PDF《小型热 电厂 DCS控制系统 的应用与改进》

第l9卷第 2期2006年 6月 江西电力职业技 术学院学报 V o

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1 9 , N o .

2 J o u r n a l o f J i a n g x i Vo c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l Co l l e g e o f El e c t r i c i t y : 小型热电厂 D C S控制系统的应用与改进 张旭海 ( 巾国石化集团保定石油化 工厂. 河北 保定

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5 9 ) 摘要:介绍了小型热电厂的 D C S 分散控制系统的应用, 通过设置合理的模糊规则表参数, 实现 了工况 稳定时锅炉系统的 自动控制;

针对DC S控制 系统实际运行 中出现的问题进行分析, 提 出相应的改进 方案, 除 能实现各种要 求的控制功能外, 还扩展到 了汽轮机、 给水泵等设备 ;

并对 DC S在小型火力发电厂应用中存在 的问题进行 了总结, 希望为同行提供一些思路和借鉴. 关 键词 : 热 电厂 ;

DCS ;

应用;

改进 中图分类号 : T K

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3 文献标识码: A 文章编号 :

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0 引言 分 散控 制 系统( D C S ) 是计 算机 、 自动 控制 技术 及 网络 通讯技术的综合产物.它基于控制分散、 危险分散 、 操作 和管理集中的设计思想, 采用 多层分级 、 合作 自治的结构 形式 ,适应了现代化生产和企业管理 的要求 .由于 D C S 融人 了最 新的现场 总线、嵌人 式软件、先进控制、报表技 术、CRT以及网络技术等, 使得其能够整体解决小至一 台 大型设备( 锅炉)、 大至一个现代化工厂整个生产过程的 全方位控制, 并为工厂全程信息化管理提供基础平台. 随着 我 国生 产力的不断 发展 以及 我 国在 生产 过程自动化方 面科技 水平 的不断提 高,目前 我 国新建 的火 电厂 普 遍都 采用了DCS控 制 系统 ,以前 采用 常 规控 制 的火 力发电厂也基 本进 行了DCS改 造 .随着 D C S控制 系统 的不 断 发展, 性能不断提高价格逐年下降, D C S控制系统的应用 范围将越来越 广. D C S 也逐步开始在小型电厂广泛应用. 在我国,小型 火力 发电厂基本 上 为供 热机组 , 主要用 于冶金、石化、化工 、 纺 织等 行业大型企 业的自备 电厂 及城市供热, 大部分属于电力系统外的电厂.典型的主设备选型 多为循环流化床锅炉配抽汽式汽轮发电机组 ,一般为二 炉 一机 或三 炉- - e L , 热力 系统 为母 管制 .保定石油 化工 厂 热电站即为典 型的企业 E 】 备热电联产机组 . 其DCS系统 的应用 和 改进 ,可 为我 国为数 众多的小型 电力 企业同行 提供一些思路和借鉴.

1 D CS系统的 应用1.1DCS系统组成 该厂2003年 应用北京和利时 自动 化 工程 有 限公 司 研制的 H S

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0 0分散控制系统进行技术改造 , 该系统包括 D A S 和MCS两部分,其中 D A S 用于运行参数实H 寸 监测, MC S用 于模 拟量 控制 .HS

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0 0系统 的节点 从功 能 上分成 操 作员 站、工程师 站和 现场控 制站种类 型.这些节点通 过 系统 网 络连 接 在一 起 ,所 有节 点之 问 的数 据和 信息传递都南系统网络完成 .操作员站 由可靠性高的工业微机 配 以外 设组 成,站上运 行 的软 件是HS2000系统 专用 的实收稿日期 :

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9 作者简介 : 张旭海(

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7 0 -) , 男, 河北保定人 , 工程 师. 时监控软件 .功能有: 图形显示与会话、 报警显示与管理 、 报表打印、 系统库管理 、 历史库管理 、 追忆库管理等. 工程 师站和操作员站使用同一 台微机 , 该站配以 H S

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0 0 组态 软件包 , 供用户实现应用系统的组态 现场控制站是 D C S 系统完成现场测拉的重要站点.H S

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0 0系统的现场控制 站由主控模块 、 智能 I / O模块 、 电源模块和专用机柜四部 分组成.该站主要完成两项功能: 信号的转换与处理和控 制运算 .

