技术
165t/h辅助锅炉DCS
1．概述
辅助辅锅是日本三菱公司制造D型水管式锅炉。炉体积小，结构紧凑，裕量小，是两台并列运行的单汽包自然循环外室型锅炉，采用微正压燃烧方式，燃料由燃料油和燃气组成，该锅炉控制复杂，控制信号又多，因此对控制系统的可靠性要求较高。国内目前在锅炉控制中主要采用DCS，用于回路调节和组态画面的功能不断完善，特别是DCS系统的抗干扰能力强，其控制的可靠性、组态的灵活性以及性能价格价比更具优势，得到广泛应用。
2．工艺控制要求
2.1 控制要求
对于辅助锅炉而言，主汽压力和主汽温度使蒸汽产品的两个重要指标。主汽压力的变化反映出锅炉的蒸汽产量与汽轮机组负荷要求不相适应，因此应根据负荷要求及时改变燃料供给量，使蒸汽压力恢复为额定值。过热器出口主汽温度是锅炉汽水通道中的最高工质温度，以接近过热器材料所允许的温度上限，过高的主汽温度容易造成过热器损坏，同时也会造成汽轮机过度热膨胀，因此在生产过程中应及时调节减温水量以保持主汽温度恒定。所以辅助锅炉控制的主要任务就是在汽轮机组负荷发生变化时，保持主汽压力和主汽温度等重要参数在规定的范围内，从而保证透平机组安全、稳定、可靠、高效地运行，这是汽机对锅炉这个提供热动力的设备的要求。锅炉要满足汽机的要求，其自身必须首先要安全、稳定、可靠、高效地运行。
锅炉控制的另一个主要任务就是对锅炉本体的控制，也就是常说的汽包水位控制系统和最佳燃烧控制系统。
2.2具体实现如下自动控制功能：
● 主汽压力控制
● 主汽温度控制
● 汽包水位控制
● 燃烧控制
● 空燃比的自动修正
● 给水压力控制
3．控制方案
3.1 CS3000特点
CENTUM CS3000集散控制系统，CS3000是横河公司的最新的DCS产品，其主要特点有：
a、综合性：CENTUM-CS3000是一个功能齐全的系统。它综合了多种控制、管理、自动化和信息技术于一身。
b、开放性：CS3000系统是紧跟IT技术发展的开放性局域网结构。操作站的硬件可采用最新型的PC机；系统软件可采用最新的Windows XP或2000（中文版）作为操作系统；通讯接口提供DDE和OPC两种接口，可直接与用户的上位工厂信息管理系统（PIMS）、Internet网、Intranet网连接和通信；也可通过标准协议与多个厂家的PLC系统、以及符合FF、HART、PROFIBUS-DP等现场网络标准的厂家的设备进行通信；另外，还可直接将各种通用应用软件如MS-Excel、VB等应用于工程中。
c、高可靠性：控制站采用4个CPU成对冗余热备技术，可实现在任何故障及随机错误产生的情况下连续不间断地运行；供电系统、通讯网络和总线、I/O模块均可实现双重化；V net总线采用交替工作模式的双重化结构。
d、高性能：控制站采用高速RISC处理器，可进行64位浮点运算和可进行最高50ms控制周期的模拟与逻辑控制。
e、高效简捷的工程：系统提供CAE（计算机辅助工程），直接用Control Drawing图或填表格的方式进行软件组态，软件组态十分简洁直观。并可提供虚拟测试和仿真软件，从而缩短软件的调试周期。
3.2硬件配置
如图1，CS3000系统操作站4台，配置DELL主流工控机，采用21＂的高分辨CRT，和专用操作员键盘，作为系统与操作员间的人机接口，4个操作站可实现互操作。
工程师站1台，用于系统工程目的，如控制回路组态、画面生成、报表生成、过程趋势和参数的整定、以及配方生成和配方管理的功能以满足PVC聚合生产的批量控制要求。运行时可兼作操作站。
根据系统规模配置2套现场控制站，以对过程装置进行常规/离散控制及顺序控制。控制站机柜2台，用于安装现场控制站和输入/输出模块。根据工艺控制要求，对重要回路的输入/输出模块进行冗余配置。设置2个远程I/O节点，通过ER Bus总线与现场控制站进行通讯。
上位机网络OPC通讯接口1个，支持TCP/IP协议，可连接工厂信息管理网或Internet网，通过ODBC/SQL与企业管理层的关系数据库相集成。
现场总线通讯接口2个，支持FF、Profibus-DP总线协议。
宽行点阵打印机（LQ1600KIII）1台，A3彩色屏幕拷贝机1台，用于打印报警、报表等信息。
3.3 控制功能
主汽压力的变化反映出锅炉的蒸汽产量与汽轮机组负荷要求不相适应，因此，主汽压力调节的目是地根据负荷要求及时改变燃料供给量，使蒸汽压力恢复为额定值。同时以烟气中氧含量为参量及时调整鼓风量，以便充分燃烧，提高炉子热效率。
