DCS在生物质发电厂自动控制的应用解析

潘新华

摘 要：本文首先简单的分析了DCS在生物质发电厂自动控制的应用背景，而后对DCS在生物质发电厂自动控制的应用策略进行简单的研究，希望能够为我国生物质能发电厂的建设提供一定的参考和支持。

关键词：生物质；DCS；自动控制

引言

近年来，中国的生物质能利用率越来越高，特别是在发电方面的技术越来越成熟，这显然是符合可持续发展战略构想相关要求的，也是完全顺应时代发展潮流的一种尝试。但是问题在于，目前我国的生物质发电厂自动控制技术还不够成熟，在自动化控制的实现方面存在一定的困难，因此对本课题进行研究具有突出的现实价值。

1 DCS在生物质发电厂自动控制的应用背景

中国自古以来就是农业大国，经济的主体也多为农业经济，时至今日农业仍然在我国的经济社会发展中扮演着不可或缺的角色。各种农作物生产的副产品，如秸秆、甘蔗渣、玉米芯等等，数量和规模都十分可观，同时中国的森林资源比较丰富，林业资源应用过程中产生的树皮、木屑一类的副产品也非常多，每年的产量大概在五亿吨左右，其燃烧产生的能量与二点五亿吨的煤炭相当。正是在这种情况下，我国的生物质发电技术得到了前所未有的进步，借助农业生产和林业生产的副产品进行燃烧发电，取代过去的化石能源作为发电的主要能源来源，具有突出的环境效益优势。生物质发电厂与常规火力发电厂的不同在于，生物质燃料的燃烧情况和放热情况都会受到一些外在因素的变化而发生改变，比如说在其湿度出现变化的时候燃烧释放出的热量就会大打折扣，更重要的是不一样的生物质燃料在燃烧的时候，稳定性也有所不同，因此想要按照原有的燃料需求量计算方法对生物质燃料的投放量加以确定，很容易出现计算不准确等问题，因此在设计生物质发电厂的锅炉系统的时候，一般需要基于汽轮机跟随的负荷控制方式进行设计。在外部的负荷出现变化的时候，锅炉的主控制程序将会及时调节锅炉燃烧率并且对汽轮机进汽量进行控制，在此基础上汽轮机即可根据负荷波动完成调整，不难看出在这个过程中，生物质发电厂的自动化控制技术发挥了不可或缺的作用。

2 DCS在生物质发电厂自动控制的应用策略

2.1 负荷控制

从目前常见的生物质发电厂来看，锅炉负荷控制的运行模式主要是蒸汽锅炉控制技术，也可以称为汽轮机跟随控制技术，主要就是在机组负荷出现变动的情况下，由锅炉主控制器发出控制指令，调整锅炉燃烧率，主汽压力随即产生波动，为了维持主汽压力的稳定，汽轮机主汽压力控制器输出指令调整汽轮机调节汽门，改变汽轮机进汽量，从而最终达到发电机组输出功率与给定功率逐步平衡的目标。在这种汽轮机跟随的负荷控制方式下锅炉可以直接决定发电机组的输出功率，即由锅炉控制机组负荷，而由汽轮机控制来主汽压力。负荷控制主要目的是根据负荷需求调节锅炉的燃烧量和风量，比如说输入的总风量和二次风量的比例、燃料的投放量、播料风量的多少等等，都受到负荷需求的影响。

2.2 燃烧控制

机组负荷发出的燃料量调节指令即为燃料量指令，总燃料量与总风量进行交叉限制后作为燃烧调节系统的给定值，与给料机实际转速信号进行偏差运算，结果经过燃烧调节器输出分别作为每台给料机转速的给定指令，总燃料量与总风量交叉限制的目的是为了保证燃料能得到充分燃烧。采用炉排形式的生物质锅炉也有细分，例如固定炉排、振动炉排以及链条炉排等，炉排的运行控制和锅炉燃烧效果息息相关。振动炉排运行方式主要采取周期性原则进行控制，根据负荷确定合适的停机时间和振动时间。在主要的燃料正常燃烧的时候，工作人员可开始振动周期，每持续半个小时停运一次，在震动过程中对炉排的燃料进行搅动，这样一来能够提升锅炉内部的燃烧效率，进而增强锅炉的负荷。

