關(guān)鍵詞　循環(huán)流化床鍋爐　TPS系統(tǒng)　

一、 引言

    本文介紹了HONEYWELL TPS系統(tǒng)在鎮(zhèn)海煉油化工股份有限公司化肥廠鍋爐煤代油技改項(xiàng)目的應(yīng)用，鎮(zhèn)海煉化化肥廠鍋爐煤代油技改項(xiàng)目主要是利用煤和石油焦來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(zhèn)海煉化公司化肥廠現(xiàn)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(tǒng)并將其并入新建控制系統(tǒng)中。

二、 控制方案

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

    1. 鍋爐部分控制主要控制回路：
 
    主蒸汽負(fù)荷控制

    對于蒸汽負(fù)荷控制的實(shí)現(xiàn)，最終是通過改變?nèi)剂狭亢涂傦L(fēng)量來完成的。鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用以控制鍋爐出口壓力為主調(diào)，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(tǒng)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(yùn)行、燃燒等工況。所以總風(fēng)量調(diào)節(jié)就是通過改變一、二次風(fēng)量的調(diào)節(jié)指令來保證鍋爐所需的總風(fēng)量。其特點(diǎn)為：鍋爐主控系統(tǒng)來的總風(fēng)量與補(bǔ)償總?cè)剂狭啃盘柸〈笾底鳛檎{(diào)節(jié)器的設(shè)定值，以保證負(fù)荷變化時(shí)滿足先加風(fēng)后加燃料或先減燃料后減風(fēng)的要求，從而保證一定的過剩空氣量。
 
    燃料量控制

    鍋爐主控系統(tǒng)發(fā)出的燃料指令即是總?cè)剂现噶睿ㄟ^與總風(fēng)量比較取小值作為調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，調(diào)節(jié)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(bǔ)償后作為調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，通過改變一次風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉完成一次風(fēng)量的調(diào)節(jié)。
 
    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(bǔ)償后作為調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，調(diào)節(jié)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(fù)荷的蒸汽流量經(jīng)函數(shù)運(yùn)算后作為串級調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，通過改變二次風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉完成二次風(fēng)壓的調(diào)節(jié)。
 
    氧量控制

    引入表征鍋爐負(fù)荷的蒸汽流量經(jīng)函數(shù)運(yùn)算后作為調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，調(diào)節(jié)器的輸出作為二次風(fēng)流量的指令。
 
    床溫控制
   
    床溫調(diào)節(jié)的目的是優(yōu)化和減少煙氣中SO2的含量，通過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(diào)節(jié)器輸出信號分兩路作為二次風(fēng)流量調(diào)節(jié)和一次風(fēng)流量調(diào)節(jié)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(yù)器管道。通過改變進(jìn)入一次暖風(fēng)器輔助蒸汽管道上的調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)的目的是防止二次風(fēng)溫度低于露點(diǎn)而腐蝕空預(yù)器管道。通過改變進(jìn)入二次暖風(fēng)器輔助蒸汽管道上的調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)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，通過調(diào)節(jié)石灰石給料機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)石灰石的給料量。
 
    爐膛壓力控制

    總風(fēng)量作為爐膛壓力調(diào)節(jié)的前饋信號，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，總風(fēng)量相應(yīng)變化，預(yù)先動(dòng)作引風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)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(tǒng)的反饋信號。
 
    汽包水位控制

    每臺鍋爐的汽包水位通過調(diào)節(jié)其給水管道上給水調(diào)節(jié)閥開度實(shí)現(xiàn)，正常運(yùn)行時(shí)的控制應(yīng)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(tǒng)，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擾動(dòng)，在異常情況下，控制系統(tǒng)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(diào)節(jié)系統(tǒng)分前后兩級和左右兩側(cè)減溫調(diào)節(jié)：

    a. 一級過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)

    改變一級左右兩側(cè)減溫水調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)一級過熱器出口蒸汽溫度。

    b. 二級過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)
   
    改變二級左右兩側(cè)減溫水調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)二級過熱器出口蒸汽溫度。

    汽機(jī)本體部分的轉(zhuǎn)速、抽汽壓力、功率等控制均由汽機(jī)DEH系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)，在此不做贅述，以下列出的汽機(jī)及全廠公用部分回路控制均在HONEYWELL TPS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。

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

    汽輪機(jī)汽封壓力調(diào)節(jié)的目的是控制汽機(jī)均壓箱的壓力藉以穩(wěn)定汽機(jī)汽封壓力，采用調(diào)節(jié)進(jìn)入均壓箱的蒸汽量來達(dá)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(bǔ)充水管路上的調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)除氧器壓力。
 
