一．220t/h循环流化床锅炉结构和工作原理

1.1、结构：

较为典型的220t/h循环流化床锅炉结构简单示意图如图1.1所示：

图1.1  220t/h循环流化床锅炉燃烧系统结构图。

1.2、工作原理：

煤粉由给煤机进入炉膛，再由从炉膛底部进入的一次风将煤粉送入炉膛中央进行燃烧。

燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料主要在炉膛内流态化并呈沸腾状燃烧。炉膛四周布置有水冷壁管，用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛循环燃烧直至烧尽。烟气经烟道过尾部受热面进行热交换，最后通过除尘器由烟囱排入大气。

加入石灰石的目的，是为了在炉内进行脱硫。石灰石的主要化学成份是CaO,而煤粉燃烧后产生的SO2、SO3等，若直接通过烟囱排入大气层，必然会造成污染。加入石灰石后，石灰石中的CaO与烟气中的SO2、SO3等起化学反应，生成固态的Ca SO3 、Ca SO4（即石膏），从而减少了空气中的硫酸类的酸性气体的污染。

另外，由于流化床锅炉的燃烧温度被控制在850~950℃范围内，煤粉燃烧后产生的NOx气体也会大大减少硝酸类NOx酸性气体。

所以，从80年代开始，基于环保的要求，流化床锅炉燃烧技术，迅速地在全世界范围内被广泛应用。

1.3、循环流化床锅炉燃烧系统的特点：

1.3.1可燃烧劣质煤。

因循环流化床锅炉特有的飞灰再循环结构，飞灰再循环量的大小可改变床内（燃烧室）的吸热份额，也即任何劣质煤均可充分燃烧，所以循环流化床锅炉对燃料的适应性特别好。

1.3.2燃烧效率高。

由于循环流化床锅炉采用飞灰再循环燃烧，其锅炉燃烧效率可达95%~99%。

1.3.3节约能源。

由于循环流化床锅炉燃烧的煤粉，相比较煤粉锅炉而言，不需要经过大耗电的磨煤机磨制成更细的煤粉，所以达到了节约电能的目的。

1.3.4环境保护。

       由于循环流化床锅炉燃烧过程中，添加了石灰石，进行炉内脱硫，且燃烧温度低，大大减少了烟气排放的酸性气体，无疑对保护生态环境有重要作用。

       另外流化床燃烧产生的灰渣活性好，可做水泥掺和料、建筑材料等，这对变废为用、保护土地资源可起到重要作用。

二．系统

2.1、系统通讯网络：

控制系统的通信网络分三层，：

第一层网络是信息管理网

第二层网络是过程控制网，

第三层网络是控制站内部I/O控制总线

2.1.1  信息管理网

信息管理网采用以太网络，用于工厂级的信息传送和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。该网络通过在多功能站（MFS）上安装双重网络接口转接的方法，实现企业信息管理网与过程控制网络之间的网间桥接，以获取控制系统中过程参数和系统的运行信息，同时也向下传送上层管理计算机的调度指令和生产指导信息。管理网采用大型网络数据库，实现信息共享，并可将各个装置的控制系统连入企业信息管理网，实现工厂级的综合管理、调度、统计、决策等。

2.1.2  过程控制网络

系统采用了双高速冗余工业以太网作为其过程控制网络。它直接连接了系统的控制站、操作站、工程师站、通讯接口单元等，是传送过程控制实时信息的通道，具有很高的实时性和可靠性，通过挂接网桥，可以与上层的信息管理网或其它厂家设备连接。

