循环流化床锅炉的计算机控制系统（DCS）

现在在火电厂中应用最广泛的是 DCS 即Disytributed Control System 的简称，即微机分散控制系统。这是一种基于控制技术、计算机技术、通信技术、图形显示技术的控制系统。用来对火电生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。它使得系统控制危险性分散、可靠性高、投资减小、维护方便。实现集中监视、操作和管理。使得管理与现场分离，管理更能综合化和系统化，采用网络通信技术，这是DCS 的关键技术，它使得控制与管理都具实时性，并能随时解决系统的扩充与升级问题。这种控制技术在煤粉锅炉中取得了很好的应用效果。近年来，随着大型循环流化床锅炉的发展，DCS 也不无例外的应用在了这种燃烧方式中来。循环流化床锅炉和煤粉锅炉一样，在燃烧过程中，各项技术指标都要求限定在一定范围内。为了保证燃烧过程的稳定、可靠和经济运行，在应用中不仅采用 了先进的变频调整技术与计算机技术，各 DCS 厂商还应用了人工智能控制技术。国内比较成熟的厂商有新华、和利时等。国外有ABB、HONEYWELL、SIMENSE 等。

DCS 自动化主要有以下四个方面组成：热工检测、模拟量控制、顺序控制 和热工保护。

第一节 锅炉的燃烧控制

循环流化床锅炉的燃烧过程是一个复杂的物理过程，对于自动控制来说是一个复杂的多变耦合系统。循环流化床锅炉燃烧控制的主要目的就是解决锅炉热负荷与出力之间的及时匹配。由于循环流化床锅炉的特殊的燃烧方式，不仅要考虑其热迟滞性，还要考虑其床层温度、床层差压和回料量的变化，以及为控制二氧化硫的排放加入石灰石后对燃烧工况的影响等。

一个典型的循环流化床锅炉的燃烧控制应包括以下功能：

1) 负荷指令；

2) 主汽压调节；

3) 床层温度调节；

4) 床层差压调节；

5) 给煤量调节；

6) 一次风量调节；

7) 二次风量调节；

8) 炉膛压力调节；

9) 石灰石量调节；

10) 高压流化风量调节；

11) 启动燃烧器燃油流量与风量调节；

12) 底灰排放量、温度调节。

1、控制流程：

通过蒸汽母管的压力（经过蒸汽母管压力调节器处理后）和蒸汽实际流量（经过温度修正）得出锅炉的负荷指令，作为一个燃料、氧量控制、床温、一次风量 的远方给定值进行控制。在控制燃料量的同时也引入了床温的控制。根据循环流化床锅炉的燃烧特点，其燃烧控制系统又分为：燃料控制系统；送风及炉膛压力控制系统；床温控制系统；床压控制系统。

2、燃料控制系统

锅炉主控系统发出的燃料指令即是总燃料指令，通过与总风量比较后取小值作为调节器的设定值，保证锅炉指令增加时风量始终大于燃料量，也同时保证了先加风后加燃料、先减燃料后减风。调节器输出煤、石灰石给定值指令。总煤量取所有落煤管煤量之合，启动燃烧器和风道燃烧器燃油流量之合经折算成相应煤量后，加上总煤量作为总燃料量。这样才能保证燃烧的安全和输入、输出量的平衡。

3、 送风及炉膛压力控制系统

锅炉主控系统发出的风量指令即为总风量指令。总风量中一、二次风所占比例最大，同时一次风和二次风直接影响锅炉的运行及燃烧工况。学习锅炉知识，请关注微信公众号锅炉圈所以，总风量调节系统通过改变一、二次风量的调节指令来保证锅炉所需配风（其中一次风量应是经过床温调节补偿过的）。锅炉主控系统得到的总风量指令与燃料量测量值进 行交叉限制后（取大值）作为总风量控制系统的给定值，以保证负荷增加时先加风后加燃料、负荷减小时先减燃料后减风的要求，从而保证一定的过剩空气系数。在炉塍压力调节系统中，炉膛出口压力测量值与给定值一起送入 PID 中进行运 算，运算结果动作引风机耦合器（或调节挡板）执行器，从而控制炉膛出口压力 满足机组运行要求。由于循环流化床锅炉燃烧的特殊性，一次风量和二次风量发生变化时，需经过一段时间炉膛出口压力才发生变化，因此必须把总风量（一次 风机出口风量和二次风总风量之和）的微分量作为前馈信号送入 PID 控制输出中，以提高一、二次风量变化时控制系统响应的快速性。

