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關鍵詞　循環流化床鍋爐　TPS系統　

一、 引言

    本文介紹了HONEYWELL TPS系統在鎮海煉油化工股份有限公司化肥廠鍋爐煤代油技改項目的應用，鎮海煉化化肥廠鍋爐煤代油技改項目主要是利用煤和石油焦來代替渣油作鍋爐燃料，新建2臺410t/h循環流化床鍋爐，對鎮海煉化公司化肥廠現有的2臺200t/h燃油鍋爐供熱電站進行改造，自控部分主要是新建循環流化床鍋爐的控制，以及升級原燃油鍋爐的控制系統并將其并入新建控制系統中。

二、 控制方案

    鎮海煉化鍋爐煤代油技改項目2×410t/h 高溫高壓循環流化床（CFB）鍋爐加2×50 MW電液調速抽汽冷凝機組，采用切換母管制運行方式。鍋爐采用美國FWEC的循環流化床鍋爐，汽機采用上海汽輪機有限公司的抽汽冷凝式汽輪機。鎮海煉化鍋爐煤代油技改項目的控制系統主要包括鍋爐部分控制、汽機及BOP部分控制。

    1. 鍋爐部分控制主要控制回路：
 
    主蒸汽負荷控制

    對于蒸汽負荷控制的實現，最終是通過改變燃料量和總風量來完成的。鍋爐負荷調節系統采用以控制鍋爐出口壓力為主調，同時引入主蒸汽流量作為蒸汽量變化的前饋信號。
 
    總風量控制

    鍋爐主控系統發出的風量指令即是總風量指令，而總風量中，一、二次風所占比例最大，同時直接影響鍋爐的運行、燃燒等工況。所以總風量調節就是通過改變一、二次風量的調節指令來保證鍋爐所需的總風量。其特點為：鍋爐主控系統來的總風量與補償總燃料量信號取大值作為調節器的設定值，以保證負荷變化時滿足先加風后加燃料或先減燃料后減風的要求，從而保證一定的過剩空氣量。
 
    燃料量控制

    鍋爐主控系統發出的燃料指令即是總燃料指令，通過與總風量比較取小值作為調節器的設定值，調節器的輸出作為石油焦和煤（混合）給定量指令。
 
    一次風量控制

    總風量控制發出的一次風量指令經床溫補償后作為調節器的設定值，通過改變一次風機入口導葉完成一次風量的調節。
 
    二次風量控制

    總風量控制發出的二次風量指令經床溫及煙氣氧量信號補償后作為調節器的設定值，調節器的輸出分兩路作為上部二次風流量和下部二次風流量的指令。
 
    二次風壓控制

    引入表征鍋爐負荷的蒸汽流量經函數運算后作為串級調節器的設定值，通過改變二次風機入口導葉完成二次風壓的調節。
 
    氧量控制

    引入表征鍋爐負荷的蒸汽流量經函數運算后作為調節器的設定值，調節器的輸出作為二次風流量的指令。
 
    床溫控制
   
    床溫調節的目的是優化和減少煙氣中SO2的含量，通過再分配燃燒室不同燃燒風風量而總風量不變保持最佳的床溫。調節器輸出信號分兩路作為二次風流量調節和一次風流量調節的指令。
 
    一次風暖風器出口風溫控制

    該控制的目的是防止一次風溫度低于露點而腐蝕空預器管道。通過改變進入一次暖風器輔助蒸汽管道上的調節閥開度來調節一次風暖風器出口風溫。
 
    二次風暖風器出口風溫控制

    該調節的目的是防止二次風溫度低于露點而腐蝕空預器管道。通過改變進入二次暖風器輔助蒸汽管道上的調節閥開度來調節二次風暖風器出口風溫。
 
    石灰石投入量控制
    
    目的是控制煙氣出口SO2，通過調節石灰石給料機轉速來調節石灰石的給料量。
 
    爐膛壓力控制

    總風量作為爐膛壓力調節的前饋信號，當鍋爐負荷變化時，總風量相應變化，預先動作引風機入口導葉。比較爐膛壓力三重冗余變送器輸出值，采取三取二的方式取出爐膛壓力控制系統的反饋信號。
 
