PKS C300系统在220 t/h煤粉锅炉DCS中的应用

张 方，李志锋

(1.河南煤业化工集团中原大化仪表公司，河南濮阳 457162;2.河南煤业化工集团鹤壁煤电股份有限公司化工分公司仪表公司，河南鹤壁 458000)

河南煤业化工集团鹤煤化工分公司动力厂锅炉形式为3台高温高压煤粉炉、四角布置燃烧器、煤粉悬浮燃烧、平衡通风、固态排渣。

燃烧设备采用中间储仓式制粉系统，热风送粉。每台锅炉送、引、排粉风机均为双系列配置。锅炉采用高能点火器点火。引燃方式为:高能点火器→轻柴油→煤粉，油枪采用机械雾化方式。燃油系统设有微油点火与常规油枪两套系统。

DCS系统采用美国HONEYWELL公司的新一代过程知识系统PKS R310 C300来实现。

PKS系统按通讯信息类别可以划分为三层网络，分别为信息网络、控制网络和I/O网络。信息网络用于操作员站与服务器间的通讯;控制网络实现C300控制器与服务器的互连;I/O网络则实现C300控制器与IO卡件的通讯。

硬件系统配置包括7个 C300控制站、5台CONSOLE站，2台FLEX站，2台服务器，FTE网络及冗余终端服务器等。控制站由电源单元、冗余C300控制器、控制站防火墙及相关I/O卡件等部分组成，完成现场信号采集、逻辑运算、控制算法、通过容错以太网FTE将数据和诊断结果传送到服务器及操作站等功能。服务器具有实时数据库功能，用于存储工程组态数据，归档系统历史数据及事件，自动生成系统报表等，操作员站采用HTML人机界面，使用网页设计技术。可以实现基于操作员，或基于操作站的安全性，完成系统指定区域范围的操作控制。终端服务器完成PKS系统与其它子系统的通实现，比如数字化电液调节系统DEH，干渣处理系统，气力输灰系统，布袋除尘系统等。

软件组态方面包括:数据采集系统(DAS)，炉膛安全保护系统(FSSS)，模拟量调节系统(MCS)，顺序控制系统(SCS)四部分。

DAS系统:完成DCS操作界面，设置趋势组、历史组、报表及操作指导信息等;顺序控制系统(SCS)SCS系统主要针对开关量设备进行控制;模拟量调节系统(MCS);炉膛安全保护系统(FSSS)。下面重点介绍一下MCS和FSSS。

1 模拟量调节系统(MCS)

重要测点，比如汽包水位、炉膛负压等，设置为三重冗余测量，当三个信号均为好值:取中值输出;有一个信号为坏值:其余两个好值取平均值输出;有两个信号为坏值:取剩下的一个好值输出。

为了保证控制回路安全可靠运行，当测量信号偏差大，测量信号坏值，控制偏差大时联锁切手动。

MCS主要包括:锅炉主控系统，燃料控制，引送风控制，炉膛压力控制，各层风层操控制，汽包水位控制，减温水调节控制，高中低压管网压力控制等。下面主要介绍一下多输出设备的控制，汽包水位控制，燃料控制，以及高中压打管网控制。

1.1 多输出设备的控制(MOCS)

当控制回路作用于多个执行机构时，如燃料指令控制2层给粉机的控制，送风指令作用于两台送风机入口挡板等，这样的控制设备定义为多输出设备。

多输出控制系统实现了以下功能:任一设备的手自动切换无平衡无扰动。在自动工况下，任一设备的偏置操作(增加/减少)，其他设备会自动减少/增加，保证系统燃料的平衡。对于多输出设备，在系统自动运行时，允许运行人员改变偏置干预设备的运行，此时输出控制系统会将运行人员的自动平衡到其他投自动的设备上，保证总量的平衡。手动设备的输出变化(增大/减少)，投自动的设备会自动减少/增加，保证主控系统的平衡。

1.2 汽包液位三冲量控制

给水控制系统控制设备包括锅炉主给水调节阀、锅炉低负荷给水调节阀。通过调整给水阀开度使汽包水位保持稳定，正常情况由主给水调节阀调汽包水位，低负荷给水调节阀主要用于锅炉启动时的汽包水位调节。另外，给水管道上还设置了给水旁路电动门。

