霍尼韦尔中国公司

关键词　循环流化床锅炉　TPS系统　

一、 引言

    本文介绍了HONEYWELL TPS系统在镇海炼油化工股份有限公司化肥厂锅炉煤代油技改项目的应用，镇海炼化化肥厂锅炉煤代油技改项目主要是利用煤和石油焦来代替渣油作锅炉燃料，新建2台410t/h循环流化床锅炉，对镇海炼化公司化肥厂现有的2台200t/h燃油锅炉供热电站进行改造，自控部分主要是新建循环流化床锅炉的控制，以及升级原燃油锅炉的控制系统并将其并入新建控制系统中。

二、 控制方案

    镇海炼化锅炉煤代油技改项目2×410t/h 高温高压循环流化床（CFB）锅炉加2×50 MW电液调速抽汽冷凝机组，采用切换母管制运行方式。锅炉采用美国FWEC的循环流化床锅炉，汽机采用上海汽轮机有限公司的抽汽冷凝式汽轮机。镇海炼化锅炉煤代油技改项目的控制系统主要包括锅炉部分控制、汽机及BOP部分控制。

    1. 锅炉部分控制主要控制回路：
 
    主蒸汽负荷控制

    对于蒸汽负荷控制的实现，最终是通过改变燃料量和总风量来完成的。锅炉负荷调节系统采用以控制锅炉出口压力为主调，同时引入主蒸汽流量作为蒸汽量变化的前馈信号。
 
    总风量控制

    锅炉主控系统发出的风量指令即是总风量指令，而总风量中，一、二次风所占比例最大，同时直接影响锅炉的运行、燃烧等工况。所以总风量调节就是通过改变一、二次风量的调节指令来保证锅炉所需的总风量。其特点为：锅炉主控系统来的总风量与补偿总燃料量信号取大值作为调节器的设定值，以保证负荷变化时满足先加风后加燃料或先减燃料后减风的要求，从而保证一定的过剩空气量。
 
    燃料量控制

    锅炉主控系统发出的燃料指令即是总燃料指令，通过与总风量比较取小值作为调节器的设定值，调节器的输出作为石油焦和煤（混合）给定量指令。
 
    一次风量控制

    总风量控制发出的一次风量指令经床温补偿后作为调节器的设定值，通过改变一次风机入口导叶完成一次风量的调节。
 
    二次风量控制

    总风量控制发出的二次风量指令经床温及烟气氧量信号补偿后作为调节器的设定值，调节器的输出分两路作为上部二次风流量和下部二次风流量的指令。
 
    二次风压控制

    引入表征锅炉负荷的蒸汽流量经函数运算后作为串级调节器的设定值，通过改变二次风机入口导叶完成二次风压的调节。
 
    氧量控制

    引入表征锅炉负荷的蒸汽流量经函数运算后作为调节器的设定值，调节器的输出作为二次风流量的指令。
 
    床温控制
   
    床温调节的目的是优化和减少烟气中SO2的含量，通过再分配燃烧室不同燃烧风风量而总风量不变保持最佳的床温。调节器输出信号分两路作为二次风流量调节和一次风流量调节的指令。
 
    一次风暖风器出口风温控制

    该控制的目的是防止一次风温度低于露点而腐蚀空预器管道。通过改变进入一次暖风器辅助蒸汽管道上的调节阀开度来调节一次风暖风器出口风温。
 
    二次风暖风器出口风温控制

    该调节的目的是防止二次风温度低于露点而腐蚀空预器管道。通过改变进入二次暖风器辅助蒸汽管道上的调节阀开度来调节二次风暖风器出口风温。
 
    石灰石投入量控制
    
    目的是控制烟气出口SO2，通过调节石灰石给料机转速来调节石灰石的给料量。
 
    炉膛压力控制

    总风量作为炉膛压力调节的前馈信号，当锅炉负荷变化时，总风量相应变化，预先动作引风机入口导叶。比较炉膛压力三重冗余变送器输出值，采取三取二的方式取出炉膛压力控制系统的反馈信号。
 
