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第1页共43页热电联产企业DCS应用解决方案（链条炉部分）1、前言由于链条炉有结构简单、操作方便、运行维护简单、投资少、负荷可调范围大、适合经常启停的场合应用等众多优点，目前在我国取得了广泛的应用，虽然在35t/h以上的应用中受到循环流化床锅炉的挑战，但在65t/h以下的锅炉中，其保有量依然占据优势，目前城市供热和厂矿自备电厂应用中仍然较多。浙大中控从成立之始就开始了链条炉自动控制的研究，通过近百个工程实际工程应用的总结和积累，今天已经完全突破了链条炉控制的难点，实现了链条炉自动的控制，本文着重阐述当今较为流行炉型的控制特点和浙大中控现有的一些自控解决方案。2、工艺介绍2.1简介链条炉区别于其它形式锅炉的最大特点它的燃烧系统，它有一个横贯炉膛底部的炉排，炉排上方是燃烧的火床，下部是风室。煤在水平运动的炉排上燃烧，空气从炉排下方自下而上引入，炉排上部是炉膛，炉膛壁中布满了水冷壁。煤从煤斗落到炉排上，经过炉闸门时被刮成一定的厚度，随后进入炉膛，在炉排上分段燃烧成渣，炉渣随着炉排的转动排出，炉膛产生热量为炉膛受热面吸收。工艺简图如下（以正转过热蒸汽链条炉为例）：第2页共43页从上图可以看出，链条炉同其它类型的锅炉一样也采用Π形结构，但由于链条炉燃烧属于层燃，燃料燃烧区高度只有10～30厘米，燃烧区域大，因此链条炉炉膛部分较粗大，整个炉体与循环流化床等锅炉比较矮，成为一个压扁的Π形。链条炉是层燃形式，整个燃烧比较平稳，不存在爆燃造成事故、容易熄火结焦等问题，整个锅炉的可控性好，负荷调节能力也较强；对操作人员的要求较低，操作人员经过简单培训即可胜任锅炉的操作工作；自动控制实现容易。整个锅炉系统结构简单，维护费用低，起炉、压火容易，对于经常需要起、停的应用场合意义更大。2.2链条炉分类2.2.1根据链条炉产生的产品的不同分为：热水炉：产品为热水，主要用于供暖，多见于北方的供热中心，规格通常以供热能力表示。如：29MW链条炉。饱和蒸汽炉：产品为饱和蒸汽，主要用于生产用蒸汽和供热，多见于厂矿企业的动力车间和北方的供热中心。过热蒸汽炉：产品为过热蒸汽，主要用于推动汽轮发电机组发电和通过减温减压后供热，普遍应用于厂矿企业的自备热电厂。2.2根据链条炉炉排运行的不同分为：正转链条炉：炉排转动方向与进煤方向一致，煤自然落下到炉排，炉排转动将煤燃尽后的灰渣带到远端，目前应用最广。第3页共43页反转链条炉（抛煤炉）：煤抛的方向与炉排转动的方向相反，落渣口位于锅炉前方，煤从炉前落渣口正上方的抛煤口从空中抛向炉排的远端，炉排反向（从炉后方向带动煤向炉前方向）转动的链条炉，应用范围较小。两种炉型的控制基本一致，没有太大区别。2.3链条炉特点结构简单运行稳定、安全，可操作性好运行维护简单，自控投运率高投资少负荷可调范围大适合经常起停煤质要求较高，环保效果差热效率较低2.4运行方式对于热电联产企业及纯供热的锅炉，其运行方式不同于火力发电厂采用的单元制运行方式，通常采用的是母管制运行方式。母管制是指多台锅炉的供水和蒸汽管道公用同一母管的运行方式；对于母管制运行，由于锅炉的出力不仅受外部热负荷变化的影响，而且受在同一母管上的其它锅炉的影响，因此存在热负荷分配的问题，通常的解决方法是，一台锅炉调负荷，其它锅炉定负荷运行；反应母管制锅炉负荷情况的重要参数是汽包压力。2.5工艺设备介绍由于链条炉种类较多，不同种类的锅炉所包含的工艺设备内容也有所不同；其中以过热蒸汽炉包含的工艺设备内容最为全面，本节以过热蒸汽锅炉为主，对链条炉进行介绍，同时对不同种类链条炉进行穿插说明。过热蒸汽链条炉的工艺设备介绍：1、炉排炉排是链条炉的特征设备，由坦克履带状链条构成，带动燃料在其上水平移动燃烧，炉排转速是控制链条炉燃烧的重要手段，炉排转速加快，锅炉出力增强。通常的控制手段是调节炉排电机的转速，实现炉排速度的控制，控制设备有滑差电机和变频器两种形式，由于滑差电机可控性、线性度、可靠性较差，目前已经基本不采用。