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| 羅克韋爾自動化電廠流化床DCS解決方案 |
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循環(huán)流化床鍋爐介紹
我國總的能源特征是“富煤、少油、有氣”煤炭因其儲量大和價格相對穩(wěn)定，預(yù)計在本世紀前50年內(nèi)仍將在我國一次能源構(gòu)成中占主導(dǎo)地位。因此，我國燃煤鍋爐仍為主導(dǎo)產(chǎn)品。
我國是世界上少數(shù)幾個以煤為主要能源的國家之一，目前每年煤炭消費量約12億噸，其中80%通過燃燒被利用。然而，燃燒設(shè)備陳舊、效率低、排放無控制造成了能源和環(huán)境污染嚴重，能源節(jié)約與環(huán)境保護已成為現(xiàn)有燃煤技術(shù)所需解決的主要問題。因此，尋求一種高效、低污染燃燒技術(shù)，開發(fā)新的燃燒設(shè)備成為當務(wù)之急。
隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，鍋爐應(yīng)用的范圍及單位密度逐步增長，尤其在中小型熱電項目中更為突出。另外鍋爐燃用的多是劣質(zhì)煤，要求鍋爐變負荷能力強，尤其是熱電廠一般離市區(qū)比較近,循環(huán)流化床鍋爐在環(huán)保‘灰渣綜合利用方面具有其它爐型不可以擬的優(yōu)勢,因此循環(huán)流化床鍋爐在中小熱電項目上具有良好市場前景。循環(huán)流化床鍋爐(CFB)燃燒技術(shù)是一項近20年來發(fā)展起來的燃煤技術(shù)。它具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、負荷調(diào)節(jié)比大和負荷調(diào)節(jié)快等突出優(yōu)點。自循環(huán)流化床燃燒技術(shù)出現(xiàn)以來，循環(huán)流化床鍋爐已在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，大容量的循環(huán)流化床電站鍋爐已被發(fā)電行業(yè)所接受。世界上最大容量的250MW循環(huán)流化床鍋爐已在1997年投運，多臺200～250MW大容量循環(huán)流化床鍋爐也已投產(chǎn)。我國集中于中型CFB的研制與開發(fā)，目前已完全商業(yè)化，并開始走向電力市場。
循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展背景
能源問題:隨著采煤總量不斷的增加，煤質(zhì)越來越差，普通鍋爐很難適應(yīng)劣質(zhì)煤的燃燒。環(huán)保要求:鍋爐的排放中NOX、SO2、CO等物質(zhì)的排放含量應(yīng)嚴格控制。燃燒傳熱技術(shù)特點:低溫、分段燃燒；穩(wěn)定燃燒源；高速度、高濃度的循環(huán)流態(tài)化技術(shù)，滿足劣質(zhì)煤燃燒要求；傳導(dǎo)、對流、輻射多種高強度的熱量傳遞
循環(huán)流化床鍋爐突出優(yōu)點
循環(huán)流化床（CFB）燃燒技術(shù)作為一種新型成熟的高效低污染清潔煤技術(shù)，具有許多其它燃燒方式?jīng)]有的優(yōu)點。
1）循環(huán)流化床（CFB）屬于低溫燃燒，因此氮氧化物排放遠低于煤粉爐，
2) 并可實現(xiàn)在燃燒過程中直接脫硫。
3）燃料適應(yīng)性廣且燃燒效率高，特別適合于低熱值劣質(zhì)煤。
4）排出的灰渣活性好，易于實現(xiàn)綜合利用，無二次灰渣污染。
5）負荷調(diào)節(jié)范圍大，低負荷可降到滿負荷的30%左右。
我國的目前現(xiàn)狀
在我國目前環(huán)保要求日益嚴格，電廠負荷調(diào)節(jié)范圍較大、煤種多變,原煤直接燃燒比例高、國民經(jīng)濟發(fā)展水平不平衡,燃煤與環(huán)保的矛盾日益突出的情況下，循環(huán)流化床鍋爐已成首選的高效低污染的新型燃燒技術(shù)。
循環(huán)流化床鍋爐主要部分
鍋爐負荷: 20～440t/h，35、75、130、220、440
鍋爐壓力:超高壓、高壓、中壓、低壓等參數(shù)
分離器:高溫、中溫分離器，慣性、旋風(fēng)分離器
冷卻方式:風(fēng)冷、水冷、汽冷、絕熱分離器
返料器返料器: “J”型閥返料器， “U”型自平衡式返料器
配風(fēng)系統(tǒng):高壓風(fēng)機、增壓風(fēng)機、羅茨風(fēng)機、一次風(fēng)機、二次風(fēng)機、引風(fēng)機、流化風(fēng)機、密風(fēng)風(fēng)機
給料系統(tǒng):皮帶給煤機、螺旋給煤機、刮板給煤機
給料方式:前墻給煤、后墻給煤、回料與煤混合給煤
CFB鍋爐國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家
哈爾濱鍋爐廠 東方鍋爐廠 上海鍋爐廠 北京鍋爐廠 無錫鍋爐廠 濟南鍋爐廠 杭州鍋爐廠 太原鍋爐廠 四川鍋爐廠
