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1、应用案例产品与应用2009年第6期107循环流化床锅炉燃烧自动 先进控制系统应用技术李香远(辽宁阜新金山煤矸石热电有限公司设备部,辽宁 阜新 123006摘要 利用厦大海通专利技术无辨识自适应预估控制器实现对循环流化床锅炉燃烧过程的自动控制,并对锅炉燃烧过程中的煤量和风量进行优化,及时、准确地对锅炉给煤、密相床温,炉膛负压能及风量的预估计算和控制,实现了燃烧过程的自动控制和过程优化,达到提高锅炉效益,减少煤耗的目的。关键词:循环流化床锅炉;先进控制1 引言循环流化床锅炉由于具有大滞后,煤质多变,燃烧过程非线性的特性,现有的DCS 系统运用基于PID 算法的控制方案很难实现其燃烧过程的自动控制,
2、所以目前此类锅炉自动化的程度都很低。 随着各工厂对生产过程的自动化要求程度的提高,这就需要一种更优的控制算法和解决方案来实现。厦大海通先进控制组态软件XD-APC 集成具有自主知识产权的的CFBB 优化控制系统(中国发明专利号LZ.03143920.9,全面解决循环流化床锅炉燃烧自动控制,并能对燃烧过程进行优化,给工厂同时带来经济和社会效益。2 专利技术循环流化床锅炉燃烧过程优化控制系统设有优化控制器,粒子浓度、风量、给煤量控制器以及相应的执行器,锅炉燃烧过程测量装置,粒子浓度和床温预估器。抓住锅炉燃烧过程粒子浓度控制的关键,使锅炉燃烧稳定,并能优化燃烧过程,提高燃烧效率。通过软测量装置获得表
3、征炉膛粒子浓度的特征数。通过优化控制器输出的最佳粒子浓度、料床温度和风量的给定值,形成在线优化串级系统。通过将粒子浓度和给煤量控制器输出引入粒子浓度和床温预估器,具有预估功能,用以解决粒子浓度和给煤量控制器存在的纯滞后和耦合问题。海通无辨识自适应预估控制器IFAP 的最大特点是稳定性好,并具有在线自适应、自整定和预估校正的功能,可以满足类似循环流化床这样工况多变,影响因素复杂并具有大滞后特性的过程的自动控制。同时,由于控制器参数实现了在线实时自整定,无需人工设定,使先进控制系统的后期维护相应简单,也使先进控制系统可以长期运行。 海通XD-APC 软件集成了自主研发的先进控制器-无辨识自适应预估
4、控制器IFAP 和基于因素空间的故障诊断算法的平台软件,可用于实现工业过程先进控制、在线优化及仿真培训,具有功能强大的模型库和算法库,可通过图形组态实现工业过程的先进控制、在线优化、在线决策、软仪表和故障诊断等项功能。软件同时具备仿真功能,通过图形组态和模型组态便可组成各种仿真系统。 3 系统方案3.1 燃烧(给煤控制回路方案该控制回路采用串级调节方案,在串级控制方案中,主汽压力设定值作为主控制器的给定,主控制器用于调节主汽压力,该控制器的输出作为副控制器的给定值,副控制器主要用来控制锅炉的床温,副控制器的输出作为锅炉总给煤量的输出值。总给煤量分配到四台给煤机的负荷采用了四个无辨识自适应控制器
5、来实现,如图1所示。主汽压力、床温串级调节控制的实现:参考锅炉密相床温以及屏过温度变化的基础上,综合锅炉的主汽流量来预估主汽压力的变化,然后针对预估的结果进行搜寻得出比较合适的提前判断,根据主汽压力当前的设定值,采用无辨识自适应控制器输出得到调节下一时刻的锅炉密相床温的给定值。 产品与应用应用案例 2009年第6期108图1 燃烧(给煤控制回路方案床温调节同样采用预估搜寻的思想,结合当前的给煤总量以及当前时刻锅炉密相床的平均温度和过去一段时间内锅炉密相床温的值来预估锅炉密相床温的变化,其次利用预估搜寻的算法计算出比较合理的参数,依据主汽压力调节回路的控制器输出作为床温控制回路的给定值,通过控制
6、器的计算得到锅炉下一时刻所需的总给煤量。在床温控制回路中由于控制器给定是由主汽压力调节回路的控制器输出来决定,作为控制器输出,可以根据不同的炉况适当调整该控制器的上下限,来调节床温控制器响应的灵敏性。 3.2 一次风自动控制回路一次风的作用是保证物料处于良好流化状态,同时供给燃料室的燃料分段燃烧,并有助与控制床温。一次风控制的主要目的是维持风煤比稳定,这里风煤比=一次风量/总给煤量,故控制的一次风量会随着给煤量的增减而自动增减。风煤比的给定值在控制器处于“手动”位置时会自动跟踪实际的风煤比值的10min 平均值(5s 计算一次,一旦控制器处于“自动”状态,风煤比给定值即为投入自动时的风煤比平均
