DCS在燃烟梗卧式循环流化床蒸汽锅炉系统的应用

崔建军 杨 雷 白彦茹 胡 峰

（1.湖南烟叶复烤有限公司，湖南 郴州423000；2.北京热华能源科技有限公司，北京100084）

0 引言

烟草是我国重要的经济作物，2010年我国烟叶产量为220万t。如果烟叶与烟梗的比例按5∶2粗略估算，我国2010年就大约产生88万t的烟梗。烟梗可以作为燃料产生热能，供生产、生活使用。崔志军介绍了采用烟梗气化技术产生燃气，然后燃烧以烘烤烟叶的办法［1］。李黎尝试对烟梗进行热解，试图通过提高烟梗热解残留物能量密度来探索其合理利用，热解后固体产物的热值约23MJ／kg，提高一倍左右［2］。针对目前烟草行业对废弃物的利用现状，北京热华能源科技有限公司开发了燃烟梗的卧式循环流化床蒸汽锅炉，湖南烟叶复烤有限公司通过BOT的商业运作模式引进了一套该装备（15t／h），包括完整的控制系统。在控制系统的选择上，PLC和DCS各有特点［3－4］，均适用于卧式循环流化床锅炉，考虑到系统冗余及锅炉安全，本控制系统采用DCS实现。本文主要介绍这台新型燃烟梗生物质锅炉的控制系统。

1 工艺过程简介

锅炉燃烧大致分为燃料给入系统、烟风系统、汽水系统，下面分别介绍各子系统。

1.1 燃料给入系统

锅炉的设计燃料为烟梗、烟灰和煤，分3路给入锅炉：（1）烟梗上料及给入：烟梗上料给入系统由双绞龙、皮带输送机、炉前落料仓和烟梗给入绞龙构成。（2）烟灰上料及给入：通过喷吹方式将烟灰给入锅炉。（3）上煤及给煤：上煤及给煤系统由斗式提升机、炉前煤仓和给煤机构成。同时，给煤和给烟梗设置连续变频调速装置，根据锅炉负荷大小调整给料量。

1.2 烟风系统

烟风系统由引风机、鼓风机、二次风机、罗茨风机等构成，锅炉平衡通风，微负压运行。罗茨风机用于返料。

1.3 汽水系统

汽水系统由热力除氧器、除氧水泵、锅炉给水泵和加药装置构成，其中除氧水泵和锅炉给水泵各设置2台，一用一备。

2 控制系统构成

该系统由电气和控制2部分组成，电气部分由低压进线柜、低压配电柜、变频器柜构成，控制部分由就地显示仪表柜、DCS系统和现场仪表构成。

低压进线柜：将用户提供的电源分配给低压配电柜、变频器柜。

低压配电柜：控制各个电机设备和给DCS系统供电。

变频器柜：变频调节引风机、鼓风机、给煤机、皮带机和双绞龙，一方面节省电能，另一方面便于调节锅炉燃烧工况。

仪表柜：主要监控锅炉水位、氧含量及锅炉温度等重要运行参数，并把现场数据隔离变送后输出给DCS。

DCS柜：控制锅炉运行，监控现场各参数。

3 DCS系统的配置

本项目采用浙大中控JX－300XP系统，采用双CPU处理技术、智能化I／O技术、冗余技术、通信技术、实时数据库等技术。该系统基本组成包括工程师站（ES）、操作员站（OS）、控制站（CS）和通讯网络SCnetⅡ。工程师站和操作员站为上位机集中监控层，采用2台戴尔公司的P4系列工作站，主要能完成厂级的管理功能，包括制作报表、打印和统计用汽量、历史数据分析以及程序／画面的修改、组态。下位设备控制层选用浙大中控JX－300XP系统作为控制站，配合现场执行机构、变频器、动力控制单元、一次仪表和其他辅助设备，实现对锅炉等系统的控制。

JX－300XP控制站完成整个工业过程的实时监控功能，由主控制卡、数据转发卡、I／O卡件、供电单元等组成。控制站的各种卡件均可冗余配置，为了增加系统的可靠性，我们对控制站的主控制卡、数据转发卡、电源、通讯网络进行了冗余配置。

4 控制方案

以下简要介绍如何用JX－300XP控制系统实现燃烧系统控制和汽水系统控制。

4.1 燃烧系统控制

为保证设备稳定运行及人身安全而设置必要的联锁，使之能够及时准确地动作。为此根据工艺要求，除设置报警功能外，还对设备设置联锁保护。

图1为设备的启动顺序，停止时应逆向停止。图中引风机、鼓风机、给煤机、皮带机、双绞龙均采用变频控制，由于双绞龙是2台电机，且与皮带机同在烟梗上料环节，为降低调节的繁琐性，皮带机与2台双绞龙的速度加了联动机制。如图2所示，皮带机与双绞龙联锁机制未投入时，皮带机与双绞龙1、双绞龙2的频率由上位机的接口输入，联锁投入后，双绞龙1、双绞龙2跟随皮带机速度，通过调节系数K来调整双绞龙的频率，从而控制烟梗的落料量。

图1 设备启动顺序

图2 皮带机与双绞龙的联动

图3为汽包水位极低和蒸汽压力超高联锁保护，用以防止锅炉异常时出现安全事故。

图3 系统联锁

4.2 汽水系统控制

汽包水位是锅炉运行的一个重要参数，反映了给水量和供汽量的动态平衡关系。本项目锅炉给水采用连续方式，给水量变化的调节连续平稳、线性好，锅炉运行时给水连续流经省煤器，故不产生气化现象和水击现象，确保了省煤器安全运行。由于给水不断地流经省煤器，热能得到充分的交换。图4为锅炉给水系统图。锅炉给水设置手动／自动切换，在自动状态时，执行机构接收PID的调节指令，控制补水调节阀的开度；在手动状态时，执行机构接收运行人员的手动操作指令，以改变补水调节阀的开度。

图4 锅炉给水系统图

此外，还有除氧罐给水自动调节、除氧罐蒸汽压力调节，从而实现除氧罐水位的稳定，保证锅炉进水的除氧效果。

5 结语

从一年多的实践来看，JX－300XP DCS控制系统运行稳定、可靠，比单纯使用二次仪表操作简便，比PLC控制系统在硬件冗余配置方面更容易实现，对于锅炉运行安全也更有保障。

［1］崔志军，孟庆洪，刘敏，等.烟草秸梗气化替代煤炭烘烤烟叶研究初报［J］.中国烟草科学，2010（3）：70～72

［2］李黎，李清海，蒙爱红，等.烟杆热解固体产物性质及其影响因素研究［J］.可再生能源，2011（6）：106～108

［3］吴景华，宋成照，徐飞.PLC控制烟草切丝工艺的改进［J］.自动化应用，2012（3）：48～49

［4］李英俊.PLC在烟叶烘烤房控制系统中的应用［J］.科技创新导报，2012（9）：65～67