一、概述 寶塔石化35t/h開工鍋爐系統(tǒng)由除氧給水系統(tǒng)、鍋爐的汽水系統(tǒng)、送風系統(tǒng)、減溫減壓系統(tǒng)以及報警聯(lián)鎖五部分組成。 1、除氧給水系統(tǒng)： 除氧采用大氣式熱力除氧器（V-301），除氧能力Q=40m3/h。由P-105管道泵（Q=50-60m3/h）送至除氧器除氧。除氧器由外界蒸汽加熱（外界加熱蒸汽壓力為P=0.6Mpa流量為Q=4500-6500Kg/h,）除氧器的輔助加熱蒸汽來自連續(xù)排污膨脹器（V-302）產(chǎn)生的閃蒸汽Z′。除氧脫鹽水由鍋爐給水泵（P-106）（Q=40m3/h）一路經(jīng)鍋爐給水調(diào)節(jié)閥進混合器,另一路進面式減溫器后回水進入混合器和第一路鍋爐給水混合后進入省煤器進行加熱到規(guī)定的溫度后進入循環(huán)硫化床鍋爐。 2、35t/h開工鍋爐的汽水系統(tǒng)： 由除氧給水泵，鍋爐給水泵,鍋爐給水調(diào)節(jié)閥、省煤器、汽包（上下鍋筒）、面式減溫器和過熱器等組成?？刂圃瓌t流程圖（見圖1）,燃燒系統(tǒng)由干氣和空氣按一定的比例在爐膛內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的熱量使汽包內(nèi)的水汽化，產(chǎn)生的飽和蒸汽進入過熱器進一步加熱成為過熱蒸汽至蒸汽母管，進入減溫減壓器（V-117）降低過熱蒸汽溫度直到工業(yè)上需要的蒸汽。（注:主要以燃燒干氣為主） 3、送風系統(tǒng)：由主鼓風機（101）和副鼓風機（103）提供： 主鼓風機（101）的進風門（可手動和自動），（注:主要是通過爐內(nèi)的燃燒工況和煙氣的含氧量的多少來啟動風門手柄驅(qū)動裝置實現(xiàn)風門開關程度大?。?。為了減少噪音，主鼓風機的進風口是從室外的一個進風筒中進風。主鼓風機的出口處與空氣預熱器的進風彎頭采用柔性聯(lián)結，其目的是為了防止鼓風機振動傳遞給預熱器，二是防止空預熱器熱脹推力傳遞給鼓風機?？諝忸A熱器的出口與主燃燒相聯(lián)接采用剛性聯(lián)接。進風筒的上端與主燃燒室聯(lián)接采用焊接，下端采用螺栓固定；副鼓風機（103）不預熱，風機進風口有兩個，一個是從室外進新風，一個是 從鍋爐的排煙中用風管抽取排煙。這兩個進風口是相互聯(lián)系，又相互彼此獨立，在進新風管上安裝有電動通風碟閥，在進排煙煙管上安裝有電動斜板塵氣碟閥一個。付風機與付燃燒室的聯(lián)接方式也是用一個進風筒，上端與付燃燒室相焊接，下端座用螺栓固定。 　　 4、減溫減壓系統(tǒng) 減溫減壓系統(tǒng)：過熱蒸汽通過減溫減壓器與除氧水進行熱交換，使其溫度壓力變?yōu)橛脩粜枰恼羝? 5、連鎖和保護系統(tǒng)： 開工鍋爐的連鎖和保護系統(tǒng)針對汽輪發(fā)電機系統(tǒng)，主要是過對熱蒸汽溫度、流量、壓力進行檢測，檢測軸向位移，檢測各軸承溫度，當汽機處于異常工況時，可通過聲音、屏幕報警等手段提醒操作員，對異常情況進行處理。主要包括以下內(nèi)容：A、汽機保護停機—通過磁力斷路油門將自動主汽門和調(diào)速汽門關閉。當以下參數(shù)異常時，汽機停機：軸位移大于0.7毫米時；真空度大于0.04MP時；油壓小于0.03MP時；推力瓦溫度大于100度時；汽機超速時；發(fā)電機停機；用電負荷不正常時；保護電源消失時。并設緊急手動停機按鈕。 B、報警信號（電鈴報警）：主氣門關閉，抽氣閥關閉，發(fā)電機故障，用電負荷保護，保護電源消失，主油箱液位，熱井液位，軸位移，凝氣器真空度，主蒸汽壓力，主蒸汽溫度，抽氣閥蒸汽壓力，潤滑油壓力，氣輪機轉(zhuǎn)速，推力瓦溫度，發(fā)電機軸承溫度。C、聯(lián)系信號（蜂鳴器提示）：汽機室至主控室（解除按鈕，注意，增加，減少，已合閘，已斷開，停機，更改命令，電話）；主控室至汽機室（解除按鈕，注意，增加，減少，已合閘，已斷開，停機，更改命令，機器危險，電話）；鍋爐保護聯(lián)鎖停爐：鍋爐設緊急停爐按鈕。停爐保護包括：汽包水位超高和超低；爐膛壓力超高；汽包壓力超高；煤氣壓力超低；爐膛熄火。當火焰檢測器開關閉合時，緊急關閉煤氣切斷閥。 