SPV电站燃烧系统自动化控制设计的逻辑分析

摘要：本文介绍了SPV电站的燃烧系统自动化控制的设计逻辑，分析了该系统实现投燃烧自动化六个方面的要求与条件；从PID调节、输出能量与现有能量的比较、理论风量与实际风量的比较、氧量控制及其相互之间的计算等对燃烧系统控制进行具体的逻辑分析。

关键词：燃烧系统 自动化控制 逻辑 分析

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0008-02

笔者曾经于2010年参与SPV电站的燃烧系统自动化控制设计，该项目按照奥地利著名的上市公司兰精公司BRUNO先生提供的先进逻辑，对燃烧系统进行自动控制，经过SPV电站现场三个多月的运行，在现场收到良好的效果，一方面减少了运行人员的工作量，保证了系统的稳定运行，增加了系统的可靠性，同时也为SPV创造了极大的经济利益。

1 项目背景分析

SPV电站燃烧系统自动化控制设计项目（锅炉岛）主要是由无锡华光锅炉厂提供的130T循环流化床锅炉系统、飞灰添加系统、石灰石添加系统、纤维泥添加系统、稻壳添加系统、布袋除尘系统、柴油、天然气点火系统、DCS自动控制系统等系统组成。由于系统比较多，控制比较复杂。

2 投燃烧自动化的条件分析

（1）所有的压力变送器必须满足一定的精度——SPV采用的是ROSEMENT的3051系列压力变送器，精度都在千分之5以下；

（2）所有的温度采用温度变送器进行隔离，提高系统的精确性、稳定性、可靠性；

（3）所有的风量测量采用高精度的德国产DeltaBar流量计，安装中确保流量计的安装距离满足要求，从而使仪表的精度控制在1%左右（国产的流量计误差在5-10%）；

（4）执行装置使用AUMA的执行机构，性能稳定，频繁动作而电机不会过热损坏；

（5）三台给煤机采用国内第一品牌的赛摩密封式给料机，转速控制采用ABB变频器，现场对给煤机称重系统进行了标定，误差在千分之五以内；

（6）所有的引风机、一次风机、二次风机采用ABB变频器控制，一方面提高了节能效果，另一方面响应速度快，便于自动控制；

（7）将天然气、一次风流量、二次风流量、蒸汽流量进行压力温度补偿，补偿公式为：F1=K*（ΔΡ*ρ1）1/2，ρ1密度是由压力温度工况所决定的，并将工况流量转换到标准状态下的标准流量：F0=P1*F1*273/{P0*（T1+273）}。

3 燃烧系统控制的逻辑分析

3.1 锅炉燃料热量的计算

锅炉中能产生能量的物料有：天然气、柴油、纤维泥、飞灰、稻壳、煤等，锅炉燃料热量的详细计算得到所有的锅炉燃料产生的热量，单位为MW。

3.2 燃烧风量分析

图1是计算补偿后的一次风机、二次风机、返料风机的总风量G，REST风量K是指用于密封助吹用的播煤风量（取压点在一次风流量计之前）及返料风的总和。

通过根据预设的燃料和空气流量的计算控制，可以使燃烧炉内的燃料完全燃烧，避免造成污染和浪费，同时还可避免因空气不足造成的燃烧不充分现象发生或因空气流量过大增加风机的耗电量或熄火现象。

3.3 PID调节

经计算可知当锅炉在额定状态下，130T蒸汽对应的能量为114MW，DCS可以根据锅炉的负荷自动输出一个能量值，同时操作员可以根据实际情况进行手动控制、可以很方便的输入锅炉需要的能量（手动微调）。

3.4 输出能量与现有能量（Energy）的比较分析

PID调节输出的负荷，与目前Energy的负荷作为比较，取最小值送至RAMP模块。RAMP模块是一个保证负荷不能突变的模块，每分钟的变化为8MW/min。

Energy模块取值范围为锅炉所需要的总能量MW的85%-115%，当锅炉增加负荷时，取115%MW，当锅炉降负荷时取85%，这样做的优点时可以防止锅炉负荷突变，引起负荷大起大落，造成燃烧不稳定。锅炉所需要燃料的能量MW等于主蒸汽的能量加上尾部烟气所带走的能量并加上锅炉能量损耗，减去给水流量所带的能量再减去一次风、二次风、返料风所带的热量。

3.5 氧量控制I

氧量控制输入由三部分组成，1过氧量系数，它可以根据锅炉负荷，氧量控制器自动输出一个系数（范围0.8-1.5）；2锅炉每MW所需要的标准风量，由工程师输入，是个理论值，取值范围在700-1300NM3，可根据燃烧条件自由输入；3氧量平衡系数，当操作员操作锅炉时，通过观察锅炉的燃烧情况，从而可以通过该系数对风量进行微调。氧量控制器输出值为F、I。

3.6 控制逻辑的相关计算

RAMP输出值与锅炉现有燃料能量做比较，取最大值后与I（NM3/MW）相乘便可以得到锅炉所需要的最大风量。

锅炉现有的风量G与理论值F相除，便得到了锅炉所允许的最大能量值，与现有的锅炉能量MW做比较后，取最小值减去飞灰、纤维泥、柴油、天然气等热量后，分配给给煤机系统。这正体现了锅炉先加风，后加煤；先减煤，后减风的燃烧原则。

图2的作用是将计算出来的锅炉所需要的风量J减去返料风与播煤风K后，按不同的系数（一般一次风60%，二次风40%），分配给两台一次风机与二次风机，通过控制风机左右侧执行机构来调节风量。当执行机构全开时，通过调节变频器来提高电机的转速，从而保证执行机构有一定的调节裕度。

再将计算出来的锅炉所需要的能量减去飞灰、纤维泥、燃油、天然气、稻壳等燃烧所产生的能量后，分配给三给煤机。对于不同品质的煤，操作员可以根据化验结果输入不同的煤的大卡值，每台给煤机便可计算出所需要的煤量。从而实现了燃烧的自动控制。

4 结语

综上所述，在热工人员的精心调试下，在DCS厂家软件精心组态下，在运行人员的全力配合下，在BRUNO等专家的指导下，我们实现了在SPV电厂的燃烧控制的自动运行，我们在燃烧自动控制上取得了成功。通过这个项目，我们打破了国内很多专家对燃烧自动化能否实现的怀疑，为国内流化床锅炉电厂自动化控制提供了成功的范例。

参考文献

[1]山田晃，熊泽雄一，中田知也，森川胜美.燃烧控制装置[P].中国专利：CN102207292A，2011-10-05.

[2]胡开兵.循环流化床锅炉燃烧控制与调整[J].化工技术与开发，2012.12.