燃煤熱水鍋爐DCS系統(tǒng)監(jiān)控及應(yīng)用

1、 編號(hào) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 報(bào) 告 課題名稱： 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 專 業(yè): 班 級(jí): 指導(dǎo)教師: 2012 年 5 月 燃煤熱水鍋爐DCS系統(tǒng)監(jiān)控及應(yīng)用目 錄目 錄2摘 要6第一章 前 言7第二章 工藝介紹及流程簡(jiǎn)述821 鍋爐系統(tǒng)簡(jiǎn)述82. 2鍋爐主要技術(shù)指標(biāo)82. 3系統(tǒng)運(yùn)行8231 升火及控制82.3.2 運(yùn)行操作923. 3鍋爐停爐10第三章儀表選型及設(shè)計(jì)1031儀表選型原則10311溫度儀表11312壓力儀表113 . 13流量?jī)x表11314液位儀表11315分析儀表11316執(zhí)行機(jī)構(gòu)1132控制點(diǎn)和控制參數(shù)11第四章鍋爐燃燒系統(tǒng)控制方案1241鍋爐燃燒過(guò)程和控制任務(wù)1241

2、1工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程分析13412鍋爐燃燒過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性17413工業(yè)鍋爐燃燒控制的任務(wù)1942鍋爐優(yōu)化控制的理論基礎(chǔ)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀19421鍋爐優(yōu)化控制的理論基礎(chǔ)19422國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2243控制方案設(shè)計(jì)與研究22431 燃煤熱水鍋爐燃燒過(guò)程對(duì)象的實(shí)測(cè)特性23432控制方案的選取2344“爐溫尋優(yōu)”思想的提出及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證2544 .1“爐溫尋優(yōu)”思想的提出25442爐膛溫度和熱效率的關(guān)系254 .43爐溫相對(duì)于風(fēng)量的極值點(diǎn)2644. 4 “爐溫尋優(yōu)”思想的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證2745優(yōu)化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)28451“爐溫尋優(yōu)”應(yīng)滿足的條件28452尋優(yōu)算法28453重新啟動(dòng)尋優(yōu)的條件30第五章DCS系統(tǒng)選型

3、及其軟硬件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)3051 DCS系統(tǒng)概述30511國(guó)內(nèi)外DCS系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀30512 DOS系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)31513 DCS系統(tǒng)選型原則3252 SunyPCC800小型集散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介3353硬件體系設(shè)計(jì)34531網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)34532現(xiàn)場(chǎng)控制站36533操作站工程師站36534采用一體化SunyTDCS800系統(tǒng)3654軟件體系設(shè)計(jì)37541實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)38542硬件配置軟件SunyCfg38543算法編輯器SunyIEC38544實(shí)時(shí)運(yùn)行軟件SunyRTM38545人機(jī)界面設(shè)計(jì)38546顯示功能設(shè)計(jì)40547報(bào)警功能設(shè)計(jì)40548報(bào)表打印功能40549系統(tǒng)生成及數(shù)據(jù)通信4155系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格

4、設(shè)計(jì)41551系統(tǒng)構(gòu)成4155. 2系統(tǒng)供電41553可靠性和冗余措施42第六章DCS系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)4261 DCS系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題42611電磁干擾源及對(duì)系統(tǒng)的干擾42612 DCS控制系統(tǒng)工程應(yīng)用的抗干擾設(shè)計(jì)44613主要抗干擾措施4462 DCS系統(tǒng)冗余技術(shù)45621冗余技術(shù)45622控制系統(tǒng)冗余的關(guān)鍵技術(shù)456 .23冗余技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)分析46第七章效果及結(jié)論4771實(shí)施效果47參考文獻(xiàn)48摘 要本文介紹了浙大中自公司的SunyPCC800，3*175MW 燃煤鍋爐系統(tǒng)的工藝原理、工藝流程。根據(jù)系統(tǒng)要求，參考其它系統(tǒng)控制參數(shù)，確定了76個(gè)控制點(diǎn)，對(duì)每一個(gè)控制點(diǎn)，都確定了具體

5、的安裝位置，儀表規(guī)格型號(hào)，控制參數(shù)量程，以及對(duì)應(yīng)的DCS控制編號(hào)。根據(jù)燃煤熱水鍋爐的燃燒特性，采用“爐溫尋優(yōu)”的控制方案，分析了控制方案應(yīng)滿足的條件和控制算法。本文對(duì)目前國(guó)內(nèi)外DCS控制系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)地分析研究；確定DCS應(yīng)用中的選型原則；本系統(tǒng)對(duì)擴(kuò)展能力(I0點(diǎn)數(shù))要求不高，適宜選用小型的DCS控制系統(tǒng)，最終采用了浙大中自有限公司的SunyPCC800DCS控制系統(tǒng)。對(duì)浙大中自有限公司的unyPCC800 DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究，進(jìn)行了硬件選型及設(shè)計(jì)，進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)，進(jìn)行了系統(tǒng)整體技術(shù)規(guī)格設(shè)計(jì)。針對(duì)鍋爐可靠性的要求，對(duì)影響DCS系統(tǒng)的安全可靠因素進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，分析了系統(tǒng)各

6、種干擾源及抗干擾措施；還對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)冗余要求進(jìn)行了詳細(xì)分析。應(yīng)用以上設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使鍋爐燃燒的控制達(dá)到了很好的效果，減輕了勞動(dòng)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；提高了鍋爐燃燒效率，提高了鍋爐運(yùn)行的安全性。該裝置2007年6月順利運(yùn)行，目前運(yùn)行良好，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；儀表選型：DCS；參數(shù)優(yōu)化；系統(tǒng)冗余第一章 前 言隨著我國(guó)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展以及我國(guó)在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化方面科技水平的不斷提高，目前我國(guó)建設(shè)的鍋爐控制系統(tǒng)普遍采用了DCS控制系統(tǒng)，以前采用常規(guī)控制的鍋爐系統(tǒng)也基本進(jìn)行了DCS改造。隨著DCS控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，性能不斷提高，價(jià)格逐年下降，DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。 由于D

7、CS技術(shù)進(jìn)步速度很快，集中更新?lián)Q代周期很短，過(guò)去由幾個(gè)主要外國(guó)DCS廠家壟斷的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去，民族品牌的DCS廠家迅速發(fā)展成熟起來(lái)，目前已經(jīng)占據(jù)了中國(guó)DCS市場(chǎng)的半壁江山，其性能，可靠性和穩(wěn)定性及優(yōu)越性的性價(jià)比得到了廣大用戶的認(rèn)可。選擇DCS機(jī)種主要考慮以下方面；選擇工程實(shí)力較強(qiáng)的知名公司，選擇符合有經(jīng)驗(yàn)的專家推薦的主流機(jī)型，首先考慮DCS系統(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性和可操作性其次考慮DCS功能應(yīng)滿足“功能需要”的要求，具有國(guó)際先進(jìn)水平（但不一定是最先進(jìn)的）系統(tǒng)應(yīng)具有開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)，有靈活的系統(tǒng)可擴(kuò)展性；制造廠家的后備支持系統(tǒng)完備，有工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐能力，服務(wù)良好，性價(jià)比最好，備件供應(yīng)和及時(shí)響應(yīng)。 對(duì)于鍋爐