    汽包水位控制

    每台锅炉的汽包水位通过调节其给水管道上给水调节阀开度实现，正常运行时的控制应是由蒸汽流量、汽包水位和给水流量组成的三冲量控制系统，启动时只有汽包水位的单冲量控制。单冲量控制和三冲量控制的相互切换是无扰动，在异常情况下，控制系统由自动切换至手动操作。
 
    主蒸汽温度控制

    主蒸汽温度调节系统分前后两级和左右两侧减温调节：

    a. 一级过热蒸汽温度调节

    改变一级左右两侧减温水调节阀开度，调节一级过热器出口蒸汽温度。

    b. 二级过热蒸汽温度调节
   
    改变二级左右两侧减温水调节阀开度，调节二级过热器出口蒸汽温度。

    汽机本体部分的转速、抽汽压力、功率等控制均由汽机DEH系统控制实现，在此不做赘述，以下列出的汽机及全厂公用部分回路控制均在HONEYWELL TPS系统中实现。

    2. 汽机及全厂公用部分主要控制回路：
 
    汽封压力控制回路

    汽轮机汽封压力调节的目的是控制汽机均压箱的压力藉以稳定汽机汽封压力，采用调节进入均压箱的蒸汽量来达到目的。
 
    冷凝器热井液位控制回路
    
    改变至冷凝器的化学补充水管路上的调节阀开度，调节冷凝器热井液位。
 
    低压加热器液位控制回路
    
    改变低压加热器的疏水管路上的调节阀开度，调节低压加热器液位。
 
    除氧器压力控制
    
    改变除氧加热蒸汽管道上的调节阀开度，调节除氧器压力。
 
    除氧器液位控制

    除氧器液位控制由调节除氧器液位调节阀和凝结水再循环调节阀来实现。为更好地调节除氧器液位，除氧器液位调节阀和凝结水再循环调节阀实行分程调节，在启动或低负荷运行时，通过调节凝结水再循环调节阀来实现除氧器液位控制；在正常运行时，通过调节除氧器水位调节阀来实现除氧器液位控制。
 
    减温减压器出口压力控制

    改变减温减压器压力调节阀阀门开度，调节减温减压器压力。
 
    减温减压器出口温度控制

    改变减温减压器减温水管路上的调节阀阀门开度，调节减温减压器出口温度。
 
    减温器出口温度控制

    改变减温器减温水管路上的调节阀阀门开度，调节减温器出口温度。

三、 系统构成

    镇海炼化锅炉煤代油技改项目中采用HONEYWELL公司的TPS控制系统，实现该项目中的数据采集、监视、控制等功能。

    TPS系统采用三层网络结构：最上层工业以太网；第二层为LCN控制网，工程师站、操作员站和数据采集站都挂在LCN网上；第三层为UCN控制网，各子系统控制器都挂在UCN网上。原化肥油锅炉控制系统从TDC3000升级到TPS系统，再通过光纤通讯连接到新建TPS系统的LCN网上。具体控制系统的配置详见附图一。

    控制器的配置：每台锅炉配置3套冗余控制器，每台汽机配置1套冗余控制器，全厂共配置8套冗余控制器。

    整个项目测点统计如下：
 
    

    TPS系统配置的卡件类型及数量如下：

    （1） 模拟量输入卡（型号为MC-PAIH03），共46块。
    
    4～20mA信号(接地或不接地)，最大输入阻抗为250Ω，系统提供4～20mA二线制变送器的直流24V电源。对1～5VDC输入，输入阻抗必须是500KΩ或更大。每块输入卡件的点数为16点。本系统内部分AI卡为冗余配置，即外部AI点经一块FTA进入不同的两块AI卡。

