DCS系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的控制系統(tǒng)，隨著軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，其可靠性高、維護(hù)成本低、能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制，成為傳統(tǒng)控制儀表的直接替代者。

    循環(huán)流化床鍋爐控制與煤粉爐和鏈條爐不同，系統(tǒng)復(fù)雜、控制變量多、關(guān)聯(lián)耦合性強(qiáng)、滯后性大。用常規(guī)儀表很難取得滿意的控制效果，自動(dòng)投入率低。為提高鍋爐的運(yùn)行水平，提高自控投運(yùn)率，石獅熱電有限公司在一期續(xù)建#3號(hào)75t／h循環(huán)流化床鍋爐及6MW汽輪機(jī)組工程中選用了SUPCON JX—300 DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，與#1、#2號(hào)35t／h循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用常規(guī)儀表控制比較，DCS系統(tǒng)減少了控制室的占地面積，使控制儀表集中、便于監(jiān)視和操作，解決了循環(huán)流化床鍋爐自動(dòng)控制的一些難題，改善了鍋爐的供汽品質(zhì)，提高了系統(tǒng)的可靠性和自動(dòng)投入率，保證生產(chǎn)安全、穩(wěn)定、連續(xù)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文主要從提高鍋爐運(yùn)行可靠性、提供輔助運(yùn)行分析、操作指導(dǎo)和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制等方面作一介紹。

    1．提高了鍋爐運(yùn)行的可靠性

    對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐控制而言，測(cè)量的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，測(cè)量故障將影響到機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成運(yùn)行事故。與常規(guī)儀表對(duì)比，DCS有以下特點(diǎn)：

    1．1  DCS測(cè)量的可靠性、準(zhǔn)確性高，設(shè)備系統(tǒng)性強(qiáng)，解決了常規(guī)儀表種類多、故障率高、難于維護(hù)等缺點(diǎn)，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，減少了熱工人員的維護(hù)工作量，能準(zhǔn)確地提供鍋爐運(yùn)行的各種參數(shù)，保證鍋爐安全運(yùn)行。

    1．2  DCS系統(tǒng)的輸出精度高、穩(wěn)定性好，為可靠運(yùn)行操作提供了保證，使操作結(jié)果與所要求的操作相同，減少了由于儀表故障造成的控制誤差，提高了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

    2，系統(tǒng)維護(hù)方便，改進(jìn)控制方案容易

    2．1  系統(tǒng)維護(hù)方便

    由于DCS系統(tǒng)采用分散控制，組態(tài)信息位于控制站，信號(hào)輸入/輸出卡(I/O)卡為通用型號(hào)，更換卡件時(shí)不必重新組態(tài)且可以帶電插拔，減少維護(hù)的工作量。

    2．2  容易改進(jìn)控制方案 。

    在調(diào)試和生產(chǎn)過(guò)程中，由于設(shè)計(jì)不當(dāng)或工藝改變時(shí)，常規(guī)儀表很難改變控制方案，而DCS系統(tǒng)由于使用編程控制，可以很好的適應(yīng)這些改變，使用一些更符合實(shí)際的先進(jìn)控制方案，而不會(huì)增加設(shè)備投資。

    3．提供輔助分析和操作指導(dǎo)功能

    以往鍋爐控制主要依靠鍋爐運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)工作的認(rèn)真態(tài)度，缺少對(duì)系統(tǒng)的分析依據(jù)和操作提示。在事故發(fā)生時(shí)，往往對(duì)事故處理不當(dāng)，造成事故的擴(kuò)大。應(yīng)用DCS系統(tǒng)后，這些問(wèn)題就可以得到很好的解決。

    3．1  DCS系統(tǒng)提供調(diào)整畫面，以即時(shí)曲線形式為運(yùn)行人員判斷鍋爐參數(shù)變化趨勢(shì)，提供操作提示，供操作人員分析鍋爐各參數(shù)的變化趨勢(shì)，提前進(jìn)行操作，并可輕松觀察調(diào)整后各參數(shù)變化，使操作簡(jiǎn)單明了。

