作者: 郑雪洁　宋广峰
 

分散控制系统(DCS)广泛应用于国内电厂已有十几年的时间，它以强大的功能优势取代常规仪表，不仅提高了机组控制性能，而且合理、有效地利用了资源，使过程自动化水平和管理水平都达到了较高层次。在济南南郊热电厂循环流化床热水锅炉热控系统设计中,我们也选用了分散控制系统(DCS)对整个锅炉及附属系统进行监视、控制。
　　一、工程概况
　　济南南郊热电厂热水锅炉房工程是济南市九九年度十大重点工程之一，也是济南市重点环保工程。该工程于九九年一月份立项，十一月底投入运行。工程总设计规模为四台锅炉,分两期实施,一期工程为两台锅炉、两台除氧器及其他附属系统，其中锅炉选用济南锅炉厂生产的58MW循环流化床热水锅炉，其燃烧系统特点与蒸汽锅炉相近，也采用了单级高温旋风分离器、U型阀返料装置、先进的水冷布风板结构、床下动态点火等技术，以确保流化态燃烧的实现。
　　二、DCS系统配置
　　根据工程规模，考虑初投资、安装调试、运行管理、维护检修等多方面因素，经严格的招投标程序，本工程最终采用了CYA－5090型 DCS，该系统先进适用，可靠性高，通用性强，可扩展性好，主要由四部分组成，即工程师站、操作员站、现场控制站、系统网络。
　　操作员站和工程师站均由具有高可靠性的研华工业微机配以外设组成。
　　现场控制站为美国GE公司的GE90－30型PLC，该PLC的CPU采用80386EX芯片，主频25MHZ；具有浮点运算和内置PID功能，可实现各种高级运算和控制功能；具有故障自诊断、双机冗余、三重容错功能，极大地提高了系统的平均无故障时间（MTBF），同时缩短了平均恢复时间（MTBR）；另外还具有组态方便，联网能力强等优点。
　　系统网络为以太网。
　　该系统的操作平台为WINDOWS NT，组态软件采用FIX软件，系统支持DDE、SQL、ODBC，可以通过通用的以太网等网络方式，方便地与其它计算机系统或厂级信息管理系统（MIS）相连。
　　三、DCS功能设置
　　本工程DCS基本功能有数据采集功能（DAS）和模拟量控制功能（MCS）。
　　1.数据采集功能DAS
　　数据采集系统 DAS可以完成整个锅炉及附属系统的实时监视和管理。主要功能有汽水系统流程图显示、燃烧系统流程图显示、重要参数实时趋势曲线显示记录、参数历史趋势曲线显示记录、棒形图显示、多级报警显示记录、事故追忆记录、各种图形及报表打印等。
　　2.模拟量控制功能MCS
　　循环流化床锅炉的过程控制比一般锅炉复杂，其过程变量不仅包括锅炉出水温度、炉膛负压、烟气含氧量，还增加了床温及床压，属多参数多变量输入系统，并且各个变量相互影响、相互作用，控制难度很大。本次设计中，我们应用了现代控制理论中的自适应控制、预测控制、最优控制、模糊控制及智能控制等理论，使系统具有更强的调节性能。对热水锅炉而言，控制的关键在于燃烧控制，根据本锅炉燃烧过程的特点，将燃烧控制分成了五个相互关联的部分，即床温控制、燃料量控制、送引风量控制、床压控制、石灰石流量控制，分别介绍如下：
　　(1)床温控制：本锅炉床温要求控制在800℃左右，床温过高容易结焦，床温过低又会影响燃烧效果甚至会引起熄火，造成床温波动的因素很多，主要有：
　　——给煤量变化或煤种变化；
　　——煤粒直径控制不严 ；
　　——由于排渣不及时造成的料层增厚，从而导致流化质量下降；