    （2） 模拟量输出卡（型号为MC-PAOY22），共18块。
    
    4～20mA，具有驱动回路阻抗大于750Ω的负载能力。系统提供24VDC的回路电源。每块输出卡件的点数为16点。本系统的AO卡配置为冗余输出，即所有的控制AO点都从两块不同的AO卡输出，再经过一块FTA输出至调节阀和执行机构。

    （3） 数字量输入卡（型号为MC-PDIY22），共53块。

    接点接通为1，开回路(电阻无穷大)为0。系统提供对现场输入接点的“查询电压”，查询电压等级为24VDC。每块输出卡件的点数为32点。电气来的数字量输入信号都经过中间继电器隔离，中间继电器放置在继电器柜内。

    （4） 数字量输出卡（型号为MC-PDOY22），共26块。
    
    数字量输出模件采用晶体管输出，均外带继电器电隔离，在继电器柜内配置中间继电器或接触器、冗余的工作电源。每块输出卡件的点数为32点。

    （5） 模拟量输入RTD/TC卡（型号为MC-PAIL02），共38块。

    能直接接受三线(不需变送器)的 Cu50Ω、Pt100Ω等类型的热电阻信号，也能接受各种分度号的热电偶信号(不需变送器)。每块输入卡件的点数为8点。

    （6） 多路模拟量输入卡(型号为MC-PLAM02)，共12块。

    能直接接受三线(不需变送器)的 Cu50Ω、Pt100Ω等类型的热电阻信号，也能接受各种分度号的热电偶信号(不需变送器)。每块输入卡件的点数为32点。

    （7） SOE输入卡（型号为MC-PDIS12），共10块。

    SOE为DCS系统专用的带CPU的高速测量卡件，不需要通过数据通讯总线得到，SOE分辨率为1ms。每块输入卡件的点数为32点。

    本项目TPS系统共配置了5双屏操作员站、1台单屏操作员站、1台工程师站、1台系统历史数据服务器、1台OPC服务器、1台A3激光打印机和1台A3针式打印机。为每台锅炉配置了1台双屏操作员站，两台锅炉再配置1台单屏操作员站；为汽机及公用系统配置2台双屏操作员站；为原化肥油锅炉配置1台双屏操作员站。
    
四、 冗余设计

    在镇海炼化锅炉煤代油技改项目的TPS系统中，多处采用冗余设置。

    首先，系统供电采用了冗余设置，一路为厂用电源，一路为UPS电源，任何一路电源故障都报警，二路冗余电源通过切换回路耦合，在一路电源故障时能自动切换到另一路，采用具有电流均衡输出功能并可并联运行的电源设备，以保证任何一路电源的故障均不会导致系统的任一部分失电；

    其次，操作员站和工程师站能互为冗余，所有操作员站和工程师站组态相同，可互为备用，即操作员站和工程师站都能对现场设备进行监视和控制；

    再次，控制通讯总线的冗余，以保证可靠和高效的系统通讯，连接到数据通讯系统上的任一系统或设备发生故障，不会导致通讯系统瘫痪或影响其它联网系统和设备的工作；

    最后，在I/O卡件上，对重要的测点实现了I/O通道冗余，而且在I/O测点的布置上，如果一次元件为冗余设置，即同一参数点设多支一次元件，则这些测点将被布置在不同的卡件上。

五、 系统的安全性

    该系统多处采用冗余设置，增加了系统的可靠性。除此之外，从电气设备来的数字输入量信号及全部的数字量输出采用继电器隔离，不直接接入系统，避免瞬间大电流，高电压传入系统，造成系统设备的损坏。此外，HONEYWELL TPS系统的I/O卡件、通讯卡件和网络还具有自诊断功能，某个地方出现故障能在操作界面上清楚的显示出来，方便尽快排除故障。

六、 结束语

    从该控制系统的实际运行来看，整个控制系统的保护都已全部投上，超过95％的自动调节都已投入，证明了HONEYWELL TPS控制系统在实际生产中具有较强的实用性和较高的安全性。