罗克韦尔自动化电厂流化床DCS解决方案

循环流化床锅炉介绍 我国总的能源特征是“富煤、少油、有气”煤炭因其储量大和价格相对稳定，预计在本世纪前50年内仍将在我国一次能源构成中占主导地位。因此，我国燃煤锅炉仍为主导产品。 我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一，目前每年煤炭消费量约12亿吨，其中80%通过燃烧被利用。然而，燃烧设备陈旧、效率低、排放无控制造成了能源和环境污染严重，能源节约与环境保护已成为现有燃煤技术所需解决的主要问题。因此，寻求一种高效、低污染燃烧技术，开发新的燃烧设备成为当务之急。 随着我国经济的不断发展，锅炉应用的范围及单位密度逐步增长，尤其在中小型热电项目中更为突出。另外锅炉燃用的多是劣质煤，要求锅炉变负荷能力强，尤其是热电厂一般离市区比较近,循环流化床锅炉在环保‘灰渣综合利用方面具有其它炉型不可以拟的优势,因此循环流化床锅炉在中小热电项目上具有良好市场前景。循环流化床锅炉(CFB)燃烧技术是一项近20年来发展起来的燃煤技术。它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点。自循环流化床燃烧技术出现以来，循环流化床锅炉已在世界范围内得到广泛的应用，大容量的循环流化床电站锅炉已被发电行业所接受。世界上最大容量的250MW循环流化床锅炉已在1997年投运，多台200～250MW大容量循环流化床锅炉也已投产。我国集中于中型CFB的研制与开发，目前已完全商业化，并开始走向电力市场。 循环流化床锅炉发展背景 能源问题:随着采煤总量不断的增加，煤质越来越差，普通锅炉很难适应劣质煤的燃烧。环保要求:锅炉的排放中NOX、SO2、CO等物质的排放含量应严格控制。燃烧传热技术特点:低温、分段燃烧；稳定燃烧源；高速度、高浓度的循环流态化技术，满足劣质煤燃烧要求；传导、对流、辐射多种高强度的热量传递 循环流化床锅炉突出优点 循环流化床（CFB）燃烧技术作为一种新型成熟的高效低污染清洁煤技术，具有许多其它燃烧方式没有的优点。 1）循环流化床（CFB）属于低温燃烧，因此氮氧化物排放远低于煤粉炉， 2) 并可实现在燃烧过程中直接脱硫。 3）燃料适应性广且燃烧效率高，特别适合于低热值劣质煤。 4）排出的灰渣活性好，易于实现综合利用，无二次灰渣污染。 5）负荷调节范围大，低负荷可降到满负荷的30%左右。 我国的目前现状 在我国目前环保要求日益严格，电厂负荷调节范围较大、煤种多变,原煤直接燃烧比例高、国民经济发展水平不平衡,燃煤与环保的矛盾日益突出的情况下，循环流化床锅炉已成首选的高效低污染的新型燃烧技术。 循环流化床锅炉主要部分 锅炉负荷: 20～440t/h，35、75、130、220、440 锅炉压力:超高压、高压、中压、低压等参数 分离器:高温、中温分离器，惯性、旋风分离器 冷却方式:风冷、水冷、汽冷、绝热分离器 返料器返料器: “J”型阀返料器， “U”型自平衡式返料器 配风系统:高压风机、增压风机、罗茨风机、一次风机、二次风机、引风机、流化风机、密风风机 给料系统:皮带给煤机、螺旋给煤机、刮板给煤机 给料方式:前墙给煤、后墙给煤、回料与煤混合给煤 CFB锅炉国内主要生产厂家 哈尔滨锅炉厂 东方锅炉厂 上海锅炉厂 北京锅炉厂 无锡锅炉厂 济南锅炉厂 杭州锅炉厂 太原锅炉厂 四川锅炉厂 循环流化床锅炉工艺 循环流化床锅炉系统示意： 燃烧系统： 给料、风室、布风板、燃烧室、炉膛 气固分离系统： 物料分离装置返料装置 对流烟道： 过热器、省煤器空预器 风烟系统： 汽水系统： 循环流化床锅炉燃烧过程： CFB锅炉的燃料一般由煤和石灰石两部分组成，物料（煤粒和石灰石）由给料口进入炉膛密相区下部后，被高温物料包围而迅速着火，并在燃烧室中伴以高速风流在沸腾悬浮状态下进行燃烧。同时，高温烟气携带炉料和大部分未燃烬的煤粒飞逸出燃烧室顶部，其中较大颗料因重力作用沿炉膛内壁向下流动，一些较小颗料随烟气飞出炉膛进入物料分离装置，经旋风分离器分离出的未燃烬燃料由返料器返送回炉膛底部，再次进入炉膛循环燃烧。经过分离的烟气通过对流烟道内的受热面吸热后，离开锅炉 循环流化床锅炉循环流化过程： 对CFB锅炉，按炉内的物料浓度通常将炉膛分为密相区、过渡区和稀相区三个区域，如图,CFB运行状态下，在物料循环回路的不同部位，物料粒径的分布和可燃物含量存在很大区别，物料在炉内的分布大致分为以下四种类型：内循环物料、底渣、外循环物料(循环灰)和飞灰。 