一、概述
對(duì)于燃燒高爐煤氣的鍋爐而言，限度地利用放散的煉鋼煤氣，確保鍋爐和汽輪機(jī)安全、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行為首要任務(wù)。本著自控系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、長(zhǎng)期運(yùn)行可靠、技術(shù)*的設(shè)計(jì)思路，并結(jié)合云南昌暉儀表制造有限公司數(shù)十套鍋爐燃燒自控、電廠發(fā)電綜合設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)編制云峰鋼鐵有限公司高爐煤氣余熱發(fā)電技術(shù)方案。
云峰鋼鐵有限公司高爐煤氣發(fā)電項(xiàng)目云南昌暉儀表制造有限公司采用本公司YR-GF系列、和現(xiàn)場(chǎng)溫度傳感器；智能差壓變送器（水位三沖量串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中用的2臺(tái)差壓變送器為；自控控制閥門由高可靠性PSL直行程和PSQ角行程電動(dòng)執(zhí)行器和優(yōu)質(zhì)閥門組成；變頻器品牌由客戶。
云南昌暉儀表制造有限公司是國內(nèi)生產(chǎn)溫度標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量?jī)x器、的企業(yè)，昌暉企業(yè)憑借十余年進(jìn)口品牌儀表貿(mào)易渠道優(yōu)勢(shì)和生產(chǎn)企業(yè)成本、技術(shù)、控制優(yōu)勢(shì)，用高性能“YR”品牌儀表參與云峰鋼鐵有限公司高爐煤氣發(fā)電項(xiàng)目投標(biāo)，結(jié)合昌暉儀表數(shù)年鍋爐及發(fā)電綜合自控技術(shù)優(yōu)勢(shì)和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)為使用單位提供經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高可靠性的自動(dòng)化綜合控制方案。
二、高爐煤氣余熱發(fā)電核心自動(dòng)控制系統(tǒng)介紹
鍋爐運(yùn)行供汽是為了滿足汽輪機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷要求，汽輪機(jī)負(fù)荷變化會(huì)影響鍋爐壓力的變化。只要鍋爐壓力穩(wěn)定，必然滿足蒸汽量的要求。因此，鍋爐燃燒自動(dòng)控制的目的就是通過平穩(wěn)燃燒達(dá)到穩(wěn)定蒸汽母管的壓力，達(dá)到滿足汽輪機(jī)及外供汽對(duì)蒸汽的要求。
由于鍋爐的燃燒系統(tǒng)到供汽系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的熱力過程，在運(yùn)行中將受到以下因數(shù)影響：汽輪機(jī)工況變化所引起的蒸汽負(fù)荷變化及外供汽對(duì)蒸汽負(fù)荷的變化（稱外擾）；燃料熱值、燃料種類等鍋爐內(nèi)部熱負(fù)荷變化引起的蒸汽量變化(稱內(nèi)擾)；從燃料變化開始到爐內(nèi)建立熱負(fù)荷是時(shí)間（成燃燒設(shè)備的慣性）；在鍋爐受到外擾時(shí)燃燒工況未變化而具有的吸熱和防熱能力（稱鍋爐的蓄熱能力）。在15年現(xiàn)場(chǎng)鍋爐燃燒自動(dòng)控制經(jīng)驗(yàn)積累和新技術(shù)更新的基礎(chǔ)上，我公司鍋爐燃燒自控具有了抗干擾和伴隨鍋爐負(fù)荷變化自動(dòng)適應(yīng)的能力，能達(dá)到鍋爐平穩(wěn)燃燒的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
1、燃料（煤氣進(jìn)氣量）自動(dòng)控制系統(tǒng)
高爐煤氣的流量比較穩(wěn)定，鍋爐燃料的控制主要通過調(diào)節(jié)高爐煤氣的進(jìn)氣量完成，煤氣監(jiān)測(cè)參數(shù)主要有煤氣流量和煤氣壓力，這兩個(gè)參數(shù)與鍋爐控制系統(tǒng)的輸出指令，實(shí)現(xiàn)燃料量調(diào)節(jié)。燃料調(diào)節(jié)采用DN1000電動(dòng)蝶閥來實(shí)現(xiàn)；燃料（煤氣進(jìn)氣量）控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)控制進(jìn)氣閥門來保證母管壓力和限度的利用高爐煤氣，并向送風(fēng)控制回路發(fā)出聯(lián)鎖跟隨指令。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中考慮到負(fù)荷變化時(shí)煤氣流量先變化，故對(duì)煤氣流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與送引風(fēng)系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)“增負(fù)荷時(shí)先增風(fēng)后增氣；減負(fù)荷時(shí)先減氣后減風(fēng)”的原則設(shè)計(jì)。