2.3 炉膛负压控制

在满足充足风量的条件下，锅炉燃烧通常需维持炉膛出口压力在负压运行。炉膛负压的高低，关系着锅炉的安全经济运行。负压过高易造成燃料外泄、有引起炉膛爆炸的危险，负压过低则会造成风机的耗电量增加。调节引风机入口挡板的开度是控制炉膛负压的主要手段，引风控制主要由单回路系统构成，为了准确的测定炉膛内部的压力，可在两侧炉膛出口各设置三组压力测点，取每侧的中值作为数据参考，工作人员可以借助操作系统人工设置炉膛负压的标准值，在标准值和实际压力值之间进行一定调节，借助引风机入口挡板开度即可确定引风机的引风效率，进而达到控制炉膛内压力的效果。由于一次风量和二次风量发生变化时，需经过一段时间炉膛负压才发生变化，因此在上述单回路系统中需要加入总风量作为前馈补偿信号，以提高一、二次風量变化时炉膛负压调节系统的响应速度。在炉膛内部的压力太大的时候，引风机的挡板指令为闭锁减，反之在炉膛内部的压力太小的时候其指令则为闭锁增。在锅炉燃烧中如果发生炉膛压力过高或过低，锅炉已不能良好运行的情况，应采取紧急停炉等措施，迅速中断燃料供应，停止二次风机，同时将送风机开度加大，用一次风将炉膛内的炽热燃料吹冷，当温度降至安全情况时，停止送风机和引风机。

2.4 送风控制

送风控制系统可以分成含氧量校正和风量控制两部分，控制系统通过负荷反馈值确定标准含氧量，而后据此确定二次风量指令使二次风量控制在合理范围内，风量控制系统则是根据负荷指令确定风量指令，通过调整送风机挡板控制炉膛的进风量，保证燃料能够充分的燃烧，提升生物质能燃料的燃烧效率，解决一氧化碳等有毒有害气体大规模排放的问题。另外，一次风调节挡板也能够对炉膛内的风量进行控制，让燃料能够充分与氧气接触进行燃烧。

2.5 主蒸汽温度控制和锅炉给水控制

和过去的火力发电厂有所区别的地方在于，生物质能发电厂的主蒸汽温度控制系统构成比较复杂，包含有两组一级喷水减温器、两组二级喷水减温器和多组高低温过热器。其中主蒸汽温度控制系统为双回路控制，整个控制过程和传统的减温控制大同小异。锅炉的给水控制主要通过调节阀来实现，通常由锅炉汽包水位、给水流量和过热器出口蒸汽流量组成的三冲量串级调节系统来调节给水阀。锅炉汽包水位信号经锅炉汽包压力补偿后作为主调输入，过热器出口集箱蒸汽流量与给水流量信号一起作为副调的反馈输入。锅炉在小于30%最大连续工况下低负荷运行时，虚假水位现象并不严重，对汽包水位调节要求较低，可使用单冲量给水调节系统。给水旁路调节阀根据汽包水位偏差进行调节，维持汽包水位稳定。DCS系统根据锅炉运行负荷自动完成三冲量和单冲量的切换，基本无须操作人员人工干预。

3 结语

总而言之，经过实际的尝试和研究以后可以发现，DCS在生物质发电厂自动控制的应用具有突出的应用优势，其软件水准和硬件能力都足以为生物质发电机组的控制提供强大的控制保障。在实际应用中，自动化控制技术能够保证生物质能电厂的高效率运行，让生物质发电厂得以健康稳定的运行，解决化石能源紧缺的困境，为我国经济和社会的长效发展打下坚实的基础。

参考文献

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