循環(huán)流化床鍋爐工藝
循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)示意：
燃燒系統(tǒng)：
給料、風(fēng)室、布風(fēng)板、燃燒室、爐膛
氣固分離系統(tǒng)：
物料分離裝置返料裝置
對流煙道：
過熱器、省煤器空預(yù)器
風(fēng)煙系統(tǒng)：
汽水系統(tǒng)：
循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程：
CFB鍋爐的燃料一般由煤和石灰石兩部分組成，物料（煤粒和石灰石）由給料口進入爐膛密相區(qū)下部后，被高溫物料包圍而迅速著火，并在燃燒室中伴以高速風(fēng)流在沸騰懸浮狀態(tài)下進行燃燒。同時，高溫煙氣攜帶爐料和大部分未燃燼的煤粒飛逸出燃燒室頂部，其中較大顆料因重力作用沿爐膛內(nèi)壁向下流動，一些較小顆料隨煙氣飛出爐膛進入物料分離裝置，經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出的未燃燼燃料由返料器返送回爐膛底部，再次進入爐膛循環(huán)燃燒。經(jīng)過分離的煙氣通過對流煙道內(nèi)的受熱面吸熱后，離開鍋爐
循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)流化過程：
對CFB鍋爐，按爐內(nèi)的物料濃度通常將爐膛分為密相區(qū)、過渡區(qū)和稀相區(qū)三個區(qū)域，如圖,CFB運行狀態(tài)下，在物料循環(huán)回路的不同部位，物料粒徑的分布和可燃物含量存在很大區(qū)別，物料在爐內(nèi)的分布大致分為以下四種類型：內(nèi)循環(huán)物料、底渣、外循環(huán)物料(循環(huán)灰)和飛灰。
循環(huán)流化床鍋爐的控制
循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個大滯后、強耦合的非線形系統(tǒng)，各個變量之間相互影響。有的被調(diào)參數(shù)同時受到幾個調(diào)節(jié)參數(shù)的共同影響，如床層溫度要受到給煤量、石灰石供給量、一次風(fēng)量、運料量及排渣量等多個參數(shù)控制。同時，有的調(diào)節(jié)參數(shù)又影響多個被調(diào)參數(shù)。如給煤量不僅影響主氣壓力、還影響床溫、爐膛溫度、過量空氣系數(shù)及SO2含量等參數(shù)。因此，在構(gòu)造CFB鍋爐控制方案時只有抓住主要矛盾，同時兼顧各個次要矛盾，才能構(gòu)造出滿足系統(tǒng)要求的控制策略
循環(huán)流化床鍋爐控制方案（MCS)
–鍋爐負荷控制
–燃料量控制
–一次風(fēng)控制
–二次風(fēng)控制
–石灰石控制
–床溫控制
–料層差壓控制
–爐膛壓力控制
–返料風(fēng)控制
-冷渣器溫度控制
循環(huán)流化床鍋爐的控制
（1）鍋爐送風(fēng)系統(tǒng)：由一臺一次風(fēng)機、一臺二次風(fēng)機、一臺空氣預(yù)熱器、二臺暖風(fēng)器等設(shè)備構(gòu)成.一次風(fēng)機主要保證鍋爐的流化風(fēng)量，二次風(fēng)機主要保證二次風(fēng)出口壓力，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門控制送風(fēng)量，保持適當?shù)娘L(fēng)/燃比。
（2）鍋爐給料系統(tǒng)由二臺皮帶稱重給煤機、四臺埋刮板給煤機、二臺石灰石給料機、二臺石灰石輸送風(fēng)機、二臺高壓風(fēng)機等設(shè)備構(gòu)成.通過調(diào)節(jié)給煤機轉(zhuǎn)速改變?nèi)紵l(fā)熱量來控制蒸汽母管壓力，調(diào)節(jié)石灰石給料機轉(zhuǎn)速以保證脫硫效率，調(diào)節(jié)高壓風(fēng)機出口風(fēng)門保持一定的循環(huán)倍率。
（3）鍋爐冷渣系統(tǒng)由一臺風(fēng)水聯(lián)合冷渣器、二臺冷渣器流化風(fēng)機及二臺冷渣水泵等設(shè)備構(gòu)成.通過調(diào)節(jié)進入冷渣器的風(fēng)量和水量，把渣冷卻到允許排放溫度送至除灰系統(tǒng)。
（4）鍋爐給水系統(tǒng)鍋爐給水系統(tǒng)的任務(wù)是通過改變給水量（閥門開度）使之適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，把汽包水位保持在一定范圍內(nèi)，給水系統(tǒng)為母管制。
（5）爐膛壓力系統(tǒng)爐膛壓力系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機入口擋板控制引風(fēng)量，維持爐膛出口壓力在允許范圍內(nèi)。
（6）蒸汽減溫系統(tǒng)蒸汽減溫采用噴水減溫方式，減溫分二級，通過調(diào)節(jié)噴水量控制過熱蒸汽溫度。
