巩义电厂控制方案

河南豫联电厂440吨CFB先进控制系统（一）控制目标在煤质、负荷变化时，实现CFB锅炉燃烧过程的闭环自动控制，控制床温在工艺允许的范围内，防止床温过高出现结焦或床温过低出现熄火；控制过热蒸汽压力在工艺允许波动的范围内。实现一次风量、二次风量和引风的自动协调控制，保证正常流化和燃烧，维持正常氧量。在上述控制基础上，投运机炉协调控制。显示用户要求的多项测量参数的实时运行曲线。具体指标：负荷：+/-3.5MW蒸汽压力：+/-0.35MPa床温：+/-50度工况变化较大时，控制在工艺允许波动范围内。（二）控制方案床温－过热蒸汽压力的协调控制由主汽压力－密相温度控制级(该级控制设置密相温度给定值)、密相温度－给煤控制级(该级控制设置总给煤量给定值)、A、B、C、D称重给煤机自动控制系统组成。控制系统中，密相温度平均值取密相下温度和密相中部温度的平均值。控制器输出的总给煤量按下述跟踪平均分配的方法分配给A、B、C、D四台给煤机，即：未投自动时，A、B、C、D给煤机给定均会自动跟踪实际测量的瞬时给煤量，A、B、C、D四台给煤机控制器的输出则跟踪手动操作时操作人员给出的A、B、C、D给煤机控制指令，这些跟踪值在投入自动后作为偏置量处理，投入自动后控制系统再将增减的给煤量在上述偏置量的基础上平均分配给A、B、C、D四台给煤机给定值，由控制器自动输出控制指令。在压力回路处于自动控制状态时，操作人员直接在原DCS控制总貌画面上，按照原来改变功率目标值的操作方法，设定新的功率目标值，点击“输入”、“执行”后，由原有DCS系统改变汽机调门开度，先控系统根据汽机调门的变化量和当前给煤量与电负荷的关系，计算一前馈值，直接加到给煤控制器，同时随着汽机调门开度的变化，主汽压力随之改变，这时压力控制回路同时起作用，通过调节给煤来调节主汽压力。一次风量—料床温度—炉膛粒子浓度的协调控制一次风控制的主要目的是维持风煤比稳定，这里风煤比＝总给煤量一次风量，故控制的一次风量会随着给煤量的增减而自动增减。控制器的调整对象为1＃风机入口挡板开度和2#风机入口挡板开度。风煤比的给定值在控制器处于“手动”位置时会自动跟踪实际的风煤比值的10分钟平均值(5秒计算一次)，一旦控制器处于“自动”状态，风煤比给定值即为投入自动时的风煤比平均值，在自动控制状态下，根据煤质和密相温度对风煤比给定进行在线修正。风量控制的主逻辑图见下图：其中：1、总给煤量的故障诊断单元主要诊断断煤现象，一旦发生断煤，会向条件输出单元送出信息，此时条件输出单元则输出未断煤时的给煤量，否则输出实时测量的总给煤量，这样，可在断煤的瞬间维持一次风的稳定。但断煤故障发生的时间过长，则仍按实时测量信号输出。2、操作人员不可以在操作站上设置风煤比给定值。3、风煤比给定的修正主要根据密相温度和煤质进行。密相温度修正在燃烧控制处于自动状态时，将根据温度控制器的偏差信号(给定-实测)和温度的超限信号进行修正，在燃烧控制处于手动状态时，则根据密相温度的变化率和超限信号进行修正。煤质系数将根据电负荷与给煤量的关系计算，煤质较好时，适当增加风煤比，煤质较差时，则适当减小风煤比。4、一次风给定将设上下限限制，最低为80000(流化必须风量),最高200000。对两个挡板开度同样做上下限限制，保证安全。5、一次风控制器将对两个挡板开度做停机联动处理：若在运行中，有一台风机突然停止运行，控制器会自动的将另一台风机的入口挡板开度加大，但仍受挡板上限约束。二次风量控制主要根据氧含量及风煤比、一、二次风量比进行调节。引风机控制主要根据炉膛负压调节引风机。负荷协调控制负荷协调控制系统由负荷控制、燃烧控制(主气压控制)、风量控制三个子系统组成，主逻辑图见下图：1、负荷控制器仅当操作台上的负荷控制器处于“自动”位置(由运行人员切换)和电负荷给定值(由运行人员在操作台上设置或通过AGC给定)变化时才会开始运行，此时控制器的输出信号1u会“写”到汽门的控制目标，运行人员不能再设置。但当电负荷给定指令不再变化，并且负荷基本稳定时，电负荷控制器会处在一个“等待”的状态，也不再向汽门控制目标输出数据，这时运行人员可根据需要小范围的调整汽门控制目标(不需要切换电负荷控制的状态).2、条件输出单元的作用是为燃烧控制(给煤控制)系统提供调整给煤量的前馈信号。其逻辑为：当电负荷控制器状态为自动时，输出电负荷给定值的变化信号，而当电负荷控制器状态为手动时，输出汽门指令变化信号，前馈量则根据实时计算的给煤和负荷、密相温度的增益关系确定。3、电负荷控制处于“自动”状态时，可以通过给定值的延时单元实现先调煤、后调负荷(调门)，这样对主气压控制较有利。