8、系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，控制系統(tǒng)可靠性是至關(guān)重要的，如何盡可能的提高DCS的可靠性，從而保證安全生產(chǎn)是一項(xiàng)非常重要的工作，從提高可靠性的角度考慮，在DCS選型和設(shè)計(jì)上要注意幾個(gè)方面的問(wèn)題。在選擇DCS控制系統(tǒng)時(shí)要優(yōu)先考慮有在類似機(jī)組上的良好運(yùn)行業(yè)績(jī)的控制系統(tǒng)，這樣的控制系統(tǒng)通過(guò)工廠試驗(yàn)和實(shí)際投運(yùn)，其可靠性得到了時(shí)間的檢驗(yàn)。控制系統(tǒng)的硬件一定要具備高可靠性，在電子元器件上的生產(chǎn)工藝各環(huán)節(jié)上采用了成熟的技術(shù)，電子模件最好能熱插拔?？刂破鞯倪\(yùn)算和存儲(chǔ)能力要足夠，IO卡件具有很強(qiáng)的抗干擾能力?？刂葡到y(tǒng)從結(jié)構(gòu)上要充分地采用冗余技術(shù)。對(duì)于控制系統(tǒng)的控制器，網(wǎng)絡(luò)通訊等必須冗余，且各冗余設(shè)備之間必須能實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。采取冗余

9、結(jié)構(gòu)不僅能避免控制系統(tǒng)的局部故障擴(kuò)大事故，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也保證設(shè)備故障的在線排除，從而消除事故隱患?？刂葡到y(tǒng)軟件的可維護(hù)性要好，同時(shí)也保證設(shè)備故障的在線排除，從而消除事故隱患?？刂葡到y(tǒng)軟件的可維護(hù)性要好。尤其是以下幾個(gè)方面：程序及軟件的穩(wěn)定性好，不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)或單個(gè)控制器死機(jī)等問(wèn)題；系統(tǒng)自診斷性好，控制器及I/O信號(hào)有出錯(cuò)報(bào)警；人機(jī)交換友好，可以在線維修程序及下載；備品備件有可靠保證，在15年內(nèi)采購(gòu)容易且周期短，價(jià)格低；控制系統(tǒng)軟件的可讀性好，其組態(tài)功能塊的功能是否能輕易實(shí)現(xiàn)DCS控制系統(tǒng)的各種工藝功能的需求。SunyPC800 DCS系統(tǒng)，源于浙大中自有限公司，此公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用與

10、許多行業(yè)。該裝置是比較成熟的產(chǎn)品，故很多公司采用，并取得較好的業(yè)績(jī)。該裝置的獨(dú)立性較強(qiáng)。燃煤鍋爐控制系統(tǒng)有80個(gè)控制點(diǎn)位左右，系統(tǒng)對(duì)擴(kuò)展能力（I/O點(diǎn)數(shù)）要求不高，選用這種小型的的DCS控制系統(tǒng)可以避免不必要的資源浪費(fèi)，降低工程成本。DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一般需經(jīng)過(guò)：系統(tǒng)方案制定，完成了儀表選型計(jì)算，儀表安裝方案配線方案設(shè)計(jì)，DCS軟硬件設(shè)計(jì)，DCS系統(tǒng)選型，協(xié)助采購(gòu)招標(biāo)及簽署各種技術(shù)附近，完成控制系統(tǒng)規(guī)劃，盤(pán)柜布置，供電分配，各種接線圖的繪制，現(xiàn)場(chǎng)施工，綜合考慮各種因素，使該控制系統(tǒng)安全、精確且節(jié)能。第二章 工藝介紹及流程簡(jiǎn)述21 鍋爐系統(tǒng)簡(jiǎn)述 型號(hào)：SHL14.71.42/131/65AIII,

11、有濰坊生建鍋爐廠生產(chǎn)。鍋爐室內(nèi)雙層布置，運(yùn)行層高4.5米，鍋爐呈凸骨形。煙氣出爐膛進(jìn)入轉(zhuǎn)向室后進(jìn)入對(duì)流管束區(qū)，對(duì)流管束分成前后兩部分，煙氣為W形流動(dòng)，前部管束明顯比后部管束吸熱大，熱氣上升下降分明，構(gòu)成井然有序的自然循環(huán)，中間的隔室可供進(jìn)入砌筑隔墻和維修。 煙氣為橫向及縱向混合沖刷，煙氣流速選取較高，這樣布置可以使水循環(huán)有保證。煙氣混合沖刷，對(duì)流管束區(qū)不積灰，能一直保持較好的傳熱狀態(tài)，尾部布置了省煤器和空氣預(yù)熱器。2.2鍋爐主要技術(shù)指標(biāo) 額定熱功率 17.6MW 額定出水壓力 1.35MPa 最大熱功率 19.4MW 額定出口水溫 125 額定進(jìn)口水溫 70 使用燃料 III類煙煤 設(shè)計(jì)效率

12、81.4% 燃料的顆粒度要求 03mm 燃煤外水分<13% 爐排有效面積 21.7 耗煤量 3305.9kg/h 鍋爐水容積 23t 額定工況下循環(huán)水量 237.5t/h 熱風(fēng)溫度146 受熱面積： 爐膛1072.3系統(tǒng)運(yùn)行231 升火及控制1熱水采暖系統(tǒng)投入運(yùn)行前，為了預(yù)防熱水系統(tǒng)中的雜物在運(yùn)行中造成堵塞現(xiàn)象，系統(tǒng)投入使用前必須進(jìn)行沖洗，沖洗結(jié)束后應(yīng)將除污器清洗干凈。2鍋筒住火前應(yīng)進(jìn)行全面檢查，而后進(jìn)行注水工作，未注水前必須關(guān)閉排污閥，開(kāi)啟排空氣閥，讓爐內(nèi)空氣可以排除。3本鍋爐水質(zhì)應(yīng)符合GB1576工業(yè)鍋爐水質(zhì)的有關(guān)規(guī)定。4將已處理的水通過(guò)省煤器緩慢地注入鍋爐內(nèi)，進(jìn)水溫度應(yīng)低于40攝氏

13、度。鍋爐升火前應(yīng)先開(kāi)啟循環(huán)水泵，待網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的水循環(huán)起來(lái)以后，才能點(diǎn)火。循環(huán)水泵應(yīng)無(wú)負(fù)荷啟動(dòng)，待運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，再逐漸開(kāi)啟出口閥門(mén)，鍋爐點(diǎn)火前先開(kāi)引風(fēng)機(jī)，使?fàn)t膛負(fù)壓在45至100pa保持4 min以上。5點(diǎn)燃爐排上的火柴并引燃燃煤煤層，待燃燒旺盛時(shí)，用最低的速度使?fàn)t移動(dòng)，視燃燒情況可時(shí)開(kāi)時(shí)停。6升火時(shí)溫度不宜太快，避免各部分因受熱不同而產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，影響鍋爐壽命，防止水溫過(guò)高發(fā)生汽化。7加強(qiáng)監(jiān)視循環(huán)泵壓力表的指示情況，當(dāng)鍋爐進(jìn)水時(shí)先關(guān)閉省煤器再循環(huán)管上的閥門(mén)。安全閥應(yīng)在初次升壓時(shí)進(jìn)行調(diào)整按照熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程第105條表2-1規(guī)定的壓力進(jìn)行調(diào)整校驗(yàn)。 表1-2 安全閥的校正安全閥的始啟壓

