宁波禾元水煤浆锅炉自动化控制设计VIP

2 0 1 3年第 5期 煤炭工程 do i ： 1 0 1 1 7 9 9 c e 2 01 3 05 0 0 8 宁波禾元水煤 浆锅 炉 自动化控制设计 戎月卿 ( 中国煤炭科工集团 北京华宇工程有限公司，北京1 0 0 1 2 0 ) 摘要：水煤浆作为一种洁净能源已 在工业上得到了广泛应用。文章以宁波禾元化学有限公 司32 2 0 h燃浆燃 气动力站工程为例 ，阐述水煤浆锅 炉 自动控制 系统的设计方案，希望其设计 理念及设计方法对该行业工程设计具有一定的借鉴和参考作用。 关键词 ：水煤浆锅炉 ；自动化设计 ；F S S S ；M F T ( M a s t e r F u e l T r i p ) 中图分类号 ：T K 2 2 9 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 1 0 9 5 9 ( 2 0 1 3 ) 0 5 - I ) 0 2 3 _ ( ) 3 宁波禾元化学有限公司新建 3台高温高压燃浆燃气锅 炉，作为年产 3 0万 t 聚丙烯及 5 0万 t 乙二醇项 目配套工 程，该项目由中国煤炭科工集团北京华宇工程有限公司总 承包工程，笔者负责此项 目的热控专业设计，并参加该项 目的现场安装调试 。此项 目自动化水平 高 ，设 计理念先 进 ， 在中心控制室完成对动力站的监控，实现就地无人值守。 1 水煤浆锅炉 自动控制系统概述 1 1 主要 工 艺 系统组 成 该工程 主要工艺 系统 包括 ：锅炉 系统 、公用 系统 、烟 气脱硫系统 、烟气脱硝系统。锅炉系统包括汽水系统、烟 风 系统 、炉前 供浆 系统 、炉 前燃料 气 系统、炉前 点火 油 系 统。公用系统包括输供浆系统、除氧给水系统、减温减压 系统及点火油泵房等。烟气脱硫采用湿法脱硫一氧化镁法 脱硫工艺，三炉一塔的配置方式，主要包括吸收塔系统、 烟气系统、废水处理系统、废碱液系统、脱硫剂制备输送 系统、工艺水系统和压缩空气系统等。烟气脱硝采用选择 性催化还原法( S C R) 脱硝装置，S C R脱硝工艺系统可分为 液氨储运系统、氨气制备和供应系统、氨 空气混合系统、 氨喷射系统、烟气系统、S C R反应器系统和废水吸收处理 系统等。 1 2控 制 方式及 控制 水平 该工程采用 集 中控制 方式 ，在全 厂 中心控 制室 布 置 4 台操作员站及工业 电视 ，每台锅炉设 1 个操作员站，公用 及脱硫脱硝设 1个操作员站 ，在中心控制室内实现对锅炉 以及辅助系统的监视、控制，能实现以下控制要求：在 控制室内实现系统的启停；在控制室内实现正常运行工 况的监视和调整；在控制室 内实现异常工况和紧急事故 处理。 2 水煤浆锅炉控制 系统设计 2 1 水煤浆锅炉 D C S控制系统设计 该动力站 D C S采用 日本横河的 C E N T U MC S 3 0 0 0分散 控制系统。过程控制站的数量按照每台锅炉系统设 1个 、 公用系统设 1 个、脱硝系统设 1个的原则，脱硫系统设远 程 1 0站 。D C S系统配置如 图 1 所示 。 中心控制室 外操作室 OPS OP S OP S OPS OPS EW S l 炉操作员站2 炉操作员站 3 炉操作员站公用操作员站 外操作员站工程师站 系统 炉系统 炉系统lI 系 统 l脱 系 统 一 脱 硫 系 统 蹇 lI 。希 。l磊 I。 I l霜 。l霜 。l I I l霜 。I l II霜 。l ll l 。