DCS系统在大型生物质循环流化床机组中的应用研究

周景山

摘 要：近年来，DCS系统在循环流化床机组中的应用日益频繁，文章以湛江生物质发电厂DCS系统应用情况为例进行分析研究，总结该厂DCS系统特点并针对该厂DCS系统实际运行中存在的问题，提出优化控制方案，以期为国内大型生物质循环流化床机组DCS控制技术的应用提供参考。

关键词：DCS系统；生物质；循环流化床；应用研究

中图分类号：TK229.66 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）15-0043-02

目前，国产DCS系统价格比较低廉，而且其在设备生产上具有一定的优势，随着软件技术的不断升级，先进技术、组态学习以及技术支持上得到用户的肯定。国内的DCS系统生产厂家设计的系统相对开放，管控一体化以及现场总线监控等都达到相当高的水平，已广泛运用于生物质电厂，而其控制技术也在逐步完善。

1 湛江生物质电厂概况

湛江生物质发电厂于2008年成立，其主要打造节能、环保、惠民的新能源电力企业。公司利用湛江周边地区的树皮、秸秆以及农林废弃物等进行生物质能发电，促进当地绿色环保产业发展。公司装机容量为2×50 MW生物质循环流化床发电机组，两台机组于2010年3月开工建设，分别于2011年8月和2011年11月建成投产，为目前世界上单机容量及总装机容量最大的生物质发电厂。公司年上网电量达到6亿kW·，二氧化碳年减排量达45万t。

由于燃料的收集、加工、装卸、运输等环节需要大量农村剩余劳动力，使公司成为工业直接反哺农业、带动农村就业、增加农民收入、投身社会主义新农村建设的现代新型企业的典型。

2 湛江生物质电厂DCS系统特点

①该电厂2×50 MW机组分散控制系统采用北京国电智深控制技术有限公司生产的EDPF-NT分散控制系统，系统设计中融合网络、计算机、数据库以及自动化控制技术。具有良好的硬件兼容性及良好的软件扩展性。

②以网络通信技术作为基础，采用面向对象设计单元，以功能自治为基本原则，将其划分为工程师站、过程控制站、历史数据记录站、接口工作站以及操作员站。

③整个网络按照节点组成将其分为很多独立的域，通过域管理技术实现日常管理，实现各个域管理的时候，通信不会产生干扰和影响。

④利用独立小系统完成化水、除灰、生活污水处理等工作，并且还加入DCS系统的监视功能，减少常规监控设备，从而有效提升发电机组的监控水平。

⑤DEH系统与DCS系统采用完成相同的支撑软件、人机界面以及基本硬件结构，实现与DCS系统一体化、开放式的DEH系统。

⑥DCS范围内的设备工作电源设计有分区域（12个）采用独立的电源切换装置，通过电源切换装置提高DCS设备电源可靠性。

3 湛江生物质电厂DCS系统的运行情况

3.1 运行中存在的问题

3.1.1 燃烧及给料问题

该电厂由于其燃料的特殊性，在发电的过程中往往存在着燃料湿度变化不稳定的情况，所以不能按负荷计算出应该投入的燃料量的常规控制方法，而应通过对风量的计算调节给料量，并且对风速等进行精心调控，使得燃料充分燃烧，这在本质上改变常规燃煤电厂的控制方式。此外，湛江生物质电厂由于燃料运输、切割、储运等工艺存在着很大问题，不够集成化，这些问题在上料系统工作时易导致皮带周围空气粉尘浓度过高，存在较大的安全隐患。同时，上料系统还容易出现堵塞，不能确保锅炉的连续安全稳定运行。

3.1.2 FSSS系统问题

FSSS系统使锅炉燃烧系统中各设备按规定的操作顺序和条件安全启（投）、停（切），并能在危机工况下迅速切断进入锅炉炉膛的全部燃料（包括点火燃料），防止爆燃、爆炸等破坏性事故发生，以保证炉膛安全的保护和控制系统。包括炉膛安全系统和燃烧器控制系统。

该电厂FSSS系统原设计中存在着MFT动作关闭锅炉主蒸汽出口电动门1和2，因其机组为循环流化床机组，其本身就存在着蓄热量较大的问题，因此必须要加以改造。此外，原MFT动作跳A和B返料风机，同时有MFT硬线至ETS机柜用来MFT动作跳机，这些都不利于生物质循环流化床机组的实际运用，必须根据实际情况加以改进。