4、床温控制系统

循环流化床锅炉的最佳运行床温为 850～900℃。在这一温度范围内，大多数煤都不易结焦。石灰石脱硫剂在这个温度时具有最佳脱硫效果，并且 NOX 生成量也很少。床温调节的目的是优化和减少烟气中 SO2 的含量，影响循环流化床床温的因素很多，如给煤量、石灰石供给量、排渣量、一次风量、二次风量、返料风量等。给煤量主要用来调节主汽压力，床温对给煤调节的影响要求并不高，因此给煤量仅为调节床温的手段之一。石灰石供给量对床温的影响比较小，且其影响也 可间接体现在给煤量上，故在构造床温控制系统时不考虑石灰石的影响。排渣量主要用来控制床层厚度，若床层厚度基本恒定则排渣量对床温的影响也可不予考虑。控制床温的最好手段是通过再分配燃烧室不同燃烧风风量而总风量不变保持最佳的床温。床温测量值来自于炉膛密相区下部床温的平均值。

5、床压控制系统

床压是燃烧室内密相区床料厚度的具体表现，料层过厚时，床料的流化状态就会变差或不能流化影响炉内的燃烧工况，严重时会造成燃烧室内局部结焦。为保证床料的正常流化，在床料高时须加大流化风量，从而增大了辅机的电耗。料 层薄时，会对布风板上的设备如风帽、床温测点等磨损加大或使其过热损坏。并且，料层薄时，炉内的传热会恶化不能维持正常的负荷需求。因此床料厚度的变 化直接影响到锅炉的安全及经济运行，料层厚度与床压具有一一对应关系。因此， 料层厚度调节可以通过调节床压来实现。床压在炉膛密相区通过差压进行测量，大型循环流化床锅炉一般分左、右两侧，该测量平均值作为床压的测量值，此信号与由运行人员设置的床压给定值相比较后，通过调节器控制投用的冷渣器进渣调门的开度，改变燃烧室炉床排渣量，从而维持床压在给定值。锅炉的各输入、输出参数具有很大的延时，且各参数是在实时变化的，难以建立精确的数学模型。因此，必须加入大量的补偿和修正，使其达到自适应控制。以保证锅炉运行的机动性、经济性和安全性。

第二节 汽水系统的控制

一、汽包水位的调节

汽包水位的稳定程度反映了给水流量与蒸汽流量之间的平衡关系。锅炉汽包的水位一般规定在汽包中心线以下 100～200mm 处，允许波动范围为±50mm。汽包水位的高低直接影响锅炉的安全运行和蒸汽品质。水位过高，汽包的汽空间就会减小，破坏了汽水分离装置的正常工作，使蒸汽带水过多，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏设备。水位过低，锅炉的水循环会被破坏或部分受热面干烧而过热损坏。对于大型锅炉来讲，汽包的汽、水空间相对较小，保持汽包水位在允许的范围内波动对整个机组的安全运行有着重要的意义。为了保持汽包水位的稳定，必须对给水流量进行调节。在调节时应保持给水流量小范围的波动，给水流量的剧烈波动不但会影响给水管道和省煤器的安全运行还会加重给水泵的负荷。给设备造成不必要的损坏。锅炉用水经给水泵加压后，在省煤器中吸热后进入汽包。并经过水循环管吸收炉膛中产生的热量而变成汽水混合物在汽包中进行汽水分离产生饱和蒸汽，再经过热器加热后生成合格的蒸汽到汽轮机中做功。水位控制系统的目的就是调整调速水泵或调节阀使汽包中的水位在允许的范围内波动，从而满足锅炉负荷的需要。并保持给水流量 Q 与蒸汽流量 D 偏差不大。这样能更好的防止虚假水位对给水流量的影响。为了防止外扰对水位及给水流量的影响，在实际应用中还加入了较多的温度及压力修正。

其控制流程如下：

给水控制系统通过调整给水旁路调节阀或给水泵耦合器执行器使汽包水位 保持稳定，从而满足机组负荷要求。汽包水位信号（一般三选后）经汽包压力信 号进行校正，校正后的信号作为汽包水位实际值；主给水流量经给水操作台前温 度修正后作为主给水流量值，一级减温水流量、二级减温水流量相加后作为总减 温水流量。总减温水流量和主给水流量值相加后作为总给水流量 Q；主汽流量经 温度修正后作为主蒸汽流量 D。三冲量方式可在手动、自动、串级状态下运行。

