DCS在燃煙梗臥式循環流化床蒸汽鍋爐系統的應用

崔建軍 楊 雷 白彥茹 胡 峰

（1.湖南煙葉復烤有限公司，湖南 郴州423000；2.北京熱華能源科技有限公司，北京100084）

0 引言

煙草是我國重要的經濟作物，2010年我國煙葉產量為220萬t。如果煙葉與煙梗的比例按5∶2粗略估算，我國2010年就大約產生88萬t的煙梗。煙梗可以作為燃料產生熱能，供生產、生活使用。崔志軍介紹了采用煙梗氣化技術產生燃氣，然后燃燒以烘烤煙葉的辦法［1］。李黎嘗試對煙梗進行熱解，試圖通過提高煙梗熱解殘留物能量密度來探索其合理利用，熱解后固體產物的熱值約23MJ／kg，提高一倍左右［2］。針對目前煙草行業對廢棄物的利用現狀，北京熱華能源科技有限公司開發了燃煙梗的臥式循環流化床蒸汽鍋爐，湖南煙葉復烤有限公司通過BOT的商業運作模式引進了一套該裝備（15t／h），包括完整的控制系統。在控制系統的選擇上，PLC和DCS各有特點［3－4］，均適用于臥式循環流化床鍋爐，考慮到系統冗余及鍋爐安全，本控制系統采用DCS實現。本文主要介紹這臺新型燃煙梗生物質鍋爐的控制系統。

1 工藝過程簡介

鍋爐燃燒大致分為燃料給入系統、煙風系統、汽水系統，下面分別介紹各子系統。

1.1 燃料給入系統

鍋爐的設計燃料為煙梗、煙灰和煤，分3路給入鍋爐：（1）煙梗上料及給入：煙梗上料給入系統由雙絞龍、皮帶輸送機、爐前落料倉和煙梗給入絞龍構成。（2）煙灰上料及給入：通過噴吹方式將煙灰給入鍋爐。（3）上煤及給煤：上煤及給煤系統由斗式提升機、爐前煤倉和給煤機構成。同時，給煤和給煙梗設置連續變頻調速裝置，根據鍋爐負荷大小調整給料量。

1.2 煙風系統

煙風系統由引風機、鼓風機、二次風機、羅茨風機等構成，鍋爐平衡通風，微負壓運行。羅茨風機用于返料。

1.3 汽水系統

汽水系統由熱力除氧器、除氧水泵、鍋爐給水泵和加藥裝置構成，其中除氧水泵和鍋爐給水泵各設置2臺，一用一備。

2 控制系統構成

該系統由電氣和控制2部分組成，電氣部分由低壓進線柜、低壓配電柜、變頻器柜構成，控制部分由就地顯示儀表柜、DCS系統和現場儀表構成。

低壓進線柜：將用戶提供的電源分配給低壓配電柜、變頻器柜。

低壓配電柜：控制各個電機設備和給DCS系統供電。

變頻器柜：變頻調節引風機、鼓風機、給煤機、皮帶機和雙絞龍，一方面節省電能，另一方面便于調節鍋爐燃燒工況。

儀表柜：主要監控鍋爐水位、氧含量及鍋爐溫度等重要運行參數，并把現場數據隔離變送后輸出給DCS。

DCS柜：控制鍋爐運行，監控現場各參數。

3 DCS系統的配置

本項目采用浙大中控JX－300XP系統，采用雙CPU處理技術、智能化I／O技術、冗余技術、通信技術、實時數據庫等技術。該系統基本組成包括工程師站（ES）、操作員站（OS）、控制站（CS）和通訊網絡SCnetⅡ。工程師站和操作員站為上位機集中監控層，采用2臺戴爾公司的P4系列工作站，主要能完成廠級的管理功能，包括制作報表、打印和統計用汽量、歷史數據分析以及程序／畫面的修改、組態。下位設備控制層選用浙大中控JX－300XP系統作為控制站，配合現場執行機構、變頻器、動力控制單元、一次儀表和其他輔助設備，實現對鍋爐等系統的控制。

JX－300XP控制站完成整個工業過程的實時監控功能，由主控制卡、數據轉發卡、I／O卡件、供電單元等組成。控制站的各種卡件均可冗余配置，為了增加系統的可靠性，我們對控制站的主控制卡、數據轉發卡、電源、通訊網絡進行了冗余配置。

4 控制方案

以下簡要介紹如何用JX－300XP控制系統實現燃燒系統控制和汽水系統控制。

4.1 燃燒系統控制

為保證設備穩定運行及人身安全而設置必要的聯鎖，使之能夠及時準確地動作。為此根據工藝要求，除設置報警功能外，還對設備設置聯鎖保護。

圖1為設備的啟動順序，停止時應逆向停止。圖中引風機、鼓風機、給煤機、皮帶機、雙絞龍均采用變頻控制，由于雙絞龍是2臺電機，且與皮帶機同在煙梗上料環節，為降低調節的繁瑣性，皮帶機與2臺雙絞龍的速度加了聯動機制。如圖2所示，皮帶機與雙絞龍聯鎖機制未投入時，皮帶機與雙絞龍1、雙絞龍2的頻率由上位機的接口輸入，聯鎖投入后，雙絞龍1、雙絞龍2跟隨皮帶機速度，通過調節系數K來調整雙絞龍的頻率，從而控制煙梗的落料量。

圖1 設備啟動順序

圖2 皮帶機與雙絞龍的聯動

圖3為汽包水位極低和蒸汽壓力超高聯鎖保護，用以防止鍋爐異常時出現安全事故。

圖3 系統聯鎖

4.2 汽水系統控制

汽包水位是鍋爐運行的一個重要參數，反映了給水量和供汽量的動態平衡關系。本項目鍋爐給水采用連續方式，給水量變化的調節連續平穩、線性好，鍋爐運行時給水連續流經省煤器，故不產生氣化現象和水擊現象，確保了省煤器安全運行。由于給水不斷地流經省煤器，熱能得到充分的交換。圖4為鍋爐給水系統圖。鍋爐給水設置手動／自動切換，在自動狀態時，執行機構接收PID的調節指令，控制補水調節閥的開度；在手動狀態時，執行機構接收運行人員的手動操作指令，以改變補水調節閥的開度。

圖4 鍋爐給水系統圖

此外，還有除氧罐給水自動調節、除氧罐蒸汽壓力調節，從而實現除氧罐水位的穩定，保證鍋爐進水的除氧效果。

5 結語

從一年多的實踐來看，JX－300XP DCS控制系統運行穩定、可靠，比單純使用二次儀表操作簡便，比PLC控制系統在硬件冗余配置方面更容易實現，對于鍋爐運行安全也更有保障。

［1］崔志軍，孟慶洪，劉敏，等.煙草秸梗氣化替代煤炭烘烤煙葉研究初報［J］.中國煙草科學，2010（3）：70～72

［2］李黎，李清海，蒙愛紅，等.煙桿熱解固體產物性質及其影響因素研究［J］.可再生能源，2011（6）：106～108

［3］吳景華，宋成照，徐飛.PLC控制煙草切絲工藝的改進［J］.自動化應用，2012（3）：48～49

［4］李英俊.PLC在煙葉烘烤房控制系統中的應用［J］.科技創新導報，2012（9）：65～67