羅克韋爾自動化電廠流化床DCS解決方案
2007/11/20 9:38:00
循環(huán)流化床鍋爐介紹 我國總的能源特征是“富煤、少油、有氣”煤炭因其儲量大和價格相對穩(wěn)定,預(yù)計在本世紀前50年內(nèi)仍將在我國一次能源構(gòu)成中占主導(dǎo)地位。因此,我國燃煤鍋爐仍為主導(dǎo)產(chǎn)品。 我國是世界上少數(shù)幾個以煤為主要能源的國家之一,目前每年煤炭消費量約12億噸,其中80%通過燃燒被利用。然而,燃燒設(shè)備陳舊、效率低、排放無控制造成了能源和環(huán)境污染嚴重,能源節(jié)約與環(huán)境保護已成為現(xiàn)有燃煤技術(shù)所需解決的主要問題。因此,尋求一種高效、低污染燃燒技術(shù),開發(fā)新的燃燒設(shè)備成為當(dāng)務(wù)之急。 隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,鍋爐應(yīng)用的范圍及單位密度逐步增長,尤其在中小型熱電項目中更為突出。另外鍋爐燃用的多是劣質(zhì)煤,要求鍋爐變負荷能力強,尤其是熱電廠一般離市區(qū)比較近,循環(huán)流化床鍋爐在環(huán)?!以C合利用方面具有其它爐型不可以擬的優(yōu)勢,因此循環(huán)流化床鍋爐在中小熱電項目上具有良好市場前景。循環(huán)流化床鍋爐(CFB)燃燒技術(shù)是一項近20年來發(fā)展起來的燃煤技術(shù)。它具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、負荷調(diào)節(jié)比大和負荷調(diào)節(jié)快等突出優(yōu)點。自循環(huán)流化床燃燒技術(shù)出現(xiàn)以來,循環(huán)流化床鍋爐已在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用,大容量的循環(huán)流化床電站鍋爐已被發(fā)電行業(yè)所接受。世界上最大容量的250MW循環(huán)流化床鍋爐已在1997年投運,多臺200~250MW大容量循環(huán)流化床鍋爐也已投產(chǎn)。我國集中于中型CFB的研制與開發(fā),目前已完全商業(yè)化,并開始走向電力市場。 循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展背景 能源問題:隨著采煤總量不斷的增加,煤質(zhì)越來越差,普通鍋爐很難適應(yīng)劣質(zhì)煤的燃燒。環(huán)保要求:鍋爐的排放中NOX、SO2、CO等物質(zhì)的排放含量應(yīng)嚴格控制。燃燒傳熱技術(shù)特點:低溫、分段燃燒;穩(wěn)定燃燒源;高速度、高濃度的循環(huán)流態(tài)化技術(shù),滿足劣質(zhì)煤燃燒要求;傳導(dǎo)、對流、輻射多種高強度的熱量傳遞 循環(huán)流化床鍋爐突出優(yōu)點 循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術(shù)作為一種新型成熟的高效低污染清潔煤技術(shù),具有許多其它燃燒方式?jīng)]有的優(yōu)點。 1)循環(huán)流化床(CFB)屬于低溫燃燒,因此氮氧化物排放遠低于煤粉爐, 2) 并可實現(xiàn)在燃燒過程中直接脫硫。 3)燃料適應(yīng)性廣且燃燒效率高,特別適合于低熱值劣質(zhì)煤。 4)排出的灰渣活性好,易于實現(xiàn)綜合利用,無二次灰渣污染。 5)負荷調(diào)節(jié)范圍大,低負荷可降到滿負荷的30%左右。 我國的目前現(xiàn)狀 在我國目前環(huán)保要求日益嚴格,電廠負荷調(diào)節(jié)范圍較大、煤種多變,原煤直接燃燒比例高、國民經(jīng)濟發(fā)展水平不平衡,燃煤與環(huán)保的矛盾日益突出的情況下,循環(huán)流化床鍋爐已成首選的高效低污染的新型燃燒技術(shù)。 