网络采用双重化冗余结构。在其中任一条通讯线发生故障的情况下，通讯网络仍保持正常的数据传输。

三．DCS控制方案：

3.1、循环流化床锅炉控制方案

根据220t/h循环流化床锅炉特点，控制功能主要设计为四大部分控制功能：

数据采集与数据处理(DAS)功能

模拟量控制系统(MCS)功能

辅机顺序控制系统(SCS)功能

炉膛安全监控系统（FSSS）功能

3.1.4  锅炉辅助设备顺序控制系统（SCS）功能：

3.1.5  锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）功能：

3.2、汽机控制方案

汽轮发电机组及其辅助设备的控制功能主要设计为六大部分控制功能：

数据采集与数据处理(DAS)功能

模拟量控制系统(MCS)功能

辅机顺序控制系统(SCS)功能

汽轮机数字电液控制系统（DEH）功能

汽机数据采集监视系统（TSI）功能

汽机紧急跳闸系统（ETS）功能

虽然机组的控制可以按以上方式进行分类，但实际上，各系统之间有密不可分的联系，甚至各系统功能相互交叠。以下对各系统功能的描述基于使各系统尽量独立和完备。其中，DAS是必不可少的系统，它是其它各系统实现的基础。

3.2.1  汽机设备数据采集和处理（DAS）功能：

DAS（数据采集分析系统）即汽轮机及附属设备的监测系统，替代了常规的二次仪表，同时提供数据监视报警、数据记录等功能。采用DAS系统，减少了盘柜上的仪表数量，使机组运行数据的监测更直观、更全面，减轻了运行人员的监盘工作和人为失误，养活了热工员的维护量。

其它系统（MCS、SCS、DEH、TSI、ETS）功能的实现需要DAS系统提供数据平台和报警、计算等功能。DAS系统各功能尤其是画面的合理分配与测点布置、报警功能的合理实现等，直接影响运行人员的工作效率和劳动强度。另外，DAS系统应能实现测点数据好坏的判断功能，避免设备的误动，并使故障能得到最及时的处理。

3.2.2  汽机设备模拟量控制系统（MCS）功能：

MCS（模拟量控制系统）实现机组模拟量运行参数的连续不间断控制，以满足生产工艺要求。不同形式的机,控制回路数量也不有所不同。按照基本和常用的统计，包括：凝汽器水位控制，轴封压力控制，低压加热器水位控制，除氧器水位控制，除氧器压力控制，高压加热器水位控制，抽汽流量控制，减温减压器压力控制，减温减压器湿度控制等。

3.2.3  汽机辅助设备顺序控制系统（SCS）功能：

3.2.4  汽机数字电液控制系统（DEH）功能：

3.2.4.1  DEH功能：

（1）转速控制要求和指标：

DEH系统应能保证汽机采用与其热状态和进汽条件相适应的最大升速率，自动完成将汽轮机从盘车转速逐渐提升到额定转速。

自动升速系统的设计应当充分考虑汽轮机旁路系统的影响，适应汽轮机带旁路等各种升速方式。

汽轮机升速过程中的升速率既能由DEH系统根据汽轮机的热状态自动选择，也可由人工进行选择。

转速控制回路应能保证自动地迅速冲过临界升速区。且在临界转速区内，汽轮机的转速不能自保持。

DEH系统应具有与乍动同期装置的接口，以便与乍动同期装置配合，实现发电机的自动同步并网，谨由操作人员在同期批示器的帮助下同步并网。

一旦发电机并网，DEH系统应立即自动地带初始负荷，以防止汽轮发电机逆功率。此时，DEH进入负荷控制阶段。

（2）负荷控制要求和指标：

DEH系统应能在汽轮发电机并入电网后，实现汽轮发电机从带初始负荷直到带满目标负荷的自动控制，并根据电网要求，决定是否参与一次调频任务。

系统应具备开环和闭环两种控制方式，去改变汽轮发电机的负荷。

开环控制根据功率定值及频差信号确定阀门的开度。

闭环控制则以汽轮发电机的实发功率（或汽轮机的调节级压力）作为反馈信号进行负荷自动调节。

（3）负荷限制

当机组的运行工况或蒸汽参数出现异常时，为避免机组损坏，并能在正常后尽快恢复，控制子系统应能限制故障状态下的机组功能或负荷，包括：功率反馈限制（闭环切除）、最高最低负荷限制、加速度限制、主汽压力限制、调节级压力限制。

