DCS系統在大型生物質循環流化床機組中的應用研究

周景山

摘 要：近年來，DCS系統在循環流化床機組中的應用日益頻繁，文章以湛江生物質發電廠DCS系統應用情況為例進行分析研究，總結該廠DCS系統特點并針對該廠DCS系統實際運行中存在的問題，提出優化控制方案，以期為國內大型生物質循環流化床機組DCS控制技術的應用提供參考。

關鍵詞：DCS系統；生物質；循環流化床；應用研究

中圖分類號：TK229.66 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）15-0043-02

目前，國產DCS系統價格比較低廉，而且其在設備生產上具有一定的優勢，隨著軟件技術的不斷升級，先進技術、組態學習以及技術支持上得到用戶的肯定。國內的DCS系統生產廠家設計的系統相對開放，管控一體化以及現場總線監控等都達到相當高的水平，已廣泛運用于生物質電廠，而其控制技術也在逐步完善。

1 湛江生物質電廠概況

湛江生物質發電廠于2008年成立，其主要打造節能、環保、惠民的新能源電力企業。公司利用湛江周邊地區的樹皮、秸稈以及農林廢棄物等進行生物質能發電，促進當地綠色環保產業發展。公司裝機容量為2×50 MW生物質循環流化床發電機組，兩臺機組于2010年3月開工建設，分別于2011年8月和2011年11月建成投產，為目前世界上單機容量及總裝機容量最大的生物質發電廠。公司年上網電量達到6億kW·，二氧化碳年減排量達45萬t。

由于燃料的收集、加工、裝卸、運輸等環節需要大量農村剩余勞動力，使公司成為工業直接反哺農業、帶動農村就業、增加農民收入、投身社會主義新農村建設的現代新型企業的典型。

2 湛江生物質電廠DCS系統特點

①該電廠2×50 MW機組分散控制系統采用北京國電智深控制技術有限公司生產的EDPF-NT分散控制系統，系統設計中融合網絡、計算機、數據庫以及自動化控制技術。具有良好的硬件兼容性及良好的軟件擴展性。

②以網絡通信技術作為基礎，采用面向對象設計單元，以功能自治為基本原則，將其劃分為工程師站、過程控制站、歷史數據記錄站、接口工作站以及操作員站。

③整個網絡按照節點組成將其分為很多獨立的域，通過域管理技術實現日常管理，實現各個域管理的時候，通信不會產生干擾和影響。

④利用獨立小系統完成化水、除灰、生活污水處理等工作，并且還加入DCS系統的監視功能，減少常規監控設備，從而有效提升發電機組的監控水平。

⑤DEH系統與DCS系統采用完成相同的支撐軟件、人機界面以及基本硬件結構，實現與DCS系統一體化、開放式的DEH系統。

⑥DCS范圍內的設備工作電源設計有分區域（12個）采用獨立的電源切換裝置，通過電源切換裝置提高DCS設備電源可靠性。

3 湛江生物質電廠DCS系統的運行情況

3.1 運行中存在的問題

3.1.1 燃燒及給料問題

該電廠由于其燃料的特殊性，在發電的過程中往往存在著燃料濕度變化不穩定的情況，所以不能按負荷計算出應該投入的燃料量的常規控制方法，而應通過對風量的計算調節給料量，并且對風速等進行精心調控，使得燃料充分燃燒，這在本質上改變常規燃煤電廠的控制方式。此外，湛江生物質電廠由于燃料運輸、切割、儲運等工藝存在著很大問題，不夠集成化，這些問題在上料系統工作時易導致皮帶周圍空氣粉塵濃度過高，存在較大的安全隱患。同時，上料系統還容易出現堵塞，不能確保鍋爐的連續安全穩定運行。

3.1.2 FSSS系統問題

FSSS系統使鍋爐燃燒系統中各設備按規定的操作順序和條件安全啟（投）、停（切），并能在危機工況下迅速切斷進入鍋爐爐膛的全部燃料（包括點火燃料），防止爆燃、爆炸等破壞性事故發生，以保證爐膛安全的保護和控制系統。包括爐膛安全系統和燃燒器控制系統。