循環(huán)流化床鍋爐主要部分 鍋爐負荷: 20~440t/h,35、75、130、220、440 鍋爐壓力:超高壓、高壓、中壓、低壓等參數(shù) 分離器:高溫、中溫分離器,慣性、旋風(fēng)分離器 冷卻方式:風(fēng)冷、水冷、汽冷、絕熱分離器 返料器返料器: “J”型閥返料器, “U”型自平衡式返料器 配風(fēng)系統(tǒng):高壓風(fēng)機、增壓風(fēng)機、羅茨風(fēng)機、一次風(fēng)機、二次風(fēng)機、引風(fēng)機、流化風(fēng)機、密風(fēng)風(fēng)機 給料系統(tǒng):皮帶給煤機、螺旋給煤機、刮板給煤機 給料方式:前墻給煤、后墻給煤、回料與煤混合給煤 CFB鍋爐國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家 哈爾濱鍋爐廠 東方鍋爐廠 上海鍋爐廠 北京鍋爐廠 無錫鍋爐廠 濟南鍋爐廠 杭州鍋爐廠 太原鍋爐廠 四川鍋爐廠 循環(huán)流化床鍋爐工藝 循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)示意: 燃燒系統(tǒng): 給料、風(fēng)室、布風(fēng)板、燃燒室、爐膛 氣固分離系統(tǒng): 物料分離裝置返料裝置 對流煙道: 過熱器、省煤器空預(yù)器 風(fēng)煙系統(tǒng): 汽水系統(tǒng): 循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程: CFB鍋爐的燃料一般由煤和石灰石兩部分組成,物料(煤粒和石灰石)由給料口進入爐膛密相區(qū)下部后,被高溫物料包圍而迅速著火,并在燃燒室中伴以高速風(fēng)流在沸騰懸浮狀態(tài)下進行燃燒。同時,高溫?zé)煔鈹y帶爐料和大部分未燃燼的煤粒飛逸出燃燒室頂部,其中較大顆料因重力作用沿爐膛內(nèi)壁向下流動,一些較小顆料隨煙氣飛出爐膛進入物料分離裝置,經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出的未燃燼燃料由返料器返送回爐膛底部,再次進入爐膛循環(huán)燃燒。經(jīng)過分離的煙氣通過對流煙道內(nèi)的受熱面吸熱后,離開鍋爐 循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)流化過程: 對CFB鍋爐,按爐內(nèi)的物料濃度通常將爐膛分為密相區(qū)、過渡區(qū)和稀相區(qū)三個區(qū)域,如圖,CFB運行狀態(tài)下,在物料循環(huán)回路的不同部位,物料粒徑的分布和可燃物含量存在很大區(qū)別,物料在爐內(nèi)的分布大致分為以下四種類型:內(nèi)循環(huán)物料、底渣、外循環(huán)物料(循環(huán)灰)和飛灰。 循環(huán)流化床鍋爐的控制 循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個大滯后、強耦合的非線形系統(tǒng),各個變量之間相互影響。有的被調(diào)參數(shù)同時受到幾個調(diào)節(jié)參數(shù)的共同影響,如床層溫度要受到給煤量、石灰石供給量、一次風(fēng)量、運料量及排渣量等多個參數(shù)控制。同時,有的調(diào)節(jié)參數(shù)又影響多個被調(diào)參數(shù)。如給煤量不僅影響主氣壓力、還影響床溫、爐膛溫度、過量空氣系數(shù)及SO2含量等參數(shù)。因此,在構(gòu)造CFB鍋爐控制方案時只有抓住主要矛盾,同時兼顧各個次要矛盾,才能構(gòu)造出滿足系統(tǒng)要求的控制策略 循環(huán)流化床鍋爐控制方案(MCS) –鍋爐負荷控制 –燃料量控制 –一次風(fēng)控制 –二次風(fēng)控制 –石灰石控制 –床溫控制 –料層差壓控制 –爐膛壓力控制 –返料風(fēng)控制 -冷渣器溫度控制 循環(huán)流化床鍋爐的控制 (1)鍋爐送風(fēng)系統(tǒng):由一臺一次風(fēng)機、一臺二次風(fēng)機、一臺空氣預(yù)熱器、二臺暖風(fēng)器等設(shè)備構(gòu)成.一次風(fēng)機主要保證鍋爐的流化風(fēng)量,二次風(fēng)機主要保證二次風(fēng)出口壓力,通過調(diào)節(jié)風(fēng)門控制送風(fēng)量,保持適當(dāng)?shù)娘L(fēng)/燃比。 (2)鍋爐給料系統(tǒng)由二臺皮帶稱重給煤機、四臺埋刮板給煤機、二臺石灰石給料機、二臺石灰石輸送風(fēng)機、二臺高壓風(fēng)機等設(shè)備構(gòu)成.通過調(diào)節(jié)給煤機轉(zhuǎn)速改變?nèi)紵l(fā)熱量來控制蒸汽母管壓力,調(diào)節(jié)石灰石給料機轉(zhuǎn)速以保證脫硫效率,調(diào)節(jié)高壓風(fēng)機出口風(fēng)門保持一定的循環(huán)倍率。 (3)鍋爐冷渣系統(tǒng)由一臺風(fēng)水聯(lián)合冷渣器、二臺冷渣器流化風(fēng)機及二臺冷渣水泵等設(shè)備構(gòu)成.