（4）自动整定伺服系统静态关系

（5）汽轮机起停和运行中的监视功能

（6）甩负荷控制功能（瞬间甩负荷快控功能）

（7）超速限制控制（OPC）

（8）主汽压力控制功能

3.2.4.2  DEH运行方式

DEH控制系统应按分级分层控制的原则设计，以便高一级控制系统故障退出时可降至较低一级继续维持安全运行。

提供下述几种可供运行人员选择的运行方式：手动运行方式、自动运行方式、遥控运行方式。两种运行方式之间，能进行无扰切换。

3.2.4.3  液压系统（EH）

液压系统由电液转换器、伺服阀、位移传感器及电磁阀等部件组成。它的功能是将DEH系统电气部分发出的指令转换为液压信号去操作相应的阀门（高、中压调节阀，高、中压主汽阀）。

3.2.4.3.1 供油系统

3.2.4.3.2 液压伺服系统及执行机构

3.2.4.4  超速保护系统（OPC）

3.2.5  汽机数据采集监视系统（TSI）功能

3.2.5.1  TSI基本功能

3.2.5.2  TSI测点 

3.2.5.3  TSI监视和保护 

（1）轴向位移的监视和保护

汽轮机叶片具有一定的反动度，叶片和叶轮前后两侧存在着差压，形成一个与汽流方向相同的轴向推力；轮毂两侧转子轴的直径不等，隔板汽封处转子凸肩两侧的压力不等，也要产生作用于转子上的轴向力；高压前轴封处轴封漏汽由后向前压力逐渐降低，产生与汽流方向相反的轴向力；还有其它方面产生的轴向力，这些轴向力的合成结果就是总的轴向推力。

推力轴承用于承受转子的轴推力，借以保持转子与汽缸及它静止部件的相对位置，使机组动静部分之间有一定的轴向间隙，保证汽轮机组的正常运行。

（2）缸胀和胀差的监视和保护

转子受热时也要发生膨胀，因为转子受推力轴承的限制，所以只能沿轴向往低压缸侧伸长。由于转子体积小，而且直接受蒸汽的冲击，因此温升和热膨胀较快，而汽缸的体积大，温升和热膨胀就比较慢。当转子和汽缸的热膨胀还未达到稳定之前，它们之间存在较大的热膨胀差值，简称“差胀”（或“胀差”），也称汽缸和转子的相对膨胀。一旦差胀超过预留的轴向动静部分之间的间隙，就会发生动静部分的摩擦，造成设备损坏。

所以需对缸胀和胀差进行监视和保护，当达到报警限值时，发出报警信号，提醒运行人员及时采取措施加以处理。当达到危险值时，动作保护装置，汽轮机跳闸，立即停机。

（3）振动的监视和保护

汽轮机在启动和运行中都会有一定程度的振动。当设备发生了缺陷，或者机组的运行工况不正常时，都会引起汽轮机组的振动加剧，严重威胁机组设备和人身安全。振动过大将使转动叶片、轮盘等的应力增加，甚至超过允许值而损坏，使机组动静部分，如轴封、隔板汽封与轴发生摩擦，使螺栓紧固部分松驰。振动严重时会导致轴承、基础、管道、甚至整个机组和厂房建筑物损坏。为此，需要寻找振动源，监视其振动。

汽轮机组振动监视的主要内容是监测振动体在选定点上的振动幅值、振动频率、相位和频谱图等。位移、速度和加速度是表征振动的三个重要的参量，因为它们之间只要通过微分或积分运算就可相互转换，所以在实际测量中可采用多种方法进行振动测量。

