循环流化床垃圾焚烧炉的控制

薛新利

摘 要：日处理垃圾能力800t，锅炉为75t/h中温中压循环流化床锅炉，配2台12MW中温中压抽凝式供热汽轮发电机组，经过不断完善控制方案，通过控制环节的不断细化最终制定出自动控制方案;通过各种传感器、控制器与集散控制系统的协调配置，从实际情况出发，提高管理水平，节约成本。

关键词：自动控制;JX-300XP;集散控制系统

中图分类号： TK229.6+6         文献标识码： A            文章编号： 1673-1069（2016）33-179-2

1  概述

河北承德热力集团有限责任公司环能公司垃圾发电厂工程日处理垃圾能力800t，锅炉为75t/h中温中压循环流化床锅炉，配2台12MW中温中压抽凝式供热汽轮发电机组。锅炉燃料为垃圾、秸秆，煤占入炉热量的20%，不足部分由秸秆补充。针对无锡锅炉厂生产的混燃型流化床炉型，在我国自动控制模型还不成熟。作为国内采用垃圾、秸秆、煤三种燃料混燃的循环流化床炉型进行无害化处理的环保型公司，通过不断试验和总结，探索并编写出了适合该炉型的自动控制方案。

2  关键问题和解决方案

系统采用基于Windows Server 2000系统采用浙江中控的JX-300XP实现炉和机的顺序控制系统SCS（B/T）及发电机、电源的顺控系统SCS（G/A）。控制上设置二级控制，操作员通过相应操作员站对对应的设备进行顺序操作，同时也具备对单个被控设备操作。同时在SCS模块中设计了整个系统以及单体设备的联锁、保护。

3  锅炉燃烧系统

3.1 主汽压力及给煤量调节系统

为达到整个系统能量的平衡，该系统借用纯燃煤炉型的协调控制模型，采用变频调节控制助燃煤量及秸秆量来达到主蒸汽压力定值控制的目的。通过压力变送器测量主蒸汽实时压力配合主蒸汽流量通过计算模块计算出整个蒸汽发生系统的阻力系数，计算模块依据计算出的阻力系数以及操作员站的给定压力值， 计算出该工况下为达到所需求的压力值锅炉应产出的主汽瞬时流量，通过系统数据计算主汽瞬时流量的焓值，实现了从锅炉瞬时压力控制转变为系统能量控制的转换。控制系统在计算主汽瞬时流量值过程中，为保证系统的安全可靠通过系统预订的上限、上上限、下限、下下限设定进行保护。为此在系统中设计出单独模块进行每小时煤、秸秆、垃圾的热量平均值，通过主汽瞬时流量的焓值以及垃圾、煤、秸秆热量均值，系统模块计算出实时所需燃料瞬时总量，利用前馈控制原理系统设计是将该信号作为前馈信号，通过实时计算出的数据作为三种燃料的给定值指令，考虑系统的实时变化量及混燃型垃圾焚烧锅炉的不稳定性，调节过程中应允许存在合适的超调量，为达到快速对系统进行调节的目的在整个控制回路中另外设计了主蒸汽压力调节回路，因此，主汽压力调节回路强化应用比例调节作用，对积分作用相应进行弱化处理。控制系统中燃料量的给定值为锅炉主蒸汽压力调节回路的实时信号输出。为保障系统的安全当主汽流量瞬时值大于系统预订的上限、下限给定定值时，直接切除主汽压力回路中的相应运算，系统总燃料量直接作为燃料需求调节系统的给定值;当主汽流量瞬时值大于系统预订的上上限、下下限给定定值时调为手动操作。该系统为保障整体可靠性在燃煤控制独立设计了采用单回路，在控制盘上采用硬手操人工控制。