　　——外界负荷变化时，给煤量、风量随之调整，也会引起床温波动；
　　——风煤比失当时，风量过大，床温下降；风量过小，流化质量下降，严重时会引起熄火。当床温发生变化时，DCS会根据采集到的各个相关参数进行分析，按一定规律调整给煤量、循环灰量、一次风量等调节变量 ，保证床温稳定在要求范围内。
　　(2)给煤量控制：每台锅炉配有三台给煤机,沿炉膛宽度方向均匀布置，并配有播煤风均匀播煤，以保证燃料均匀燃烧。锅炉的给煤量不仅要满足锅炉负荷（锅炉出水温度）的要求，还应考虑到床温的变化，因此，对给煤量的控制应满足以下两个方面的要求：
　　DCS根据负荷指令来同时调节三台给煤机的给煤量和总风量，确保锅炉产生的热量满足外界负荷的需要，并保证最佳过量空气系数。当炉膛截面温度场不均匀时，运行人员可以根据DCS的报警，及时分别调整三台给煤机的给煤量，以确保炉膛截面温度场均匀，避免发生局部区域结焦。
　　DCS在保证负荷稳定的前提下，根据床温信号的变化来小量地调节给煤量，从而控制床温。
　　(3)送、引风量的控制：分为一次风量控制，二次风量控制，引风量控制。
　　一次风量控制：循环流化床锅炉的一次风对燃烧的影响很大，流化状态的建立、流化质量的好坏主要取决于一次风量；床料在密相区内实现良好的流化态燃烧取决于一次风量；床温高低受到一次风量的影响也很明显；一次风量还影响到床压高低。因此DCS应综合考虑一次风量对以上各个方面的影响，首先应确保锅炉进入流化床状态；然后是保持合适的风煤配比，以保证流化床内的燃料充分燃烧；同时还应作用于床温控制回路及床压控制回路，满足对床温床压的要求。
　　二次风量控制：对二次风的控制主要是确保从密相区逸出的可燃物在稀相区能得到进一步的富氧燃烧。控制效果应使烟气含氧量在3－5％范围内，同时包括一、二次风在内的总风量应当和总煤量相匹配。实现加负荷时先加风后加煤，减负荷时先减煤后减风。
　　引风量控制：循环流化床锅炉的炉膛压力主要由引风量来控制，但炉膛压力同时又受到一、二次风量的影响。为此在送、引风之间建立动态联系模块，将送风量作为引风控制的前馈信号，从而更好地维持炉膛压力。
　　(4)床压控制：循环流化床锅炉的床压高低与负荷、一次风量、煤种、床渣数量和颗粒大小均有关，当负荷稳定时，床压主要受床渣堆积量的影响，床渣堆积量增加时床压明显升高；床渣堆积量减少时床压明显降低，因此，床压控制主要是控制炉膛底部灰渣的排放。由于本锅炉采用的是人工就地排渣方式，无法进行连续自动控制，为防止床压过高或过低，系统给出了高低报警信号以提醒运行人员注意，避免发生事故。
　　(5)石灰石流量控制：循环流化床锅炉的石灰石流量应与总的煤量成一定的配比，以保证烟气中二氧化硫的含量在规定的范围内。
　　除循环流化床锅炉燃烧控制外，MCS还设有除氧器压力、除氧器温度、补水压力控制回路，这三个控制回路均为单回路控制，这里不再赘述。
　　所有控制回路均有后备手操功能，并能实现手自动无扰切换；系统还包括偏差报警、输出限幅、交叉限幅等功能，以确保锅炉安全、经济运行。
　　四、结束语
　　本工程的设计思想，详细考虑了南郊热电厂循环流化床热水锅炉的运行特点，所采用的控制策略充分发挥了DCS技术与功能的优势，确保循环流化床锅炉控制系统在各种工况下都具备自动投运的能力。这就为热电厂高智能化控制和高效率化管理提供了强有力的支撑，从而为供热运营带来可观的经济效益、社会效益和环保效益。