第4页共43页2、给煤滚筒和给煤挡板用于控制煤层的厚度，与炉排联动运行，炉排快时，给煤滚筒转快和给煤挡板抬高，保证煤量和煤层厚度。目前大多数的链条炉采用给煤滚筒的形式，此时控制系统需要考虑给煤滚与炉排同步联动，采用给煤挡板时由于给煤挡板无法实现自控，通常需要人工操作，此时燃烧无法完全投入自动。3、高温过热器、低温过热器高温过热器、低温过热器（只在过热蒸汽炉中有）是蒸汽与烟气换热的重要装置，高温过热器位于烟气流动正对方向的最前部，后面依次为低温过热器、省煤器（烟气与水的换热装置）、空气预热器（空气与烟气的换热装置）等换热设备。4、减温器减温器（只在过热蒸汽炉中有），位于蒸汽管道中高过与低过之间，有两种形式：面式减温器和喷水减温器形式；面式减温器采用水与汽隔离换热的方式实现减温，对水质要求较低，滞后大，减温效果差，自动控制难度大，同时还增加了二次阀的协调控制；喷水减温器汽水在减温器中混合，减温水变成蒸汽，从而达到降低汽温的目的，对水质要求高，有的锅炉采用冷却蒸汽成水喷入减温器中。喷水减温器的减温水管道细，流量小，对给水影响小；面式减温器的减温水管径大，对汽包水位控制影响大。见下图：第5页共43页5、送风机用于给燃烧提供必要的空气，是燃烧控制的重要手段，通常送风量可以采用控制送风机变频器或送风挡板实现。6、引风机用户控制引风量实现炉膛负压控制，通常引风量可以采用控制引风机变频器或引风挡板实现。7、饱和蒸汽炉饱和蒸汽炉中，没有低温过热器、高温过热器、减温器等设备，汽水回路简单，给水经省煤器进入汽包，饱和蒸汽由汽包直接引出；自动控制回路中没有主蒸汽温度控制回路，汽水部分主要控制汽包水位，其他控制与过热蒸汽炉相同。8、热水锅炉产生的是热水，与饱和蒸汽炉相比，没有汽包，汽水系统更为简单，整个锅炉的控制主要有燃烧控制（通过给煤控制、送风控制控制出水温度）、炉膛负压控制和补水控制等。2.5链条炉生产厂商介绍主要生产厂有：无锡锅炉厂杭州锅炉厂，济南锅炉厂，上海锅炉厂，第6页共43页链条炉由于结构简单，运行操作方便，目前广泛应用与工矿企业和热电联产企业中，目前蒸发量最大可以达到75t/h，常用规格有10、20、35、65t/h等几种规格。本文将以热电联产企业应用为例介绍。3、控制系统实施方案3.1DCS主导型整个锅炉系统采用DCS控制，只有少数几个重要参数、重要和停炉等操作有其它控制设备。此方案是目前最常采用的方案，在该方案中DCS实现DAS、MCS、SCS等所有锅炉控制，锅炉部分的操作、监视也全部在DCS上实现，含锅炉部分的电动门、电机的操作和联锁。除氧器、汽机、辅机部分的监视、控制、联锁功能也由DCS实现。电气部分也进入DCS系统。此方案，控制室明快、简洁，DCS功能发挥充分，用户维护工作少，DCS系统成为控制核心。3.2DCS为主手操为辅型锅炉系统采用DCS控制，锅炉所有的调节阀、控制等都有手操器，重要参数、重要和停炉等操作有其它控制设备。此方案目前应用较多，主要表现为有手操盘，安装手操器和各种电气按钮。此方案主要存在常规设备多，DCS与手操器等设备互相关联影响，维护工作量大，DCS功能发挥不充分。此方案主要应用与用户水平一般的项目中。提示：采用手操器的调节阀需要如下信号进入DCS系统：控制输出（AO）、阀位反馈（AI）、DCS控制/手操器控制状态切换（DI）、自动控制故障时强制手动输出（DO，非必须）。这里对电动调节阀的形式和控制做一下介绍：方案A：AO卡+一体化电动调节阀原理图如下：第7页共43页DCS系统AO卡（4~20mA输出）一体化电动调节阀控制输出DCS系统AI卡（4~20mA输入）阀位反馈特点：1、方案成熟。2、成型产品多，工程应用实例多。3、线路结构简单，维护工作量小。4、由于阀门特性生产厂商非常清楚，因此该方案可靠性高，选择厂商正确，基本不会有维护工作量。5、该方案目前应用最广，最成熟。