罗克韦尔自动化电厂流化床DCS解决方案_8

2019-07-08 11:41
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内部采用冗余ControlNet网络,介质为RG-6同轴电缆,实现具有可确定性和可重复性的高速数据传输(5M)。整个系统的Server、ES和OS采用Server冗余的Server/Client结构。两台系统数据库服务器热备冗余,两台服务器应同步采集数据,均可用作主服务器和冗余服务器,当主服务器故障时,能无扰动地切换到冗余服务器。Server用于历史数据记录、性能计算、报表、SOE、事故追忆以及向操作员站、上位计算机提供数据库服务;ES用于程序开发、系统诊断和维护、控制系统组态、数据库和画面的编辑及修改;各OS之间互为备用,实现数据采集、整理、显示、存储、报警、报表、用户流程图显示及操作等功能。过程控制系统配置有标准接口可以很方便的同第三方系统通讯。





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