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BCS技术在高温返料 CFB 锅炉中的应用

循环流化床锅炉(CFB)的自动化应用水平比之在电力行业占主流的煤粉炉要低很多,其主要原因是由于CFB燃烧过程十分复杂,受影响的因素多,给煤、一、二次风、返料耦合性强。此外,过程的非线性和大滞后也使控制对象更加复杂,难以建立精确的数学模型,这样对控制就提出了更为严格的要求。目前国内循环流化床锅炉燃烧回路能够投入自动运行的可以说是寥寥无几,更不用说如何保证燃烧的经济性了。

某热力厂CFB锅炉由美国福斯特-惠勒动力有限公司设计、制造,额定负荷为310t/h,蒸汽压力为9.8MPa,主蒸汽温度540℃。控制系统为美国FOXBORO公司的IA系列分散控制系统。由于CFB锅炉所特有的燃烧过程大滞后、多变量耦合、燃料多变,燃烧过程非线性等因素影响,原燃烧自动及风量控制系统很难投入使用。

BCS技术解决的是燃烧器稳定运行与经济燃烧的控制问题。该项技术与负荷大小、燃料种类、工质种类以及所使用的自控系统种类无关。它是基于中国国情的、有限条件的锅炉燃烧与机组运行的优化控制技术;BCS是基于先进的、高可靠性的DCS系统或高端PLC产品,立足于现有的最基本的测控仪表,综合采用先进的软测量技术、过程优化控制技术及故障判断与容错控制技术来完成CFB锅炉机组的安全运行、稳定运行和经济运行的所有目标。该优化控制系统硬件采用嵌入式控制器和工业控制计算机相结合的方式,通过OPC通讯协议实现与原控制系统的数据交换,BCS从原控制系统中获取温度、压力、流量、液位等工艺数据,在BCS内部完成优化控制运算后,将控制执行机构的计算输出结果送回原控制系统,完成对锅炉现场执行机构的控制。优化操作站集成多炉多机协调优化控制、节能考核算法等一些先进控制算法。

采用BCS技术后,可将下列回路长期可靠的投入全自动优化运行:

基本控制回路

①带燃烧因素前馈算法的汽包水位三冲量控制回路;

②带专家知识前馈算法的主汽温度控制回路;

CFB锅炉燃烧优化控制回路

①一次风优化控制回路;

②二次风优化控制回路;

③炉膛负压优化控制回路;

④锅炉负荷-给煤-床温优化控制回路。

锅炉安全控制

①断煤故障诊断与全自动处理控制回路;

②锅炉运行不平衡故障诊断及纠偏处理;

③安全控制技术—安全限幅、语音报警、安全连锁等;

④保留原DCS系统功能的完整性,设计出安全可靠的两系统间的切换功能,当因各种故障将控制权切换到DCS时,在原DCS操作站有报警信息提示。

其他

①锅炉运行统计技术及考核技术;

②远程服务支持技术。

该项目能够达到的技术指标如下:

1)长期自控率达到90%以上,实现CFB锅炉的准无人化运行;

2)飞灰总量明显减少,灰渣和飞灰含碳量比原来降低10%以上;;

3)综合能耗降低1-3%以上。

经过两轮测试标定,应用BCS技术后该CFB锅炉产汽耗标煤降低1.29 kg/t,节煤率为1.3%。通过计算认为,投入BCS技术控制后,年节约标煤2687吨,节省燃料成本为133万元,节能效果显著。同时,由于燃料消耗减少,可减排二氧化碳。