循环流化床锅炉的控制 循环流化床锅炉燃烧系统是一个大滞后、强耦合的非线形系统，各个变量之间相互影响。有的被调参数同时受到几个调节参数的共同影响，如床层温度要受到给煤量、石灰石供给量、一次风量、运料量及排渣量等多个参数控制。同时，有的调节参数又影响多个被调参数。如给煤量不仅影响主气压力、还影响床温、炉膛温度、过量空气系数及SO2含量等参数。因此，在构造CFB锅炉控制方案时只有抓住主要矛盾，同时兼顾各个次要矛盾，才能构造出满足系统要求的控制策略 循环流化床锅炉控制方案（MCS) –锅炉负荷控制 –燃料量控制 –一次风控制 –二次风控制 –石灰石控制 –床温控制 –料层差压控制 –炉膛压力控制 –返料风控制 -冷渣器温度控制 循环流化床锅炉的控制 （1）锅炉送风系统：由一台一次风机、一台二次风机、一台空气预热器、二台暖风器等设备构成.一次风机主要保证锅炉的流化风量，二次风机主要保证二次风出口压力，通过调节风门控制送风量，保持适当的风/燃比。 （2）锅炉给料系统由二台皮带称重给煤机、四台埋刮板给煤机、二台石灰石给料机、二台石灰石输送风机、二台高压风机等设备构成.通过调节给煤机转速改变燃烧发热量来控制蒸汽母管压力，调节石灰石给料机转速以保证脱硫效率，调节高压风机出口风门保持一定的循环倍率。 （3）锅炉冷渣系统由一台风水联合冷渣器、二台冷渣器流化风机及二台冷渣水泵等设备构成.通过调节进入冷渣器的风量和水量，把渣冷却到允许排放温度送至除灰系统。 （4）锅炉给水系统锅炉给水系统的任务是通过改变给水量（阀门开度）使之适应锅炉的蒸发量，把汽包水位保持在一定范围内，给水系统为母管制。 （5）炉膛压力系统炉膛压力系统通过调节引风机入口挡板控制引风量，维持炉膛出口压力在允许范围内。 （6）蒸汽减温系统蒸汽减温采用喷水减温方式，减温分二级，通过调节喷水量控制过热蒸汽温度。 （7）锅炉点火油系统锅炉采用床下加床上联合点火方式，共有3个油启动燃烧器和3支床枪。锅炉启动时，通过调节燃油量，将物料加热到煤着火温度。 循环流化床锅炉控制方案（SCS） –锅炉烟气系统顺序控制–一次风系统顺序控制–二次风系统顺序控制–锅炉点火顺序控制–给煤机顺序控制–锅炉播煤风系统顺序控制–锅炉高压风系统顺序控制–锅炉顺序启动控制–…… 循环流化床锅炉安全保护（FSSS） 炉膛安全监视系统的主要作用是实现锅炉燃烧系统的有序管理,炉膛安全监视系统（FSSS）设有炉膛吹扫、主燃料跳闸（MFT）、油燃烧器管理等功能。当各允许条件满足时,控制燃烧器启动和停止及保持锅炉稳定运行，当允许条件不满足时，执行预先设计的保护逻辑，对锅炉实施必要的保护性措施，以确保人员、设备的安全。 MFT动作条件 1）床温不允许（沸下温度≥990℃并持续5分钟，6取4） 2）高压风无效（高压风机出口压力低于设定值） 3）炉膛压力高高（≥3.6KPa) 4)汽包水位高高（≥200)mm) 5)汽包水位低低（≤280mm) 6）引风机均跳闸 7）一次风机均跳闸 8）一次风量小于最小流化风量（一次风总风量≤80000） 9）手动MFTMFT动作:1）切断主燃料2）关闭减温水电动门3）指出首次跳闸原因 RA控制系统具有特点: 系统最大优点： 1）全能系统：集逻辑控制、顺序控制、过程控制、传动控制和运动控制于一体； 2）开放式网络构架：全面支持通用现场总线，网络简洁、高速、可靠、灵活，采用工控先进的生产者/消费者通讯模式； 3）功能强大的处理器和统一的全局数据库； 4）易用的高性能的信号输入输出模块； 5）高可靠性，严格工业实践； 6）工程开发容易，软件界面友好，系统维护简单； 控制系统配置简介 整个过程控制系统分为控制层和监控层，两个层有机地融为一体：包含2~3台冗余数据服务器（Server）、1个工程师站（ES）、5~9个操作员站（OS）4~9个冗余现场控制站（LCS）、一个SOE站，4个远程I/O站（RI/O），以及2台A3激光打印机、1台A3针式打印机。控制层的每个现场控制站（LCS）由电源、控制器(1756-L61)、本地和远程框架的I/O以及通讯模块等组成（1:1冗余）。监控层的Server、ES和OS与各LCS之间采用工业以太网EtherNet/IP进行高速(100M)数据交换，并组成星型冗余网络；各LCS