（7）鍋爐點火油系統(tǒng)鍋爐采用床下加床上聯(lián)合點火方式，共有3個油啟動燃燒器和3支床槍。鍋爐啟動時，通過調(diào)節(jié)燃油量，將物料加熱到煤著火溫度。
循環(huán)流化床鍋爐控制方案（SCS）
–鍋爐煙氣系統(tǒng)順序控制–一次風(fēng)系統(tǒng)順序控制–二次風(fēng)系統(tǒng)順序控制–鍋爐點火順序控制–給煤機順序控制–鍋爐播煤風(fēng)系統(tǒng)順序控制–鍋爐高壓風(fēng)系統(tǒng)順序控制–鍋爐順序啟動控制–……
循環(huán)流化床鍋爐安全保護（FSSS）
爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)的主要作用是實現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)的有序管理,爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)（FSSS）設(shè)有爐膛吹掃、主燃料跳閘（MFT）、油燃燒器管理等功能。當各允許條件滿足時,控制燃燒器啟動和停止及保持鍋爐穩(wěn)定運行，當允許條件不滿足時，執(zhí)行預(yù)先設(shè)計的保護邏輯，對鍋爐實施必要的保護性措施，以確保人員、設(shè)備的安全。
MFT動作條件
1）床溫不允許（沸下溫度≥990℃并持續(xù)5分鐘，6取4）
2）高壓風(fēng)無效（高壓風(fēng)機出口壓力低于設(shè)定值）
3）爐膛壓力高高（≥3.6KPa)
4)汽包水位高高（≥200)mm)
5)汽包水位低低（≤280mm)
6）引風(fēng)機均跳閘
7）一次風(fēng)機均跳閘
8）一次風(fēng)量小于最小流化風(fēng)量（一次風(fēng)總風(fēng)量≤80000）
9）手動MFTMFT動作:1）切斷主燃料2）關(guān)閉減溫水電動門3）指出首次跳閘原因
RA控制系統(tǒng)具有特點:
系統(tǒng)最大優(yōu)點：
1）全能系統(tǒng)：集邏輯控制、順序控制、過程控制、傳動控制和運動控制于一體；
2）開放式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架：全面支持通用現(xiàn)場總線，網(wǎng)絡(luò)簡潔、高速、可靠、靈活，采用工控先進的生產(chǎn)者/消費者通訊模式；
3）功能強大的處理器和統(tǒng)一的全局數(shù)據(jù)庫；
4）易用的高性能的信號輸入輸出模塊；
5）高可靠性，嚴格工業(yè)實踐；
6）工程開發(fā)容易，軟件界面友好，系統(tǒng)維護簡單；
控制系統(tǒng)配置簡介
整個過程控制系統(tǒng)分為控制層和監(jiān)控層，兩個層有機地融為一體：包含2~3臺冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器（Server）、1個工程師站（ES）、5~9個操作員站（OS）4~9個冗余現(xiàn)場控制站（LCS）、一個SOE站，4個遠程I/O站（RI/O），以及2臺A3激光打印機、1臺A3針式打印機。控制層的每個現(xiàn)場控制站（LCS）由電源、控制器(1756-L61)、本地和遠程框架的I/O以及通訊模塊等組成（1:1冗余）。監(jiān)控層的Server、ES和OS與各LCS之間采用工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP進行高速(100M)數(shù)據(jù)交換，并組成星型冗余網(wǎng)絡(luò)；各LCS內(nèi)部采用冗余ControlNet網(wǎng)絡(luò)，介質(zhì)為RG-6同軸電纜，實現(xiàn)具有可確定性和可重復(fù)性的高速數(shù)據(jù)傳輸（5M）。整個系統(tǒng)的Server、ES和OS采用Server冗余的Server/Client結(jié)構(gòu)。兩臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器熱備冗余，兩臺服務(wù)器應(yīng)同步采集數(shù)據(jù)，均可用作主服務(wù)器和冗余服務(wù)器，當主服務(wù)器故障時，能無擾動地切換到冗余服務(wù)器。Server用于歷史數(shù)據(jù)記錄、性能計算、報表、SOE、事故追憶以及向操作員站、上位計算機提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)；ES用于程序開發(fā)、系統(tǒng)診斷和維護、控制系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)庫和畫面的編輯及修改；各OS之間互為備用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、整理、顯示、存儲、報警、報表、用戶流程圖顯示及操作等功能。過程控制系統(tǒng)配置有標準接口可以很方便的同第三方系統(tǒng)通訊。
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