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BCS技术在某企业CFB热水锅炉中的应用

该厂实施“老城区”集中供热热源工程,新建一座热源厂,内设2台84MW(120t/h)角管式热水锅炉和1台91MW(130t/h)循环流化床热水锅炉,该热源厂额定供热能力259MW。替代了 “老城区”内原有分散的供热锅炉房69座,分散的供热锅炉94台。为进一步实现节能减排、降低操作人员劳动强度,实现CFB热水锅炉的准无人化操作,提高锅炉运行稳定性,该厂在兴建该热源厂时就同步引进了北京和隆优化公司的BCS通用燃烧优化控制技术。

该热水CFB锅炉控制系统为西门子S7-400冗余控制系统,可靠性高、运行稳定,通讯方式灵活。BCS优化控制系统采用TCP网络与西门子S7-400控制器双向通讯,读取锅炉现场运行温度、压力、流量等信号,在BCS控制系统优化站内运算处理后输出趋向最优风、煤配比给DCS系统,DCS系统再按照BCS给定信号去控制锅炉给煤调节、引风机、一次风机、二次风机等现场设备。

BCS燃烧优化控制系统组成

图1:BCS燃烧优化控制系统组成

BCS燃烧优化控制系统的基础是实现燃烧装置的自动控制,在自动控制的基础上寻找更优风、煤配比,进一步提高燃烧装置的热效率。该CFB热水锅炉实现自控的回路有:炉膛负压控制回路、锅炉负荷(供水温度)控制回路、一次风控制回路、二次风控制回路、冷渣控制回路。

BCS燃烧优化控制系统的节能效果源于BCS技术的多维优化功能:图2所示曲线为现场8小时燃料量优化曲线,从该曲线可以看出,BCS燃烧优化控制系统在运行过程中会阶梯式的减少煤量,这就是BCS技术对燃料的优化功能:即保证燃烧装置设定输出负荷稳定的前提下,BCS系统始终寻找并嵌位于最少的燃料量消耗;

燃料量优化曲线

图2:燃料量优化曲线

图3所示为8小时风量优化曲线,从该曲线可以看出风量目标值在不断的阶梯式增加或阶梯式减少,这就是BCS技术对二次风的优化功能:即当燃料质量(发热值、挥发份、含水等)发生变化时, BCS始终寻找并嵌位于与之最匹配的助燃风量以进一步减少燃料量消耗;

图3:风量优化曲线

图4所示曲线为氧含量控制点优化曲线,从该图可以看出氧含量控制点变低了,这就是BCS对控制点的优化功能:即当燃烧装置的负荷、相关设备性能等发生变化时,BCS始终寻找并嵌位于燃烧装置在当前工况下更经济运行的控制点。

图4:控制点优化曲线

图4:控制点优化曲线

BCS技术应用于CFB热水锅炉后,锅炉运行安全能够得到保障,我们所采取的技术措施有如下几点:

  • 快速无扰切换技术:该技术能够保证优化站出现极端问题也不会导致任何安全风险,如优化站突然断电、瘫痪时,系统都可以立即全自动、无扰地切换回到原控制系统,不影响生产。
  • 故障诊断、故障预报与容错技术:该技术时刻检测燃烧装置有发生故障的趋势时就会提前报警,防患于未然,并解决了当一些关键仪表在发生故障后如何使燃烧装置还安全平稳运行的问题。
  • 自愈控制技术:该技术可使燃烧装置发生了可控的运行故障,能利用积极主动的控制策略来自主自动地将大风险消灭于萌芽状态,使生产过程重新恢复到正常状态。BCS的自愈控制技术解决了CFB锅炉返料器不平衡、左右床温不平衡、左右两侧氧含量不平衡等问题。
  • 安全限幅技术:BCS系统为每个控制回路、每个数学模型都设计了燃烧装置正常运行时的安全运行空间,可避免出现一些极端情况导致模型计算错误或人为误操作造成的安全隐患。
  • 智能语音报警技术:该技术可将各种故障报警定位于点,如“2#给煤机发生断煤,系统已自动处理,请关注!”、“床温可能在五分钟后会超温,请提前关注!”等,让操作人员提前有一个恰当的应对方案。

BCS技术在该CFB热水锅炉运行一个供暖季后,期间绝大多数时间能够自动、稳定运行(95%以上时间),未发生一起因调整不当引发的安全事故,极大的减轻了操作人员的劳动强度,实现了CFB热水锅炉的准无人化操作;有效提高了锅炉的运行水平,不仅为企业带来了实实在在的效益而且促进了企业的科技进步。