羅克韋爾自動化電廠流化床DCS解決方案
2007/11/20 9:38:00
循環流化床鍋爐介紹 我國總的能源特征是“富煤、少油、有氣”煤炭因其儲量大和價格相對穩定,預計在本世紀前50年內仍將在我國一次能源構成中占主導地位。因此,我國燃煤鍋爐仍為主導產品。 我國是世界上少數幾個以煤為主要能源的國家之一,目前每年煤炭消費量約12億噸,其中80%通過燃燒被利用。然而,燃燒設備陳舊、效率低、排放無控制造成了能源和環境污染嚴重,能源節約與環境保護已成為現有燃煤技術所需解決的主要問題。因此,尋求一種高效、低污染燃燒技術,開發新的燃燒設備成為當務之急。 隨著我國經濟的不斷發展,鍋爐應用的范圍及單位密度逐步增長,尤其在中小型熱電項目中更為突出。另外鍋爐燃用的多是劣質煤,要求鍋爐變負荷能力強,尤其是熱電廠一般離市區比較近,循環流化床鍋爐在環保‘灰渣綜合利用方面具有其它爐型不可以擬的優勢,因此循環流化床鍋爐在中小熱電項目上具有良好市場前景。循環流化床鍋爐(CFB)燃燒技術是一項近20年來發展起來的燃煤技術。它具有燃料適應性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、負荷調節比大和負荷調節快等突出優點。自循環流化床燃燒技術出現以來,循環流化床鍋爐已在世界范圍內得到廣泛的應用,大容量的循環流化床電站鍋爐已被發電行業所接受。世界上最大容量的250MW循環流化床鍋爐已在1997年投運,多臺200~250MW大容量循環流化床鍋爐也已投產。我國集中于中型CFB的研制與開發,目前已完全商業化,并開始走向電力市場。 循環流化床鍋爐發展背景 能源問題:隨著采煤總量不斷的增加,煤質越來越差,普通鍋爐很難適應劣質煤的燃燒。環保要求:鍋爐的排放中NOX、SO2、CO等物質的排放含量應嚴格控制。燃燒傳熱技術特點:低溫、分段燃燒;穩定燃燒源;高速度、高濃度的循環流態化技術,滿足劣質煤燃燒要求;傳導、對流、輻射多種高強度的熱量傳遞 循環流化床鍋爐突出優點 循環流化床(CFB)燃燒技術作為一種新型成熟的高效低污染清潔煤技術,具有許多其它燃燒方式沒有的優點。 1)循環流化床(CFB)屬于低溫燃燒,因此氮氧化物排放遠低于煤粉爐, 2) 并可實現在燃燒過程中直接脫硫。 3)燃料適應性廣且燃燒效率高,特別適合于低熱值劣質煤。 4)排出的灰渣活性好,易于實現綜合利用,無二次灰渣污染。 5)負荷調節范圍大,低負荷可降到滿負荷的30%左右。 我國的目前現狀 在我國目前環保要求日益嚴格,電廠負荷調節范圍較大、煤種多變,原煤直接燃燒比例高、國民經濟發展水平不平衡,燃煤與環保的矛盾日益突出的情況下,循環流化床鍋爐已成首選的高效低污染的新型燃燒技術。 循環流化床鍋爐主要部分 鍋爐負荷: 20~440t/h,35、75、130、220、440 鍋爐壓力:超高壓、高壓、中壓、低壓等參數 分離器:高溫、中溫分離器,慣性、旋風分離器 冷卻方式:風冷、水冷、汽冷、絕熱分離器 返料器返料器: “J”型閥返料器, “U”型自平衡式返料器 配風系統:高壓風機、增壓風機、羅茨風機、一次風機、二次風機、引風機、流化風機、密風風機 給料系統:皮帶給煤機、螺旋給煤機、刮板給煤機 給料方式:前墻給煤、后墻給煤、回料與煤混合給煤 CFB鍋爐國內主要生產廠家 哈爾濱鍋爐廠 東方鍋爐廠 上海鍋爐廠 北京鍋爐廠 無錫鍋爐廠 濟南鍋爐廠 杭州鍋爐廠 太原鍋爐廠 四川鍋爐廠 循環流化床鍋爐工藝 循環流化床鍋爐系統示意: 燃燒系統: 給料、風室、布風板、燃燒室、爐膛 氣固分離系統: 物料分離裝置返料裝置 對流煙道: 過熱器、省煤器空預器 風煙系統: 汽水系統: 
循環流化床鍋爐燃燒過程: 
CFB鍋爐的燃料一般由煤和石灰石兩部分組成,物料(煤粒和石灰石)由給料口進入爐膛密相區下部后,被高溫物料包圍而迅速著火,并在燃燒室中伴以高速風流在沸騰懸浮狀態下進行燃燒。同時,高溫煙氣攜帶爐料和大部分未燃燼的煤粒飛逸出燃燒室頂部,其中較大顆料因重力作用沿爐膛內壁向下流動,一些較小顆料隨煙氣飛出爐膛進入物料分離裝置,經旋風分離器分離出的未燃燼燃料由返料器返送回爐膛底部,再次進入爐膛循環燃燒。經過分離的煙氣通過對流煙道內的受熱面吸熱后,離開鍋爐 循環流化床鍋爐循環流化過程: 
對CFB鍋爐,按爐內的物料濃度通常將爐膛分為密相區、過渡區和稀相區三個區域,如圖,CFB運行狀態下,在物料循環回路的不同部位,物料粒徑的分布和可燃物含量存在很大區別,物料在爐內的分布大致分為以下四種類型:內循環物料、底渣、外循環物料(循環灰)和飛灰。 循環流化床鍋爐的控制