7、值,在自动控制状态下,根据煤质和密相温度对风煤比给定进行在线修正。在控制回路中,参与计算的量包括一次风总量、总给煤量,一次风自动控制回路通过无辨识自适应控制器来实现,修正的风煤比作为控制器的给定,实时的风煤比作为控制器的输入,输出为一次风控制的指令,实现对一次风量的调节。4 应用实例我们对山东海化热电公司1-4期共7台240t/h 流化床锅炉投入优化控制系统进行调研,该公司采用母管制结构,7台锅炉共用一个母管,母管上带四台抽汽发电机组,系统复杂,控制难度大。经过两年的实施,海通公司对1-4期7台锅炉进行了燃烧自动和优化控制,通过海通XD-APC ,实现了给煤控制、一次风控制、二次风控制和炉膛负
8、压控制的自动控制,实现主蒸汽压力的自动调节,在外界负荷变化和煤质变化等干扰因素的影响下,维持主汽压力的平稳,平均误差控制在0.1MPa ,实时误差控制在0.3MPa 。通过进行手/自动控制效果的对比,我们可以看到,在投燃烧自动时,锅炉的多项指标都要优于手动控制,如图2所示。(a 手动控制(b 自动控制图2 锅炉手/自动控制主汽压力控制效果对比从图2我们可以看出,投入燃烧自动后,主蒸汽压力明显比手动时控制得平稳。我们对其中的一台锅炉的手动和自动进行了半年的统计,主要参数对比指标如表1所示。表1 锅炉手/自动控制参数对比主汽压力 最大值主汽压力最小值主汽压力平均值主汽压均方误差 吨汽煤耗(kg/t
9、 主汽流量 平均/(t/h给煤平 均/(t/h手动 9.695556 8.718889 9.2033330.196556150.9422195.2 29.46392 自动 9.63 8.825556 9.2522220.149222148.5778197.7111 29.37548主汽压均方误差减少24%吨汽煤耗降低约1.5%(下转第111页应用案例产品与应用2009年第6期111协同广告公司专门设计海报及宣传小画册,派发至沿线的街道、居委会、乡村、施工工地等,使他们明白损坏电力设施会受到的伤害和所负的责任;还可以与广播电视台协调,拍摄一个有关电力设施保护的广告短片,让全社会都了解保护电力设施
10、的重要性。设置护线员。供电部门做过运行工作的人都知道,护线员一般都是沿输电线路进行设置的,配电线路一般不设置护线员。但随着电力企业改革的不断深人,增加电力主管部门的社会管理职能,笔者认为应从电力设施保护费用中抽出一部分,对配电线路设置一些护线员很有必要。当然,护线员的设置以乡、大队、村的电工为首选,这样一定会有事半而功倍的效果。(4切实履行电力法和电力设施保护条例赋予权利,严究违章及早发现,防患于未然。对于违章作业(如挖沙取土、违章建房等,要及早发现及时制止。发现违章施工威胁或破坏了电力设施的单位或个人,要及时发出隐患、赔偿或处罚通知书,有效地防止外力事故的发生。对违章在配电线路保护区内搭建而
11、又拒不整改的建筑物,拟函给市安全局和经贸委,争取城市监查部门的配合及时清拆。对屡次造成外力破坏事故的单位,一方面通过新闻媒介进行现场曝光,另一方面致函给市安全局及其上级主管部门通报事故,谋求其支持并负起责罚义务,同时,召集事故责任单位开会,分析事故原因及责任,重申我们对电力设施保护的重要性。从而通过这些手段起到一定的威慑作用。5 结论从全国各供电部门的事故通报可以看出,尽管我们在防止外力破坏方面做了大量的工作,不尽人意的事件仍时有发生。电力设施保护工作如何进一步适应发展建设等新形势,如何加强对外力破坏、违章作业、违章建房等行为的制止与打击,已成为一项重要课题。10kV 架空线路的安全运行水平直
12、接影响电力企业的经济效益,是与用电客户密切相关的事情,电力企业除采取相应的技术和管理措施防止事故的发生和及时消除缺陷外,还应不断总结经验教训,积极发挥当地政府、传媒和广大群众的作用,加大宣传、查处和打击力度,起到群防群管的作用,减少事故的发生,确保电网安全运行,更好地为当地经济建设服务。作者简介叶 华(1977-,男,工程师,毕业于华北电力大学,从事配网运行管理工作。(上接第108页说明:主汽压均方差是取的主汽压力过程值的均方差,在一个时间段内,均方差越小,说明曲线越平稳。从表1我们可以得到:(1从主汽压均方差的数据可以看出,主汽压均方误差减少了24%,说明自动时主汽压力的平稳度要比手动时好。
13、(2从吨汽煤耗的统计数据可以看出12#炉投燃烧自动时实际煤耗比手动时降低了约1.5%。5 结论厦大海通专利技术无辨识自适应预估控制器实现对循环流化床锅炉燃烧过程的自动控制,可以提高循环流化床锅炉的自动化水平,降低煤耗1%以上,同时降低操作人员的劳动强度。参考文献1 杨献勇. 热工过程自动控制M.北京:清华大学出版社,2000.2 罗万金. 电厂热工过程自动调节M. 北京:水利电力出版社, 1991.3 江青茵.无辩识自适应控制器M.北京:中国电力出版社,2003.作者简介李香远(1971-男,工程师,1992年毕业于沈阳电力专科学校,本科学历,现任职于阜新金山煤矸石热电有限公司设备部,长期从事电厂热工控制设备的检修、维护及基建安装工作。
