DCS系統(tǒng)在熱電廠鍋爐控制中的運(yùn)用

陳日利

（晉能控股電力集團(tuán)陽高熱電有限公司 山西省大同市 037000）

1 引言

DCS 系統(tǒng)作為一種新型的微機(jī)控制系統(tǒng)，其在熱電廠機(jī)組的運(yùn)行中，主要是借助于計(jì)算機(jī)等來實(shí)現(xiàn)控制的，與傳統(tǒng)的控制方式相比，這種控制方式的效率更高，且控制的功能更多，不僅可以實(shí)現(xiàn)集中控制，還可以實(shí)現(xiàn)分散控制，提升了供熱系統(tǒng)運(yùn)行的多方面需求。DCS 系統(tǒng)在熱電廠鍋爐控制中的應(yīng)用極為普遍，提升了鍋爐系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

2 DCS系統(tǒng)的一般運(yùn)行過程

熱電廠鍋爐在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的模擬信號(hào)會(huì)被數(shù)據(jù)采集器收集并傳送到DCS 系統(tǒng)中。通過DCS 系統(tǒng)，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會(huì)被傳輸給轉(zhuǎn)移輸入裝置中，轉(zhuǎn)移輸入裝置可以將接收到的信號(hào)進(jìn)行分析和處理然后將處理結(jié)果傳輸給過程控制器。過程控制器會(huì)對(duì)信息進(jìn)行辨別，然后給各個(gè)模塊下達(dá)相應(yīng)的指令，從而確?？刂七^程的精確性和穩(wěn)定性。現(xiàn)場(chǎng)操作者通過對(duì)過程控制器轉(zhuǎn)化的調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行分析，然后對(duì)控制系統(tǒng)和控制打印功能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。熱電廠的工作過程是連續(xù)不斷的，在DCS 系統(tǒng)實(shí)際工作過程中避免不了出現(xiàn)問題，為了充分發(fā)揮DCS 系統(tǒng)的優(yōu)越性，需要分析和探究該系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的一些故障。

3 鍋爐控制方案分析

鍋爐控制方案：較常出現(xiàn)的控制方案有燃燒自動(dòng)控制和鍋爐給水自動(dòng)控制兩種。燃燒自動(dòng)控制主要分為：煤量控制，風(fēng)量控制，爐膛負(fù)壓控制。其中，煤量控制的主要原理是利用了煤量預(yù)判與鍋爐的出口蒸汽壓力調(diào)節(jié)，結(jié)合過熱度修正的方式進(jìn)行，鍋爐的出口蒸汽壓力偏差作為主要調(diào)節(jié)變量，通過PID 運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)煤量自動(dòng)控制；風(fēng)量控制工作的原理是，使用煤量預(yù)判風(fēng)量。將鍋爐煤量與風(fēng)量繪制成特定的函數(shù)關(guān)系，在煤量變化時(shí)引起風(fēng)量變化；煙氣中的氧氣含量作為風(fēng)量調(diào)節(jié)的修正變量，根據(jù)氧氣含量的不同值來修正送風(fēng)量、適應(yīng)氧量、主汽流量的變化；爐膛負(fù)壓控制工作的原理是，使用單沖量調(diào)節(jié)。將爐膛負(fù)壓作為調(diào)節(jié)變量，根據(jù)爐膛內(nèi)壓力值的變化進(jìn)行控制。燃燒自動(dòng)控制方案便于鍋爐運(yùn)行的自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了鍋爐運(yùn)行過程的經(jīng)濟(jì)適用性。鍋爐給水控制利用負(fù)荷對(duì)應(yīng)給水量，引入主蒸汽壓力變化和過熱度變化，通過PID 運(yùn)算，作為給水控制前饋，消除負(fù)荷變化引起的給水量滯后帶來的系統(tǒng)振蕩。

4 熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)的組成

4.1 MCS系統(tǒng)

MCS 系統(tǒng)指的是對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行是通過控制信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)的。例如，當(dāng)鍋爐控制系統(tǒng)接收到負(fù)荷能量變化的信息時(shí)，及時(shí)分析并反饋相應(yīng)信息，實(shí)現(xiàn)電熱廠鍋爐運(yùn)行過程的閉環(huán)反饋控制。通過對(duì)系統(tǒng)內(nèi)信息數(shù)據(jù)資源的優(yōu)化整合，來保障電熱廠動(dòng)靜態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)推進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 FSSS系統(tǒng)

