JX-300X在130T/H循环流化床锅炉控制中的应用

　摘　　要  本文介绍了浙大中控的JX-300X系统在胶南热电厂新建130T/H循环流化床锅炉控制系统中的成功应用。在该工程中采用DCS控制，取消了后备仪表盘，不仅为用户节约了成本，实践表明整个系统安全性较高，投自动回路较多，控制稳定，操作方便。



1、引言
　　目前我国工业控制自动化程度要求越来越高。胶南热电厂前两期75T/H流化床锅炉控制虽然也采用DCS控制但并未实现真正的DCS控制，而是采用计算机采集显示记录数据，通过后备仪表盘操作控制。原有的计算机控制系统没有得到充分利用，不仅增加成本，而且自动化程度不高，操作很不方便。

2、控制方案
　　胶南热电厂130T/H控制系统主要包括锅炉本体控制和除氧器部分控制。
　　锅炉本体控制主要是以下几个回路的控制：
（1）主蒸汽负荷控制：对于蒸汽负荷控制的实现，最终是通过改变燃料量来完成的。锅炉负荷调节系统采用以控制锅炉出口蒸汽压力为主调、以控制锅炉主蒸汽流量和锅炉汽包压力代表的热量信号为副调的串接系统。
（2）一次风量控制回路 ：一次风对料床温度反映较快，故用一次风控制料床温度，如果床温偏高，增加一次风量；如果床温偏低，则减小一次风量。而当床温偏高，增加了一次风量。因一、二次风存在一定的比例关系，在风量控制器内引入二次风量前馈。
（3）二次总风量控制回路：二次风控制风煤比即烟气含氧量，由于二次风对锅炉出口温度影响较大，引入炉膛出口温度信号。烟气含氧量测量值与其给定值的偏差送入主调节器进行PID运算，运算结果与风量控制系统发出的二次风量指令一起进行函数处理后作为副调节器的给定值，再与二次风量测量值进行PID运算，运算结果做为二次风流量的控制指令。由于燃料量变化到烟气含氧量变化需要一段时间，故在二次风量调节系统中直接对燃料量、一次风量进行处理，把其结果作为前馈信号加到控制输出中，以提高控制系统的快速响应性。
（4）炉膛负压控制：一、二次风量之和作为负压调节回路的前馈信号，当锅炉负荷变化时，一、二次风量相应变化，预先动作引风机调节挡板。比较炉膛压力三重冗余变送器的输出值，并取其中值作为炉膛压力控制系统的反馈信号。系统应将风量指令信号作为超前变化的前馈信号，使炉膛压力的波动最小。在引风机控制中，有一个方向性闭锁作用。即在炉膛压力低时，闭锁引风机入口挡板及引风机转速的进一步开大；在炉膛压力高时，闭锁引风机入口挡板及引风机转速的进一步关小。
（5）汽包水位控制：循环流化床锅炉给水控制系统在低负荷时采用单冲量调节系统。为克服"虚假水位"现象对给水控制系统造成的不利影响，在蒸汽参数稳定、给水流量允许的情况下，给水控制系统可设计为自动或手动切换到三冲量串级调节系统。一般在负荷大于30％时采用由汽包水位、给水流量和主蒸汽流量组成的三冲量串级控制系统来调节给水阀门，从而保证汽包水位在规定范围内变化。在此控制系统中，汽包水位信号经补偿后与汽包水位的设定值偏差作为主调节器的输入信号，主蒸汽流量信号经温度、压力补偿修正后，与给水流量信号一起作为副调节器控制系统的输入信号，给水流量为喷水减温水流量信号后的总给水流量。无论是单冲量控制系统还是三冲量控制系统，测量汽包水位的变送器均为三重冗余。经过压力补偿后汽包水位信号采取三取中的方法进行信号处理。当至少有一路水位信号故障时，也可由运行人员决定采用哪路信号进行调节运算。
　　为保证给水控制系统的有效工作，针对不同负荷、不同水位偏差值及水位偏差的变化情况从多组PID参数中选择一组合适的参数去控制汽包水位。在异常情况下，控制系统由自动切换至手动操作。
（6）主蒸汽温度控制：主蒸汽温度控制系统采用串级控制系统。主蒸汽温度测量值作为主调节器的反馈输入值，与主蒸汽温度设定值进行PID运算后送入副调节器，在副调节器中与减温器出口汽温进行PID控制运算，其运算结果经限幅后送至执行机构，调节喷水减温水阀门。由于主蒸汽流量变化时，喷水量应相应地发生变化，故在主蒸汽温度控制系统中把主蒸汽流量信号以前馈形式引入控制系统中。
　　为保证主蒸汽温度控制系统的有效工作，针对不同负荷、不同温度偏差值及温度偏差的变化情况从多组PID参数中选择一组合适的参数去控制主蒸汽温度。在异常情况下，控制系统由自动切换至手动操作
（7）料床差压控制系统：对于某一特定的锅炉，料床床层厚度与料床差压具有一一对应关系。所以，料床床层厚度可以通过调节料床差压来实现。在料床差压调节系统中，料床差压测量值与料床差压给定值的偏差进行PID运算后，其运算结果控制锅炉排渣机构，以使料床差压满足锅炉运行要求。而料床差压的给定值是在综合考虑锅炉负荷、燃用煤种等因素后得到的。
（8）除氧器压力和水位调节：除氧器部分均采用单冲量控制方案，单回路的PID调节。

