關(guān)鍵詞　循環(huán)流化床鍋爐　TPS系統　

一、 引言

    本文介紹了HONEYWELL TPS系統在鎮海煉油化工股份有限公司化肥廠(chǎng)鍋爐煤代油技改項目的應用，鎮海煉化化肥廠(chǎng)鍋爐煤代油技改項目主要是利用煤和石油焦來(lái)代替渣油作鍋爐燃料，新建2臺410t/h循環(huán)流化床鍋爐，對鎮海煉化公司化肥廠(chǎng)現有的2臺200t/h燃油鍋爐供熱電站進(jìn)行改造，自控部分主要是新建循環(huán)流化床鍋爐的控制，以及升級原燃油鍋爐的控制系統并將其并入新建控制系統中。

二、 控制方案

    鎮海煉化鍋爐煤代油技改項目2×410t/h 高溫高壓循環(huán)流化床（CFB）鍋爐加2×50 MW電液調速抽汽冷凝機組，采用切換母管制運行方式。鍋爐采用美國FWEC的循環(huán)流化床鍋爐，汽機采用上海汽輪機有限公司的抽汽冷凝式汽輪機。鎮海煉化鍋爐煤代油技改項目的控制系統主要包括鍋爐部分控制、汽機及BOP部分控制。

    1. 鍋爐部分控制主要控制回路：
 
    主蒸汽負荷控制

    對于蒸汽負荷控制的實(shí)現，最終是通過(guò)改變燃料量和總風(fēng)量來(lái)完成的。鍋爐負荷調節系統采用以控制鍋爐出口壓力為主調，同時(shí)引入主蒸汽流量作為蒸汽量變化的前饋信號。
 
    總風(fēng)量控制

    鍋爐主控系統發(fā)出的風(fēng)量指令即是總風(fēng)量指令，而總風(fēng)量中，一、二次風(fēng)所占比例最大，同時(shí)直接影響鍋爐的運行、燃燒等工況。所以總風(fēng)量調節就是通過(guò)改變一、二次風(fēng)量的調節指令來(lái)保證鍋爐所需的總風(fēng)量。其特點(diǎn)為：鍋爐主控系統來(lái)的總風(fēng)量與補償總燃料量信號取大值作為調節器的設定值，以保證負荷變化時(shí)滿(mǎn)足先加風(fēng)后加燃料或先減燃料后減風(fēng)的要求，從而保證一定的過(guò)?？諝饬?。
 
    燃料量控制

    鍋爐主控系統發(fā)出的燃料指令即是總燃料指令，通過(guò)與總風(fēng)量比較取小值作為調節器的設定值，調節器的輸出作為石油焦和煤（混合）給定量指令。
 
    一次風(fēng)量控制

    總風(fēng)量控制發(fā)出的一次風(fēng)量指令經(jīng)床溫補償后作為調節器的設定值，通過(guò)改變一次風(fēng)機入口導葉完成一次風(fēng)量的調節。
 
    二次風(fēng)量控制

    總風(fēng)量控制發(fā)出的二次風(fēng)量指令經(jīng)床溫及煙氣氧量信號補償后作為調節器的設定值，調節器的輸出分兩路作為上部二次風(fēng)流量和下部二次風(fēng)流量的指令。
 
    二次風(fēng)壓控制

    引入表征鍋爐負荷的蒸汽流量經(jīng)函數運算后作為串級調節器的設定值，通過(guò)改變二次風(fēng)機入口導葉完成二次風(fēng)壓的調節。
 
    氧量控制

    引入表征鍋爐負荷的蒸汽流量經(jīng)函數運算后作為調節器的設定值，調節器的輸出作為二次風(fēng)流量的指令。
 
    床溫控制
   
    床溫調節的目的是優(yōu)化和減少煙氣中SO2的含量，通過(guò)再分配燃燒室不同燃燒風(fēng)風(fēng)量而總風(fēng)量不變保持最佳的床溫。調節器輸出信號分兩路作為二次風(fēng)流量調節和一次風(fēng)流量調節的指令。
 
    一次風(fēng)暖風(fēng)器出口風(fēng)溫控制

    該控制的目的是防止一次風(fēng)溫度低于露點(diǎn)而腐蝕空預器管道。通過(guò)改變進(jìn)入一次暖風(fēng)器輔助蒸汽管道上的調節閥開(kāi)度來(lái)調節一次風(fēng)暖風(fēng)器出口風(fēng)溫。
 
    二次風(fēng)暖風(fēng)器出口風(fēng)溫控制

    該調節的目的是防止二次風(fēng)溫度低于露點(diǎn)而腐蝕空預器管道。通過(guò)改變進(jìn)入二次暖風(fēng)器輔助蒸汽管道上的調節閥開(kāi)度來(lái)調節二次風(fēng)暖風(fēng)器出口風(fēng)溫。
 