当需要改变燃料供给时，从炉膛燃烧到主汽压力发生，其间需经过一段时间的延迟，所以，气压调节对象具有明显的延迟特性。
3.3.2主汽温度控制
过热器出口主汽温度是锅炉汽水通道中的最高工况温度，以接近过热器材料所允许的温度上限，过高的主汽温度容易造成过热器损坏，同时也会造成汽轮机过度热膨胀，因此在生产过程中应及时调节减温器的减温水量以保持主汽温度恒定。
该减温器是锅炉设备配套的表面式减温器，温度调节用的减温水由锅炉给水系统提供，本方案拟采用串级PID调节回路。根据主汽温度和减温器后蒸汽温度，控制减温水流量即减温水阀门开度来达到调节主汽温度的目的。入口蒸汽及减温水一侧的扰动，首先反映为减温器后的温度变化，这个回路就可以及时调整，使扰动对主汽温度的影响大大减小，提高调节品质。
3.3.3汽包水位控制
如图2汽包水位是锅炉安全运行最重要的标志，调节的目的是维持汽包水位在允许范围内，它以汽包水位为被控量，以调节水流量作为控制手段。本方案采用单级三冲量水位调节系统。所谓三冲量，是指主蒸汽流量、汽包水位、和给水流量这三个信号，实质上三冲量控制系统是前馈加反馈控制控制系统，其作用是要克服“虚假水位”。由于汽包水位、蒸汽流量受温、压影响较大，测量时必须进行温压补偿。
3.3.4燃烧控制
如图3所示是一个超弛＋前馈＋反馈控制系统，P蒸、PC1、低选、P燃、PC2和燃气调节阀组成超弛调节系统。正常时，若PC1出现偏差，即蒸汽压力P蒸由于外界干扰而产生波动时，用调节燃料气量使之维持蒸汽压力不变。但在P蒸出现过大的负偏差时，燃气调节阀要大幅度打开，这样会导致P燃升高，P燃高到一定值时容易产生脱火现象，是生产上不允许的。因而在P燃高到一定数值时低选将PC2信号自动切入控制系统，使P燃不再继续升高，从而起到超压保护作用。
P炉膛、PC3减法器和风量调节阀组成单回路反馈控制系统。P蒸、PC1、比值器、减法器和燃气调节阀构成前馈控制系统。从工艺角度来看，希望P炉膛受外界干扰越小越好，也就是说，P炉膛是系统中的主要控制参数。影响P炉膛主要是燃料气流量改变，燃料气量增加，P炉膛也随之升高，单燃料气量的增加或减少又受P蒸所支配。当P蒸因用户波动而波动时，燃料气量必需相应地调整以使P蒸稳定。在这同时又希望P炉膛处于稳定状态。由此可见，取P蒸的信号作为P炉膛的前馈信号是起到超前作用的，但由于P蒸与风量调节阀开度之间尚不能建立函数关系，因而就将前馈信号量加在反馈调节器PC3的输出，所需前馈量的大小可调整起信号放大或衰减作用的比值器，以满足辅助锅炉的控制要求。
按上述系统，当P蒸因用户波动而降低时，PC1输出信号增大，燃气调节阀开大，同时比值器输出也随之增加，PC3输出尚未改变，所以减法器输出减小，燃气调节阀随之开大（气关式）。当P蒸增加时，所得结果相反。这样在P蒸波动时，在调整燃气调节阀的同时，不等压力反应到P炉膛（PC3）就同样调整风量调节阀，从而保证P炉膛比较稳定。前馈调节所克服不完全之处，再由反馈调节器PC3加以补偿。
如图4，LS在正常工况时，选中PC的输出作为F
HS在正常工况时，选中燃料油流量变送器的输出作为F
一般给水泵的给水量是一定的，而进入到锅炉汽包内的水量由阀门控制，随着锅炉负荷的变化进水量是变化的。这就造成了给水阀所受的水压变化较大，这对水阀是十分有害的，同时对汽包液位的调节产生扰动，影响调节品质。解决的办法是在给水泵的出口与入口之间加一个分流管，把多余水从泵出口引至泵的输入端。本方案将采用随动单闭环调节回路，控制分流管排水阀的开度大小，以保证给水泵出口水压力跟随锅炉汽包压力，使给水压力与汽包压力维持一定值的压力差。
3.3.7负荷分配
负荷分配只有在两台锅炉均主控的情况下才有意义，其原理图如图5。
图中：
FA（X）=A炉负荷分配公式
FB（X）=B炉负荷分配公式
SVA：A炉负荷分配系数
SVB：B炉负荷分配系数
A：A炉负荷分配输出
B：B炉负荷分配输出
MV：主控输出
在WIN2000平台上，以组态软件为工具设计制作上位机监控软件，画面上可以显示各设备的状态，采集的数据，实时曲线、历史曲线、报警摘要等。对给水、燃气、产汽量等随时累计并生成报表，供查询打印。可使操作人员根据工艺需要启停设备，开关阀门。保证在系统运行的任何时刻都可在手动和自动之间进行无扰切换，根据需要可以很容易地对设定等整定参数进行修改。
4．结束语
采用先进DCS系统，实现了原常规仪表的一切功能，采用了三冲量、超弛、前馈、反馈、氧量自动修正控制等先进控制方法。保证锅炉的安全生产，降低事故。并且可以广泛推广，具有一定的社会效益