通過調(diào)節(jié)進入冷渣器的風(fēng)量和水量,把渣冷卻到允許排放溫度送至除灰系統(tǒng)。 (4)鍋爐給水系統(tǒng)鍋爐給水系統(tǒng)的任務(wù)是通過改變給水量(閥門開度)使之適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量,把汽包水位保持在一定范圍內(nèi),給水系統(tǒng)為母管制。 (5)爐膛壓力系統(tǒng)爐膛壓力系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機入口擋板控制引風(fēng)量,維持爐膛出口壓力在允許范圍內(nèi)。 (6)蒸汽減溫系統(tǒng)蒸汽減溫采用噴水減溫方式,減溫分二級,通過調(diào)節(jié)噴水量控制過熱蒸汽溫度。 (7)鍋爐點火油系統(tǒng)鍋爐采用床下加床上聯(lián)合點火方式,共有3個油啟動燃燒器和3支床槍。鍋爐啟動時,通過調(diào)節(jié)燃油量,將物料加熱到煤著火溫度。 循環(huán)流化床鍋爐控制方案(SCS) –鍋爐煙氣系統(tǒng)順序控制–一次風(fēng)系統(tǒng)順序控制–二次風(fēng)系統(tǒng)順序控制–鍋爐點火順序控制–給煤機順序控制–鍋爐播煤風(fēng)系統(tǒng)順序控制–鍋爐高壓風(fēng)系統(tǒng)順序控制–鍋爐順序啟動控制–…… 循環(huán)流化床鍋爐安全保護(FSSS) 爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)的主要作用是實現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)的有序管理,爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)(FSSS)設(shè)有爐膛吹掃、主燃料跳閘(MFT)、油燃燒器管理等功能。當(dāng)各允許條件滿足時,控制燃燒器啟動和停止及保持鍋爐穩(wěn)定運行,當(dāng)允許條件不滿足時,執(zhí)行預(yù)先設(shè)計的保護邏輯,對鍋爐實施必要的保護性措施,以確保人員、設(shè)備的安全。 MFT動作條件 1)床溫不允許(沸下溫度≥990℃并持續(xù)5分鐘,6取4) 2)高壓風(fēng)無效(高壓風(fēng)機出口壓力低于設(shè)定值) 3)爐膛壓力高高(≥3.6KPa) 4)汽包水位高高(≥200)mm) 5)汽包水位低低(≤280mm) 6)引風(fēng)機均跳閘 7)一次風(fēng)機均跳閘 8)一次風(fēng)量小于最小流化風(fēng)量(一次風(fēng)總風(fēng)量≤80000) 9)手動MFTMFT動作:1)切斷主燃料2)關(guān)閉減溫水電動門3)指出首次跳閘原因 RA控制系統(tǒng)具有特點: 系統(tǒng)最大優(yōu)點: 1)全能系統(tǒng):集邏輯控制、順序控制、過程控制、傳動控制和運動控制于一體; 2)開放式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架:全面支持通用現(xiàn)場總線,網(wǎng)絡(luò)簡潔、高速、可靠、靈活,采用工控先進的生產(chǎn)者/消費者通訊模式; 3)功能強大的處理器和統(tǒng)一的全局數(shù)據(jù)庫; 4)易用的高性能的信號輸入輸出模塊; 5)高可靠性,嚴格工業(yè)實踐; 6)工程開發(fā)容易,軟件界面友好,系統(tǒng)維護簡單; 控制系統(tǒng)配置簡介 整個過程控制系統(tǒng)分為控制層和監(jiān)控層,兩個層有機地融為一體:包含2~3臺冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器(Server)、1個工程師站(ES)、5~9個操作員站(OS)4~9個冗余現(xiàn)場控制站(LCS)、一個SOE站,4個遠程I/O站(RI/O),以及2臺A3激光打印機、1臺A3針式打印機??刂茖拥拿總€現(xiàn)場控制站(LCS)由電源、控制器(1756-L61)、本地和遠程框架的I/O以及通訊模塊等組成(1:1冗余)。監(jiān)控層的Server、ES和OS與各LCS之間采用工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet/IP進行高速(100M)數(shù)據(jù)交換,并組成星型冗余網(wǎng)絡(luò);各LCS
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