DCS在生物質(zhì)發(fā)電廠自動(dòng)控制的應(yīng)用解析

潘新華

摘 要：本文首先簡(jiǎn)單的分析了DCS在生物質(zhì)發(fā)電廠自動(dòng)控制的應(yīng)用背景，而后對(duì)DCS在生物質(zhì)發(fā)電廠自動(dòng)控制的應(yīng)用策略進(jìn)行簡(jiǎn)單的研究，希望能夠?yàn)槲覈?guó)生物質(zhì)能發(fā)電廠的建設(shè)提供一定的參考和支持。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；DCS；自動(dòng)控制

引言

近年來(lái)，中國(guó)的生物質(zhì)能利用率越來(lái)越高，特別是在發(fā)電方面的技術(shù)越來(lái)越成熟，這顯然是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略構(gòu)想相關(guān)要求的，也是完全順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流的一種嘗試。但是問(wèn)題在于，目前我國(guó)的生物質(zhì)發(fā)電廠自動(dòng)控制技術(shù)還不夠成熟，在自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)方面存在一定的困難，因此對(duì)本課題進(jìn)行研究具有突出的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 DCS在生物質(zhì)發(fā)電廠自動(dòng)控制的應(yīng)用背景

中國(guó)自古以來(lái)就是農(nóng)業(yè)大國(guó)，經(jīng)濟(jì)的主體也多為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，時(shí)至今日農(nóng)業(yè)仍然在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中扮演著不可或缺的角色。各種農(nóng)作物生產(chǎn)的副產(chǎn)品，如秸稈、甘蔗渣、玉米芯等等，數(shù)量和規(guī)模都十分可觀，同時(shí)中國(guó)的森林資源比較豐富，林業(yè)資源應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生的樹(shù)皮、木屑一類(lèi)的副產(chǎn)品也非常多，每年的產(chǎn)量大概在五億噸左右，其燃燒產(chǎn)生的能量與二點(diǎn)五億噸的煤炭相當(dāng)。正是在這種情況下，我國(guó)的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)得到了前所未有的進(jìn)步，借助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和林業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品進(jìn)行燃燒發(fā)電，取代過(guò)去的化石能源作為發(fā)電的主要能源來(lái)源，具有突出的環(huán)境效益優(yōu)勢(shì)。生物質(zhì)發(fā)電廠與常規(guī)火力發(fā)電廠的不同在于，生物質(zhì)燃料的燃燒情況和放熱情況都會(huì)受到一些外在因素的變化而發(fā)生改變，比如說(shuō)在其濕度出現(xiàn)變化的時(shí)候燃燒釋放出的熱量就會(huì)大打折扣，更重要的是不一樣的生物質(zhì)燃料在燃燒的時(shí)候，穩(wěn)定性也有所不同，因此想要按照原有的燃料需求量計(jì)算方法對(duì)生物質(zhì)燃料的投放量加以確定，很容易出現(xiàn)計(jì)算不準(zhǔn)確等問(wèn)題，因此在設(shè)計(jì)生物質(zhì)發(fā)電廠的鍋爐系統(tǒng)的時(shí)候，一般需要基于汽輪機(jī)跟隨的負(fù)荷控制方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。在外部的負(fù)荷出現(xiàn)變化的時(shí)候，鍋爐的主控制程序?qū)?huì)及時(shí)調(diào)節(jié)鍋爐燃燒率并且對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽量進(jìn)行控制，在此基礎(chǔ)上汽輪機(jī)即可根據(jù)負(fù)荷波動(dòng)完成調(diào)整，不難看出在這個(gè)過(guò)程中，生物質(zhì)發(fā)電廠的自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)揮了不可或缺的作用。