方案B：AO卡+饲服放大器原理图如下：DCS系统AO卡（4~20mA输出）饲服放大器远控型阀门4~20mA正反转阀位反馈DCS系统AI卡（4~20mA输入）阀位反馈特点：1、产品、方案均成熟，可靠性高，应用实例广泛，工程应用广。2、设备投资少，维护简单，线路结构简单。3、AO卡、饲服放大器可靠性高。方案C：PAT卡+固态继电器原理图如下：第8页共43页DCS系统PAT卡（正反转电平输出）固态继电器远控型阀门正反转电平正反转阀位反馈特点：1、方案新颖。2、产品、方案均不很成熟，工程应用实例少。3、线路结构复杂，需要多次转接。4、设备投资大，维护量大;从目前应用看，由于阀门特性的不同，固态继电器的选择较困难，经常出现固态继电器被击穿的问题，由此造成维护工作量大。5、固态继电器可靠性低。3.3DCS和常规仪表1：1冗余型此方案出现DCS应用早期，目前已经不使用；主要问题是维护工作量大，DCS和常规仪表互相关联，系统整体可用差。3.4工艺控制设备及控制方案3.4.1锅炉对于及有送引风控制即有挡板、又有变频器的系统，通常采用变频器实现自控，挡板作为手操。表3.4.1单台链条炉DCS控制的设备列表种类设备名称数量控制说明使用的控制模块备注电动门主给水调节阀前给水电动门1MS_Control_PW主蒸汽电动门1MS_Control_PW紧急排汽电动门1MS_Control_PW紧急放水电动门1MS_Control_PW电机引风机1MK_Control_PW送风机1MK_Control_PW炉排电机1MK_Control_PW给煤滚筒1MK_Control_PW调节阀减温水流量控制调节阀1FB_VapTCon给水流量控制调节阀1FB_BoiLCon二次阀1只有面式减温器有第9页共43页送风挡板1FB_Wind引风挡板FB_NegPCon变频器引风机1送风机1炉排电机1FB_CoalCon给煤滚筒13.4.2除氧器除氧器主要用于给锅炉供除氧水，除氧原理是给水中通蒸汽，使水温保持在103℃，达到除氧的目的，控制除氧温度是通过控制进蒸汽流量实现除氧器压力的稳定来实现的；除氧器的主要控制有水位控制和压力控制。多台除氧器，一般采用母管制运行，控制时互相影响较大。表3.4.2除氧器DCS控制的设备列表种类设备名称数量控制说明使用的控制模块备注电动机1#给水泵1MK_Control_PW2#给水泵1MK_Control_PW1#回水泵1MK_Control_PW2#回水泵1MK_Control_PW调节阀压力调节阀（进蒸汽量）1BSC水位调节阀（进水）1BSC3.4.3热网部分热网部分主要是一些电动门和减温减压器。表3.4.3热网部分DCS控制的设备列表种类设备名称数量控制说明使用的控制模块备注电动门1#供热电动门1MS_Control_PW调节阀减温减压器压力控制1BSC减温减压器温度控制1BSC3.5DCS控制系统实施方案1、供电要求DCS系统供电要求采用双路冗余供电；每个控制柜的两路供电，一路来自厂用电，另一路来自UPS；操作站的供电可以一部分采用UPS供电，一部分采用厂用电。2、接地系统，一般采用我公司规定的一点接地原则；有些热电厂，厂里只有统一的电气接地网，无法找到独立地桩，DCS接地只能接到电气网上。第10页共43页3、控制室布置、测点分配、机柜卡件布置和端子接线同一锅炉的信号安排在同一控制站中。相同类型的信号放在一块。对于重要信号，尽量分配在不同卡件上。由于开关量输出通常都采用继电器隔离，在端子接线图上要注意信号的来源。3.6仪表选型、继电器柜及其他外配设备链条炉中，仪表选型无特殊要求：温度测量：热电企业没有太高要求，低于300℃选用Pt100，300～1200℃选用K型热电偶，大于1200℃选用S型热电偶；由于S型热电偶价格昂贵也有用户全部选用K型热电偶流量测量：对蒸汽流量测量和累积要求高，一般蒸汽和水的测量用孔板；风量测量，一般采用机翼测量装置；热电项目中所有的流量必须累积。压力差压测量：采用一般的压力和差压变送器；氧含量：锅炉经济燃烧的重要指标，氧含量高燃烧充分，但风速过快