    石灰石投入量控制
    
    目的是控制煙氣出口SO2，通過(guò)調節石灰石給料機轉速來(lái)調節石灰石的給料量。
 
    爐膛壓力控制

    總風(fēng)量作為爐膛壓力調節的前饋信號，當鍋爐負荷變化時(shí)，總風(fēng)量相應變化，預先動(dòng)作引風(fēng)機入口導葉。比較爐膛壓力三重冗余變送器輸出值，采取三取二的方式取出爐膛壓力控制系統的反饋信號。
 
    汽包水位控制

    每臺鍋爐的汽包水位通過(guò)調節其給水管道上給水調節閥開(kāi)度實(shí)現，正常運行時(shí)的控制應是由蒸汽流量、汽包水位和給水流量組成的三沖量控制系統，啟動(dòng)時(shí)只有汽包水位的單沖量控制。單沖量控制和三沖量控制的相互切換是無(wú)擾動(dòng)，在異常情況下，控制系統由自動(dòng)切換至手動(dòng)操作。
 
    主蒸汽溫度控制

    主蒸汽溫度調節系統分前后兩級和左右兩側減溫調節：

    a. 一級過(guò)熱蒸汽溫度調節

    改變一級左右兩側減溫水調節閥開(kāi)度，調節一級過(guò)熱器出口蒸汽溫度。

    b. 二級過(guò)熱蒸汽溫度調節
   
    改變二級左右兩側減溫水調節閥開(kāi)度，調節二級過(guò)熱器出口蒸汽溫度。

    汽機本體部分的轉速、抽汽壓力、功率等控制均由汽機DEH系統控制實(shí)現，在此不做贅述，以下列出的汽機及全廠(chǎng)公用部分回路控制均在HONEYWELL TPS系統中實(shí)現。

    2. 汽機及全廠(chǎng)公用部分主要控制回路：
 
    汽封壓力控制回路

    汽輪機汽封壓力調節的目的是控制汽機均壓箱的壓力藉以穩定汽機汽封壓力，采用調節進(jìn)入均壓箱的蒸汽量來(lái)達到目的。
 
    冷凝器熱井液位控制回路
    
    改變至冷凝器的化學(xué)補充水管路上的調節閥開(kāi)度，調節冷凝器熱井液位。
 
    低壓加熱器液位控制回路
    
    改變低壓加熱器的疏水管路上的調節閥開(kāi)度，調節低壓加熱器液位。
 
    除氧器壓力控制
    
    改變除氧加熱蒸汽管道上的調節閥開(kāi)度，調節除氧器壓力。
 
    除氧器液位控制

    除氧器液位控制由調節除氧器液位調節閥和凝結水再循環(huán)調節閥來(lái)實(shí)現。為更好地調節除氧器液位，除氧器液位調節閥和凝結水再循環(huán)調節閥實(shí)行分程調節，在啟動(dòng)或低負荷運行時(shí)，通過(guò)調節凝結水再循環(huán)調節閥來(lái)實(shí)現除氧器液位控制；在正常運行時(shí)，通過(guò)調節除氧器水位調節閥來(lái)實(shí)現除氧器液位控制。
 
    減溫減壓器出口壓力控制

    改變減溫減壓器壓力調節閥閥門(mén)開(kāi)度，調節減溫減壓器壓力。
 
    減溫減壓器出口溫度控制

    改變減溫減壓器減溫水管路上的調節閥閥門(mén)開(kāi)度，調節減溫減壓器出口溫度。
 
    減溫器出口溫度控制

    改變減溫器減溫水管路上的調節閥閥門(mén)開(kāi)度，調節減溫器出口溫度。

三、 系統構成

    鎮海煉化鍋爐煤代油技改項目中采用HONEYWELL公司的TPS控制系統，實(shí)現該項目中的數據采集、監視、控制等功能。

    TPS系統采用三層網(wǎng)絡(luò )結構：最上層工業(yè)以太網(wǎng)；第二層為L(cháng)CN控制網(wǎng)，工程師站、操作員站和數據采集站都掛在LCN網(wǎng)上；第三層為UCN控制網(wǎng)，各子系統控制器都掛在UCN網(wǎng)上。原化肥油鍋爐控制系統從TDC3000升級到TPS系統，再通過(guò)光纖通訊連接到新建TPS系統的LCN網(wǎng)上。具體控制系統的配置詳見(jiàn)附圖一。

    控制器的配置：每臺鍋爐配置3套冗余控制器，每臺汽機配置1套冗余控制器，全廠(chǎng)共配置8套冗余控制器。

    整個(gè)項目測點(diǎn)統計如下：
 
    

    TPS系統配置的卡件類(lèi)型及數量如下：

    （1） 模擬量輸入卡（型號為MC-PAIH03），共46塊。
    
    4～20mA信號(接地或不接地)，最大輸入阻抗為250Ω，系統提供4～20mA二線(xiàn)制變送器的直流24V電源。對1～5VDC輸入，輸入阻抗必須是500KΩ或更大。每塊輸入卡件的點(diǎn)數為16點(diǎn)。本系統內部分AI卡為冗余配置，即外部AI點(diǎn)經(jīng)一塊FTA進(jìn)入不同的兩塊AI卡。