二、过热、再热蒸汽温度的调节

过热（再热）蒸汽温度是火力发电厂生产过程中的一个重要参数，保证过热（再热）汽温蒸汽温度稳定对经济生产和安全生产有着重要的意义。大型循环流 化床锅炉的蒸汽系统大多为高温高压或超高压参数，过热蒸汽和再热蒸汽的温度是全机组汽水工质的最高温度。它们的温度一般接近金属材料的允许最高温度。学习锅炉知识，请关注微信公众号锅炉圈因此，过热蒸汽和再热蒸汽的温度上限一般不能超过额定值的 5℃；如果汽温偏低就会影响机组的热效率和汽轮机的安全运行。所以在运行中，过热蒸汽和再热蒸汽的温度应维持在规定范围内。影响过热蒸汽和再热蒸汽的温度的因素很多，例如，蒸汽流量、炉膛热负荷、烟气温度、烟气所含物料的浓度、烟气的流速、过热蒸汽侧与再热蒸汽侧的烟气分配、减温水量等都会影响过热（再热）汽温的变化。在汽温调节中，可用改变烟气侧或减温水侧工况的方法。一般采用烟气侧作为粗调而减温水侧作为细调的方法。循环流化床锅炉的汽温调节和常规的煤粉锅炉的汽温调节基本相同。一般取调速级前汽温变化作为前馈，通过修正后和设定值进行比较。其控制流程如下：

第三节 FSSS 保护系统

FSSS 系统是 Furnace Safeguard Supervisory System 简称，即炉膛安全监控系统。是专用于火力发电机组锅炉的安全保护和燃烧器管理，它在锅炉启动、运行、停止的各个阶段连续地监测锅炉的有关运行参数，根据锅炉防爆规程规定的安全条件，不断的进行逻辑判断和运算，并经过逻辑判断、合理地发出动作指令，同时与有关主辅机信号合理地联锁，以保证整个机组的安全、经济、稳定、可靠的运行。对于DCS 系统来说，它已经是不可或缺的组成部分。是锅炉热工保护的一个组成模块。循环流化床锅炉的安全保护侧重于燃料投运操作的正确顺序和联锁关系，以保证循环流化床锅炉稳定燃烧。按照煤粉锅炉的习惯仍将有关循环流化床锅炉的保护功能称作炉膛安全监控系统 FSSS。

循环流化床锅炉的FSSS 保护系统有以下主要功能：

1) 主燃料跳闸 MFT；

2) 循环流化床锅炉吹扫；

3) 启动油系统泄漏试验；

4) 循环流化床锅炉冷态启动（建立流化风和初始床料）；

5) 循环流化床锅炉升温控制；

6) 循环流化床锅炉热态启动；

7) 风道油燃烧器控制；

8) 启动油燃烧器控制；

9) 油燃烧器火焰检测；

10) 煤及石灰石系统控制；

11) 一次风机、二次风机、高压风机、引风机、播煤风机联锁控制；

12) 锅炉水系统的保护；

13) 机炉协调保护；

一、循环流化床锅炉的 MFT

循环流化床锅炉的启动一般采用床下点火方式，利用热烟气加热床料使冷床料流化并循环的状态下加热升温。在保证床下点火燃烧器无故障（经过油泄漏试验）的情况下才可以投运床下点火燃烧器。学习锅炉知识，请关注微信公众号锅炉圈在达到燃料安全着火温度时（根据燃料试验得到）才可以投煤。如只靠床下点火燃烧器不能作到时，可考虑投运床上点火燃烧器。直到达到必须的温度时才可以逐步投煤，以保证锅炉的安全运行。由此看来，循环流化床锅炉的 FSSS 保护主要体现在 MFT 主燃料切除保护上。