3.1.3 给水系统问题

该电厂2台机组共设计3台电动给水泵（A、B和C），其中A给泵给#1机组供水，B给泵给#2机组供水，C给泵作为A和B给泵的备用泵。由于生物质锅炉的燃烧特性，机组负荷很难在一定范围内保持较长时间的稳定，因此导致机组的给水自动很难投好。

3.2 相应的解决策略

3.2.1 燃烧及给料问题解决策略

由于生物质燃料的特殊性，不能通过常规控制方法即按负荷计算出应该投入的燃料量，经过充分的分析讨论，最后采取通过总风量来计算给料系统的8台螺旋输送机的给料量，将螺旋输送机的频率作为反馈，螺旋给料机的指令为两台输送机指令和的1.2倍。燃烧控制以及燃料给定的SAMA图如图1、图2所示。

3.2.2 FSSS改善策略

原设计中，由于机组为循环流化床机组，蓄热量较大，故取消MFT联锁关闭锅炉主蒸汽出口的电动门1、2（包含软逻辑和MFT硬接线）。而对于MFT动作跳A、B返料风机问题，则通过取消MFT保护跳A、B返料风机来解决。

3.2.3 给水系统问题解决策略

针对备用给泵的使用问题，应该做好相应的电泵控制逻辑设计，在控制备用泵的时候选择合理的控制指令。默认C备用给泵作为A给泵的备用泵，且备用泵勺管指令跟踪A电泵的勺管指令；当B给泵跳泵后，备用泵勺管指令跟踪B给泵的勺管指令。

针对给水自动问题，经过多次试验调整，针对#1机和#2机的给水自动三冲量PID控制参数进行调试，给水自动越来越稳定，#1机组采取PID变参数控制，#2机组采取PID定参数控制。

4 遗留问题及改进策略

该电厂作为世界上最大的生物质电厂，目前已运行三年多时间，机组已逐步稳定运行，但除锅炉爆管等难以解决的遗留问题之外，还有部分遗留有较大完善空间的问题可以逐步去安排解决。

遗留下来的主要问题有两方面：

①给水母管制问题。该电厂两台机组在设计中可以实现给水母管运行方式，在机组给水母管制运行时，给水泵用勺管来控制给水母管压力，用给水副路调门来控制汽包水位。逻辑里控制功能已经完善，但是两台机组一直未进行给水母管制运行，所以给水压力自动一直未能投入。

②协调问题。由于生物质燃料的特性，导致锅炉燃烧不稳定，造成锅炉主控和汽机主控未能投入自动。

针对以上存在的问题，能否解决在燃烧不稳定的情况下将锅炉主控、汽机主控以及协调投上，对热控专业而言是个技术性的挑战，但可以根据DCS历史曲线的分析，针对不同的燃烧工况进行控制参数的整定试验，并利用每年的技改机会逐步改进。

5 DCS系统在大容量生物质循环流化床机组应用的 展望

近年来，随着低碳经济的发展不断提高节能减排的要求，并且国内外对生物质能的开发利用力度不断加大，我国政府也把生物质能的综合利用提到新能源开发的重要位置，加大对生物质能开发的政策支持力度。而循环流化床机组在生物质电厂的应用日益成为主流，特别是大容量生物质电厂的建设也将成为趋势。

DCS系统在工业控制发展中，由于计算机的加入使得控制技术发生很大的变化。DCS系统具有自主性、友好性、协调性、可靠性等特点，国内多将其应用于石化、炼油、发电以及化纤等生产制造中，而其在大型生物质电厂的应用也将成为必然。

6 结 语

DCS系统在湛江生物质电厂的应用，极大程度地提升整个清洁能源领域电力生产的效率以及安全性，因此本文针对该厂DCS系统的特点以及存在的问题进行分析并提出改善策略，期望与同行进行交流与研究，实现共同进步。

参考文献：

[1] 孟祥宝.DCS系统在循环流化床锅炉控制中的应用研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2011.

[2] 孟磊.大型循环流化床机组节能优化运行技术研究[D].北京：华北电力大学，2013.

[3] 刘友宽.300 MW循环流化床机组控制技术应用研究[D].昆明：昆明理工大学，2010.