I磊 。I霜 。1 I磊 。I霜 。l霜 。 l l l l 图 1 D C S系统配置图 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 22 O 作者简介：戎月卿( 1 9 6 5一) ，女，河北石家庄人，高级工程师，1 9 8 7年毕业于河北科技大学 自动化专业 ，现在中国煤 炭科工集团北京华宇工程有限公司洁净能源所从事工程设计工作。 2 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 3年第 5期 该 工 程 D C S系 统 构 成 包 括 ：数 据 采 集 和 处 理 系统 ( D A S ) 、模拟量 控 制 系 统 ( MC S ) 、顺 序控 制 系 统 ( S C S ) 、 炉膛安全监视系统 ( F S S S ) 。 2 1 1 数据采集和处理系统( D A S ) 该工程的热工检测系统由分散控制系统 D C S中的数据 采集和处理系统( D A S ) 来完成。对锅炉及辅助系统的工艺 参数、设备状态等信号进行连续采集和处理，以便及时向 运行人员提供有关的运行信息，实现动力站安全运行。该 系统具有显示、制表记录、历史数据存储和检索、事件顺 序记录等功能。 2 1 2 模拟量控制系统 ( MC S ) 该工程中的自动调节功能由D C S中的模拟量调节系统 ( MC S ) 完成 。主要 的调节 系统有 ： 1 )给水 自动调节。低负荷时，投入单冲量 自动调节， 通过调节低负荷给水调节阀满足汽包水位的要求。稳定负 荷时，投入j冲量调节 ，汽包水位、主给水流量 、蒸汽流 量作为被调量 ，通过主给水调节阀实现汽包水位 的调节 。 2 )主汽压力 自动调节。定压运行时，通过保持所要求 的主蒸汽压力，来调节供浆泵变频器的频率。 3 )送风 自动调节。通过检测炉膛烟气的含氧量，控制 送风机斩波调速装置 ，当斩波调 速处 于全速状态时 ，或者斩 波调速处于装置故障时，切换至送风机入口挡板门来调节。 4 )炉膛负压 自动调节。通过检测炉膛负压，控制引风 机斩波调速装 置 ，当斩 波调速全 速状 态时 ，或者斩 波调 速 装 置故 障时 ，切换至引风机人 口挡板门来调节 。 5 )过热器汽温 自动调节 。通过控制一级减温及二 级减 温喷水量实现过热器出口汽温在 5 4 05 之间。 6 )给水母管压力 自动调节。该工程 中共配 3台给水 泵，其中2号给水泵带液力偶合器调速装置，给水母管压 力通过液力偶合器调节给水泵转速来实现。 7 )除氧器压力及水位 自动调节。 8 )减温减压 器压力及温度 自动调节 。 2 1 3 顺序控制 系统 ( s c s ) S C S用于启动 停止功能组或子功能组的控制对象有： 送风机及其相关的空气挡板门功能组；引风机及其相关的 烟气挡 板门功能组 ；给 水泵及 有关 阀门、润滑油 系统功 能 组 ；点火油系统功能组；供浆及燃料气功能组等。 2 1 4 炉膛安全监视 系统 ( F S S S ) F S S S是燃料安全联锁系统 ，它能在锅炉正常工作和启 动、停止等运行方式下，连续监视燃烧系统的状态 ，并进 行逻辑运算判断，通过联锁使燃烧设备 中的有关部件按照 即定的合理程序完成必要的操作或处理未遂性事故，以保 证锅炉炉膛及燃烧 系统 的安 全 ，它将 在防止 由于运行 人员 误操作及设备故障时引起锅炉喷烟、爆炸而产生的人身伤 害、设备损坏方面起重要的保障作用。 