A、現(xiàn)場(chǎng)煤氣調(diào)節(jié)蝶閥和流量測(cè)量孔板安裝均考慮煤氣中CO高溫、易燃、易爆和煤氣含塵高（易造成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表管線堵塞）的情況，采用優(yōu)質(zhì)蝶閥、流量測(cè)量傳感器和PSQ電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
B、鍋爐上八個(gè)燃燒噴嘴煤氣進(jìn)氣量采用操作工人手動(dòng)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥開度來完成
C、現(xiàn)場(chǎng)安裝爐膛火焰檢測(cè)系統(tǒng)密切關(guān)注鍋爐燃燒狀況。
2、鍋爐水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)
對(duì)鍋爐安全運(yùn)行主要檢測(cè)、記錄以下參數(shù)：汽包水位、蒸汽壓力、給水壓力、給水流量、爐膛負(fù)壓、預(yù)熱器出口溫度、爐膛各煙道溫度、水溫、過熱器溫度、過熱器壓力、省煤氣溫度等。
為克服"虛假水位"現(xiàn)象對(duì)給水控制系統(tǒng)造成的不利影響，鍋爐水位采用三沖量串級(jí)調(diào)節(jié)方式控制給水變頻器轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定鍋爐水位，確保鍋爐安全運(yùn)行。
系統(tǒng)特點(diǎn)：
① 鍋爐自控制系統(tǒng)在鍋爐高于負(fù)荷30%情況即可投入自動(dòng)運(yùn)行，并能跟隨負(fù)荷變化平穩(wěn)控制鍋爐水位。鍋爐正常運(yùn)行時(shí)給水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥為全開。
②鍋爐低負(fù)荷或異常情況下可人工切換至手動(dòng)操作器，進(jìn)行手動(dòng)控制操作。
③測(cè)量汽包水位的變送器均為三重冗余。調(diào)節(jié)器可設(shè)置定義或人工選擇三路汽包水位信號(hào)（必須經(jīng)過溫度和壓力補(bǔ)償）中的任何一路進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算，提高系統(tǒng)可靠性。
按照現(xiàn)行國家鍋爐運(yùn)行驗(yàn)收規(guī)范的要求，鍋爐本體水位監(jiān)測(cè)必須安裝電接點(diǎn)水位計(jì)1套、差壓水位測(cè)量?jī)x表2套、就地雙色水位計(jì)或玻板水位計(jì)2套、鍋爐現(xiàn)場(chǎng)水位攝像監(jiān)控系統(tǒng)1套，同時(shí)要求對(duì)給水壓力、鍋爐汽包壓力、過熱器溫度、過熱器壓力、汽包水位超安全設(shè)定值提供聲光報(bào)警和數(shù)據(jù)記錄，我公司嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)和國家技術(shù)鍋爐檢驗(yàn)強(qiáng)制規(guī)范進(jìn)行相關(guān)自控設(shè)計(jì)和施工，另外文章介紹。
A、水位三沖量串級(jí)調(diào)節(jié)控制示意圖 
B、鍋爐水位儀表在鍋筒上的分布：
鍋爐本體及主蒸汽管路上必須安裝三臺(tái)快開式高溫高壓電動(dòng)閥，分別作用于蒸汽通斷、鍋爐蒸汽緊急排空和鍋爐高水位緊急放水。此次設(shè)計(jì)院將鍋爐高緊急放水電動(dòng)閥設(shè)計(jì)為通過水位監(jiān)測(cè)儀表自動(dòng)開啟，我公司不贊同此設(shè)計(jì)方案，我們建議以人工點(diǎn)動(dòng)方式開啟以上三個(gè)電動(dòng)閥，具體情況如下：