二、寶塔石化35t/h開工鍋爐DCS控制系統(tǒng)的配置及運行 本系統(tǒng)設監(jiān)控操作站2個，后備手操器控制臺1個，現(xiàn)場控制站1個，主控制器為熱備冗余控制站和通訊處理單元。其運行的方式是在通訊網(wǎng)絡上掛接通信接口單元（CIU）可實現(xiàn)集散控制系統(tǒng)（DCS）與可編程序控制器（PLC）等數(shù)字設備的連接；通過多功能計算站（MFS）和相應的百特BT7000組態(tài)軟件可實現(xiàn)與企業(yè)管理計算機網(wǎng)的信息交換，實現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)絡（Intranet）環(huán)境下的實時數(shù)據(jù)采集、實時流程查看、實時趨勢瀏覽、報警記錄與查看、開關量變位記錄與查看、報表數(shù)據(jù)的存貯、歷史趨勢存貯與查看、生產(chǎn)過程報表生成與輸出等功能。通訊網(wǎng)絡采用總線形或星形拓撲結構[1]，曼徹斯特編碼方式，遵循開放的TCP/IP協(xié)議和IEEE802.3標準。采用1∶1冗余的工業(yè)以太網(wǎng)（Ethernet），TCP/IP的傳輸協(xié)議輔以實時的網(wǎng)絡故障診斷[1]，其特點是可靠性高、糾錯能力強、通信效率高。 Table 1 The configuration of hardware and software in the DCS 后備手操器控制臺上，有引送風、給水泵和循環(huán)泵電流表；發(fā)電機功率和頻率表；電接點液位計（汽包液位）；引送風調(diào)節(jié)手操器，一次風調(diào)節(jié)手操器，鍋爐給水調(diào)節(jié)手操器，減溫水調(diào)節(jié)手操器，混合集箱進水調(diào)節(jié)手操器，煤,氣量調(diào)節(jié)手操器，除氧器壓力液位調(diào)節(jié)手操器。 三、35t/h開工鍋爐主要控制方案 開工鍋爐的控制大部分采用單回路PID常規(guī)控制，在一些關鍵的要求高的場合，就必須采用一些復雜的控制 ，這些復雜的控制回路對整個系統(tǒng)的運行起決定性的因素,開工鍋爐本體部分有如下幾個主要控制系統(tǒng)： 　　 1、在鍋爐本體部分： 1.1 設置爐膛溫度、壓力和火焰檢測； 1.2 主給水流量、溫度和壓力檢測； 1.3 過熱蒸汽的流量、溫度和壓力檢測； 1.4 干氣的流量、溫度和壓力檢測； 1.5除氧器液位和溫度調(diào)節(jié)（單回路控制） ； 1.6 過熱蒸汽溫度TIC（主回路）與減溫器進水流量FIC（副回路）串級調(diào)節(jié)； 1.7 汽包水位LIC、過熱蒸汽出口流量FIC以及鍋爐給水流量FIC三沖量調(diào)節(jié)； 2、過熱蒸汽出口溫度控制： 2.1 串級控制組成結構和基本概念【2】 串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個調(diào)節(jié)器，前一個調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個調(diào)節(jié)器的設定，后一個調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。前一個調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標；后一個調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數(shù)），是為了穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。整個系統(tǒng)包括兩個控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構成；主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構成。 一次擾動：作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。