汽轮机的振动按照监测体的相对位置，分为轴承座的绝对振动、轴与轴承座的相对振动和轴的绝对振动。

当这些振动达到报警限值时，发出报警信号，提醒运行人员及时采取措施加以处理。当达到危险值时，动作保护装置，汽轮机跳闸，立即停机。

（4）偏心度的监视和保护

汽轮机组启动、停机或运行过程中的主轴弯曲现象是经常发生的，这是由于转子和汽缸各部件的加热或冷却程度不同，形成一定的温差。转子暂时性的热弯曲称弹性弯曲，这种弯曲一般通过正确盘车和暖机可以消除。但是，当出现转子与汽封之间产生严重径向摩擦、汽缸进水、上下缸温差过大、轴封或隔板汽封间隔调整不当、汽缸加热装置使用不当等情况，就会使主轴产生永久性弯曲，即转子完全冷却后仍存在弯曲。此时，只能停机进行直轴。如果仍继续运行，则会造成设备的严重损坏，流通部分严重磨损、汽封片推倒损坏、推力瓦损伤等恶性事故。所以，在机组启停和运行过程中应严格监视主轴弯曲情况。

（5）转速的监视和保护

汽轮机是在高速旋转状态下工作的。如果转动力矩不平衡，转速就会发生变化。当转速失去控制时，可能发生严重超速现象。汽轮机的零部件在工作过程中已承受很大的离心力，转速增高将使转动部件的离心力急剧增加（离心力与转速的平方成正比）。当转速过多地超出额定转速，转动部件就会严重损坏，甚至发生“飞车”的恶性事故。为了防止汽机本身机械超速保护失去作用，保证机组的安全运行，必须严格监视汽轮机的转速，并装备电气超速保护装置。

3.2.6  汽机紧急跳闸系统（ETS）功能

ETS系统，是汽轮发电机组危急情况下的保护系统。它与TSI、DEH一起构成汽轮发电机组的监控保护系统。

参数都是开关量输入接点，来自于DAS、TSI、各保护测量二次仪表、就地触点型变送器和硬手开关等。当以上参数中的任何一个超过规程限值时，DAS、TSI、保护测量二次仪表等设备闭合这些接点，使ETS系统关闭汽轮机的进汽阀门，同时联动相应的其他设备（如逆止门、发电机等），以保护设备和人身安全。

3.3、电气部分控制方案

电气部分包括两个系统：监控系统和保护系统。其中，监控系统由DCS实现，即ECS系统，代替原常规仪表、手动开关；保护系统由专用的微机保护装置实现，对发电机、变压器、电动机等设备进行一对一的设备和电气保护。

3.3.1  电气监控系统（ECS）功能：

3.3.1.1  ECS控制范围

3.3.1.2  ECS监视范围

3.3.2  电气监控系统（ECS）控制要求：

3.3.2.1  ECS控制基本要求

（1） 可自动程序控制或软手操手动控制实现发电机由零起升压直至并网带初始负荷；

（2） 可自动程序控制或软手操手动控制实现发电机停机；

（3） 发电机组保护装置、变压器保护装置、电动机保护装置等均为较专业化的成套的微机控制装置，应单独于DCS（ECS）系统，保护信号采用硬接线进入DCS（ECS）系统；