熱電廠中的FSSS 系統(tǒng)主要指的是鍋爐膛控制系統(tǒng)，主要作用就是保證鍋爐的安全運(yùn)行，避免鍋爐運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的各類安全事件。為了保證FSSS 控制系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這就需要在鍋爐點(diǎn)火時(shí)將燃燒控制器融入點(diǎn)火槍，通過燃燒點(diǎn)火鍵的控制來實(shí)現(xiàn)控制，通過這種方式可以從極大程度上實(shí)現(xiàn)鍋爐膛的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.3 SCS系統(tǒng)

SCS 系統(tǒng)的主要作用就是嚴(yán)格控制好熱電廠鍋爐正常生產(chǎn)過程中的順序生產(chǎn)，確保鍋爐的正常生產(chǎn)工作具備正確的邏輯性。SCS系統(tǒng)的存在使得熱電廠生產(chǎn)的全流程都能夠正確有序進(jìn)行，從而避免出現(xiàn)系統(tǒng)故常實(shí)現(xiàn)熱電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 DCS系統(tǒng)在熱電廠鍋爐應(yīng)用中遇到的常見故障

5.1 DCS系統(tǒng)內(nèi)部模塊的常見故障

DCS 系統(tǒng)的內(nèi)部模塊主要包含了：數(shù)據(jù)采集站、過程控制器、操作員接口站和工程師工作站這四個(gè)部分。在熱電廠鍋爐的應(yīng)用中，這些內(nèi)部模塊可能會(huì)出現(xiàn)一些常見的故障：

（1）模塊因頻繁拔掉、插入等動(dòng)作而造成的配件接觸不良，從而造成內(nèi)部部件不能正常工作；

（2）在模塊進(jìn)行調(diào)換和維修的過程中，模件因?yàn)殚_關(guān)位置不對(duì)、布線過程中沒有注意到模件跳線及電壓跳線的問題，出現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部信息無法傳輸或信息傳輸不充分的問題。開關(guān)位置和布線情況的問題會(huì)直接造成DCS 系統(tǒng)無法正常使用。

（3）在DCS 系統(tǒng)工作時(shí)出現(xiàn)了不規(guī)范的操作程序造成系統(tǒng)報(bào)警。這些不規(guī)范的操作中較常出現(xiàn)有熱插拔法使用程序不當(dāng)，正常情況下，使用熱插拔法對(duì)DCS 系統(tǒng)幾乎不會(huì)造成影響，但是在特殊情況下使用這種方法可能會(huì)使得插拔位置附近的模件松動(dòng)或接觸不良從而造成DCS 系統(tǒng)無法正常使用。因?yàn)樵诮鉀Q這種故障的時(shí)候只有通過開關(guān)復(fù)位才能恢復(fù)插拔位置附近模件的位置才能保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此雖然熱插拔法這種方式對(duì)DCS 系統(tǒng)的影響并不算特別大，也不會(huì)造成內(nèi)部模件的損壞，但是在實(shí)際的操作過程中還應(yīng)該盡量避免使用這種方法。

DCS 系統(tǒng)需要對(duì)熱電廠鍋爐生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的輸入輸出信號(hào)進(jìn)行收集和分析，在實(shí)際生產(chǎn)過程中這些信號(hào)的收集和處理需要不同的微處理器和相應(yīng)的管理人員來負(fù)責(zé)，在DCS 系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候需要根據(jù)故障信號(hào)來確定相應(yīng)的負(fù)責(zé)人和故障模塊。通常情況下，經(jīng)過工程師工作站系統(tǒng)可以查看到故障信號(hào)具體所在點(diǎn)，然后在CAD 圖紙上輸入特定的MT 命令來推算出故障點(diǎn)的具體位置。當(dāng)系統(tǒng)中的硬件因故障而造成了停機(jī)，可以通過使用萬用表來對(duì)過程輸入和輸出單元進(jìn)行測(cè)量分析，通過對(duì)反饋信號(hào)的分析可以推測(cè)出故障點(diǎn)是出現(xiàn)在電熱廠鍋爐生產(chǎn)車間或是系統(tǒng)內(nèi)部。當(dāng)判斷出故障的具體位置后，需要進(jìn)行故障排除和配件返廠維修。在對(duì)故障進(jìn)行維護(hù)的過程中，較常使用的方法是替換法，通過對(duì)各個(gè)模件進(jìn)行更換來確認(rèn)出現(xiàn)故障的具體原因，當(dāng)然在維修結(jié)束后也要找出故障原因便于在日后的生產(chǎn)過程中引起重視。