3、系统构成
　　此次胶南热电厂在130t/h锅炉项目中采用浙大中控生产的JX-300X DCS控制系统，以实现该项目中现场过程数据采集、监视、控制等功能。本项目中的控制主要是以模拟量为主，联锁和顺序控制有锅炉设备启停顺序控制和锅炉灭火保护控制。
系统采用JX-300X DCS系统，控制站1个、机笼5个、操作站2个、继电器柜1个。
　　测点清单如下：


　　锅炉减温器为前后喷水减温器。
　　开关量输入和输出接入继电器柜，然后转接入DCS机柜；模拟量直接接入DCS机柜；其中开关量输入（DI）需要转接端子，开关量输出（DO）需要继电器隔离。
　　开关量输入为无源干触点，DCS系统提供DC24V查询电压；两线制仪表的DC24V电源由DCS系统提供。我公司提供的外配部分为1个继电器柜和一个山特6KVA/1H的UPS。其中继电器柜中包括2个西门子电源和53个继电器380个端子。

4、冗余设计
　　在该系统中，系统供电采用双重冗余，一路为市电供电，另一路为UPS电源供电。操作站和工程师站负为冗余，都可对设备运行控制。控制网络SCNETⅡ为冗余设计。控制站CPU冗余，数据转发卡为冗余，对I/O卡件进行供电的电源同样采用冗余设计。

5、系统的安全性
　　系统采用重要部分冗余（详见4）提高了系统的可靠性。除此之外，JX-300X更具独特设计，卡件为小卡件设计，电流输入卡为4点，热电阻输入卡为2点，热电偶为4点等实现点点隔离，避免系统出现大面积故障。开入开出均采用继电器隔离，不直接接入系统，避免瞬间大电流，高电压传入系统，造成系统设备的损坏。卡件和网络还具有自诊断功能，那个地方出现故障就可以在界面显示出来，以便尽快排除故障。

6、结束语
　　本文应用浙大中控的JX-300X的系统对130T/H循环流化床锅炉控制，该系统多重冗余设计，采用小卡件使系统安全可靠。各种操作全部通过计算机系统，而且汽包水位，主蒸汽压力，主蒸汽温度，炉膛负压、锅炉负荷，除氧器水位，除氧器压力等约95%的回路很好的投自动，当然这一切顺利投自动也跟煤质和负荷较稳定有很大关系，使整个系统操作简单方便。不仅节省了资金，也提高了效率。