二次擾動：作用在副被控過程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。 2.2 通過DCS來實現(xiàn)過熱蒸汽溫度TIC（主回路）與減溫器進水流量FIC（副回路）串級調(diào)節(jié)： ① 依據(jù)鍋爐汽水原則流程圖見圖1： ② 在已知工藝控制參數(shù)后，應用百特BT7000圖形化組態(tài)軟件，依照DCS串級控制原理圖進行組態(tài)，達到實現(xiàn)上述工藝流程的有效控制。DCS串級控制原理圖見圖2【3】 DCS串級控制原理圖中各參數(shù)變量說明見表2： Table 2 The parameter elucidation 結論: 結合DCS串級控制原理圖對系統(tǒng)進行組態(tài)后模擬運行，該控制方案很好的克服了工藝過程可控純滯后、工藝過程明顯的非線形特性、擾動劇烈且幅度大、控制性能要求高和參數(shù)之間存在重大的關聯(lián)等現(xiàn)象，并且改善了控制過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質(zhì)量，迅速克服了進入副回路的二次擾動，優(yōu)化了系統(tǒng)的工作頻率，使過熱蒸汽出口溫度維持在允許的范圍內(nèi)，并保護過熱器，使其管壁溫度不超過允許的工作溫度，確保了生產(chǎn)平穩(wěn)、安全。 3、汽包水位控制： 3.1 導致開工鍋爐汽包水位波動幾個工藝參數(shù)： 鍋爐汽包水位控制是安全生產(chǎn)和提供優(yōu)質(zhì)蒸汽的保證。汽包水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離，產(chǎn)生的飽和水蒸汽帶水過多，這會使過熱器結垢而導致?lián)p壞，同時也會使過熱蒸汽溫度急劇下降，當該蒸汽作為汽輪機動力時就會損壞汽輪機的葉片，造成重大事故的發(fā)生；水位過低，鍋爐的蒸發(fā)量增大，水的汽化速度加快，汽包內(nèi)水量迅速減少，如不及時控制，會使汽包內(nèi)的水全部汽化而導致干鍋，有引起鍋爐爆炸的危險。因此，鍋爐水位過高過低的后果極為嚴重，所以必須嚴格控制汽包水位。 依據(jù)鍋爐系統(tǒng)研究汽包水位的動態(tài)特性[4]: 由寶塔石化35t/h開工鍋爐系統(tǒng)鍋爐的汽水系統(tǒng)原則流程圖（見圖1）可知影響汽包水位的主要干擾有鍋爐給水量的變化、過熱蒸汽負荷量的變化以及爐膛熱負荷的變化，分析如下： A 給水量變化對汽包水位的影響 當給水量在一個時間段內(nèi)由W0突然增大⊿W時，雖然給水量大于蒸發(fā)量，但由于增加的那部分水要從原有的飽和汽水中吸取一部分熱量，這就使水面下一部分汽泡容積有所減少，（一部分汽相釋熱變?yōu)橐合啵?，所增加部分給水首先必須填補汽水管路中汽泡減少所讓出的空間。在這段時間內(nèi)，雖然給水量增加了，但上鍋筒的水位基本不變H0。當水面下汽泡容積的變換趨于平衡時，水位才由于汽包中儲水量的增加而逐漸上升。最后當水面下汽泡容積不在變化時，水位變化就會隨汽包儲水量的增加而直線上升。如圖2所示。 B 蒸汽負荷的變化對汽包水位的影響 當過熱蒸汽在一個時間段內(nèi)由D0突然增大⊿D時，由于汽包中壓力減小，汽水循環(huán)管路中的汽化強度增加，上鍋筒內(nèi)蒸發(fā)面以下汽泡容積將增大。汽泡體積膨脹所引起的液位按圖5中H2曲線變化。而實際汽包中水位變化H，應該是不上鍋筒內(nèi)蒸發(fā)面以下汽泡容積將增大水位變化H1，與只考慮水面下汽泡容積變化所引起的水位變化H2疊加的結果。見圖5所示: 由圖5可知，當蒸發(fā)量增大時，蒸發(fā)量大于給水量，上鍋筒內(nèi)水位不僅不下降，反而會迅速上升，造成”假液位”現(xiàn)象的產(chǎn)生。只有當汽水混合物中汽泡與負荷相適應而達到穩(wěn)定后，水位才因物料不平衡而開始下降。在這個過程中如果不及時增加鍋爐給水，很難恢復有效的控制,而造成重大事故的發(fā)生。需要說明的是，”假液位”變化的幅度與鍋爐汽包壓力以及蒸發(fā)量有關。而且由”假液位”引起的水位最大偏差很難依靠調(diào)節(jié)來克服，這就需要限制過熱蒸汽的負荷量以及鍋爐給水量。 