5.2 DCS系統(tǒng)其他的常見故障

DCS 系統(tǒng)中不僅會(huì)有內(nèi)部模塊出現(xiàn)的常用故障，還可能有其他一些常見的故障。比如：

（1）電量供應(yīng)方面存在較大的波動(dòng)，電源運(yùn)行時(shí)有其他干擾源，從而引起了過程控制器故障，導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)無法正常運(yùn)行。

（2）環(huán)境因素，如溫度和濕度會(huì)影響DCS 系統(tǒng)出現(xiàn)故障，當(dāng)環(huán)境溫度和濕度處于一個(gè)較高的范圍時(shí)，DCS 系統(tǒng)就容易出現(xiàn)輸入和輸出單元死機(jī)；當(dāng)環(huán)境溫度和濕度處于較低的范圍時(shí)，DCS 系統(tǒng)內(nèi)部的一些模件可能會(huì)失效；環(huán)境中的粉塵過多時(shí)，DCS 系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)不能正常工作的情況，因此環(huán)境因素對(duì)系統(tǒng)的影響也需要引起我們的關(guān)注。

（3）發(fā)電機(jī)定子及線圈溫度系統(tǒng)顯示異常跳動(dòng)。在某熱電廠鍋爐的正常工作時(shí)，出現(xiàn)了這種情況，經(jīng)過分析診斷并沒有發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的具體情況。當(dāng)在電阻箱中輸入了標(biāo)準(zhǔn)的電阻信號(hào)之后系統(tǒng)才正常顯示溫度。

在熱電廠鍋爐的工作過程中，要做好對(duì)DCS 系統(tǒng)的監(jiān)控工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決出現(xiàn)的故障，同時(shí)也要分析故障出現(xiàn)的原因避免之后的工作中再次出現(xiàn)。

6 DCS在熱電廠鍋爐控制中的應(yīng)用

6.1 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的運(yùn)用

在熱電廠不斷發(fā)展的同時(shí)，存在一部分鍋爐燃燒系統(tǒng)更新升級(jí)不到位，造成了系統(tǒng)無法對(duì)給煤量進(jìn)行及時(shí)地測(cè)量和調(diào)整，從而使得熱電廠系統(tǒng)不能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定安全地運(yùn)行。在鍋爐燃燒系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，鍋爐的進(jìn)風(fēng)量可以通過調(diào)整二次風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)增減，協(xié)調(diào)好燃燒系統(tǒng)和進(jìn)風(fēng)量的關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)鍋爐的風(fēng)煤比達(dá)到科學(xué)水平。一般情況下，鍋爐燃燒控制系統(tǒng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中主要包含了兩方面：

（1）在實(shí)際燃燒過程中風(fēng)煤比會(huì)對(duì)煤質(zhì)的變換狀態(tài)和煤質(zhì)量產(chǎn)生一定程度的影響。在鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中為了保證煤質(zhì)的優(yōu)良性，可以通過系統(tǒng)控制來靈活合理的調(diào)整風(fēng)煤比，從而實(shí)現(xiàn)獲取的煤質(zhì)量得到保證，鍋爐也能夠正常運(yùn)行。

（2）將系統(tǒng)引入到熱電廠的初期時(shí)，需要對(duì)之前的生產(chǎn)過程進(jìn)行分析，從而確定相應(yīng)的試驗(yàn)項(xiàng)目。通過分析和實(shí)驗(yàn)，將風(fēng)煤比控制在一個(gè)科學(xué)合理的范圍內(nèi)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)尋找一個(gè)科學(xué)的運(yùn)行狀態(tài)，溫度的變化和含氧量會(huì)根據(jù)設(shè)定尋找到合理的范圍，從而提升鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性和熱控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。因此，熱電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行需要管理人員對(duì)DCS 系統(tǒng)的功能有充分的了解，從設(shè)備構(gòu)成、運(yùn)行情況等進(jìn)行全面分析研究，實(shí)現(xiàn)熱電廠運(yùn)行的安全穩(wěn)定發(fā)展。