14、力1.12倍工作壓力但不小于工作壓力+0.07MPa1.14倍工作壓力但不小于工作壓力+0.10MPa(1) 鍋爐上必須有一個(gè)安全閥按表中較低的初始開(kāi)啟壓力進(jìn)行調(diào)整。(2) 所有安全閥經(jīng)校正鉛封后不能亂動(dòng)。(3) 切勿敲擊安全閥上的任何部分，開(kāi)啟安全閥只能用閥上的控制桿。(4) 在安全未校正前鍋爐絕對(duì)禁止投入運(yùn)行。2.3.2 運(yùn)行操作1系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整搞好熱水采暖系統(tǒng)的調(diào)整，控制熱網(wǎng)供，回水溫度，壓力和各回路的系統(tǒng)流量，使之在規(guī)定范圍內(nèi)，對(duì)熱水鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行十分重要。 系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)整由集中調(diào)整和局部調(diào)節(jié)兩部分組成。集中調(diào)節(jié)是為了滿足供熱負(fù)荷的需要，對(duì)鍋爐出水口水溫和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)；局部調(diào)節(jié)是通過(guò)

15、支管路上的閥門(mén)改變熱水流量，以調(diào)節(jié)其供熱量。集中調(diào)節(jié)的方法：（1） 質(zhì)調(diào)節(jié)。在流量不變的情況下，改變向網(wǎng)絡(luò)的供熱溫度，即改變鍋爐出口水溫。（2） 量調(diào)節(jié)。在供水溫度不變的情況下，改變向網(wǎng)絡(luò)供水的流量即加減循環(huán)水的流量。（3）間歇調(diào)節(jié)。改變每天供熱的時(shí)間長(zhǎng)短即變化鍋爐運(yùn)行時(shí)間。一般在室外氣溫接近設(shè)計(jì)溫度時(shí)采用間歇運(yùn)行調(diào)節(jié)，在室外氣溫回升時(shí)，采用供水溫度的質(zhì)調(diào)節(jié)。2運(yùn)行參數(shù)控制（1）保持壓力穩(wěn)定。熱水鍋爐運(yùn)行中應(yīng)密切監(jiān)視鍋爐進(jìn)口出壓力表和循環(huán)泵入口壓力，如發(fā)現(xiàn)壓力波動(dòng)較大，應(yīng)及時(shí)查找原因，加以處理。當(dāng)系統(tǒng)壓力偏低時(shí)，應(yīng)及時(shí)向系統(tǒng)補(bǔ)水，同時(shí)根據(jù)供熱量和水溫的要求調(diào)整燃燒。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中發(fā)生局部故障，需

16、要切斷維修時(shí)，更應(yīng)對(duì)循環(huán)水壓力加強(qiáng)監(jiān)視。如壓力較大變化，應(yīng)通過(guò)閥門(mén)作相應(yīng)調(diào)整，確?？偟倪\(yùn)行網(wǎng)絡(luò)壓力不變。（2）溫度控制。運(yùn)行人員要經(jīng)常注意室外溫度的變化，根據(jù)規(guī)定的水溫與氣溫關(guān)系的曲線圖進(jìn)行燃燒量調(diào)整，一般要求供水溫度與水溫曲線所規(guī)定的溫度數(shù)值相差不大于2。采用質(zhì)調(diào)節(jié)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)供水溫度的改變要逐步進(jìn)行，每小時(shí)水溫高或低不宜大于20 以免管道產(chǎn)生不正常的溫度壓力。如對(duì)外循環(huán)回路加以調(diào)節(jié)，要注意調(diào)整使其溫度偏差不超10。3排氣除污。熱水采暖網(wǎng)絡(luò)和鍋爐內(nèi)，在運(yùn)行時(shí)充滿了水，水中有許多游離氣體，這些氣體無(wú)論對(duì)鍋爐和網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)都是有害的，必須予以排除。具體做法是：定期對(duì)鍋爐，網(wǎng)絡(luò)的最高點(diǎn)，除污器的排氣管進(jìn)行

17、排氣，同時(shí)定期清洗污器。4合理分配配水量。通過(guò)閥門(mén)開(kāi)度來(lái)合理分配通到各循環(huán)網(wǎng)絡(luò)的水量。并監(jiān)視各系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的回水溫度。由于管道在彎頭、三通，變徑管及閥門(mén)等處容易被污物堵塞影響流量分配，因此對(duì)這些地方應(yīng)勤加檢驗(yàn)，最簡(jiǎn)單的方法是用手觸摸，如果感覺(jué)溫度差別，很大，則該拆開(kāi)處理。5防止汽化。在正常運(yùn)行時(shí)，必須嚴(yán)密監(jiān)視鍋爐出水水溫，使水溫與沸點(diǎn)之間有足夠的溫度裕度，并保持鍋爐內(nèi)的壓力恒定，同時(shí)應(yīng)使鍋爐和各部分的循環(huán)水流量均勻。6停電保護(hù)。當(dāng)突然停電時(shí)，必須迅速打開(kāi)爐門(mén)，撤出爐膛煤火，使?fàn)t溫很快降低，關(guān)閉回水及出水總閥，開(kāi)啟再循環(huán)管道路閥門(mén)保證省煤器的冷卻。如果自來(lái)水壓力高于鍋爐靜壓力時(shí)，應(yīng)用自來(lái)水向鍋爐進(jìn)水

18、，并開(kāi)啟鍋爐的放氣閥。恢復(fù)供電以后，當(dāng)水位表水位仍在可見(jiàn)水位時(shí)，由回水管道重新進(jìn)水。7定期排污。排放次數(shù)視水質(zhì)情況而定，排污時(shí)鍋水溫度低100，防止鍋爐因排污而降壓，使鍋爐發(fā)生水擊和汽化。排污器一般每周排污一次，如果系統(tǒng)新投入運(yùn)行或者水質(zhì)情況較差時(shí)，可適當(dāng)增加排污次數(shù)。23. 3鍋爐停爐鍋爐停爐分三種情況：正常停爐；暫時(shí)停爐；緊急停爐。1 正常停爐。正常停爐時(shí)，先停止供給燃料，然后關(guān)閉送風(fēng)機(jī)，最后關(guān)閉引風(fēng)機(jī)，但不可立即停泵 ，只有當(dāng)鍋爐出口水溫降到50以下才能停循環(huán)泵。停泵時(shí)，為了防止產(chǎn)生水擊，應(yīng)先逐漸關(guān)閉水泵出口閥門(mén)，待出口閥門(mén)基本關(guān)閉后再停泵。2暫停鍋爐 暫停鍋爐時(shí)，火床一定要壓住，煙道出