宁波禾元化学有限公司 3 2 2 0 Ch燃浆燃气锅炉，水煤 浆燃 烧 器布 置 在 炉膛 的 正 四角，炉 内假 想切 圆直 径 2 4 6 5 0 ra m。燃烧器共七层并采用均等配风形式 ，自上 而下分 别为上二次风、上一次风、中上二次风、中一次风、中下 二次风 、下一次 风 、下二 次风 。每 台锅 炉 3层水煤 浆 及 1 层点火油设有火焰检测器 ，共 1 6台，每 台锅炉配 1面火检 放大器柜，布置在机柜问，火检信号送至 D C S系统。每台 锅炉 1 4 角设有就地点火控制箱 ，每台锅炉共 4个，可 对点火设备进行就地点火；同时浆枪及点火油枪电动推进 器工作位置及指令信号送至 D C S系统，可在 D C S上实现锅 炉 的 自动点火 。 总燃料跳闸 ( Ma s t e r Ne I T ri p简称 MF T) 在 D C S系统 中实现 ，该工 程锅炉 MF T保护逻辑 ( 共 1 0个动作 条件 ) 如 下：手动紧急停炉；炉膛压力大于2 5 0 0 P a ( 取二条件 满足延时 5 s ) ；炉膛 压力低小 于 一 2 5 0 0 P a ( 三取二条 件满 足延时 5 s ) ；送风机全停( 1 、2号送风机全部跳闸) ； 引风机全停( 1 、2号引风机全部跳闸) ；汽包水位高超过 1 5 0 mm( 三取二条件满足延时 1 0 s ) ；汽包水位低超过 一 1 5 0 ra m( 三取二条件满足延时 1 0 s ) ；送风量小于额定负荷 风量 2 5 时；全燃料中断( 3台供浆泵全部跳 闸、点火 油 、燃料气全失) ；全炉膛熄火( 火检信号每层四选三， 四层火检无火满足延时 2 0 s ) 。 以上 只要有 1个条 件满 足 时 ，同 时停 止全 部供 浆 泵 、 关闭全部燃料 切断 阎、关 闭喷水调 节阀 ，来保证 锅炉 的安 全运行 。 2 2 水 煤浆锅 炉辅 助控制 系统设 计 2 2 1 锅炉吹灰控制系统 随锅炉本体成套供应锅炉吹灰控制系统 ，吹灰控制系 统采用西 门子的 P L C，吹灰控制柜布置在动力站机柜室， 在就地触摸屏上完成对吹灰器的控制。 2 2 2 锅炉静电除尘及气力 除灰控制系统 静电除尘及气力除灰控制系统分别采用西门子的P L C， 控制柜布置在静电除尘配电室，在就地触摸屏上实现对静 电除尘及气力除灰的控制。 以上两套 P L C控 制 系统 预 留 R S 4 8 5接 口，可 上 传 至 D C S系统实现控制 。 2 2 3 工业 电视监视系统 该工程设置了炉膛火焰工业电视( n1V) 及汽包水位T 业电视( L T V ) ，nV用 于监视炉膛 火焰 ，采用 内窥式高温 炉膛 火焰 监视 ，每炉设置 1套 ，3台锅炉炉膛火焰电视 图像 信号采用 画面分割显 示在一 台监视 器上 。L T V用 于监视锅 炉汽包水位计 ，每台锅炉汽包设置2套，3台锅炉汽包水位 工业电视图像信号采用 6画面分割显示在同一台监视器上。 工业 电视控制 柜安装主厂房 D C S机柜问 ，工业 电视信号 通 过四芯单模光缆传送至中心控制室，在中心控制室实现对 锅炉 汽包水位及炉膛火焰的监视 。 2 3控 制 室设 计 在动力站主厂房 8 0 0 m运转层设置外操室及工程 师室 。 ( 下转第 2 8页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 3年第 5期 的循环水用量；同时，在浮选人料主要来 自脱泥筛下水的 情况下，精选尾矿用作脱泥筛的喷水相当于中间产物又返 回浮选人料 ，部 分浮选 人料 可以 由此 形成小 循环 ，从 而能 够延长中矿的分选时间、有助于提高分选效率，但是粗选 的量同时也增大，在设备选型时应考虑该 因素。