2 DCS在生物質(zhì)發(fā)電廠自動(dòng)控制的應(yīng)用策略

2.1 負(fù)荷控制

從目前常見(jiàn)的生物質(zhì)發(fā)電廠來(lái)看，鍋爐負(fù)荷控制的運(yùn)行模式主要是蒸汽鍋爐控制技術(shù)，也可以稱(chēng)為汽輪機(jī)跟隨控制技術(shù)，主要就是在機(jī)組負(fù)荷出現(xiàn)變動(dòng)的情況下，由鍋爐主控制器發(fā)出控制指令，調(diào)整鍋爐燃燒率，主汽壓力隨即產(chǎn)生波動(dòng)，為了維持主汽壓力的穩(wěn)定，汽輪機(jī)主汽壓力控制器輸出指令調(diào)整汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門(mén)，改變汽輪機(jī)進(jìn)汽量，從而最終達(dá)到發(fā)電機(jī)組輸出功率與給定功率逐步平衡的目標(biāo)。在這種汽輪機(jī)跟隨的負(fù)荷控制方式下鍋爐可以直接決定發(fā)電機(jī)組的輸出功率，即由鍋爐控制機(jī)組負(fù)荷，而由汽輪機(jī)控制來(lái)主汽壓力。負(fù)荷控制主要目的是根據(jù)負(fù)荷需求調(diào)節(jié)鍋爐的燃燒量和風(fēng)量，比如說(shuō)輸入的總風(fēng)量和二次風(fēng)量的比例、燃料的投放量、播料風(fēng)量的多少等等，都受到負(fù)荷需求的影響。

2.2 燃燒控制

機(jī)組負(fù)荷發(fā)出的燃料量調(diào)節(jié)指令即為燃料量指令，總?cè)剂狭颗c總風(fēng)量進(jìn)行交叉限制后作為燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定值，與給料機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行偏差運(yùn)算，結(jié)果經(jīng)過(guò)燃燒調(diào)節(jié)器輸出分別作為每臺(tái)給料機(jī)轉(zhuǎn)速的給定指令，總?cè)剂狭颗c總風(fēng)量交叉限制的目的是為了保證燃料能得到充分燃燒。采用爐排形式的生物質(zhì)鍋爐也有細(xì)分，例如固定爐排、振動(dòng)爐排以及鏈條爐排等，爐排的運(yùn)行控制和鍋爐燃燒效果息息相關(guān)。振動(dòng)爐排運(yùn)行方式主要采取周期性原則進(jìn)行控制，根據(jù)負(fù)荷確定合適的停機(jī)時(shí)間和振動(dòng)時(shí)間。在主要的燃料正常燃燒的時(shí)候，工作人員可開(kāi)始振動(dòng)周期，每持續(xù)半個(gè)小時(shí)停運(yùn)一次，在震動(dòng)過(guò)程中對(duì)爐排的燃料進(jìn)行攪動(dòng)，這樣一來(lái)能夠提升鍋爐內(nèi)部的燃燒效率，進(jìn)而增強(qiáng)鍋爐的負(fù)荷。

2.3 爐膛負(fù)壓控制

在滿(mǎn)足充足風(fēng)量的條件下，鍋爐燃燒通常需維持爐膛出口壓力在負(fù)壓運(yùn)行。爐膛負(fù)壓的高低，關(guān)系著鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。負(fù)壓過(guò)高易造成燃料外泄、有引起爐膛爆炸的危險(xiǎn)，負(fù)壓過(guò)低則會(huì)造成風(fēng)機(jī)的耗電量增加。調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)入口擋板的開(kāi)度是控制爐膛負(fù)壓的主要手段，引風(fēng)控制主要由單回路系統(tǒng)構(gòu)成，為了準(zhǔn)確的測(cè)定爐膛內(nèi)部的壓力，可在兩側(cè)爐膛出口各設(shè)置三組壓力測(cè)點(diǎn)，取每側(cè)的中值作為數(shù)據(jù)參考，工作人員可以借助操作系統(tǒng)人工設(shè)置爐膛負(fù)壓的標(biāo)準(zhǔn)值，在標(biāo)準(zhǔn)值和實(shí)際壓力值之間進(jìn)行一定調(diào)節(jié)，借助引風(fēng)機(jī)入口擋板開(kāi)度即可確定引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)效率，進(jìn)而達(dá)到控制爐膛內(nèi)壓力的效果。由于一次風(fēng)量和二次風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，需經(jīng)過(guò)一段時(shí)間爐膛負(fù)壓才發(fā)生變化，因此在上述單回路系統(tǒng)中需要加入總風(fēng)量作為前饋補(bǔ)償信號(hào)，以提高一、二次風(fēng)量變化時(shí)爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。在爐膛內(nèi)部的壓力太大的時(shí)候，引風(fēng)機(jī)的擋板指令為閉鎖減，反之在爐膛內(nèi)部的壓力太小的時(shí)候其指令則為閉鎖增。在鍋爐燃燒中如果發(fā)生爐膛壓力過(guò)高或過(guò)低，鍋爐已不能良好運(yùn)行的情況，應(yīng)采取緊急停爐等措施，迅速中斷燃料供應(yīng)，停止二次風(fēng)機(jī)，同時(shí)將送風(fēng)機(jī)開(kāi)度加大，用一次風(fēng)將爐膛內(nèi)的熾熱燃料吹冷，當(dāng)溫度降至安全情況時(shí)，停止送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。