該電廠FSSS系統原設計中存在著MFT動作關閉鍋爐主蒸汽出口電動門1和2，因其機組為循環流化床機組，其本身就存在著蓄熱量較大的問題，因此必須要加以改造。此外，原MFT動作跳A和B返料風機，同時有MFT硬線至ETS機柜用來MFT動作跳機，這些都不利于生物質循環流化床機組的實際運用，必須根據實際情況加以改進。

3.1.3 給水系統問題

該電廠2臺機組共設計3臺電動給水泵（A、B和C），其中A給泵給#1機組供水，B給泵給#2機組供水，C給泵作為A和B給泵的備用泵。由于生物質鍋爐的燃燒特性，機組負荷很難在一定范圍內保持較長時間的穩定，因此導致機組的給水自動很難投好。

3.2 相應的解決策略

3.2.1 燃燒及給料問題解決策略

由于生物質燃料的特殊性，不能通過常規控制方法即按負荷計算出應該投入的燃料量，經過充分的分析討論，最后采取通過總風量來計算給料系統的8臺螺旋輸送機的給料量，將螺旋輸送機的頻率作為反饋，螺旋給料機的指令為兩臺輸送機指令和的1.2倍。燃燒控制以及燃料給定的SAMA圖如圖1、圖2所示。

3.2.2 FSSS改善策略

原設計中，由于機組為循環流化床機組，蓄熱量較大，故取消MFT聯鎖關閉鍋爐主蒸汽出口的電動門1、2（包含軟邏輯和MFT硬接線）。而對于MFT動作跳A、B返料風機問題，則通過取消MFT保護跳A、B返料風機來解決。

3.2.3 給水系統問題解決策略

針對備用給泵的使用問題，應該做好相應的電泵控制邏輯設計，在控制備用泵的時候選擇合理的控制指令。默認C備用給泵作為A給泵的備用泵，且備用泵勺管指令跟蹤A電泵的勺管指令；當B給泵跳泵后，備用泵勺管指令跟蹤B給泵的勺管指令。

針對給水自動問題，經過多次試驗調整，針對#1機和#2機的給水自動三沖量PID控制參數進行調試，給水自動越來越穩定，#1機組采取PID變參數控制，#2機組采取PID定參數控制。

4 遺留問題及改進策略

該電廠作為世界上最大的生物質電廠，目前已運行三年多時間，機組已逐步穩定運行，但除鍋爐爆管等難以解決的遺留問題之外，還有部分遺留有較大完善空間的問題可以逐步去安排解決。

遺留下來的主要問題有兩方面：

①給水母管制問題。該電廠兩臺機組在設計中可以實現給水母管運行方式，在機組給水母管制運行時，給水泵用勺管來控制給水母管壓力，用給水副路調門來控制汽包水位。邏輯里控制功能已經完善，但是兩臺機組一直未進行給水母管制運行，所以給水壓力自動一直未能投入。

②協調問題。由于生物質燃料的特性，導致鍋爐燃燒不穩定，造成鍋爐主控和汽機主控未能投入自動。

針對以上存在的問題，能否解決在燃燒不穩定的情況下將鍋爐主控、汽機主控以及協調投上，對熱控專業而言是個技術性的挑戰，但可以根據DCS歷史曲線的分析，針對不同的燃燒工況進行控制參數的整定試驗，并利用每年的技改機會逐步改進。

5 DCS系統在大容量生物質循環流化床機組應用的 展望

近年來，隨著低碳經濟的發展不斷提高節能減排的要求，并且國內外對生物質能的開發利用力度不斷加大，我國政府也把生物質能的綜合利用提到新能源開發的重要位置，加大對生物質能開發的政策支持力度。而循環流化床機組在生物質電廠的應用日益成為主流，特別是大容量生物質電廠的建設也將成為趨勢。

DCS系統在工業控制發展中，由于計算機的加入使得控制技術發生很大的變化。DCS系統具有自主性、友好性、協調性、可靠性等特點，國內多將其應用于石化、煉油、發電以及化纖等生產制造中，而其在大型生物質電廠的應用也將成為必然。

6 結 語

DCS系統在湛江生物質電廠的應用，極大程度地提升整個清潔能源領域電力生產的效率以及安全性，因此本文針對該廠DCS系統的特點以及存在的問題進行分析并提出改善策略，期望與同行進行交流與研究，實現共同進步。

參考文獻：

[1] 孟祥寶.DCS系統在循環流化床鍋爐控制中的應用研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2011.

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