4、负荷协调控制可在电负荷控制器处在“手动”和“自动”的时候进行，电负荷控制处于“手动”时，由运行人员设置汽门控制目标，控制系统根据实际汽门的变化，向燃烧控制系统送出前馈信号，在调整汽门的同时，调整给煤量(见下图),而当电负荷控制处于自动时，运行人员只需改变负荷给定值，其余动作由控制系统完成。安全设计先进控制系统中含有故障诊断和处理系统，对下述故障进行实时在线的诊断和处理，以保障控制系统的安全运作：1：密相下温度测量故障：440吨循环流化床锅炉密相下层有多个温度测点，控制系统对这些测点均有在线的故障诊断；温度计算过程已剔除了测量点中较不准确的点，并在计算中会自动剔除故障测点。若用于计算密相下温度的所有测点均出现故障，则控制系统输出的给煤量会维持在出现故障时的水平上，不再变化；此时操作员应切为手动操作；2：通讯故障处理：系统正常工作时，先进控制软件XD-APC平台每五秒向设置在DCS系统中的通讯检测点上写“-60”信号，利用DCS系统内置已有的计数器模块（TIME）来实现判断讯故障，并在出现通讯故障时在操作员站上显示预先设置好的报警标签。当XD-APC平台出现故障时，包括通讯故障和软件运行故障，不再向DCS系统送出信号时，计数器模块经过判断，DCS系统会自动弹出标签，并一直保持该状态，直到故障消除。如果此时为投自动状态，则DCS系统会自动将“自动”状态强制切为手动(约需60秒)，由操作人员接管系统。3:给煤机故障：控制系统包括给煤连锁控制系统，若在自动状况下，某台给煤机出现故障，控制系统会自动的将该台给煤机减少的给煤量(如原给煤量给定值为6，出现故障后，给煤量为0.5,则减少的给煤量为5.5)按设定的协调方式分配给另外的给煤机；但单台给煤机的控制都有上限限制。4：一次风控制器上下限限制：为防止因为突然断煤或其他故障使控制器输出的入口挡板开度过大或过小，对控制器输出的开度值做了上下限限制（按两台风机入口开度的平均值计算，约32~55）5：一次风控制器与给煤故障连锁：在给煤机出现故障时，维持风量不变，故当出现给煤机故障时，会维持风量一段时间。6：一次风控制器停机联动：若在运行中，有一台风机突然停止运行，控制器会自动的将另一台风机的入口挡板开度加大，以维持风量不变。7：一次风控制器与密相床温度的连锁：当温度偏高时，不会下调一次风量，同样，当温度偏低时，也不会上调一次风量。（三）先进控制系统实施过程首先解决XD-APC先进控制软件与DCS系统的通讯。（二周）巩义电厂采用FoxboroI/ASeries50系统，本身提供OPC通讯协议用于存取DCS中的在线数据，在数据采集工控机上安装OPCServer软件，通过安装在工程师站AW1001上的API应用程序实现二者之间的数据通讯，实现XD-APC先控软件的数据读取及数据的写入，通过OPC通讯，不影响DCS系统运行安全。通讯部分在现场进行调试，分两步进行；——首先解决“读”操作，需要(1)在运行海通XD-APC组态软件的工控机上设置网关。（2）在特定的DCS配置文件(如OPC配置文件)中加入需要读的仪表位号。——在“读”的基础上实现“写”的操作。为确保安全，在调试阶段要在DCS系统的组态中加入若干虚拟点，然后对虚拟点进行“写”的实验。由于这些虚拟点与现场的生产操作无关，这样进行的“写”实验不会影响生产。数据采集、分析及系统组态。（二周）先进控制方案的在线仿真阶段：（四周）在线仿真时只用采集到的现场的操作数据，因此只涉及“读”操作，不会送任何数据到操作台，也不会影响生产。先进控制系统的投运准备：（二周）为准备投运先控系统，需要对DCS的界面做一些调整改造，主要有：1、在操作界面上增加“手自动”切换开关。2、在操作台上增加一个故障处理信息接受和处理模块，该模块主要起安全保护作用，一旦接受不到先控系统送出的数据(先控系统诊断出故障或APC-T死机)，就会自动将先控状态切到“手动”状态。3、在操作界面上增加(或改造)燃烧控制系统操作模块，使操作人员可以完成诸如设定给定值的动作。先进控制系统试运行阶段：（三个月）在上述“读、写”通讯和仿真基础上，进行最后的先进控制系统试运行和现场调试。本系统开发难点：1)床温－过热蒸汽压力的协调控制，主要遇到困难是：煤质多变，超过40%；工况变化，在煤质稳定时，经常炉内工况变化，导致压力、床温大幅波动。通过利用XD-APC软件中自适应预估控制器很好地解决该难题。2)二次风系统，主要遇到的难点是：如何给出合适的风煤比，目前风煤比由操作人员设定，系统根据密相温度和煤质进行修正。3)变负荷协调控制，遇到的主要困难是：汽机系统是快系统，而锅炉系统是慢系统，如何保证变负荷率是关键。通过引进前馈加上延时环节，较好解决该难题。厦大海通自控有限公司2006-2-13