图1 三冲量方块图

汽包水位信号采用三选一，并经过汽包压力补偿。主汽流量采用过热器出口联箱蒸汽压力以及主汽温度校正。给水流量采用给水温度校正。

主给水调节阀采用三冲量调节系统，低负荷给水调节阀采用单回路调节系统。当锅炉主汽流量大于30%时，低负荷调节阀将禁止投自动;当锅炉主汽流量小于20%时，主给水阀将禁止投自动。任何时候，主给水阀和低负荷给水阀只能有一路可以投入自动，维持汽包水位。

三冲量控制时，如果汽包水位、给水流量、主汽流量任一有坏质量，主给水调节阀切至手动。单冲量控制时，如果汽包水位有坏质量，低负荷给水调节阀切至手动。

三冲量方块图如图1所示。

1.3 燃料控制系统

锅炉主控系统发出的燃料指令即是总燃料指令，两层给粉机转速之和即总给粉机转速(代表煤量)加上燃油流量作为总燃料量，燃料控制器接受总燃料指令和总燃料量的偏差。总煤量由所有给粉机转速相加之和得出。燃油流量为进油流量减去回油流量，加上总煤量即为总燃料量。燃料控制器的输出由MOCS系统发指令到各给粉机层。每台给粉机均可手动操作，或接收层操作器自动指令，如果该给粉机停运，或MFT发生，则该给粉机转速指令将被强制设定为0。如果当前总风量小于总燃料量燃烧所需的风量，则燃料控制器闭增。

1.4 中高压蒸汽管网压力控制

为了保证后续装置需要的高、中、低压蒸汽的需求和蒸汽平衡，正常运行时，锅炉生产的高压蒸汽分三路:一路是送到下游空分装置的驱动空气压缩机的蒸汽透平;第二路引入第一台驱动发电机的蒸汽透平85K001A;第三路引入第二台驱动发电机的蒸汽透平85K001B。两台驱动发电机的汽轮机的第一级抽汽为中压蒸汽;两台驱动发电机的汽轮机的第二级抽汽为低压蒸汽。

1.4.1 高压蒸汽管网压力控制

高压蒸汽管网压力设定值为9.81 MPa，由调节器PIC-85101控制，PIC-85101为正作用调节器。PIC-85101输出的0～50%通过折线函数转换为0～100%与中压蒸汽压力调节器PIC85106输出的50%～75%通过折线函数转换为100% ～0进行低选，低选后的信号控制汽轮机的负荷。PIC-85101输出的50%～100%控制放空阀PV-85101的放空量，其开度0～100%对应PIC-85101输出的50%～100%。

1.4.2 中压蒸汽管网压力控制

中压蒸汽管网压力设定值为4.4 MPa，由调节器PIC-85106控制，PIC-85106为正作用调节器。PIC-85106输出的0～50%对应PV85106A(B执行机构)阀门的0～100%开度(通过折线函数处理)(对应DCS信号20～4 mADC)，做为稳定中压蒸汽管网压力的主要手段。PIC85106输出的50%～75%用于调节汽轮机负荷。PIC85106输出的75%～100%通过折线函数转换为0～100%的信号与PIC85206(同样测量信号为PT85106，正作用调节器)的输出进行低选，低选器输出控制PV85106C阀门的开度，调整中压蒸汽的放空量。

1.4.3 高压减温减压器的控制

高压减温减压站的作用有三个:一是正常减压，维持中压系统压力稳定;二是当发电机组跳车时，使原先通过汽轮机的蒸汽量迅速通过，保证高中压管网的平衡;三是调节减压后蒸汽温度(这里主要侧重压力控制的说明)。

高压减压阀有两个执行机构:A执行机构的作用是跟踪功能，用于跟踪 B执行机构的开度和85K001的蒸汽流量，DCS输出为:OP(PIC85106)-F85005A-F85006A［注:OP(PIC85106)为分程后信号］;B执行机构的作用是正常调节，接受PIC-85106的分程控制信号。

B执行机构还装配电磁阀，用于接收发电机组的跳车信号。汽机跳车信号发出后，电磁阀失电，同时PIC85106切为手动，3 s后，阀位变送器测量的阀位信号设为到B执行机构的阀位控制信号。4 s后，PIC85106切为自动，根据当时中压管网的压力自动调节。

2 炉膛安全保护系统(FSSS)

FSSS控制逻辑分为公用控制逻辑、燃油控制逻辑及燃煤控制逻辑三大部分。

公用控制逻辑部分包含锅炉保护的全部内容，即油泄漏试验、炉膛吹扫、主燃料跳闸(MFT)及油燃料跳闸(OFT)与首出原因记忆、点火条件等。公用控制逻辑还包括有FSSS公用设备(如火检冷却风机、燃油母管关断阀)的控制。

