DCS在生物質發電廠自動控制的應用解析

潘新華

摘 要：本文首先簡單的分析了DCS在生物質發電廠自動控制的應用背景，而后對DCS在生物質發電廠自動控制的應用策略進行簡單的研究，希望能夠為我國生物質能發電廠的建設提供一定的參考和支持。

關鍵詞：生物質；DCS；自動控制

引言

近年來，中國的生物質能利用率越來越高，特別是在發電方面的技術越來越成熟，這顯然是符合可持續發展戰略構想相關要求的，也是完全順應時代發展潮流的一種嘗試。但是問題在于，目前我國的生物質發電廠自動控制技術還不夠成熟，在自動化控制的實現方面存在一定的困難，因此對本課題進行研究具有突出的現實價值。

1 DCS在生物質發電廠自動控制的應用背景

中國自古以來就是農業大國，經濟的主體也多為農業經濟，時至今日農業仍然在我國的經濟社會發展中扮演著不可或缺的角色。各種農作物生產的副產品，如秸稈、甘蔗渣、玉米芯等等，數量和規模都十分可觀，同時中國的森林資源比較豐富，林業資源應用過程中產生的樹皮、木屑一類的副產品也非常多，每年的產量大概在五億噸左右，其燃燒產生的能量與二點五億噸的煤炭相當。正是在這種情況下，我國的生物質發電技術得到了前所未有的進步，借助農業生產和林業生產的副產品進行燃燒發電，取代過去的化石能源作為發電的主要能源來源，具有突出的環境效益優勢。生物質發電廠與常規火力發電廠的不同在于，生物質燃料的燃燒情況和放熱情況都會受到一些外在因素的變化而發生改變，比如說在其濕度出現變化的時候燃燒釋放出的熱量就會大打折扣，更重要的是不一樣的生物質燃料在燃燒的時候，穩定性也有所不同，因此想要按照原有的燃料需求量計算方法對生物質燃料的投放量加以確定，很容易出現計算不準確等問題，因此在設計生物質發電廠的鍋爐系統的時候，一般需要基于汽輪機跟隨的負荷控制方式進行設計。在外部的負荷出現變化的時候，鍋爐的主控制程序將會及時調節鍋爐燃燒率并且對汽輪機進汽量進行控制，在此基礎上汽輪機即可根據負荷波動完成調整，不難看出在這個過程中，生物質發電廠的自動化控制技術發揮了不可或缺的作用。

2 DCS在生物質發電廠自動控制的應用策略

2.1 負荷控制

從目前常見的生物質發電廠來看，鍋爐負荷控制的運行模式主要是蒸汽鍋爐控制技術，也可以稱為汽輪機跟隨控制技術，主要就是在機組負荷出現變動的情況下，由鍋爐主控制器發出控制指令，調整鍋爐燃燒率，主汽壓力隨即產生波動，為了維持主汽壓力的穩定，汽輪機主汽壓力控制器輸出指令調整汽輪機調節汽門，改變汽輪機進汽量，從而最終達到發電機組輸出功率與給定功率逐步平衡的目標。在這種汽輪機跟隨的負荷控制方式下鍋爐可以直接決定發電機組的輸出功率，即由鍋爐控制機組負荷，而由汽輪機控制來主汽壓力。負荷控制主要目的是根據負荷需求調節鍋爐的燃燒量和風量，比如說輸入的總風量和二次風量的比例、燃料的投放量、播料風量的多少等等，都受到負荷需求的影響。

2.2 燃燒控制

機組負荷發出的燃料量調節指令即為燃料量指令，總燃料量與總風量進行交叉限制后作為燃燒調節系統的給定值，與給料機實際轉速信號進行偏差運算，結果經過燃燒調節器輸出分別作為每臺給料機轉速的給定指令，總燃料量與總風量交叉限制的目的是為了保證燃料能得到充分燃燒。采用爐排形式的生物質鍋爐也有細分，例如固定爐排、振動爐排以及鏈條爐排等，爐排的運行控制和鍋爐燃燒效果息息相關。振動爐排運行方式主要采取周期性原則進行控制，根據負荷確定合適的停機時間和振動時間。在主要的燃料正常燃燒的時候，工作人員可開始振動周期，每持續半個小時停運一次，在震動過程中對爐排的燃料進行攪動，這樣一來能夠提升鍋爐內部的燃燒效率，進而增強鍋爐的負荷。