①鍋爐正常工作有3.8MPa的壓力，快開電動(dòng)閥接到開閥控制信號(hào)后就迅速打開，存在導(dǎo)致鍋爐軟水在高壓情況下短時(shí)間排空而缺水的安全隱患，按此施工將不能通過國家的驗(yàn)收。
②若水位控制儀表出現(xiàn)故障或誤動(dòng)作，將會(huì)在操作人員沒有思想準(zhǔn)備情況下打開放水閥門，容易導(dǎo)致安全事故發(fā)生。
③在出現(xiàn)汽包高水位之前聲光報(bào)警系統(tǒng)會(huì)多次提醒當(dāng)班鍋爐操作人員，操作人員以人工點(diǎn)動(dòng)方式控制鍋爐高水位緊急放水電動(dòng)閥逐漸打開，可有效避免誤操作。
3、鍋爐爐膛負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)
鍋爐爐膛負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是通過自動(dòng)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)變頻器轉(zhuǎn)速或引風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門開度，保證爐膛負(fù)壓在-80～-20Pa的微負(fù)壓運(yùn)行狀態(tài)。我公司設(shè)計(jì)的爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別煤氣進(jìn)氣量增大、送風(fēng)增大和爐門人為打開等狀態(tài)下爐膛負(fù)壓的變化情況，自動(dòng)按“增負(fù)荷時(shí)先增風(fēng)后增氣；減負(fù)荷時(shí)先減氣后減風(fēng)；先引風(fēng)后送風(fēng)”的原則完成爐膛負(fù)壓自動(dòng)控制，保持爐膛合理負(fù)壓。
爐膛正壓燃燒存在諸多不安全因素，過低負(fù)壓燃燒則會(huì)導(dǎo)致部分煤氣未能燃燒就進(jìn)入煙道，同時(shí)將熱能帶入煙道（這樣會(huì)提前加速引風(fēng)機(jī)損壞和造成熱量損失）。
4、鍋爐送風(fēng)自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)
送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的：使鍋爐所投入的燃料充分燃燒，自動(dòng)和手動(dòng)投入合適的風(fēng)量，以保證鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒。主要的控制參數(shù)為汽包壓力和送風(fēng)壓力，進(jìn)而達(dá)到的鍋爐熱效率，鍋爐爐膛含氧量（氧化鋯測(cè)量系統(tǒng)）作為總風(fēng)量的修正值。鍋爐送風(fēng)自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)按“增負(fù)荷時(shí)先增風(fēng)后增氣；減負(fù)荷時(shí)先減氣后減風(fēng)；先引風(fēng)后送風(fēng)”的原則，能通過鍋爐負(fù)荷變化自動(dòng)通過送風(fēng)機(jī)變頻器或調(diào)整送風(fēng)機(jī)風(fēng)門擋板開度來自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)送風(fēng)壓力。
送風(fēng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)是穩(wěn)定鍋爐壓力的關(guān)鍵，穩(wěn)定的蒸汽壓力有利于汽輪機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。
5、鍋爐安全連鎖保護(hù)FSSS系統(tǒng)
如果煤氣壓力低或鼓風(fēng)、引風(fēng)機(jī)停等因素，有可能會(huì)發(fā)生鍋爐回火爆炸事故，所以鍋爐所有電動(dòng)閥必須連鎖控制切斷，即高爐煤氣壓力、點(diǎn)火煤氣壓力分別控制高爐大噴和點(diǎn)火小噴電動(dòng)閥連鎖切斷，鼓風(fēng)、引風(fēng)機(jī)反饋控制所有電動(dòng)閥，即鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)一停，儀表連鎖控制立即啟動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)所有電動(dòng)閥連鎖切斷，保證安全生產(chǎn)。
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