燃油控制逻辑包括各对油燃烧器投、切控制、对角投切及层投、切控制。

燃煤控制逻辑包括各制粉系统(煤层)的顺序控制及单个设备的控制。

FSSS操作界面主要是操作站LCD画面。作为保护系统，FSSS还有后备硬手操MFT按钮及硬跳闸继电器。下面主要介绍一下油泄漏试验，炉膛吹扫，及 MFT。

2.1 油泄漏试验

为防止供油管路泄漏(包括漏入炉膛)，油系统泄漏试验是针对进油快关阀、及单个油角阀的密闭性所做的试验。

油试验过程:若允许条件满足，将在LCD上指示“油泄漏试验允许”，这时可以从LCD上发出“油泄漏试验”指令，指令发出后，关闭燃油回油阀，打开燃油母管关断阀，同时在LCD上指示“油泄漏试验在进行中”，并自动进行下列步序:

①打开燃油母管关断阀充压，待回油阀前压力正常后关闭轻油(LDO)进油快关阀;若在90 s内，油压没有达到规定值，则发出“充油失败”信号。②若燃油母管压力合格，关闭燃油母管关断阀，开始120 s的油压监视。若回油阀前压力低于1.5 MPa，则发出“油角阀泄漏”信号。③若燃油母管关断阀后压力在120 s之内保持在1.5 MPa以上，则发出整个“油泄漏成功”信号。

2.2 炉膛吹扫

锅炉点火前，必须进行炉膛吹扫，这是锅炉防爆规程中基本的防爆保护措施。在锅炉对流烟井、烟道和将烟气送至烟囱的引风机等处均有可能积聚过量的可燃物，当这种可燃物与适当比例空气混合，遇到点火源时，即可能引燃而导致炉膛爆炸。

炉膛吹扫的目的是将炉膛内的残留可燃物质清除掉，以防止锅炉点火时发生爆燃。

主燃料跳闸(MFT)后，自动产生“请求炉膛吹扫”信号。

当一次吹扫允许条件满足后，自动产生“吹扫准备就绪”信号。运行人员在LCD上发出“启动炉膛吹扫”令，等待二次吹扫条件满足后，炉膛吹扫开始，LCD上指示“炉膛吹扫进行中”，吹扫计时器开始倒计时，时间为300 s。

为了使炉膛吹扫彻底、干净，吹扫过程必须在30%以上额定风量下持续5 min。

当所有吹扫条件满足并持续5 min，吹扫完成，在LCD上指示“炉膛吹扫成功”信号，吹扫结束。

2.3 主燃料跳闸(MFT)

主燃料跳闸(MFT)是锅炉安全保护的核心内容。是FSSS系统中最重要的安全功能。在出现任何危及锅炉安全运行的危险工况时，MFT动作将快速切断所有进入炉膛的燃料，即切断所有油和煤的输入，以保证锅炉安全，避免事故发生或限制事故进一步扩大。当MFT跳闸后，有首出跳闸原因显示;当MFT复位后，首出跳闸记忆清除。MFT跳闸条件:运行人员跳闸(2个MFT按钮同时按下);炉膛压力高高，MCS硬接线输入，三取二产生。延时3s;炉膛压力低低，MCS硬接线输入，三取二产生，延时3 s;汽包水位高高跳闸，采用模拟量判断，三取二产生，延时5 s汽包水位低低跳闸，采用模拟量判断，三取二产生，延时5 s两台送风机停止;两台引风机停止;两台火检冷却风机跳闸，延时15 s;锅炉风量＜30%，MCS硬接线输入，三取二产生。延时3 s;点火失败:失去全部燃料;失去全部火焰。

河南煤化鹤煤化工分公司动力厂220 t/h锅炉DCS系统于2012年3月正式投入运行，HONEYWELL的PKS系统完全实现了原设计规范的数据采集系统(DAS)，模拟量调节系统(MCS)，炉膛安全保护系统(FSSS)，开关顺序控制系统(SCS)等功能，DCS的投入，极大方便了运行人员对辅机及相关设备的启停操作，操作界面方便、直观，同时对运行设备出现的故障可以进行及时的反映和保护，保证了设备的运行安全。DCS系统自投入运行以来，锅炉运行稳定、可靠。操作界面人性化，美观实用、操作方便。为后续系统的顺利开车打下了坚实的基础。