19、口擋板要關(guān)嚴(yán)。在壓火期間，如發(fā)現(xiàn)鍋水溫度升高，應(yīng)短時(shí)間開(kāi)通循環(huán)水泵，防止鍋水超溫汽化。天氣寒冷時(shí)，停泵時(shí)間不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，防止系統(tǒng)發(fā)生凍裂事故。緊急停爐3. 緊急停爐鍋爐運(yùn)行中，有下列情況之一時(shí)，應(yīng)緊急停爐。（1） 因循環(huán)不良造成鍋水汽化，或鍋爐出口熱水溫度上升到出口壓力下相應(yīng)飽和溫度的差小于20（2） 循環(huán)水泵全部失效，鍋水溫度急劇上升，失去控制。（3） 壓力表、溫度表、安全閥，其中有一種全部失效。（4） 鍋爐元器件損壞，危機(jī)運(yùn)行人員的安全。（5） 鍋爐雖補(bǔ)給水泵不斷補(bǔ)水，但鍋爐壓力仍然繼續(xù)下降。（6） 熱網(wǎng)系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞。（7） 燃燒設(shè)備損壞，爐墻倒塌或鍋爐構(gòu)架被燒紅，嚴(yán)重威脅鍋爐安全運(yùn)行。（8）

20、 其他異常運(yùn)行情況，且超過(guò)安全運(yùn)行運(yùn)行范圍。緊急停爐時(shí)，應(yīng)立即停止供給燃料，必要時(shí)扒出爐內(nèi)燃煤或用濕爐灰將火壓滅，其他操作與正常停爐相同。第三章儀表選型及設(shè)計(jì)31儀表選型原則311溫度儀表3111就地溫度顯示儀表就地溫度顯示選用抽芯式、萬(wàn)向型雙金屬溫度計(jì)，均帶保護(hù)套管。管道及設(shè)備上安裝均采用DN40法蘭連接。3112遠(yuǎn)傳溫度測(cè)量?jī)x表(1)一般場(chǎng)合溫度測(cè)量選用分度號(hào)“K”型隔漏鎧裝型熱電偶，IEC標(biāo)準(zhǔn)：控制用溫度回路，另配架裝溫度變送器。管道及設(shè)備上安裝均采用DN40法蘭連接”。(2)加熱爐爐膛的溫度測(cè)量選用分度號(hào)“S”型熱電偶，IEC標(biāo)準(zhǔn)，法蘭規(guī)格與加熱爐爐體設(shè)備開(kāi)口法蘭規(guī)格相同。(3)加熱爐

21、爐管的溫度測(cè)量選用分度號(hào)“S”型刀刃式熱電偶。312壓力儀表3121就地壓力顯示儀表(1)一般場(chǎng)合選用不銹鋼壓力表；(2)微壓或負(fù)壓場(chǎng)合選用不銹鋼膜盒壓力表：(3)泵出口等有振蕩場(chǎng)合選不銹鋼耐振壓力表。3122遠(yuǎn)傳壓力測(cè)量?jī)x表(1)一般壓力測(cè)量選用智能壓力變送器。(2)微壓或負(fù)壓場(chǎng)合選用智能差壓變送器。3 . 13流量?jī)x表鍋爐出口流量選用電磁質(zhì)量流量計(jì)哺。314液位儀表3141就地液位測(cè)量?jī)x表(1)就地清潔介質(zhì)液位測(cè)量選用玻璃板液位計(jì)。(2)就地粘稠介質(zhì)液位測(cè)量選用磁浮子液位計(jì)。314，2遠(yuǎn)傳液位測(cè)量?jī)x表水罐液位測(cè)量選用差壓變送器。315分析儀表氧化鋯及PH值分析儀就地安裝。316執(zhí)行機(jī)構(gòu)鼓風(fēng)

22、機(jī)和引風(fēng)機(jī)選用角行程電動(dòng)執(zhí)行器。32控制點(diǎn)和控制參數(shù)鍋爐房3臺(tái)鍋爐共設(shè)計(jì)76個(gè)控制點(diǎn)，輸入點(diǎn)67個(gè)，輸出點(diǎn)9個(gè)。表3-1鍋爐控制點(diǎn)參數(shù)表序號(hào)編號(hào)參數(shù)位置量程備注1TE1011#爐膛溫度1#爐膛0-16002TE2012#爐膛溫度2#爐膛0-16003TE3013#爐膛溫度3#爐膛0-16004TE1021#省煤器入煙溫省煤氣煙道入口0-4005TE2022#省煤器入煙溫省煤氣煙道入口0-4006TE3023#省煤器入煙溫省煤氣煙道入口0-2007TE1031#空頂器出煙溫空頂器煙道出口0-2008TE2032#空頂器出煙溫空頂器煙道出口0-2009TE3033#空頂器出煙溫空頂器煙道出口0-2

23、0010TE1041#排煙溫度除塵出口0-20011TE3042#排煙溫度除塵出口0-20012TE1053#排煙溫度除塵出口0-20013TE1051#省煤器出口水溫1#鍋爐進(jìn)水管線0-20014TE2052#省煤器出口水溫2#鍋爐進(jìn)水管線0-20015TE3053#省煤器出口水溫3#鍋爐進(jìn)水管線0-20016TE1061#鍋爐出口水溫鍋爐出水管線0-20017TE2062#鍋爐出口水溫鍋爐出水管線0-20018TE3063#鍋爐出口水溫鍋爐出水管線0-20019TE1071#空預(yù)器出風(fēng)溫空預(yù)器出口0-20020TE2072#空預(yù)器出風(fēng)溫空預(yù)器出口0-20021TE3073#空預(yù)器出風(fēng)溫空預(yù)

24、器出口0-20022PT1011#爐膛負(fù)壓1#爐膛0-1.6KPa23PT2012#爐膛負(fù)壓2#爐膛0-1.6KPa24PT3013#爐膛負(fù)壓3#爐膛0-1.6KPa25PT1021#省煤器入煙壓1#省煤器煙道入口0-1.6KPa26PT2022#省煤器入煙壓2#省煤器煙道入口0-1.6KPa27PT3023#省煤器入煙壓3#省煤器煙道入口0-1.6KPa28PT1031#空預(yù)器出煙壓1#空預(yù)器煙道出口0-4KPa29PT2032#空預(yù)器出煙壓2#空預(yù)器煙道出口0-4KPa30PT3033#空預(yù)器出煙壓3#空預(yù)器煙道出口0-4KPa第四章鍋爐燃燒系統(tǒng)控制方案41鍋爐燃燒過(guò)程和控制任務(wù)411工業(yè)

25、鍋爐燃燒過(guò)程分析工業(yè)鍋爐是利用燃料(煤、氣、油)的熱能或工業(yè)廢熱將工質(zhì)加熱到一定溫度和壓力的換能設(shè)備。鍋爐生產(chǎn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)重要的地位。鍋爐的燃燒換熱過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程。它主要包括煤的燃燒氧化釋熱和換熱兩大歷程，二者均存在多相化學(xué)和物理反應(yīng)過(guò)程，這些反應(yīng)過(guò)程的宏觀時(shí)滯性和非線性是影響鍋爐燃燒過(guò)程控制穩(wěn)定性的主要問(wèn)題。研究分析鍋爐燃燒過(guò)程等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的特性，是實(shí)現(xiàn)鍋爐優(yōu)化控制的關(guān)鍵”。4 .111工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程1燃燒過(guò)程熱量分析工業(yè)鍋爐的能源主要以煤為主，其它燃料，如油、氣、工業(yè)余熱、廢氣等僅占很小部分。研究鍋爐燃燒的實(shí)質(zhì)是研究煤在空氣中燃燒的過(guò)程。鍋爐內(nèi)部的各種過(guò)程往往同時(shí)進(jìn)行，交