循環流化床鍋爐燃燒系統是一個大滯后、強耦合的非線形系統,各個變量之間相互影響。有的被調參數同時受到幾個調節參數的共同影響,如床層溫度要受到給煤量、石灰石供給量、一次風量、運料量及排渣量等多個參數控制。同時,有的調節參數又影響多個被調參數。如給煤量不僅影響主氣壓力、還影響床溫、爐膛溫度、過量空氣系數及SO2含量等參數。因此,在構造CFB鍋爐控制方案時只有抓住主要矛盾,同時兼顧各個次要矛盾,才能構造出滿足系統要求的控制策略 循環流化床鍋爐控制方案(MCS) 
–鍋爐負荷控制 –燃料量控制 –一次風控制 –二次風控制 –石灰石控制 –床溫控制 –料層差壓控制 –爐膛壓力控制 –返料風控制 -冷渣器溫度控制 循環流化床鍋爐的控制 (1)鍋爐送風系統:由一臺一次風機、一臺二次風機、一臺空氣預熱器、二臺暖風器等設備構成.一次風機主要保證鍋爐的流化風量,二次風機主要保證二次風出口壓力,通過調節風門控制送風量,保持適當的風/燃比。 (2)鍋爐給料系統由二臺皮帶稱重給煤機、四臺埋刮板給煤機、二臺石灰石給料機、二臺石灰石輸送風機、二臺高壓風機等設備構成.通過調節給煤機轉速改變燃燒發熱量來控制蒸汽母管壓力,調節石灰石給料機轉速以保證脫硫效率,調節高壓風機出口風門保持一定的循環倍率。 (3)鍋爐冷渣系統由一臺風水聯合冷渣器、二臺冷渣器流化風機及二臺冷渣水泵等設備構成.通過調節進入冷渣器的風量和水量,把渣冷卻到允許排放溫度送至除灰系統。 (4)鍋爐給水系統鍋爐給水系統的任務是通過改變給水量(閥門開度)使之適應鍋爐的蒸發量,把汽包水位保持在一定范圍內,給水系統為母管制。 (5)爐膛壓力系統爐膛壓力系統通過調節引風機入口擋板控制引風量,維持爐膛出口壓力在允許范圍內。 (6)蒸汽減溫系統蒸汽減溫采用噴水減溫方式,減溫分二級,通過調節噴水量控制過熱蒸汽溫度。 (7)鍋爐點火油系統鍋爐采用床下加床上聯合點火方式,共有3個油啟動燃燒器和3支床槍。鍋爐啟動時,通過調節燃油量,將物料加熱到煤著火溫度。 循環流化床鍋爐控制方案(SCS) –鍋爐煙氣系統順序控制–一次風系統順序控制–二次風系統順序控制–鍋爐點火順序控制–給煤機順序控制–鍋爐播煤風系統順序控制–鍋爐高壓風系統順序控制–鍋爐順序啟動控制–…… 
循環流化床鍋爐安全保護(FSSS) 爐膛安全監視系統的主要作用是實現鍋爐燃燒系統的有序管理,爐膛安全監視系統(FSSS)設有爐膛吹掃、主燃料跳閘(MFT)、油燃燒器管理等功能。當各允許條件滿足時,控制燃燒器啟動和停止及保持鍋爐穩定運行,當允許條件不滿足時,執行預先設計的保護邏輯,對鍋爐實施必要的保護性措施,以確保人員、設備的安全。 
MFT動作條件 1)床溫不允許(沸下溫度≥990℃并持續5分鐘,6取4) 2)高壓風無效(高壓風機出口壓力低于設定值) 3)爐膛壓力高高(≥3.6KPa) 4)汽包水位高高(≥200)mm) 5)汽包水位低低(≤280mm) 6)引風機均跳閘 7)一次風機均跳閘 8)一次風量小于最小流化風量(一次風總風量≤80000) 9)手動MFTMFT動作:1)切斷主燃料2)關閉減溫水電動門3)指出首次跳閘原因 RA控制系統具有特點: 系統最大優點: 1)全能系統:集邏輯控制、順序控制、過程控制、傳動控制和運動控制于一體; 2)開放式網絡構架:全面支持通用現場總線,網絡簡潔、高速、可靠、靈活,采用工控先進的生產者/消費者通訊模式; 3)功能強大的處理器和統一的全局數據庫; 4)易用的高性能的信號輸入輸出模塊; 5)高可靠性,嚴格工業實踐; 6)工程開發容易,軟件界面友好,系統維護簡單; 
控制系統配置簡介 整個過程控制系統分為控制層和監控層,兩個層有機地融為一體:包含2~3臺冗余數據服務器(Server)、1個工程師站(ES)、5~9個操作員站(OS)4~9個冗余現場控制站(LCS)、一個SOE站,4個遠程I/O站(RI/O),以及2臺A3激光打印機、1臺A3針式打印機。控制層的每個現場控制站(LCS)由電源、控制器(1756-L61)、本地和遠程框架的I/O以及通訊模塊等組成(1:1冗余)。監控層的Server、ES和OS與各LCS之間采用工業以太網EtherNet/IP進行高速(100M)數據交換,并組成星型冗余網絡;各LCS

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