（CFB）燃燒技術(shù)作為一種新型成熟的高效低污染清潔煤技術(shù)，具有許多其它燃燒方式?jīng)]有的優(yōu)點(diǎn)。 1）循環(huán)流化床（CFB）屬于低溫燃燒，因此氮氧化物排放遠(yuǎn)低于煤粉爐， 2) 并可實(shí)現(xiàn)在燃燒過程中直接脫硫。 3）燃料適應(yīng)性廣且燃燒效率高，特別適合于低熱值劣質(zhì)煤。 4）排出的灰渣活性好，易于實(shí)現(xiàn)綜合利用，無二次灰渣污染。 5）負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，低負(fù)荷可降到滿負(fù)荷的30%左右。 我國的目前現(xiàn)狀 在我國目前環(huán)保要求日益嚴(yán)格，電廠負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍較大、煤種多變,原煤直接燃燒比例高、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不平衡,燃煤與環(huán)保的矛盾日益突出的情況下，循環(huán)流化床鍋爐已成首選的高效低污染的新型燃燒技術(shù)。 循環(huán)流化床鍋爐主要部分 鍋爐負(fù)荷: 20～440t/h，35、75、130、220、440 鍋爐壓力:超高壓、高壓、中壓、低壓等參數(shù) 分離器:高溫、中溫分離器，慣性、旋風(fēng)分離器 冷卻方式:風(fēng)冷、水冷、汽冷、絕熱分離器 返料器返料器: “J”型閥返料器， “U”型自平衡式返料器 配風(fēng)系統(tǒng):高壓風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、流化風(fēng)機(jī)、密風(fēng)風(fēng)機(jī) 給料系統(tǒng):皮帶給煤機(jī)、螺旋給煤機(jī)、刮板給煤機(jī) 給料方式:前墻給煤、后墻給煤、回料與煤混合給煤 CFB鍋爐國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家 哈爾濱鍋爐廠 東方鍋爐廠 上海鍋爐廠 北京鍋爐廠 無錫鍋爐廠 濟(jì)南鍋爐廠 杭州鍋爐廠 太原鍋爐廠 四川鍋爐廠 循環(huán)流化床鍋爐工藝 循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)示意： 燃燒系統(tǒng)： 給料、風(fēng)室、布風(fēng)板、燃燒室、爐膛 氣固分離系統(tǒng)： 物料分離裝置返料裝置 對流煙道： 過熱器、省煤器空預(yù)器 風(fēng)煙系統(tǒng)： 汽水系統(tǒng)： 循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程： CFB鍋爐的燃料一般由煤和石灰石兩部分組成，物料（煤粒和石灰石）由給料口進(jìn)入爐膛密相區(qū)下部后，被高溫物料包圍而迅速著火，并在燃燒室中伴以高速風(fēng)流在沸騰懸浮狀態(tài)下進(jìn)行燃燒。同時(shí)，高溫?zé)煔鈹y帶爐料和大部分未燃燼的煤粒飛逸出燃燒室頂部，其中較大顆料因重力作用沿爐膛內(nèi)壁向下流動，一些較小顆料隨煙氣飛出爐膛進(jìn)入物料分離裝置，經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出的未燃燼燃料由返料器返送回爐膛底部，再次進(jìn)入爐膛循環(huán)燃燒。經(jīng)過分離的煙氣通過對流煙道內(nèi)的受熱面吸熱后，離開鍋爐 循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)流化過程： 對CFB鍋爐，按爐內(nèi)的物料濃度通常將爐膛分為密相區(qū)、過渡區(qū)和稀相區(qū)三個(gè)區(qū)域，如圖,CFB運(yùn)行狀態(tài)下，在物料循環(huán)回路的不同部位，物料粒徑的分布和可燃物含量存在很大區(qū)別，物料在爐內(nèi)的分布大致分為以下四種類型：內(nèi)循環(huán)物料、底渣、外循環(huán)物料(循環(huán)灰)和飛灰。 循環(huán)流化床鍋爐的控制 循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個(gè)大滯后、強(qiáng)耦合的非線形系統(tǒng)，各個(gè)變量之間相互影響。有的被調(diào)參數(shù)同時(shí)受到幾個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)的共同影響，如床層溫度要受到給煤量、石灰石供給量、一次風(fēng)量、運(yùn)料量及排渣量等多個(gè)參數(shù)控制。同時(shí)，有的調(diào)節(jié)參數(shù)又影響多個(gè)被調(diào)參數(shù)。如給煤量不僅影響主氣壓力、還影響床溫、爐膛溫度、過量空氣系數(shù)及SO2含量等參數(shù)。因此，在構(gòu)造CFB鍋爐控制方案時(shí)只有抓住主要矛盾，同時(shí)兼顧各個(gè)次要矛盾，才能構(gòu)造出滿足系統(tǒng)要求的控制策略 循環(huán)流化床鍋爐控制方案（MCS) –鍋爐負(fù)荷控制 –燃料量控制 –一次風(fēng)控制 –二次風(fēng)控制 –石灰石控制 –床溫控制 –料層差壓控制 –爐膛壓力控制 –返料風(fēng)控制 -冷渣器溫度控制 循環(huán)流化床鍋爐的控制 （1）鍋爐送風(fēng)系統(tǒng)：由一臺一次風(fēng)機(jī)、一臺二次風(fēng)機(jī)、一臺空氣預(yù)熱器、二臺暖風(fēng)器等設(shè)備構(gòu)成.一次風(fēng)機(jī)主要保證鍋爐的流化風(fēng)量，二次風(fēng)機(jī)主要保證二次風(fēng)出口壓力，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門控制送風(fēng)量，保持適當(dāng)?shù)娘L(fēng)/燃比。 （2）鍋爐給料系統(tǒng)由二臺皮帶稱重給煤機(jī)、四臺埋刮板給煤機(jī)、二臺石灰石給料機(jī)、二臺石灰石輸送風(fēng)機(jī)、二臺高壓風(fēng)機(jī)等設(shè)備構(gòu)成.通過調(diào)節(jié)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速改變?nèi)紵l(fā)熱量來控制蒸汽母管壓力，調(diào)節(jié)石灰石給料機(jī)轉(zhuǎn)速以保證脫硫效率，調(diào)節(jié)高壓風(fēng)機(jī)出口風(fēng)門保持一定的循環(huán)倍率。 （3）鍋爐冷渣系統(tǒng)由一臺風(fēng)水聯(lián)合冷渣器、二臺冷渣器流化風(fēng)機(jī)及二臺冷渣水泵等設(shè)備構(gòu)成.通過調(diào)節(jié)進(jìn)入冷渣器的風(fēng)量和水量，把渣冷卻到允許排放溫度送至除灰系統(tǒng)。 （4）鍋爐給水系統(tǒng)鍋爐給水系統(tǒng)的任務(wù)是通過改變給水量（閥門開度）使之適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，把汽包水位保持在一定范圍內(nèi)，給水系統(tǒng)為母管制。 （5）爐膛壓力系統(tǒng)爐膛壓力系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)入口擋板控制引風(fēng)量，維持爐膛出口壓力在允許范圍內(nèi)。 （6）蒸汽減溫系統(tǒng)蒸汽減溫采用噴水減溫方式，減溫分二級，通過調(diào)節(jié)噴水量控制過熱蒸汽溫度。 （7）鍋爐點(diǎn)火油系統(tǒng)鍋爐采用床下加床上聯(lián)合點(diǎn)火方式，共有3個(gè)油啟動燃燒器和3支床槍。鍋爐啟動時(shí)，通過調(diào)節(jié)燃油量，將物料加熱到煤著火溫度。 循環(huán)流化床鍋爐控制方案（SCS） –鍋爐煙氣系統(tǒng)順序控制–一次風(fēng)系統(tǒng)順序控制–二次風(fēng)系統(tǒng)順序控制–鍋爐點(diǎn)火順序控制–給煤機(jī)順序控制–鍋爐播煤風(fēng)系統(tǒng)順序控制–鍋爐高壓風(fēng)系統(tǒng)順序控制–鍋爐順序啟動控制–…… 循環(huán)流化床鍋爐安全保護(hù)（FSSS） 爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)的有序管理,爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)（FSSS）設(shè)有爐膛吹掃、主燃料跳閘（MFT）、油燃燒器管理等功能。當(dāng)各允許條件滿足時(shí),控制燃燒器啟動和停止及保持鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)允許條件不滿足時(shí)，執(zhí)行預(yù)先設(shè)計(jì)的保護(hù)邏輯，對鍋爐實(shí)施必要的保護(hù)性措施，以確保人員、設(shè)備的安全。 MFT動作條件 1）床溫不允許（沸下溫度≥990℃并持續(xù)5分鐘，6取4） 2）高壓風(fēng)無效（高壓風(fēng)機(jī)出口壓力低于設(shè)定值） 3）爐膛壓力高高（≥3.6KPa) 4)汽包水位高高（≥200)mm) 5)汽包水位低低（≤280mm) 6）引風(fēng)機(jī)均跳閘 7）一次風(fēng)機(jī)均跳閘 8）一次風(fēng)量小于最小流化風(fēng)量（一次風(fēng)總風(fēng)量≤80000） 9）手動MFTMFT動作:1）切斷主燃料2）關(guān)閉減溫水電動門3）指出首次跳閘原因 RA控制系統(tǒng)具有特點(diǎn): 系統(tǒng)最大優(yōu)點(diǎn)： 1）全能系統(tǒng)：集邏輯控制、順序控制、過程控制、傳動控制和運(yùn)動控制于一體； 2）開放式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架：全面支持通用現(xiàn)場總線，網(wǎng)絡(luò)簡潔、高速、可靠、靈活，采用工控先進(jìn)的生產(chǎn)者/消費(fèi)者通訊模式； 3）功能強(qiáng)大的處理器和統(tǒng)一的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫； 4）易用的高性能的信號輸入輸出模塊； 5）高可靠性，嚴(yán)格工業(yè)實(shí)踐； 6）工程開發(fā)容易，軟件界面友好，系統(tǒng)維護(hù)簡單； 控制系統(tǒng)配置簡介 整個(gè)過程控制系統(tǒng)分為控制層和監(jiān)控層，兩個(gè)層有機(jī)地融為一體：包含2~3臺冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器（Server）、1個(gè)工程師站（ES）、5~9個(gè)操作員站（OS）4~9個(gè)冗余現(xiàn)場控制站（LCS）、一個(gè)SOE站，4個(gè)遠(yuǎn)程I/O站（RI/O），以及2臺A3激光打印機(jī)、1臺A3針式打印機(jī)?？刂茖拥拿總€(gè)現(xiàn)場控制站（LCS）由電源、控制器(1756-L61)、本地和遠(yuǎn)程框架的I/O以及通訊模塊等組成（1:1冗余）。監(jiān)控層的Server、ES和OS與各LCS之間采用工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP進(jìn)行高速(100M)數(shù)據(jù)交換，并組成星型冗余網(wǎng)絡(luò)；各LCS