26、叉影響。在計(jì)算一種過(guò)程中，往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假定其它因素的影響是定常的。煤主要由碳(C)、氫(H)、氧(o)、氮(N)、硫(S)等化學(xué)元素組成。煤的成分基于應(yīng)用基(用上角標(biāo)y表示)的百分含量為 (4-1)其中分別為碳、氫、氧、氮、硫、灰分和水的應(yīng)用分析基的百分含量。工業(yè)分析煤的成分百分含量可表示為 (4-2)其 、 、 分別為固定碳、揮發(fā)分、灰分和水分含量的百分?jǐn)?shù)。同樣，可以用分析基來(lái)描述煤的成分百分量 （4-3）其中、 、 為固定碳、揮發(fā)分、灰分和水分含量的分析基工業(yè)分析質(zhì)量含量百分?jǐn)?shù)。有了成分含量，經(jīng)門(mén)捷列夫化學(xué)公式，可計(jì)算煤的低位發(fā)熱量，即 （4-4） 其中 為應(yīng)用低位基發(fā)熱量。它包含著 ，是

27、一個(gè)不確定的量，它因存儲(chǔ)、運(yùn)輸或天氣條件變化而改變，是一個(gè)不可測(cè)的擾動(dòng)。2熱平衡特性分析鍋爐燃燒的熱平衡可用下式表示 （4-5）其中為輸入熱量；為有效利用熱；為排煙損失熱；為化學(xué)不完全燃燒熱損失；為機(jī)械不燃燒損失R熱；為鍋爐散熱；為灰渣物理熱損失。(1)鍋爐輸入熱量？鍋爐輸入熱量 是指鍋爐以外的純輸入值，它不包括爐內(nèi)循環(huán)熱量。其中為鍋爐輸入熱量；為燃料物理熱；為外來(lái)熱源加熱空氣帶入的熱量。其中按下式計(jì)算 （46）其中為燃料溫度，可取為20；為燃料應(yīng)用基比熱容。當(dāng)用外熱源加熱燃料(蒸汽干燥器等)及系統(tǒng)使燃料干燥時(shí)應(yīng)計(jì)算此項(xiàng)，并根據(jù)爐前燃料狀態(tài)取用和燃燒水分。若未經(jīng)預(yù)熱，只有當(dāng)時(shí)才需計(jì)算。固體燃料

28、比熱容按下式計(jì)算 （4-7）其中為燃料干燥基比熱容，無(wú)煙煤、貧煤=0，92 kJ(kg·)；煙煤=109kJ(kg·)；褐煤=113 kJ(kg·)；油頁(yè)巖=088 kJ(kg·)(2)鍋爐有效利用熱鍋爐有效利用熱是指鍋爐供出工質(zhì)的總焓與給水焓的差值，對(duì)于熱水鍋爐 （4-8）其中為鍋爐有效利用熱：B為燃料消耗量；D為鍋爐蒸發(fā)量；為鍋爐自用熱水量；為鍋爐排汽量；熱水焓；為飽和水焓；為給水焓；為汽化潛熱。如鍋爐有再熱器時(shí)，鍋爐有效利用熱應(yīng)增加再熱器吸收量量 （4-9）其中為再熱器中熱水流量；、為再熱器出口、入口處熱水焓。(3)排煙熱損失排煙熱損失是指鍋爐排煙

29、物理熱造成的熱損失，它等于排煙焓與冷空氣焓的焓差。用占輸入熱百分率表示為 （4-10）其中、為排煙焓和理論空氣焓；為排煙處過(guò)量空氣系數(shù)理想狀態(tài)煤完全燃燒所需的干空氣量為 （4-11）煤燃燒產(chǎn)生煙氣焓為 （4-12）其中，為過(guò)?？諝庀禂?shù)是1，煙氣溫度為0"C時(shí)理論煙氣焓；？式(412)中，：為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的理論空氣焓； (4)化學(xué)不完全燃燒熱損失此項(xiàng)損失是指排煙中未完全燃燒的可燃?xì)怏w(H2、CO、等)所帶走的熱量。對(duì)于運(yùn)行鍋爐，借助排煙處煙氣成分的測(cè)量，然后按下式計(jì)算求得 （4-13） 其中、為干煙氣中一氧化碳、氫氣、甲烷的容積百分比，可從煙氣分析測(cè)得；為干煙氣中三原子氣體容積百分比。影

30、響的因素很多，主要有燃料的揮發(fā)分、爐膛過(guò)量空氣系數(shù)、燃燒器設(shè)計(jì)、爐膛溫度以及爐內(nèi)空氣動(dòng)力工況等。(5)機(jī)械不完全燃燒熱損失對(duì)于層或室燃燒，此項(xiàng)損失是指飛灰、落灰和灰渣中未燃盡可燃物造成的熱損失。 （4-14） (4-15)其中、分別為爐渣、漏煤、煙道灰、飛灰中的灰量占入爐燃料總灰分的重量份額；、分別為爐渣、漏煤、煙煤灰、飛灰中可燃物含量的百分?jǐn)?shù)。若對(duì)于給定燃料，各處灰量及灰中可燃物有可靠數(shù)據(jù)時(shí)，也可按上述公式計(jì)算。對(duì)于運(yùn)行鍋爐，需測(cè)定各處灰中可燃物含量，并利用灰平衡法求得各處的a值，利用上述公式算出。影響的主要因素有：燃料性質(zhì)、燃燒器設(shè)計(jì)、爐膛溫度、爐膛設(shè)計(jì)和爐膛過(guò)量空氣系數(shù)等。熱量及熱平衡是

31、控制的基本參數(shù)，以上分析是理想狀態(tài)燃燒釋熱的定量分析，鍋爐熱平衡方程也僅是理想狀態(tài)的平衡，與工程上的實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)，例如，由于煤質(zhì)不同很難測(cè)得燃燒后產(chǎn)生煙氣的成分組合，在計(jì)算熱量時(shí)所應(yīng)用到的應(yīng)用基 (水含量)一個(gè)時(shí)變函數(shù)，是一個(gè)不可測(cè)的擾動(dòng)。進(jìn)入鍋爐內(nèi)參加燃燒的冷空氣的焓也是一時(shí)變值，這都給工程上的熱量、熱損、熱平衡以及鍋爐的熱效率計(jì)算帶來(lái)困難。3換熱過(guò)程特性分析爐內(nèi)換熱的特點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：(1)換熱方式有輻射和對(duì)流兩種，主要以輻射換熱為主，對(duì)流換熱一般不超過(guò)5；(2)燃料不同，構(gòu)成火焰的物質(zhì)不同，輻射特性不同；(3)在火焰流動(dòng)過(guò)程中，由于火焰溫度分布不同，火焰中輻射成分也不同，具有各