    汽包水位控制

    每臺鍋爐的汽包水位通過調節其給水管道上給水調節閥開度實現，正常運行時的控制應是由蒸汽流量、汽包水位和給水流量組成的三沖量控制系統，啟動時只有汽包水位的單沖量控制。單沖量控制和三沖量控制的相互切換是無擾動，在異常情況下，控制系統由自動切換至手動操作。
 
    主蒸汽溫度控制

    主蒸汽溫度調節系統分前后兩級和左右兩側減溫調節：

    a. 一級過熱蒸汽溫度調節

    改變一級左右兩側減溫水調節閥開度，調節一級過熱器出口蒸汽溫度。

    b. 二級過熱蒸汽溫度調節
   
    改變二級左右兩側減溫水調節閥開度，調節二級過熱器出口蒸汽溫度。

    汽機本體部分的轉速、抽汽壓力、功率等控制均由汽機DEH系統控制實現，在此不做贅述，以下列出的汽機及全廠公用部分回路控制均在HONEYWELL TPS系統中實現。

    2. 汽機及全廠公用部分主要控制回路：
 
    汽封壓力控制回路

    汽輪機汽封壓力調節的目的是控制汽機均壓箱的壓力藉以穩定汽機汽封壓力，采用調節進入均壓箱的蒸汽量來達到目的。
 
    冷凝器熱井液位控制回路
    
    改變至冷凝器的化學補充水管路上的調節閥開度，調節冷凝器熱井液位。
 
    低壓加熱器液位控制回路
    
    改變低壓加熱器的疏水管路上的調節閥開度，調節低壓加熱器液位。
 
    除氧器壓力控制
    
    改變除氧加熱蒸汽管道上的調節閥開度，調節除氧器壓力。
 
    除氧器液位控制

    除氧器液位控制由調節除氧器液位調節閥和凝結水再循環調節閥來實現。為更好地調節除氧器液位，除氧器液位調節閥和凝結水再循環調節閥實行分程調節，在啟動或低負荷運行時，通過調節凝結水再循環調節閥來實現除氧器液位控制；在正常運行時，通過調節除氧器水位調節閥來實現除氧器液位控制。
 
    減溫減壓器出口壓力控制

    改變減溫減壓器壓力調節閥閥門開度，調節減溫減壓器壓力。
 
    減溫減壓器出口溫度控制

    改變減溫減壓器減溫水管路上的調節閥閥門開度，調節減溫減壓器出口溫度。
 
    減溫器出口溫度控制

    改變減溫器減溫水管路上的調節閥閥門開度，調節減溫器出口溫度。

三、 系統構成

    鎮海煉化鍋爐煤代油技改項目中采用HONEYWELL公司的TPS控制系統，實現該項目中的數據采集、監視、控制等功能。

    TPS系統采用三層網絡結構：最上層工業以太網；第二層為LCN控制網，工程師站、操作員站和數據采集站都掛在LCN網上；第三層為UCN控制網，各子系統控制器都掛在UCN網上。原化肥油鍋爐控制系統從TDC3000升級到TPS系統，再通過光纖通訊連接到新建TPS系統的LCN網上。具體控制系統的配置詳見附圖一。

    控制器的配置：每臺鍋爐配置3套冗余控制器，每臺汽機配置1套冗余控制器，全廠共配置8套冗余控制器。

    整個項目測點統計如下：
 
    

    TPS系統配置的卡件類型及數量如下：

    （1） 模擬量輸入卡（型號為MC-PAIH03），共46塊。
    
    4～20mA信號(接地或不接地)，最大輸入阻抗為250Ω，系統提供4～20mA二線制變送器的直流24V電源。對1～5VDC輸入，輸入阻抗必須是500KΩ或更大。每塊輸入卡件的點數為16點。本系統內部分AI卡為冗余配置，即外部AI點經一塊FTA進入不同的兩塊AI卡。