2.4 送風(fēng)控制

送風(fēng)控制系統(tǒng)可以分成含氧量校正和風(fēng)量控制兩部分，控制系統(tǒng)通過(guò)負(fù)荷反饋值確定標(biāo)準(zhǔn)含氧量，而后據(jù)此確定二次風(fēng)量指令使二次風(fēng)量控制在合理范圍內(nèi)，風(fēng)量控制系統(tǒng)則是根據(jù)負(fù)荷指令確定風(fēng)量指令，通過(guò)調(diào)整送風(fēng)機(jī)擋板控制爐膛的進(jìn)風(fēng)量，保證燃料能夠充分的燃燒，提升生物質(zhì)能燃料的燃燒效率，解決一氧化碳等有毒有害氣體大規(guī)模排放的問(wèn)題。另外，一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板也能夠?qū)t膛內(nèi)的風(fēng)量進(jìn)行控制，讓燃料能夠充分與氧氣接觸進(jìn)行燃燒。

2.5 主蒸汽溫度控制和鍋爐給水控制

和過(guò)去的火力發(fā)電廠有所區(qū)別的地方在于，生物質(zhì)能發(fā)電廠的主蒸汽溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成比較復(fù)雜，包含有兩組一級(jí)噴水減溫器、兩組二級(jí)噴水減溫器和多組高低溫過(guò)熱器。其中主蒸汽溫度控制系統(tǒng)為雙回路控制，整個(gè)控制過(guò)程和傳統(tǒng)的減溫控制大同小異。鍋爐的給水控制主要通過(guò)調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常由鍋爐汽包水位、給水流量和過(guò)熱器出口蒸汽流量組成的三沖量串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)給水閥。鍋爐汽包水位信號(hào)經(jīng)鍋爐汽包壓力補(bǔ)償后作為主調(diào)輸入，過(guò)熱器出口集箱蒸汽流量與給水流量信號(hào)一起作為副調(diào)的反饋輸入。鍋爐在小于30%最大連續(xù)工況下低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，虛假水位現(xiàn)象并不嚴(yán)重，對(duì)汽包水位調(diào)節(jié)要求較低，可使用單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。給水旁路調(diào)節(jié)閥根據(jù)汽包水位偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，維持汽包水位穩(wěn)定。DCS系統(tǒng)根據(jù)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷自動(dòng)完成三沖量和單沖量的切換，基本無(wú)須操作人員人工干預(yù)。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，經(jīng)過(guò)實(shí)際的嘗試和研究以后可以發(fā)現(xiàn)，DCS在生物質(zhì)發(fā)電廠自動(dòng)控制的應(yīng)用具有突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其軟件水準(zhǔn)和硬件能力都足以為生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組的控制提供強(qiáng)大的控制保障。在實(shí)際應(yīng)用中，自動(dòng)化控制技術(shù)能夠保證生物質(zhì)能電廠的高效率運(yùn)行，讓生物質(zhì)發(fā)電廠得以健康穩(wěn)定的運(yùn)行，解決化石能源緊缺的困境，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的長(zhǎng)效發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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