    3．2  DCS系統(tǒng)提供趨勢(shì)圖畫面，詳細(xì)記錄鍋爐運(yùn)行過(guò)程的各種參數(shù)，形成趨勢(shì)曲線，供運(yùn)行人員及管理人員進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢及事故追憶，為提高運(yùn)行水平、事故分析和預(yù)防提供了可能。

    3．3  DCS系統(tǒng)提供報(bào)警功能，它不但提供普通參數(shù)(如溫度、壓力等)的超限報(bào)警，還能對(duì)一些特殊運(yùn)行狀態(tài)故障進(jìn)行報(bào)警，例如：循環(huán)流化床鍋爐斷煤是一件經(jīng)常發(fā)生且很嚴(yán)重的事故，當(dāng)鍋爐斷煤時(shí)，鍋爐氧量快升，爐膛出口溫度下降，爐床溫度快降，采用常規(guī)儀表運(yùn)行人員很難得到及時(shí)提示，并及時(shí)處理，往往造成鍋爐供汽品質(zhì)下降，輔助設(shè)備的損壞，甚至造成熄火等事故，而DCS系統(tǒng)能綜合考慮各參數(shù)變化，及時(shí)、準(zhǔn)確地報(bào)警，為事故處理贏得寶貴時(shí)間。

    4．實(shí)現(xiàn)智能處理和復(fù)雜控制

早用常規(guī)儀表對(duì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)是很困難的，循環(huán)流化床鍋爐是一個(gè)大滯后，多變量、強(qiáng)耦合、多擾動(dòng)的系統(tǒng)，應(yīng)用簡(jiǎn)單的常規(guī)控制很難達(dá)到預(yù)期的目的，DCS系統(tǒng)利用自身優(yōu)勢(shì)，可進(jìn)行一些特殊處理，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制方案，達(dá)到滿意的控制效果。

    4．1  減少測(cè)點(diǎn)，簡(jiǎn)化系統(tǒng)

    DCS系統(tǒng)可以對(duì)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后使用，或一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)多處使用，可減少一次元件的數(shù)量，減低投資成本。如：常規(guī)儀表系統(tǒng)測(cè)量主蒸汽溫度使用雙支熱電偶：一支顯示溫度，另一支作為主蒸汽流量溫度補(bǔ)償。而DCS系統(tǒng)只要單支熱電偶就可以完成此功能；DCS系統(tǒng)提供豐富的信號(hào)處理功能，如：開(kāi)方、濾波、溫壓補(bǔ)償、流量累積、報(bào)警、記錄等功能，大大降低用戶的設(shè)備投資和維護(hù)成本。

    4．2  采用專家智能控制等復(fù)雜控制方案，提高控制品質(zhì)

以鍋爐水位控制為例；供熱鍋爐運(yùn)行時(shí)負(fù)荷波動(dòng)很大，經(jīng)常出現(xiàn)10％以上波動(dòng)，采用串級(jí)三沖量控制也很難克服負(fù)荷變化對(duì)水位的影響，嚴(yán)重影響了蒸汽品質(zhì)和鍋爐的安全運(yùn)行，采用DCS系統(tǒng)后完全改變了以前的控制方案，引入了專家智能控制思想，應(yīng)用物質(zhì)平衡算法：

鍋爐進(jìn)水量＝鍋爐產(chǎn)汽量+鍋爐排污量

同時(shí)根據(jù)鍋爐水位的變化和負(fù)荷情況以規(guī)則控制方式對(duì)給水量進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)，模仿運(yùn)行人員的操作方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行證明完全可把水位控制在政黨范圍以內(nèi)，克服了虛假水位的影響。

    4．3  實(shí)現(xiàn)常規(guī)系統(tǒng)很難完成的工作

小型循環(huán)流化床鍋爐多采用面式減溫器，總給水閥、減溫水閥、中間給水閥三閥耦合嚴(yán)重，存在如下關(guān)系：

總給水管路阻力＝減溫水管路阻力+中間給水管路阻力

    由于上述三閥耦合嚴(yán)重，使鍋爐的水位控制和溫度控制相互影響，造成自動(dòng)控制效果嚴(yán)重下降。要很好地投入自動(dòng)控制，就急需解除此三閥耦合問(wèn)題，使用常規(guī)儀表控制解決此間題難