32、項(xiàng)異性特點(diǎn)；(4)燃料不同，灰分不同，裹復(fù)在受熱面上的厚度、性質(zhì)不同，灰塵表面具有高的溫度，是阻礙熱交換的重要因素。分析爐內(nèi)換熱的特點(diǎn)，輻射換熱是鍋爐燃燒過(guò)程換熱的主要方面，火焰輻射包括原子氣體輻射、火焰中灰粒輻射、火焰中焦炭粒子輻射和碳黑粒子輻射，但工程上通常把爐內(nèi)火焰看作為均勻輻射體，輻射換熱可用下式計(jì)算： （4-16）其中為爐膛黑度；為絕對(duì)黑體的輻射系數(shù)；為火焰的絕對(duì)平均溫度；為受熱面外壁的絕對(duì)溫度；為爐膛內(nèi)有效輻射受熱面積。爐膛黑度同火焰的發(fā)光程度和鍋爐的結(jié)構(gòu)等有關(guān)，而火焰的發(fā)光程度則決定于燃料的品種和燃燒方式。在工程實(shí)際中，不僅輻射換熱具有非線性，而且還有燃燒換熱過(guò)程的時(shí)滯性、負(fù)載的

33、時(shí)變性、設(shè)備性能時(shí)變性等特性。因此，分析燃燒換熱過(guò)程特性對(duì)鍋爐測(cè)控過(guò)程關(guān)鍵參量的確定和控制策略的制定將起到至關(guān)重要的作用。(1)煤的燃燒過(guò)程時(shí)滯特性與輻射換熱的非線性煤的燃燒是兩相燃燒，多相反應(yīng)過(guò)程。兩相燃燒是指固、氣兩念的燃燒，多相反應(yīng)過(guò)程是各種成分同時(shí)或相繼反應(yīng)。在燃燒過(guò)程中，決定反應(yīng)速度的是反應(yīng)過(guò)程中最慢的那部分歷程。燃燒首先是煤的揮發(fā)分燃燒，由于揮發(fā)分燃燒帶走附著在碳粒表面的大量氧氣，故碳的燃燒在揮發(fā)分未完成燃盡階段因缺氧而受到影響。隨著揮發(fā)分燃盡，碳進(jìn)行兩相燃燒，即碳和一氧化碳燃燒，燃燒速度與碳表面覆蓋的灰層厚度有關(guān)。 (2)負(fù)載的時(shí)變性負(fù)載的時(shí)變性是指鍋爐出口壓力或溫度具有一定約束

34、條件，它因用戶容量、室外溫度等變化而變化(3)設(shè)備性能的時(shí)變性換熱器結(jié)垢熱傳導(dǎo)時(shí)變性。結(jié)垢問(wèn)題是鍋爐穩(wěn)定控制、安全生產(chǎn)的重要問(wèn)題。換熱器受熱后以熱傳導(dǎo)的方式，將熱能傳遞給工質(zhì)，在無(wú)垢的情況，傳遞時(shí)間常數(shù)很小，結(jié)垢后換熱器壁厚增加，等效導(dǎo)熱系數(shù)改變，傳導(dǎo)時(shí)間常數(shù)隨結(jié)垢厚度不同而不同，特別在我固的工業(yè)鍋爐生產(chǎn)中，結(jié)垢問(wèn)題是重大問(wèn)題，由此引發(fā)的生產(chǎn)事故經(jīng)常出現(xiàn)。結(jié)垢的熱傳導(dǎo)時(shí)滯常數(shù)可用來(lái)描述，為結(jié)垢厚度。是一個(gè)在線不可測(cè)的擾動(dòng)量，結(jié)垢問(wèn)題不僅反映了設(shè)備性能時(shí)變問(wèn)題，而且也帶來(lái)了過(guò)程延遲的問(wèn)題。風(fēng)路參數(shù)的時(shí)變性。風(fēng)路參數(shù)時(shí)變主要是因?yàn)轱L(fēng)路積灰、除塵等環(huán)節(jié)引起的風(fēng)路氣阻R的時(shí)變。這種變化容易引起風(fēng)/煤的

35、配比失調(diào)，造成排煙損失或不完全燃燒損失。鍋爐的風(fēng)道計(jì)算十分復(fù)雜，同樣的設(shè)計(jì)，同樣的施工隊(duì)伍施工所建造的風(fēng)路，在性能上可能存在嚴(yán)重的差異。為了說(shuō)明風(fēng)道的時(shí)變性，設(shè)所選的風(fēng)道區(qū)域是紊流段。可粗略地描述積灰等原因造成的風(fēng)道氣阻變化，對(duì)于一個(gè)非線性氣阻的流量可用下式表示 （4-17）其中為質(zhì)量流量；為流量系數(shù)；為空氣流通面積；為經(jīng)氣阻后的流通密度；為氣阻前后壓差；為重力加速度。把代入上式得到 （4-18）由于積灰流通面積是個(gè)不確定的時(shí)變因素，這個(gè)因素將嚴(yán)重影響風(fēng)量控制，使燃燒較難工作在最佳區(qū)。412鍋爐燃燒過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性1燃料傳送過(guò)程燃料煤傳送過(guò)程的輸入?yún)?shù)是給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速，輸出參數(shù)是給煤量的多少。當(dāng)給

36、煤機(jī)從中間儲(chǔ)倉(cāng)供應(yīng)爐膛燃料時(shí)，給煤機(jī)在動(dòng)態(tài)特性上是一個(gè)一階滯后環(huán)節(jié)。同時(shí)，給煤機(jī)傳送具有純滯后時(shí)間。所以，煤粉傳送過(guò)程的傳遞函數(shù)為 （4-19）其中為放大系數(shù)：為時(shí)間常數(shù)，S；為煤傳送滯后時(shí)間，s；2燃料燃燒過(guò)程燃料燃燒過(guò)程的輸入?yún)?shù)是給煤量，輸出參數(shù)是燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，可以用一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)近似描述其動(dòng)態(tài)特性： （4-20）其中為燃燒過(guò)程的放大系數(shù)；為燃燒過(guò)程的時(shí)間常數(shù)。3工質(zhì)形成過(guò)程工質(zhì)形成過(guò)程主要是熱水蓄能的過(guò)程，它的輸入?yún)?shù)為鍋爐進(jìn)水所含有的熱量。輸出參數(shù)為管道出口的能量。在研究形成過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，可以分省煤器省煤段和循環(huán)系統(tǒng)段兩部分組成。其傳遞函數(shù)可表示為省煤器省煤段的傳遞函數(shù)可

37、表示為其中為循環(huán)系統(tǒng)蓄熱過(guò)程的時(shí)間常數(shù)，；為循環(huán)系統(tǒng)蓄熱過(guò)程的放大系數(shù)；為省煤器省煤段的停留時(shí)間，；為省煤器省煤段的放大系數(shù)。綜合上面兩部分的公式，可以求出熱水形成過(guò)程的傳遞函數(shù)： （4-21）鍋爐燃燒過(guò)程如圖41所示：413工業(yè)鍋爐燃燒控制的任務(wù)工業(yè)鍋爐燃燒系統(tǒng)控制的基本任務(wù)，是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)負(fù)荷的需要，同時(shí)還要保證經(jīng)濟(jì)燃燒和鍋爐的安全運(yùn)行。具體調(diào)節(jié)任務(wù)可概括為三個(gè)方面：1維持出水溫度不變維持出水溫度不變，這是燃燒過(guò)程控制的第一項(xiàng)任務(wù)。如果出水溫度變了，就表示鍋爐的生產(chǎn)量與負(fù)荷設(shè)備的消耗量不相一致，因此，必須改變?nèi)剂系墓?yīng)量，以改變鍋爐的燃燒發(fā)熱量，從而改變鍋爐的輸出，恢復(fù)出水

