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山東濟寧兗礦科藍煤焦化有限公司10t/h余熱鍋爐是為公司針狀焦項目煅燒回轉(zhuǎn)窯高溫尾氣的回收利用而設(shè)計的節(jié)能設(shè)備。在原設(shè)計中，鍋爐運行控制采用DDZ-III型常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，由于回路多，不利于日常維護和檢修，調(diào)節(jié)不穩(wěn)定等因素，最后采用SUPCON JX-300X系統(tǒng)用于項目改造。
1 工藝流程
10t/h余熱鍋爐工藝流程及檢測控制系統(tǒng)如圖1所示。由煅燒工段回轉(zhuǎn)窯來的高溫?zé)煔饨?jīng)窯尾沉降室進入爐膛，經(jīng)鍋爐爐管、省煤器換熱，由麻石水膜除塵器除塵后，被引風(fēng)機引入煙道，排入大氣。爐壁水管吸收熱量產(chǎn)生蒸汽，蒸汽由汽水分離器去減溫減壓器，最后到達分汽缸。一小部分去除氧器，其余由蒸汽母管外供到公司熱力管網(wǎng)。汽包水位的穩(wěn)定主要是通過調(diào)節(jié)給水量FI101來實現(xiàn)的。給水閥來的水經(jīng)過省煤器預(yù)熱進入汽包。
2 重要回路的控制方案
(1) 汽包水位控制
鍋爐汽包水位是鍋爐運行中一個重要的監(jiān)控參數(shù)，它間接地體現(xiàn)了鍋爐負(fù)荷和給水的平衡關(guān)系。鍋爐水位過高，影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作，造成出口蒸汽中水份過多，結(jié)果使過熱器受熱面結(jié)垢而導(dǎo)致過熱器燒壞；同樣地，汽包水位過低，則可能使鍋爐循環(huán)工況被破壞，造成水冷壁管供水不足而燒壞，因此，汽包水位控制采用了典型的單級三沖量控制方案。
圖1 10t/h余熱鍋爐工藝流程及檢測控制系統(tǒng)簡圖
單級三沖量給水控制系統(tǒng)的工作原理如圖2所示，其中D-蒸汽流量；H-汽包水位；W-給水流量；DBC-變送器；PID-給水調(diào)節(jié)器；√-開方器；K-自動/手動切換開關(guān)；∝W，∝D-給水和蒸汽流量信號的靈敏度；VW-給水調(diào)節(jié)閥。
調(diào)節(jié)器PID接受了三個信號（D、H、W）其輸出通過放大器CF、操作器K和執(zhí)行器Z去控制給水量W，其中汽包水位H是主要控制信號，水位高時減小給水流量，水位低水位變化的原因（擾動信號），它們分別作為水位控制的前饋信號和反饋信號。當(dāng)D改變時，調(diào)節(jié)器PID立即動作，適當(dāng)?shù)馗淖兘o水量，保證D和W比值不變；而當(dāng)W自發(fā)地改變時，PID也立即動作使W恢復(fù)原來的數(shù)值，這樣就會有效地控制水位的變化。當(dāng)負(fù)荷變化而出現(xiàn)“虛假水位”時，由于采用了蒸汽流量信號D，就有一個使給水量與負(fù)荷同方向變化的信號，從而減少了由于“虛假水位”現(xiàn)象而使給水量向與負(fù)荷相反方向變化的趨勢。給水流量信號W能消除給水流量自發(fā)的擾動，因而當(dāng)W發(fā)生自發(fā)性擾動時，水位可以基本不受影響。
圖2 單級三沖量給水控制系統(tǒng)原理圖
鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)如圖1中所示，由電動調(diào)節(jié)閥LV101調(diào)節(jié)鍋爐給水流量FI101自動與蒸汽流量FI102保持平衡，并通過汽包水位LI101不斷修正這一平衡關(guān)系，使汽包水位在鍋爐負(fù)荷變化范圍內(nèi)及不同的運行狀態(tài)下都能穩(wěn)定在給定值范圍內(nèi)。同時，由于設(shè)置了汽包水位高、低限報警，為鍋爐的安全運行提供了可靠的保障。
(2) 除氧器水位控制
因除氧器水位的控制要求不是太嚴(yán)格，可以允許有小范圍內(nèi)的波動，因此，采用單回路閉環(huán)PID控制即可達到工藝要求。由差壓變送器LT201測得水位信號，送入主控室，主控室工控機采入水位信號后，經(jīng)現(xiàn)場控制站輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號到電動調(diào)節(jié)閥LV201，調(diào)節(jié)軟水泵給水量，從而維持水位穩(wěn)定。同時，除氧器水位也設(shè)有高、低限報警，為除氧器水位的恒定提供了有力的保證。
(3) 除氧器壓力控制