（4） 励磁调节装置和准同期装置可于DCS（ECS）系统（以通讯的方式与DCS交换数据信息），也可由DCS（ECS）系统实现其功能：

（5） 能实时显示和记录（其中包括事故顺序记录）发变组、厂用电等系统的正常运行、异常运行和事故工况下的各种数据参数，并提供操作指导；

（6） 所有由DCS操作的断路器，除具有必要的联锁功能外，还需有必要的闭锁措施，防止误操作；

（7） 发电机各参数：电流、电压、零序电流、零序电压、功率、各测点温度等参数的监测，应自动取录每日最大值，超出限值应报警。

3.3.2.2  机组的启停机控制

机组的启停机控制包括：

（1） 机组的程序启停方式；

（2） 由运行人员在操作员站将功能选为自动方式；

（3） 机组级指令：由汽机DEH给出指令，启停该功能组。

（4） 功能组指令：操作人员通过操作员站发出指令，启停该功能组；

（5） 保留机组手动并网功能（仅为自动准同期装置故障时采用）

3.3.2.2.1 机组的启动程序

（1） 在启动阶段，当接到上面任一启动指令，DCS将所有必要设备投入工作，油、水系统压力正常，通过DEH调节发电机转速达到3000转／分，且满足发电机组10.5KV隔离开关闭合（接地线拆除）、发电机断路器断开、发电机保护跳闸继电器复位等条件，并有相应的信号显示，程序发出指令投入AVR及发电机灭磁开关；

（2） 当发电机电压达到额定电压，程序发出指令投入发电机自动准同期装置（ASS）；

（3） ASS控制AVR调压、DEH调速，ASS、AVR、DEH三者实现有机的调节。当达到并网条件时，ASS发出合闸指令，使发电机断路器合闸，从而完成发电机的同期并网；

（4） 启动程序结束。

3.3.2.2.2 机组的停止程序

（1） 运行人员操作员站发出机组正常停机指令，使机组负荷减小。当有功减至低于xxMW，无功减至低于xxMvar时，跳开发电机断路器；

（2） 发出减小指令给AVR。当发电机压减为0V时，跳开发电机灭磁开关；

（3） 停机程序结束。

四．全厂实时信息系统SIS控制方案：

4.1、概述：

4.1.1  厂级监控信息系统（SIS）的主要任务： 

1、由于实现了全部DCS控制系统联网后，可通过厂级监控信息系统（SIS）在管理网中监测各个车间生产运行情况，从而对全厂控制数据进行综合监测及分析。即可在同一个画面下监测不同车间的某一些相关指标，并可对分析历史趋势，报表等进行综合分析

2、可以采集实时数据，分析历史趋势，定制灵活报表为厂级管理信息系统提供必要的实时信息及处理后的信息。

3、通过网络，为机组级和辅助车间级提供相互必要的信息共享服务；

4、通过远程发送单元，为中调或其他故障诊断中心服务；

5、为厂级生产人员提供实时信息及处理后的信息，进行实时监控和管理服务。

6、提供开放的数据格式及接口，使实时数据上传到企业的管理系统（MIS）中，建设全厂的管控一体化系统，从而使企业的管理效益达到最大。

4.1.2  厂级监控信息系统（SIS）的主要功能：

1、厂级性能计算和分析；

2、经济负荷分配调度；

3、设备故障诊断、寿命计算和分析及设备状态检测和计算分析；

4、向厂级管理信息系统（MIS）提供过程数据和计算、分析结果。

4.1.3  厂级监控信息系统（SIS）的总体网络结构：

见图4.1.3所示：

4.1.4  厂级监控信息系统（SIS）的软件结构：

主要包括两大部分：

1、数据库软件

2、应用软件

4.1.4.1  数据库软件： 

该软件具有以下基本功能：

1、与各种过程设备的接口

2、通过接口获得数据并存放在实时/历史数据库中

3、提供了管理数据库的强有力工具。如：

（1）组织、定义数据库中的变量；

（2）向外部存储介质输出历史数据；

（3）与应用软件接口，向各应用软件提供数据服务；

4、建立过程画面，以画面形式浏览数据库中的信息

5、以趋势的方式分析数据库中的信息

6、制定各种报表与记录

等等

4.1.4.2  应用软件： 

如：厂级负荷优化分配和调度

具体包括以下内容：

1、负荷指令处理

2、全厂负荷控制

3、机组负荷控制

4、全厂负荷优化分配

5、快速负荷控制

6、RB或MFT工况负荷处理

7、磨煤机启停时的负荷控制

8、启停磨煤机指导

9、系统操作站要求

等等。