    除氧器液位控制

    除氧器液位控制由調(diào)節(jié)除氧器液位調(diào)節(jié)閥和凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)。為更好地調(diào)節(jié)除氧器液位，除氧器液位調(diào)節(jié)閥和凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥實(shí)行分程調(diào)節(jié)，在啟動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)節(jié)凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)除氧器液位控制；在正常運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)節(jié)除氧器水位調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)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(diào)節(jié)閥閥門開度，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥閥門開度，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥閥門開度，調(diào)節(jié)減溫器出口溫度。

三、 系統(tǒng)構(gòu)成

    鎮(zhèn)海煉化鍋爐煤代油技改項(xiàng)目中采用HONEYWELL公司的TPS控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制等功能。

    TPS系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：最上層工業(yè)以太網(wǎng)；第二層為LCN控制網(wǎng)，工程師站、操作員站和數(shù)據(jù)采集站都掛在LCN網(wǎng)上；第三層為UCN控制網(wǎng)，各子系統(tǒng)控制器都掛在UCN網(wǎng)上。原化肥油鍋爐控制系統(tǒng)從TDC3000升級到TPS系統(tǒng)，再通過光纖通訊連接到新建TPS系統(tǒng)的LCN網(wǎng)上。具體控制系統(tǒng)的配置詳見附圖一。

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

    整個(gè)項(xiàng)目測點(diǎn)統(tǒng)計(jì)如下：
 
    

    TPS系統(tǒng)配置的卡件類型及數(shù)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(tǒng)提供4～20mA二線制變送器的直流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(shù)為16點(diǎn)。本系統(tǒng)內(nèi)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(qū)動(dòng)回路阻抗大于750Ω的負(fù)載能力。系統(tǒng)提供24VDC的回路電源。每塊輸出卡件的點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)。本系統(tǒng)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)過一塊FTA輸出至調(diào)節(jié)閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

    （3） 數(shù)字量輸入卡（型號為MC-PDIY22），共53塊。

    接點(diǎn)接通為1，開回路(電阻無窮大)為0。系統(tǒng)提供對現(xiàn)場輸入接點(diǎn)的“查詢電壓”，查詢電壓等級為24VDC。每塊輸出卡件的點(diǎn)數(shù)為32點(diǎn)。電氣來的數(shù)字量輸入信號都經(jīng)過中間繼電器隔離，中間繼電器放置在繼電器柜內(nèi)。

    （4） 數(shù)字量輸出卡（型號為MC-PDOY22），共26塊。
    
    數(shù)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(nèi)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(shù)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(不需變送器)的 Cu50Ω、Pt100Ω等類型的熱電阻信號，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(shù)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(不需變送器)的 Cu50Ω、Pt100Ω等類型的熱電阻信號，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(shù)為32點(diǎn)。

    （7） SOE輸入卡（型號為MC-PDIS12），共10塊。

    SOE為DCS系統(tǒng)專用的帶CPU的高速測量卡件，不需要通過數(shù)據(jù)通訊總線得到，SOE分辨率為1ms。每塊輸入卡件的點(diǎn)數(shù)為32點(diǎn)。

    本項(xiàng)目TPS系統(tǒng)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(tǒng)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、1臺OPC服務(wù)器、1臺A3激光打印機(jī)和1臺A3針式打印機(jī)。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(jī)及公用系統(tǒng)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(shè)計(jì)

    在鎮(zhèn)海煉化鍋爐煤代油技改項(xiàng)目的TPS系統(tǒng)中，多處采用冗余設(shè)置。

    首先，系統(tǒng)供電采用了冗余設(shè)置，一路為廠用電源，一路為UPS電源，任何一路電源故障都報(bào)警，二路冗余電源通過切換回路耦合，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(yùn)行的電源設(shè)備，以保證任何一路電源的故障均不會導(dǎo)致系統(tǒng)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(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制；

    再次，控制通訊總線的冗余，以保證可靠和高效的系統(tǒng)通訊，連接到數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)上的任一系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生故障，不會導(dǎo)致通訊系統(tǒng)癱瘓或影響其它聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的工作；

    最后，在I/O卡件上，對重要的測點(diǎn)實(shí)現(xiàn)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(shè)置，即同一參數(shù)點(diǎn)設(shè)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(tǒng)的安全性

    該系統(tǒng)多處采用冗余設(shè)置，增加了系統(tǒng)的可靠性。除此之外，從電氣設(shè)備來的數(shù)字輸入量信號及全部的數(shù)字量輸出采用繼電器隔離，不直接接入系統(tǒng)，避免瞬間大電流，高電壓傳入系統(tǒng)，造成系統(tǒng)設(shè)備的損壞。此外，HONEYWELL TPS系統(tǒng)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(xiàn)故障能在操作界面上清楚的顯示出來，方便盡快排除故障。

六、 結(jié)束語

    從該控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行來看，整個(gè)控制系統(tǒng)的保護(hù)都已全部投上，超過95％的自動(dòng)調(diào)節(jié)都已投入，證明了HONEYWELL TPS控制系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中具有較強(qiáng)的實(shí)用性和較高的安全性。