C 爐膛熱負荷的變化對汽包水位的影響 在供水量、蒸汽負荷量不變的的情況下，當然料量突然增加時，傳給鍋爐的熱量增加，上升管中的蒸發(fā)強度將增大，使蒸發(fā)面的汽泡膨脹，汽泡將托著液位上升，然而這是給水量并沒有增加，因此，這種液位的變化屬于”假液位”。不過，由于燃料量變化引起的”假液位”現(xiàn)象比較小，而且熱負荷由蒸汽壓力控制系統(tǒng)來保證，因而它的影響是次要的。 由以上分析可知, 為了保證開工鍋爐上鍋筒液位的穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)，就必須對上述三個參數(shù)進行有效的控制。鑒于此:寶塔石化35t/h開工鍋爐汽包水位采用了三沖量控制，并且進一步的通過DCS控制系統(tǒng)進行實現(xiàn),其方法如下: 3.2 三沖量控制組成結構和基本概念【2】 由三沖量控制系統(tǒng)方塊圖 如圖6可知:三沖量控制其實質(zhì)是前饋-串級控制系統(tǒng)。因此，在三沖量的控制系統(tǒng)中，其中汽包液位是被控變量，亦是串級控制系統(tǒng)中的主變量，是工藝的主要控制指標；給水量是串級控制系統(tǒng)中的副變量，引入這一變量的目的是為了副回路克服干擾的快速性來及時克服給水壓力變化對汽包液位的影響；蒸汽流量是作為前饋信號引入的，其目的是為了及時克服蒸汽負荷變化對液位的影響。 依據(jù)鍋爐汽水原則流程圖（見圖1）,在已知工藝控制參數(shù)后，應用百特BT7000圖形化組態(tài)軟件，依照DCS三沖量控制原理圖進行組態(tài)，達到實現(xiàn)上述工藝流程的有效控制。DCS串級控制原理圖見圖7【3】 DCS三沖量控制原理圖中各參數(shù)變量說明見表3： Table 3 The parameter elucidation 結論：結合DCS三沖量控制原理圖對系統(tǒng)進行組態(tài)后模擬運行，該控制很好的克服了工藝過程中”假液位”現(xiàn)象，以及給水量變化的干擾，校正了工藝過程中給水調(diào)節(jié)閥明顯的非線形特性、擾動劇烈且幅度大、控制性能要求高和參數(shù)之間存在重大的關聯(lián)等現(xiàn)象，有效的做到了靜態(tài)補償，改善了控制過程給水量的變化、過熱蒸汽負荷量的變化以及爐膛熱負荷的變化所引起的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質(zhì)量，確保了生產(chǎn)平穩(wěn)、安全。 四、結論 本系統(tǒng)自2006年6月正式驗收以來，運行狀況穩(wěn)定，效果良好?？刂菩Ч?，完全適應和滿足生產(chǎn)工藝的要求。整個生產(chǎn)過程的自動化控制率達 92% 以上，大大降低了操作工的勞動強度，改善了工作環(huán)境。系統(tǒng)提供了通訊接口，通過調(diào)制器與遠程網(wǎng)關計算機連接，可并入全廠管理網(wǎng)，為日后實現(xiàn)全廠安全生產(chǎn)過程監(jiān)控網(wǎng)提供了條件。在整個系統(tǒng)方面： DCS系統(tǒng)功能強大，界面友好，軟件組態(tài)十分方便，在系統(tǒng)調(diào)試中能實時修改而無需下裝程序。使得工程師在復雜的智能控制調(diào)試中，無論是修改程序還是訓練參數(shù)，具有不可比擬的優(yōu)越性。人力資源方面： DCS系統(tǒng)改進了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)，克服了調(diào)節(jié)死區(qū)帶來的調(diào)節(jié)滯后的弊??；改進了上鍋筒水位的判別條件，使其根據(jù)影響上鍋筒液位每個參數(shù)的變化趨勢做出相應的調(diào)節(jié)，以更準確及時地給上鍋筒補水，大大提高控制的抗干擾能力，特別是來自過熱蒸汽波動及鍋爐給水的干擾；改進了上鍋筒“假液位”現(xiàn)象的控制方法，從而既能及時地保護上鍋筒內(nèi)因液位過高造成飽和水蒸汽帶水過多，使過熱器結垢而損壞，同時也會使過熱蒸汽溫度急劇下降和因液位過低造成的蒸發(fā)量增大，水的汽化速度加快，汽包內(nèi)水量迅速減少而導致汽包內(nèi)的水全部汽化而干鍋，又能及時準確地將液位有效地控制在額定值范圍內(nèi)。