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2 锅炉 系统 控 制方案

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1 改造 原则根据 实 际情况 ,该 厂于

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0 3年首 先对两 台35t/h中 温中压链条锅炉进行 D C S改造 , 在采用 D C S控制后还保 留了锅炉的紧急停止及重要辅机的硬手操 ,汽轮机暂时 保留 P L C控制 , 辅助车问仍由常规仪表控制 .

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2 锅 炉运 行控 制任 务①自动检测 : 用检测元件和 显示仪表, 对锅炉的热工 参数( 压力 、 温度 、 流量等 ) 进行连续测量和显示, 并为 自 动调节和安全保护提供检测信号. ② 自动调节 : 对锅炉运行参数进行 自动调整, 以适应 外界负荷和工质参数的要求,并使锅炉保持在较经济的 工 况下 运行 . ③程序控制: 使锅炉的启 、 停及运行等一系列操作实 现 自动化. 如系统启动按照引风机 、 鼓风机 、 炉排的启动顺 序进行 . ④保护连锁 : 系统必须具有超压 、 水位过高 、 水位过 低声光报 警 以及 超压 停炉 和水 位 过低 停炉 热 工联 锁保 护 等功能. 电气联锁保护是为防止设备在启 、 停过程中由于 操作错误 m j 造 成事 故.1.2-3控制参数 根据锅炉实际使用需要 ,确定 了l0个调节攒, 分别 是: ① 除氧水位 ;

② 除氧压力 ;

③ 主汽减压 ;

④ 分汽缸出 口稳压 ;

⑤ 炉膛负压;

⑥主汽温度;

⑦ 汽包水位 ;

⑧ 炉排 转速 ;

⑨ 鼓风转速;

④给煤机转速( 控制煤层厚度 ) 等.其 中汽包水位 、 主汽温度是锅炉系统控制的重点, 燃烧 自动 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 2期 张旭海. / J 、 型热 电厂 D C S控制系统的应用与改进

5 则是锅炉系统控制的难点 .

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4 常规 控制 回路 除 氧水位 、 除氧 压力、除氧气 减压 、 分 汽缸 出 口稳 压、炉膛负压等是常规的单回路调节. 主汽温度、 汽包水位多 采用单 回路前馈或串级加前馈( : = 三 冲量) 组成.常规 回路 及P、I、D参数调节参见表

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1 表I常规回路控 制及参数

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5 燃烧系统 的控制锅炉参 数中, 主 汽压 力( 或 过热 蒸 汽压 力) 是 衡量 蒸汽 量与外界负荷两者是否适应的指标.引起主汽压力变动 的扰动来源有两个 : 一是燃料 的扰动, 为基本扰动;