1、循环流化床锅炉的 MFT 主要有以下内容组成：

1) 引发 MFT 动作的条件；

2) 对燃油系统的控制；

3) MFT 动作后复归的条件；

4) 热态启动的条件；

5) 首出记忆。

2、以下任何条件满足都将触发 MFT 动作：

1) 手动 MFT；

2) 床温高于 990℃（平均值）；

3) 水位异常（水位高高或水位低低）；

4) 炉膛压力高（一般取+2489Pa 延时 5s）；

5) 炉膛压力低(一般取-2489Pa 延时 5s）；

6) 所有引风机跳闸；

7) 所有一次风机跳闸；

8) 所有高压流化风机跳闸；

9) 所有播煤风机跳闸且旁路门未开（加一定时间延时）；

10) 汽轮机主汽门关闭；

11) 所有一次风机出口总风量小于 25%额定风量延时 5s；

12) 床温低于 650℃且无启动燃烧器投入；

13) 超过启动时间 3600s（指启动燃烧器的启动时间：在 3600s 内没有着火）；

14) DCS 电源消失；

3、MFT 动作后将引发以下动作：

1) 跳闸所有给煤机；

2) 跳闸燃油来油速断阀；

3) 跳闸石灰石给料系统；

4) 关闭汽轮机主汽门；

5) 关闭减温水总门且闭锁开指令；

6) 如没有“热态启动”的条件存在，则发出“锅炉吹扫”逻辑。

二、锅炉燃用油的控制

循环流化床锅炉的燃用油系统并不比煤粉锅炉的简单，它主要的作用是在锅炉启动初期对锅炉内的固体物料进行加热，使固体物料的温度能达到煤的安全燃用温度。如果油系统存在泄漏或启动燃烧器事故熄灭后不能正确及时的关闭相应的油阀门，则有可能造成点火风道或炉膛爆炸。因此对燃用油的控制是必要的。循环流化床锅炉的燃用油控制包括油系统泄漏试验、燃烧器熄火保护及锅炉的点火功能。油系统泄漏试验主要是对锅炉的燃用油管道、阀门、管道上的流量计和一些附带承压部件的压力试验。以检验其承压性能和严密性。燃烧器的熄火保护是为了如果油燃烧器熄灭（火检检不到火）后能及时的关闭该油燃烧器的进、回油速断阀并歼启其蒸汽吹扫阀，进行油管道的程控吹扫，这个吹扫称为后吹扫。在后吹扫时应进行高压打火，以便管道中的积油在吹出管道时着火，避免燃油在管道中长时间积存或油吹出管道后在点火风道（炉膛）中积存，造成不必要的爆炸或爆燃。在油燃烧器投用前也应对该油燃烧器进行程控吹扫，这个吹扫称为前吹扫。在前吹扫时可以不进行高压打火，主要是对管道中的杂质进行吹扫，以保证管道的畅通。在这个过程还可以对油燃烧器进行预热使燃烧器能更顺利的着火。在燃油压力（适用于机械雾化）低于雾化压力时，燃油控制系统应关闭该油 系统的来油速断总阀。点火助燃风丧失（低于一定值）时，燃油控制系统应关闭该油系统的来油速断总阀。在锅炉 MFT 信号发出时，燃油控制系统应关闭该油系统的来油速断总阀。在来油速断总阀关闭时，燃油控制系统应联锁关闭各油燃烧器（油枪）的各进、回油速断阀及各进、回油管道的吹扫蒸汽阀。锅炉的点火功能是在锅炉满足点火条件后能进行程控点火。

在锅炉点火前，应具备点火条件，这些条件有：

1) 油压正常；

2) 油系统泄漏试验成功；

3) 风量满足要求；

4) MFT 复归

5) 火检器冷却风正常当点火条件满足后，可以通过自动或手动点火。

自动方式：

可按事先选择的程序实现自动点火。在控制显示画面上单击油枪编号，启动点火键，点火将按如下顺序自动进行，即进油枪（如为固定式油枪则无此步）一开吹扫阀一吹扫延时一关吹扫阀一开进油阀同时启动点火器打火一打火延时如果油枪点燃，测为点火成功，否则为点火失败，点火失败后自动按照关油阀一开吹扫阀一启动点火器打火一吹扫延时一关吹扫阀一退出油枪（如为固定式油枪则无此步）。学习锅炉知识，请关注微信公众号锅炉圈点火成功后则自动退出点火器。手动点火方式即将上述步骤远方手动进行或就地手动进行，为保证点火安全，其步骤不可省略。

三、MFT 复归：

完成锅炉吹扫。锅炉的吹扫目的是在点火前要吹去炉膛、点火风道和烟道内 可燃混合物，以防止点火时引起爆燃，

在启动吹扫前，应满足炉膛吹扫许可条件，这些条件有：

1) 必须是 MFT 动作 15s 后进行；

2) 锅炉无任何 MFT 动作条件存在；

3) 锅炉无任何燃料进入炉膛或点火风道；

4) 进入锅炉的风量符合要求；

5) MFT 未复归；

6) 锅炉具备热态启动的条件；

7) 锅炉无任何 MFT 动作条件存在；

四、锅炉的热态启动应满足以下条件：

1) 锅炉无任何 MFT 动作条件存在；

2) 床温不低于 650℃；

3) 流化风量符合要求；

4) 播煤风量符合要求；MFT 动作后，应在监视器上显示其动作触发的原因称为首出记忆，以便运行人员及时的对事故作出判断和进行事故处理。

思考题：简述循环流化床物料循环？