38、溫度為額定值。這項(xiàng)控制任務(wù)就稱為熱負(fù)荷控制。此外，保持出水溫度在一定范圍內(nèi)，也是保證鍋爐和各個(gè)負(fù)荷設(shè)備正常工作的必要條件。2保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性鍋爐燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性是鍋爐燃燒過(guò)程控制的第二個(gè)任務(wù)。燃燒的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)難于直接測(cè)量，常用煙氣中的合氧量，或者燃料量與給風(fēng)量的比值來(lái)表示。如果能夠恰當(dāng)?shù)乇３秩剂狭颗c空氣量的正確比值，就能達(dá)到最小的熱量損失和最大的燃燒效率。反之，如果比值不當(dāng)，空氣不足，結(jié)果導(dǎo)致燃料的不完全燃燒，當(dāng)大部分燃料不能完全燃燒時(shí)，熱量損失直線上升；如果空氣過(guò)多，就會(huì)使大量的熱量損失在煙氣之中，使燃燒效率降低。一般說(shuō)來(lái)，保持2的氧或10的過(guò)剩空氣是最適宜的。這樣的熱量損失最小。3維持

39、爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)爐膛負(fù)壓的變化，反映了引風(fēng)量與給風(fēng)量的不相適應(yīng)。通常要求爐膛負(fù)壓保持在20一40 Pa的范圍內(nèi)，這時(shí)燃燒工況，鍋爐房工作條件，爐子的維護(hù)及安全運(yùn)行都最有利。如果爐膛負(fù)壓太小。爐膛容易向外噴火，既影響環(huán)境衛(wèi)生，又可能危及設(shè)備與操作人員的安全。爐膛負(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增大，增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失。因此，需要維持爐膛負(fù)壓在一定范圍之內(nèi)。這三項(xiàng)調(diào)節(jié)任務(wù)是相互關(guān)聯(lián)的，它們可以通過(guò)調(diào)節(jié)燃料量、給風(fēng)量和引風(fēng)量來(lái)完成。對(duì)于燃燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求是：在負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)使燃料量、給風(fēng)量和引風(fēng)量各自保持不變，及時(shí)地補(bǔ)償系統(tǒng)的內(nèi)部擾動(dòng)。這些內(nèi)部擾動(dòng)包括燃料的質(zhì)量變化，給風(fēng)量和引風(fēng)量

40、的變化等。在負(fù)荷變化的外擾作用時(shí)，則應(yīng)使燃料量、給風(fēng)量和引風(fēng)量成比例地改變，既要適應(yīng)負(fù)荷要求，又要使三個(gè)被調(diào)量出水溫度、爐膛負(fù)壓和燃燒經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)保持在允許的范圍內(nèi)。42鍋爐優(yōu)化控制的理論基礎(chǔ)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀421鍋爐優(yōu)化控制的理論基礎(chǔ)根據(jù)燃燒理論，燃料在爐膛內(nèi)燃燒和熱空氣帶入的熱量大體上可分為6部分，即 式中入爐熱量總和；工質(zhì)吸收的熱量；排煙熱損失；氣體未完全燃燒熱損失；固體未完全燃燒熱損失；爐體散熱損失；灰渣物理熱損失。各種熱損失中，和占主要部分，而且它們是隨空氣過(guò)剩系數(shù)的變化而變化。其關(guān)系如圖4-2所示。由圖可知，有一個(gè)最低點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于該點(diǎn)值就是最佳空氣過(guò)剩系數(shù)，此時(shí)鍋爐的熱損失最少，熱效率

41、最高。由圖42可以得到鍋爐熱效率？和空氣過(guò)剩系數(shù)的關(guān)系，如圖43所示。存在一個(gè)最佳的，在這一值附近燃料既可以充分燃燒，各項(xiàng)熱損失又最小，稱為最佳燃燒區(qū)；小于這一值，化學(xué)不完全燃燒和機(jī)械不完全燃燒損失開(kāi)始增加，稱為空氣不足區(qū)；大于這一值時(shí)，雖然燃料燃燒完全，但是由于風(fēng)量太多，導(dǎo)致?tīng)t溫降低，排煙損失增加，效率降低，稱為空氣高過(guò)剩區(qū)。圖43熱效率與的關(guān)系從煙氣化學(xué)成分分析可知，空氣過(guò)剩系數(shù)和煙氣中的殘氧的含量有近似對(duì)應(yīng)關(guān)系：通過(guò)測(cè)量煙氣中的氧含量就可近似獲得空氣過(guò)剩系數(shù)，所以現(xiàn)在的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中，普遍采用測(cè)量煙氣中過(guò)剩氧含量來(lái)控制風(fēng)量，保證空氣量和燃料量保持一定的比值關(guān)系。但是，很多鍋爐的負(fù)荷經(jīng)

42、常有大范圍的變化，最佳的空氣過(guò)剩系數(shù)在不同的工況下也有較大的變化，如圖4-4所示，低負(fù)荷時(shí)，燃料量和空氣量都變得很小，流動(dòng)動(dòng)量降低(對(duì)燃油鍋爐，油的霧化也變差)，使燃料和空氣混合得不好，引起不完全燃燒，所以低負(fù)荷是要提高空氣過(guò)剩率。因此單純的比值控制并不能保證任何情況下的最佳燃燒狀態(tài)。為此，要真正實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制還必須加入“空燃比”修難功能。422國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀針對(duì)最佳空氣過(guò)剩率隨負(fù)荷變化的情況，很多學(xué)者展開(kāi)了研究，并產(chǎn)生了很多的處理方法。(1)模型優(yōu)化最佳空氣過(guò)剩率隨負(fù)荷是變化的，但是不同的鍋爐其變化關(guān)系是不同的，而多數(shù)鍋爐生產(chǎn)廠家沒(méi)有提供這樣的關(guān)系曲線。有人根據(jù)司爐的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀察，記

43、錄積累了不同負(fù)荷下認(rèn)為是燃燒工況最佳的煙氣氧含量數(shù)據(jù)，然后利用這些數(shù)據(jù)通過(guò)線性回歸的方法，建立了最佳氧含量隨負(fù)荷變化的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，根據(jù)這一模型自動(dòng)修幣氧含量的設(shè)定值，從而達(dá)到最佳燃燒的目的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，模型是離線計(jì)算好的，所以尋找最優(yōu)值速度快，而且對(duì)工況沒(méi)有干擾；缺點(diǎn)是所采集的數(shù)據(jù)量有限，還摻雜人的經(jīng)驗(yàn)，模型精度難免受影響。(2)熱效率在線自尋優(yōu)另外一種優(yōu)化方法，也是應(yīng)用最多的方法是熱效率的在線自尋優(yōu)。根據(jù)圖？的極值關(guān)系，以為目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)調(diào)整，在線計(jì)算鍋爐的熱效率，逐步尋找到熱效率最高時(shí)對(duì)應(yīng)的。這種做法的優(yōu)點(diǎn)是不需要對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，只需知道它有極值關(guān)系存在，就可以在線尋