3.2 一次、二次风量的调节系统

系统采用控制进入炉膛的三种燃料量达到流化床温进行控制，一次风变化通过改变燃料量来保持流化床温的相对稳定，同时还保证汽水系统的参数如出口蒸汽瞬时压力、瞬时流量、锅炉低过出口烟气中的氧量值控制在锅炉厂以及环能公司所制定规程规定的范围内。实践经验得出一次风量带来的干扰引起的流化床密相区温度的变化是逆向响应的，因一次风量瞬间减小会引起锅炉密相区床温下降，在控制系统设计时应在垃圾量、秸秆量保持不变的情况下增加给煤量直到系统达到平衡。相反，减少一次风量会引起炉膛内过剩空气不足，系统应加大二次风机变频频率来维持出口烟气氧量值稳定。在整个风烟系统利用常规的比例—积分—微分控制锅炉中三种燃料的燃烧和主蒸汽出口参数间相互干扰相互作用，通过实践总结出该型号锅炉在规定的各种负荷下三种燃料总量、一次、二次风的最佳变频开度以及流化床锅炉密相区床温的最佳运行曲线，从而将流化床锅炉系统的大滞后、强耦合特性给自动控制系统带来的影响降低， 从而保证锅炉的稳定运行。

3.3 风量测量的补偿

风瞬时流量测量采用差压流量计易受所测量介质测点的温度、压力的影响，在选择风量测量仪表时我们对其进行综合衡量，为保证系统的测量准确我们采用热式流量计对其进行测量。因正常运行时系统的压力变化不大，仅需对单个参数进行温度补偿，而热式流量计恰恰有温度补偿功能。

3.4 炉膛负压调节系统

燃煤型流化床炉膛出口负压调节系统采用单回路调节控制，炉膛负压测量值利用三取二作为调节系统的实际测量值，垃圾燃烧时因垃圾入炉时的不均匀导致其他燃料稳定的工况下负压存在较大的波动，因此在系统设计时对炉膛负压进行6六路取4路均值后作为实时测量值，从而确保测量值的准确和稳定。

4  锅炉汽水系统

4.1 锅炉汽包水位的重要性

汽包水位的测量准确与否会影响锅炉乃至机组的安全、稳定运行，是锅炉的最重要参数之一。为此环能公司采用三路双室平衡容器配合差压变送器进行三取二取均值后作为水位实时测量值。同时配备电接点水位表以及双色水位计作为监测仪表。

4.2 主汽温度调节系统

流化床锅炉设有过热器，通过调节减温水流量来控制出口温度参数在汽轮机规程范围内，从而保证管道以及汽轮发电机组的安全稳定。

4.3 锅炉水位调节系统

通过调节给水调节门开度控制给水流量，进而达到锅炉水位控制的目的，该系统采用三冲量控制将锅炉出口流量作为前馈，水位作为反馈，系统中主控制器采用PID调节器通过控制主给水调节阀门的开度达到汽包水位控制的目的。同时为保证系统的安全性设置了旁路调节阀，一旦主路调节阀出现故障可进行旁路阀的自动切换。

4.4 蒸汽温压补偿

为保证主蒸汽瞬时流量测量的准确保证热量平衡，我们在控制系统模块的设计当中采用温度、压力对主蒸气流量进行补偿。

4.5 JX-300XP系统

国外集散控制系统主要生产厂家集中在美、日、德等国。如美国HONEYWELL的TDC3000、MICRO TDC3000，TDC3000X等;FOXBORO的I/AS;WESTING HOUSE的WDPF;WAILEY的NETWORK90、INFI90;日本横河的CENTUM、CS;YEWPACK的MARK II;德国SIEMENS的TELEPERM;ABB公司的MOD300、SIPAOS200等。自主创新我国自己的集散控制系统，经过多年努力，他们都已经取得可喜的成果如浙江中控的JX-300XP系统、新华控制工程公司的XDPS-400、北京和利时的FOCS和国电智深公司的EDPF-NT，华能信息产业公司的PINECONTROL，都已在多个电厂试验应用的基础上，经过改造提高后达到或接近国外厂家同类的集散控制系统水平，并已得到广泛应用，受到电厂的欢迎和好评，且其价格低于国外成套进口的设备。承德热力集团有限责任公司环能公司的DCS系统采用JX-300XP系统。

5  结束语

该系统以JX-300XP 系统为核心，通过各种传感器、控制器与集散控制系统的协调配置，从本身的实际情况出发，提高管理水平，节约成本，与其他自动化控制系统优化组合，构成适合三种燃料混合焚烧炉型的集散控制系统，从而达到节能、环保、经济的目的。

参 考 文 献

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