- - 是 用汽量 的扰动. 为负 荷扰 动 .基本 扰动 可 以通 过 自身 的闭 环来克服, 负荷扰动则不易做到. 负荷变化时 管压力出 现瞬 时改 变,而调节通 道的迟延 较大,对象 扰动通道 与调 节通道 的动 态甚 为悬 殊.调节很不 利 .根 据 司炉工 经验, 煤从 进入 炉膛 到 完全燃 烧需 要20rai n以上 .常规的 P 、 I 、 D调 节跟 随性 较差 ,无法完 成 这样 一个 大滞后系统 的自动调节 .采用基 于 模糊 理论 的专 家系统 l l I , 可较好 地实 现对锅炉燃 烧 系统 的 自动控 制 .表 2是基 于专 家 系统 的控 制参数规则表. 其中 P论域表示模糊控制中锅炉压力的 论域, A P论域表 示两 个运 行周 期锅 炉压 力 变化 差 的论域 . 燃烧周期的自动调整, 加快 了负荷大幅变化时燃烧控制的 响应速度. 煤质或炉况的不同对调节效果有一定的影响. 由于 隶属 度函数 的 曲线均 相互 交错 重叠 , 冈此 模糊 控制 算 法对 于参 数变化 的适 应性具 有较 强 的鲁 棒性 . 实 际运行 验证了这一特 点.I.2.6阀门的调 节与 限幅 规则表参数 中阀『 J 变化值对应于每个燃烧周期炉排 转速的变化鲢. 炉排转速控制给煤 , 是保证锅炉经济 、 安 全运 行 的重要控 制对 象 .根据操 作工 的经 验,在一 定 的炉 况和煤质条件下. 炉排转速达到一定限额厉将不再对汽包 压力起决定作用. 此必须对炉排转速设置合理的上限以 防燃烧 不充 分. 污染环境 .鼓 风转 速 与炉 排转 速 之问 应根 据一 定的风煤 比互 相 协调 , 保证燃 烧 的经 济性.这个 比例 与具体的煤质、炉况 、变频器转速相关, 在运行中需根据 现场 情 况及 时调 整 .引 风转 速与鼓风转速应互 相适应,将炉膛负压维持在一定范同内, 保F燃烧 的安全性 燃烧 控制 规则表 以及 锅 炉各 利一 参数的设 置如表2所 示 为方 便操作 , 将炉 排转 速 、鼓 风转 速 、引 风转 速限幅、燃 烧周 期等参 数设置 为操 作 员权 限, 井 引至 监控 界面以便 司炉工 在线修 改.表2锅炉控制参数设置

2 运 行效 果和 问题

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0 3 年DCS改造后 , 两套锅炉系统基本实现了炉况 稳定条件下的 自动控制. 通过设置合适 的炉排转速 、 鼓风 转速 、 引风转速限幅值, 基本保证了煤的充分燃烧, 减少了 环 境污 染.实现了工况 稳 定时 整个 锅炉 系统 的 自动控 制.同时由于引入燃烧周期的自适应调整'

力Ⅱ快了负荷大幅变 化时的响应速度. 提高了系统控制的 自动化程度. 但在运行期问, 该厂发现该锅炉在负荷变化较大的工 况下 , 控制过程 中存在以下几个主要问题: 锅炉汽包液位 测量存在较大偏差;

燃烧控制系统无法投 自动.

3 问题 分析 与 改进

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1 汽 包液 位控 制 改进 在 锅炉 汽 包液 位测 量中,由于 汽包 液位 系统 是一个没有 自 平衡能力的被控对象. 当供水量突然降低或出口蒸 汽流量增大时. 由于此时锅炉传给 汽包的热量不变. 致使液体大 汽化. 造成汽包液位测量结果偏大 ;

当供水量突 然增大或 出口蒸汽流量减小时, 情况棚反, 也就是我们常 说的 汽包虚 假 液位 .而 该锅 炉在汽包 液位 检测回路 的原设计方 案 中忽 视 了这个 问题;

直 接影 响 了汽包 液位 控制的平稳 , 为此 , 我们 对汽包液位 测 量结 果 引入 压 力补 偿,补偿公式 如下 : h = 【 P + g H( p - o )

1 / [ g ( p - p ) 】 式中: h 一补偿后的汽包液位;

送器测量的差压值;

g_-重力;

H一汽包高度 ;

p _ - 液体参考密度 ;

p ―水的密度;

p ~ 蒸汽密度. 汽包压力与 P 、 p , , 问的关系曲线用折 线 近似后 如表3所 示.表3汽包压力与 p 、 P 闻的关 系在HS

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0 0 D C S控 制点 的组 态中. 运........