另外，在 空间布局允许的情况下，精选尾矿也可考虑用作高灰产品 ( 矸石、中煤) 脱介筛的喷水，这可以减少脱泥( 介) 用的循 环水量 ，进而减少 系统总 用水量 ，在 一定程 度上 ，该方 案 可以缓解由于系统总体扩能造成的煤泥水处理系统与设备 的压力 。 2 )方案 2 。精选尾矿直接与粗选高灰尾矿混合。该方 案简单易行，但与方案 1 相 比较，此方案 中浓缩机的压力 会相对大一些 。 3 )方案 3 。精选尾矿经磨矿处理、适当解离后返回粗 选的浮选人料，进行再次分选 ，有助于进一步提高总精煤 产率。对于相对稀缺的煤炭资源，该方案具有积极意义。 4 结论 1 )精选型两段浮选流程的实质是优化分选环境、改善 分选过程的选择性、延长中间产物的分选时间。这种浮选 流程对稳定浮选精煤质量、提高浮选精煤产率具有积极的 意义。 2 )在路天选煤厂的浮选系统改造方案设计中，精选作 业的尾矿建议作为脱泥筛或高灰产品脱介筛的喷水。这种 方案对减少 系统 的循环 水用量 ，缓 解系统 扩能造 成 的水 处 理系统的压力具有积极 的意义 。 参考文献 ： 谢广元，张明旭 ，边炳鑫 ，等 选矿学 M 徐州 ：中国 矿业大学 出版社 ，2 0 0 5 丁立亲浮选 的理论 与实践 M 北 京 ：煤炭 工业 出版 社 ，1 9 8 4 徐博 ，徐岩 ，于刚煤泥浮选技术与实践 M 北 京 ：化学工业 出版社 ，2 0 0 6 刘静开滦 高灰极难 选细煤 泥分选 试验研 究 D 徐 州 ：中国矿业大学 ，2 0 0 8 刘莉君优质稀缺煤种难选煤 泥的分选过程强化研究 D 沈 阳：东北大学 ，2 0 1 1 刘莉君 ，刘炯天 ，商林 萍 ，等搅拌对煤 泥浮选过程 的影 响 J 选煤技术，2 0 0 9，( 1 ) ：2 22 5 付晓恒 ，单 晓云 ，蒋和金 ，李祥丽煤 泥深 度浮选技术 的 研究 J 煤炭学报 ，2 0 o 6，( 3 1 ) ：9 O一9 3 包 永红 ，李 毅红 ，等 新 上 海庙矿 区煤 炭洗 选工 艺探讨 J 煤炭加工与综合利用 ，2 0 1 1 ，( 3 )：2 83 0 梁华，徐南喜 ，邵燕祥薛湖选煤厂 浮选工艺优化及 搅 拌调浆改造 J 煤炭工程 ，2 0 1 1 ，3 2 ( 6 ) ：6 0 6 2 程敢 ，马力强 ，桂夏辉 ，等不 同能量输 配的煤 泥浮选 过程特征研究 J 煤炭工程 ，2 0 1 2 ，( 8 ) ：1 0 1l 0 4 陶有俊 ，路迈西 ，蔡 璋 ，等细粒煤浮选动 力学 特性研究 J 中国矿业大学学报 ，2 o o 3，( 6 ) ：6 9 46 9 7 ( 责任编辑赵巧芝) 、 、 、 、 、 、 、 、 ( 上接 第 2 4页) 外操室布置 1台操作员站及辅助操作台，辅助操作台上主 要布置汽包电接点水位计及除氧器电接点水位计；工程师 室布置 1台工程师站 ，完 成对 动力站及辅 助 系统的控 制逻 辑 。在动力 站主 厂房运 转层 设置 机柜 间 ，布 置 D C S机柜 、 仪表电源柜、火检放大器柜等。 在脱硫综合楼设 置脱硫 系统机柜 间 ，布置 D C S机 柜及 仪表电源柜、电动门配电柜。脱硝系统 D C S机柜布置在动 力站主厂房机柜间。 2 4水煤 浆锅 炉控 制 系统 实施效 果 宁波禾元化学有 限公 司 3 2 2 0 h燃