    （2） 模擬量輸出卡（型號為MC-PAOY22），共18塊。
    
    4～20mA，具有驅動(dòng)回路阻抗大于750Ω的負載能力。系統提供24VDC的回路電源。每塊輸出卡件的點(diǎn)數為16點(diǎn)。本系統的AO卡配置為冗余輸出，即所有的控制AO點(diǎn)都從兩塊不同的AO卡輸出，再經(jīng)過(guò)一塊FTA輸出至調節閥和執行機構。

    （3） 數字量輸入卡（型號為MC-PDIY22），共53塊。

    接點(diǎn)接通為1，開(kāi)回路(電阻無(wú)窮大)為0。系統提供對現場(chǎng)輸入接點(diǎn)的“查詢(xún)電壓”，查詢(xún)電壓等級為24VDC。每塊輸出卡件的點(diǎn)數為32點(diǎn)。電氣來(lái)的數字量輸入信號都經(jīng)過(guò)中間繼電器隔離，中間繼電器放置在繼電器柜內。

    （4） 數字量輸出卡（型號為MC-PDOY22），共26塊。
    
    數字量輸出模件采用晶體管輸出，均外帶繼電器電隔離，在繼電器柜內配置中間繼電器或接觸器、冗余的工作電源。每塊輸出卡件的點(diǎn)數為32點(diǎn)。

    （5） 模擬量輸入RTD/TC卡（型號為MC-PAIL02），共38塊。

    能直接接受三線(xiàn)(不需變送器)的 Cu50Ω、Pt100Ω等類(lèi)型的熱電阻信號，也能接受各種分度號的熱電偶信號(不需變送器)。每塊輸入卡件的點(diǎn)數為8點(diǎn)。

    （6） 多路模擬量輸入卡(型號為MC-PLAM02)，共12塊。

    能直接接受三線(xiàn)(不需變送器)的 Cu50Ω、Pt100Ω等類(lèi)型的熱電阻信號，也能接受各種分度號的熱電偶信號(不需變送器)。每塊輸入卡件的點(diǎn)數為32點(diǎn)。

    （7） SOE輸入卡（型號為MC-PDIS12），共10塊。

    SOE為DCS系統專(zhuān)用的帶CPU的高速測量卡件，不需要通過(guò)數據通訊總線(xiàn)得到，SOE分辨率為1ms。每塊輸入卡件的點(diǎn)數為32點(diǎn)。

    本項目TPS系統共配置了5雙屏操作員站、1臺單屏操作員站、1臺工程師站、1臺系統歷史數據服務(wù)器、1臺OPC服務(wù)器、1臺A3激光打印機和1臺A3針式打印機。為每臺鍋爐配置了1臺雙屏操作員站，兩臺鍋爐再配置1臺單屏操作員站；為汽機及公用系統配置2臺雙屏操作員站；為原化肥油鍋爐配置1臺雙屏操作員站。
    
四、 冗余設計

    在鎮海煉化鍋爐煤代油技改項目的TPS系統中，多處采用冗余設置。

    首先，系統供電采用了冗余設置，一路為廠(chǎng)用電源，一路為UPS電源，任何一路電源故障都報警，二路冗余電源通過(guò)切換回路耦合，在一路電源故障時(shí)能自動(dòng)切換到另一路，采用具有電流均衡輸出功能并可并聯(lián)運行的電源設備，以保證任何一路電源的故障均不會(huì )導致系統的任一部分失電；

    其次，操作員站和工程師站能互為冗余，所有操作員站和工程師站組態(tài)相同，可互為備用，即操作員站和工程師站都能對現場(chǎng)設備進(jìn)行監視和控制；

    再次，控制通訊總線(xiàn)的冗余，以保證可靠和高效的系統通訊，連接到數據通訊系統上的任一系統或設備發(fā)生故障，不會(huì )導致通訊系統癱瘓或影響其它聯(lián)網(wǎng)系統和設備的工作；

    最后，在I/O卡件上，對重要的測點(diǎn)實(shí)現了I/O通道冗余，而且在I/O測點(diǎn)的布置上，如果一次元件為冗余設置，即同一參數點(diǎn)設多支一次元件，則這些測點(diǎn)將被布置在不同的卡件上。

五、 系統的安全性

    該系統多處采用冗余設置，增加了系統的可靠性。除此之外，從電氣設備來(lái)的數字輸入量信號及全部的數字量輸出采用繼電器隔離，不直接接入系統，避免瞬間大電流，高電壓傳入系統，造成系統設備的損壞。此外，HONEYWELL TPS系統的I/O卡件、通訊卡件和網(wǎng)絡(luò )還具有自診斷功能，某個(gè)地方出現故障能在操作界面上清楚的顯示出來(lái)，方便盡快排除故障。

六、 結束語(yǔ)

    從該控制系統的實(shí)際運行來(lái)看，整個(gè)控制系統的保護都已全部投上，超過(guò)95％的自動(dòng)調節都已投入，證明了HONEYWELL TPS控制系統在實(shí)際生產(chǎn)中具有較強的實(shí)用性和較高的安全性。