除氧器壓力控制也是通過閉環(huán)單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)來實現(xiàn)的。由壓力變送器PT202測得除氧器壓力信號送入主控室，工控機接受信號后與給定值比較，然后輸出信號到電動執(zhí)行機構(gòu)，控制除氧器進氣閥PV202，以使除氧器壓力維持恒定。
3 硬件結(jié)構(gòu)及使用經(jīng)驗
(1) 硬件結(jié)構(gòu)
該項目采用的軟硬件平臺是SUPCON JX-300X集散控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)組成如圖3所示。該系統(tǒng)主要由工程師站ES（Engineering Station）、操作站OS（Operater Station）、現(xiàn)場控制站FCS（Field Control Station）和通信網(wǎng)絡(luò)等組成。現(xiàn)場控制站是系統(tǒng)中直接與現(xiàn)場聯(lián)系的I/O處理單元，完成整個鍋爐的實時監(jiān)控功能。控制站內(nèi)部有三個機籠，機籠內(nèi)有各種卡件：電源卡、主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、模擬信號輸入/輸出卡、開關(guān)量輸入卡等。控制站與操作站、工程師站之間由SCnet II雙重化冗余通訊總線連接。
(2) 使用經(jīng)驗
① DCS系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置雙UPS電源供電系統(tǒng)，并設(shè)立聯(lián)絡(luò)開關(guān)，保證DCS系統(tǒng)工作電源的可靠性，同時也使系統(tǒng)硬件電源分配更加合理。
圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
② 生產(chǎn)報表功能要完善。根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況編制即時報表和觸發(fā)報表，對每天生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集并打印，不僅提高了現(xiàn)場生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也便于對鍋爐運行過程中出現(xiàn)的異常情況進行分析。
③ 做好系統(tǒng)的接地?？刂葡到y(tǒng)的接地分為保護地和屏蔽地。系統(tǒng)所有操作站機柜、現(xiàn)場控制站機柜等均接保護地，控制電纜的屏蔽層在控制站機柜內(nèi)單點做成屏蔽接地，最后接至系統(tǒng)專用接地系統(tǒng)，接地電阻≤4Ω。正確良好的接地是DCS系統(tǒng)可成功操作的關(guān)鍵，也可避免系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的問題而帶來不必要的損失。
4 軟件特點
JX-300X系統(tǒng)基于Windows95和WindowsNT平臺開發(fā)，用戶人機界面友好，所有的命令都化為形象直觀的功能圖標(biāo)，用鼠標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)鍵盤操作，還可選用操作工專用的防塵、防水薄膜鍵盤，上面有特定的便捷圖標(biāo)和自定義鍵，使操作更加簡單方便。該系統(tǒng)軟件提供了SC語言，用戶通過編程可構(gòu)成特定的控制方案和數(shù)據(jù)處理方法。系統(tǒng)還具有多功能的協(xié)議轉(zhuǎn)換接口，可與國內(nèi)外多個儀表廠家的產(chǎn)品通迅互聯(lián)，實現(xiàn)了系統(tǒng)真正的開放性和互操作性。系統(tǒng)可為用戶提供實時和歷史數(shù)據(jù)讀取以及控制參數(shù)的修改等功能。系統(tǒng)實時監(jiān)控軟件操作畫面主要包括系統(tǒng)總貌、報警一覽、趨勢圖、流程圖及數(shù)據(jù)一覽等。
5 結(jié)語
DCS系統(tǒng)在運行中各項工藝指標(biāo)的控制基本達到設(shè)計要求，各種參數(shù)易于控制，易于操作，確保了蒸汽壓力和汽包水位的穩(wěn)定，提高了鍋爐運行的安全性，也在一定程度上降低了操作工的勞動強度，改善了工作環(huán)境，提高了工作效率。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號