    （2） 模擬量輸出卡（型號為MC-PAOY22），共18塊。
    
    4～20mA，具有驅動回路阻抗大于750Ω的負載能力。系統提供24VDC的回路電源。每塊輸出卡件的點數為16點。本系統的AO卡配置為冗余輸出，即所有的控制AO點都從兩塊不同的AO卡輸出，再經過一塊FTA輸出至調節閥和執行機構。

    （3） 數字量輸入卡（型號為MC-PDIY22），共53塊。

    接點接通為1，開回路(電阻無窮大)為0。系統提供對現場輸入接點的“查詢電壓”，查詢電壓等級為24VDC。每塊輸出卡件的點數為32點。電氣來的數字量輸入信號都經過中間繼電器隔離，中間繼電器放置在繼電器柜內。

    （4） 數字量輸出卡（型號為MC-PDOY22），共26塊。
    
    數字量輸出模件采用晶體管輸出，均外帶繼電器電隔離，在繼電器柜內配置中間繼電器或接觸器、冗余的工作電源。每塊輸出卡件的點數為32點。

    （5） 模擬量輸入RTD/TC卡（型號為MC-PAIL02），共38塊。

    能直接接受三線(不需變送器)的 Cu50Ω、Pt100Ω等類型的熱電阻信號，也能接受各種分度號的熱電偶信號(不需變送器)。每塊輸入卡件的點數為8點。

    （6） 多路模擬量輸入卡(型號為MC-PLAM02)，共12塊。

    能直接接受三線(不需變送器)的 Cu50Ω、Pt100Ω等類型的熱電阻信號，也能接受各種分度號的熱電偶信號(不需變送器)。每塊輸入卡件的點數為32點。

    （7） SOE輸入卡（型號為MC-PDIS12），共10塊。

    SOE為DCS系統專用的帶CPU的高速測量卡件，不需要通過數據通訊總線得到，SOE分辨率為1ms。每塊輸入卡件的點數為32點。

    本項目TPS系統共配置了5雙屏操作員站、1臺單屏操作員站、1臺工程師站、1臺系統歷史數據服務器、1臺OPC服務器、1臺A3激光打印機和1臺A3針式打印機。為每臺鍋爐配置了1臺雙屏操作員站，兩臺鍋爐再配置1臺單屏操作員站；為汽機及公用系統配置2臺雙屏操作員站；為原化肥油鍋爐配置1臺雙屏操作員站。
    
四、 冗余設計

    在鎮海煉化鍋爐煤代油技改項目的TPS系統中，多處采用冗余設置。

    首先，系統供電采用了冗余設置，一路為廠用電源，一路為UPS電源，任何一路電源故障都報警，二路冗余電源通過切換回路耦合，在一路電源故障時能自動切換到另一路，采用具有電流均衡輸出功能并可并聯運行的電源設備，以保證任何一路電源的故障均不會導致系統的任一部分失電；

    其次，操作員站和工程師站能互為冗余，所有操作員站和工程師站組態相同，可互為備用，即操作員站和工程師站都能對現場設備進行監視和控制；

    再次，控制通訊總線的冗余，以保證可靠和高效的系統通訊，連接到數據通訊系統上的任一系統或設備發生故障，不會導致通訊系統癱瘓或影響其它聯網系統和設備的工作；

    最后，在I/O卡件上，對重要的測點實現了I/O通道冗余，而且在I/O測點的布置上，如果一次元件為冗余設置，即同一參數點設多支一次元件，則這些測點將被布置在不同的卡件上。

五、 系統的安全性

    該系統多處采用冗余設置，增加了系統的可靠性。除此之外，從電氣設備來的數字輸入量信號及全部的數字量輸出采用繼電器隔離，不直接接入系統，避免瞬間大電流，高電壓傳入系統，造成系統設備的損壞。此外，HONEYWELL TPS系統的I/O卡件、通訊卡件和網絡還具有自診斷功能，某個地方出現故障能在操作界面上清楚的顯示出來，方便盡快排除故障。

六、 結束語

    從該控制系統的實際運行來看，整個控制系統的保護都已全部投上，超過95％的自動調節都已投入，證明了HONEYWELL TPS控制系統在實際生產中具有較強的實用性和較高的安全性。