2.3 爐膛負壓控制

在滿足充足風量的條件下，鍋爐燃燒通常需維持爐膛出口壓力在負壓運行。爐膛負壓的高低，關系著鍋爐的安全經濟運行。負壓過高易造成燃料外泄、有引起爐膛爆炸的危險，負壓過低則會造成風機的耗電量增加。調節引風機入口擋板的開度是控制爐膛負壓的主要手段，引風控制主要由單回路系統構成，為了準確的測定爐膛內部的壓力，可在兩側爐膛出口各設置三組壓力測點，取每側的中值作為數據參考，工作人員可以借助操作系統人工設置爐膛負壓的標準值，在標準值和實際壓力值之間進行一定調節，借助引風機入口擋板開度即可確定引風機的引風效率，進而達到控制爐膛內壓力的效果。由于一次風量和二次風量發生變化時，需經過一段時間爐膛負壓才發生變化，因此在上述單回路系統中需要加入總風量作為前饋補償信號，以提高一、二次風量變化時爐膛負壓調節系統的響應速度。在爐膛內部的壓力太大的時候，引風機的擋板指令為閉鎖減，反之在爐膛內部的壓力太小的時候其指令則為閉鎖增。在鍋爐燃燒中如果發生爐膛壓力過高或過低，鍋爐已不能良好運行的情況，應采取緊急停爐等措施，迅速中斷燃料供應，停止二次風機，同時將送風機開度加大，用一次風將爐膛內的熾熱燃料吹冷，當溫度降至安全情況時，停止送風機和引風機。

2.4 送風控制

送風控制系統可以分成含氧量校正和風量控制兩部分，控制系統通過負荷反饋值確定標準含氧量，而后據此確定二次風量指令使二次風量控制在合理范圍內，風量控制系統則是根據負荷指令確定風量指令，通過調整送風機擋板控制爐膛的進風量，保證燃料能夠充分的燃燒，提升生物質能燃料的燃燒效率，解決一氧化碳等有毒有害氣體大規模排放的問題。另外，一次風調節擋板也能夠對爐膛內的風量進行控制，讓燃料能夠充分與氧氣接觸進行燃燒。

2.5 主蒸汽溫度控制和鍋爐給水控制

和過去的火力發電廠有所區別的地方在于，生物質能發電廠的主蒸汽溫度控制系統構成比較復雜，包含有兩組一級噴水減溫器、兩組二級噴水減溫器和多組高低溫過熱器。其中主蒸汽溫度控制系統為雙回路控制，整個控制過程和傳統的減溫控制大同小異。鍋爐的給水控制主要通過調節閥來實現，通常由鍋爐汽包水位、給水流量和過熱器出口蒸汽流量組成的三沖量串級調節系統來調節給水閥。鍋爐汽包水位信號經鍋爐汽包壓力補償后作為主調輸入，過熱器出口集箱蒸汽流量與給水流量信號一起作為副調的反饋輸入。鍋爐在小于30%最大連續工況下低負荷運行時，虛假水位現象并不嚴重，對汽包水位調節要求較低，可使用單沖量給水調節系統。給水旁路調節閥根據汽包水位偏差進行調節，維持汽包水位穩定。DCS系統根據鍋爐運行負荷自動完成三沖量和單沖量的切換，基本無須操作人員人工干預。

3 結語

總而言之，經過實際的嘗試和研究以后可以發現，DCS在生物質發電廠自動控制的應用具有突出的應用優勢，其軟件水準和硬件能力都足以為生物質發電機組的控制提供強大的控制保障。在實際應用中，自動化控制技術能夠保證生物質能電廠的高效率運行，讓生物質發電廠得以健康穩定的運行，解決化石能源緊缺的困境，為我國經濟和社會的長效發展打下堅實的基礎。

參考文獻

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