6.2 煙氣含氧量控制系統(tǒng)的運(yùn)用

通過對(duì)煙氣中的含氧量具體情況進(jìn)行了檢測(cè)和研究后得出了：當(dāng)排煙系統(tǒng)中熱量損失變大時(shí)，爐膛中存在的問題就會(huì)變少。一般情況下，系統(tǒng)中的含氧量和空氣系數(shù)兩者肯定是存在相應(yīng)的聯(lián)系。當(dāng)煙煤控制系數(shù)處于1.3-1.5 范圍內(nèi)時(shí)，需要對(duì)爐膛內(nèi)的煙氣含氧量情況進(jìn)行測(cè)量，然后進(jìn)行空氣系數(shù)的計(jì)算，由此保證系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。

6.3 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)的運(yùn)用

在熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)中，當(dāng)進(jìn)風(fēng)量出現(xiàn)了變化的時(shí)候，偏差控制系統(tǒng)就會(huì)對(duì)引風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使?fàn)t膛內(nèi)的風(fēng)量穩(wěn)定。所以，在設(shè)計(jì)爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)的過程中，需要充分考慮風(fēng)量變化這個(gè)變化因素，同時(shí)需要構(gòu)建前饋和反饋體系來實(shí)現(xiàn)爐膛負(fù)壓的恒定運(yùn)行。

6.4 供熱運(yùn)行系統(tǒng)的控制

DCS 系統(tǒng)在熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，既要考慮到鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，還要滿足用戶負(fù)荷的需求，確保系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能、恒定。350MW 循環(huán)流化床熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，供熱是通過汽輪機(jī)五段抽氣作為熱源，換熱后將熱水供出的方式進(jìn)行供熱。因此，在供熱系統(tǒng)中，應(yīng)該靈活地調(diào)節(jié)出水溫度，保證控制系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。

通常情況下，DCS 系統(tǒng)在熱電廠鍋爐供熱運(yùn)行系統(tǒng)中，機(jī)組純凝工況和主蒸汽流量的變化會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行要做到以下兩方面：

（1）合理修正煤水配比。鍋爐給水系統(tǒng)會(huì)受到供熱抽氣的影響。鍋爐給水量相較于純凝工況偏高，會(huì)影響到煤水配比，科學(xué)合理的煤水配比對(duì)鍋爐系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐系統(tǒng)的長(zhǎng)期使用，還能夠保證對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)控制。

（2）調(diào)節(jié)BTU 控制參數(shù)修正煤量。當(dāng)發(fā)生鍋爐流量、煤質(zhì)變化等情況時(shí)，鍋爐系統(tǒng)的正常運(yùn)行必定會(huì)受到影響。在遇見了這種情況時(shí)，供熱運(yùn)行系統(tǒng)可以通過改變BTU 參數(shù)來對(duì)煤量修正，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

6.5 聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)用

在熱電廠鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，當(dāng)爐膛內(nèi)的壓力為正時(shí)，存在高溫?zé)煔馔饴@種現(xiàn)象會(huì)對(duì)人員以及設(shè)備的安全運(yùn)行造成影響。通過使用聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)，可以結(jié)合系統(tǒng)的運(yùn)行情況來調(diào)節(jié)項(xiàng)目的構(gòu)建。在一般情況下，鍋爐運(yùn)行的過程中引入爐膛上部壓力、流化風(fēng)量和床溫、給水流量等重要參數(shù)胡增加連鎖保護(hù)功能，會(huì)在爐膛上部壓力和流化風(fēng)量超限時(shí)觸發(fā)BT 保護(hù)，床溫和給水流量超限時(shí)觸發(fā)MFT 保護(hù)，系統(tǒng)程序會(huì)按照先停燃料系統(tǒng)再停送、引風(fēng)機(jī)的流程進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行，充分保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。

7 結(jié)語

總的來說，DCS 系統(tǒng)在熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用可以使設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性得到提升。項(xiàng)目策劃者和實(shí)施人員在系統(tǒng)引入之前應(yīng)該對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備的構(gòu)成、控制方式等多方面進(jìn)行了解和研究，從而使DCS 系統(tǒng)和鍋爐系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)穩(wěn)定運(yùn)行。正常情況下，對(duì)DCS 系統(tǒng)中的燃燒控制系統(tǒng)、爐膛負(fù)壓控制等方面進(jìn)行調(diào)節(jié)和試運(yùn)行，從而保證熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，促使電廠的進(jìn)一步發(fā)展。