度較大，采用DCS系統(tǒng)后此問(wèn)題變得容易解決，DCS系統(tǒng)通過(guò)使減溫水閥與中間給水閥反向

聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了減溫水閥、中間閥的變化不影響總給水管路阻力，從而解除了鍋爐給水控制和主蒸汽溫度控制相互關(guān)聯(lián)、耦合的問(wèn)題。

    4．4  循環(huán)流化床鍋爐的燃燒控制

循環(huán)流化床鍋爐的燃燒控制復(fù)雜，是一個(gè)多輸入多輸出的復(fù)雜系統(tǒng)，見(jiàn)下圖：

存在一次風(fēng)、二次風(fēng)、給煤、回料等多個(gè)控制參數(shù)，并且相互關(guān)聯(lián)耦合嚴(yán)重，采用常規(guī)控制方案和手段很難實(shí)現(xiàn)。浙大中控公司結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)操作人員經(jīng)驗(yàn)，采用專家模糊控制，見(jiàn)下圖；

本方案中模糊規(guī)則庫(kù)是結(jié)合CFBB燃燒過(guò)程運(yùn)行理論、運(yùn)行工程師與熟練操作人員的操作經(jīng)驗(yàn)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)摸索等在運(yùn)行過(guò)程中不斷完善的操作規(guī)則；DCS系統(tǒng)通過(guò)對(duì)負(fù)荷、爐膛溫度分布情況、爐膛溫度變化率、煙氣氧含量等鍋爐燃燒情況的分析(并將爐膛燃燒情況提示給操作人員)確定鍋爐燃燒的狀態(tài)，由模糊規(guī)則庫(kù)通過(guò)控制一次風(fēng)、二次風(fēng)、給煤、回料等的輸出實(shí)現(xiàn)燃燒控制，實(shí)現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐安全燃燒、穩(wěn)定運(yùn)行的目的。同時(shí)本方案中模糊規(guī)則庫(kù)被分成了兩類：正常規(guī)則庫(kù)和異常規(guī)則庫(kù)，通過(guò)上述方案的細(xì)化能更好防止事故，保證鍋爐的安全正常燃燒。

    在燃燒控制部分，DCS還提供了“床溫太高”、“氧量太高、請(qǐng)加煤減風(fēng)”、“床溫超高、手動(dòng)操作”等報(bào)警提示；協(xié)調(diào)兩臺(tái)給煤機(jī)運(yùn)行，保證給煤正常，在其中一臺(tái)給煤機(jī)事故斷煤情況時(shí)，可把此時(shí)鍋爐所需的煤量由另一臺(tái)給煤機(jī)送入爐床，保證鍋爐正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)半年多時(shí)間運(yùn)行和調(diào)整，對(duì)模糊規(guī)則庫(kù)進(jìn)行不斷完善，在我廠負(fù)荷變動(dòng)較大的情況下，在手動(dòng)進(jìn)行輔助調(diào)整時(shí)，可以自動(dòng)控制安全正常燃燒；在不進(jìn)行手動(dòng)輔助調(diào)整時(shí)，燃燒自動(dòng)也可投入5小時(shí)以上。

    5．結(jié)束語(yǔ)

    循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用DCS控制是大勢(shì)所趨，能很好地解決常規(guī)儀表難以解決的問(wèn)題。作為一個(gè)全面的解決方案，應(yīng)用DCS系統(tǒng)在汽輪機(jī)和除氧器等設(shè)備監(jiān)控聯(lián)鎖保護(hù)控制也有很好的表現(xiàn)，現(xiàn)石獅熱電有限公司續(xù)建工程(#3爐及#2機(jī))使用DCS控制的自動(dòng)投入率達(dá)95％以上，表明DCS系統(tǒng)應(yīng)用于小型熱電廠是可行的，具有廣闊的前景。

    參考文獻(xiàn)

    1、(循環(huán)流化床鍋爐的先進(jìn)控制策略及工程應(yīng)用研究》(浙江大學(xué)博士學(xué)位論文)俞海斌

2，《循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計(jì)與運(yùn)行》岑可法等 

文章作者：福建石獅熱電有限公司 陳斌、俞金樹(shù)