44、找到最優(yōu)點(diǎn)，方法簡(jiǎn)便易行。但是，對(duì)于滯后大的對(duì)象如燃煤鍋爐，或由于算法本身收斂速度慢使尋優(yōu)步數(shù)增加，會(huì)導(dǎo)致尋優(yōu)周期長(zhǎng)。如果在尋優(yōu)過(guò)程中，負(fù)荷又發(fā)生了大的變化，則尋優(yōu)又要重新進(jìn)行。同時(shí)，由于測(cè)量?jī)x表的精度等原因，使尋優(yōu)的靈敏度不高，很難真正找到最優(yōu)點(diǎn)，只能找到近似的最優(yōu)點(diǎn)。43控制方案設(shè)計(jì)與研究要滿足供暖的需要，首先必須保證鍋爐的出口水溫和出口流量的穩(wěn)定；其次要保證煙氣氧含量和爐膛負(fù)壓維持在一定的范圍內(nèi)，以保證生產(chǎn)的安全性和燃燒的經(jīng)濟(jì)性。因此，鍋爐的被控變量可以確定為：鍋爐水流量、省煤器水流量、出口水溫、爐膛負(fù)壓和煙氣氧含量。鍋爐控制系統(tǒng)可以分為流量控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)單控制系統(tǒng))、燃燒控制系統(tǒng)和優(yōu)化控

45、制系統(tǒng)。431 燃煤熱水鍋爐燃燒過(guò)程對(duì)象的實(shí)測(cè)特性從控制理論的角度分析熱水鍋爐，它是一個(gè)多變量、非線性、分布參數(shù)的和帶時(shí)延的復(fù)雜對(duì)象，它有多個(gè)被控變量(溫度，氧含量和爐膛負(fù)壓等)和調(diào)節(jié)變量(煤量，鼓風(fēng)量和引風(fēng)量等)，相互之間存在著交叉影響，還有煤質(zhì)、環(huán)境溫度和水流量等諸多干擾因素。為了對(duì)鍋爐燃燒對(duì)象有更深入的了解，以便采取更加合理的控制方案，我們采用階躍響應(yīng)法，集中對(duì)煤量出口溫度、鼓風(fēng)量煙氣合氧量、煤量氧含量、引風(fēng)量爐膛負(fù)壓和鼓風(fēng)量與負(fù)壓特性曲線進(jìn)行了測(cè)試。其輸入輸出變量之間的關(guān)系可近似用(428)式表示。其中，分別為溫度、氧含量和爐膛負(fù)壓；分別為煤量、鼓風(fēng)量和引風(fēng)量。從燃燒對(duì)象實(shí)測(cè)特性來(lái)看，

46、燃燒對(duì)象具有大的純滯后和時(shí)間常數(shù)，特別是出口溫度和氧含量回路，其純滯后和過(guò)程時(shí)間常數(shù)相比一般比較大，有的甚至接近1。這是因?yàn)槿济哄仩t的燃燒過(guò)程具有較大的熱慣性，且受煤質(zhì)、煤種、爐排配風(fēng)是否合理及爐膛漏風(fēng)等因素影響，這是燃煤鍋爐和燃油或燃?xì)忮仩t的最大差別，也使燃煤鍋爐燃燒過(guò)程的自動(dòng)調(diào)節(jié)更困難，許多在燃油或燃?xì)忮仩t上運(yùn)用十分成功的控制方案，照搬到燃煤鍋爐上往往是失敗的。另外，各輸入輸出變量間存在強(qiáng)耦合。432控制方案的選取由于出口溫度和氧含量調(diào)節(jié)通道的滯后時(shí)問(wèn)與時(shí)間常數(shù)相比都比較大，尤其是出口溫度廣義對(duì)象傳遞函數(shù)中已接近1：1，如果再采用常規(guī)的PID控制算法，由于PID調(diào)節(jié)屬于“事后調(diào)節(jié)”，它本身

47、不具備克服純滯后的能力，用于大純滯后對(duì)象，無(wú)論在穩(wěn)定性和響應(yīng)速度上都難以達(dá)到較好的指標(biāo)。針對(duì)燃煤鍋爐燃燒系統(tǒng)的純滯后問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外展開(kāi)了廣泛的研究并提出了許多新的控制策略如廣義預(yù)估控制、模糊控制等，引入燃煤鍋爐的控制中，這些先進(jìn)的控制算法有的在實(shí)際應(yīng)用中取得較好的控制效果。但是，考慮到本鍋爐控制系統(tǒng)中，下位機(jī)運(yùn)算速度和內(nèi)存容量的限制，有些控制算法雖然比較好，但運(yùn)算量大、占機(jī)時(shí)多；有些算法需要對(duì)象有精確的數(shù)學(xué)模型，我們實(shí)測(cè)得到的模型是在某一工作點(diǎn)附近測(cè)得的，由于對(duì)象的非線性，模型不可能很準(zhǔn)確。所以，這些先進(jìn)的控制算法對(duì)本系統(tǒng)的小型下位機(jī)未必適用。在測(cè)試分析該燃煤熱水鍋爐燃燒對(duì)象特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)

48、內(nèi)外有關(guān)鍋爐控制方案和本鍋爐的實(shí)際，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終確定的控制方案如圖45所示。出口溫度的控制采用算法簡(jiǎn)單、易于掌握、對(duì)大滯后有較強(qiáng)克服能力的“等等看”控制算法；氧含量控制網(wǎng)路采用前饋反饋控制，控制算法采用變形的PID算法積分分離式PID算法；負(fù)壓回路，由于滯后相對(duì)比較小，采用一般PID算法加引風(fēng)前饋的控制策略.(1)出口溫度的“等等看”控制算法：“等等看”控制算法就是仿人工操作而設(shè)計(jì)的一種非連續(xù)的自動(dòng)控制方式，其主要思想是：偏差e的校正是不連續(xù)的，只有偏差大到必須改變控制量時(shí)，才使控制量發(fā)生相應(yīng)的變化；在施加控制之后，等一段時(shí)間看看控制效果，以決定是否進(jìn)一步施加控制?！暗鹊瓤础笨刂扑惴ㄓ腥?/p>

49、下優(yōu)點(diǎn)：1)我們研究的對(duì)象是供暖用燃煤低壓熱水鍋爐，出口溫度有±1左右的偏差是允許的；而且，主要的干擾如入口溫度的變化是緩慢進(jìn)行的，沒(méi)有大的頻繁的干擾，所以“等等看”控制算法是適用的。2)算法簡(jiǎn)單，在計(jì)算機(jī)內(nèi)較短的程序就可以實(shí)現(xiàn)，減少了計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)；需整定的參數(shù)少，易于被現(xiàn)場(chǎng)工作人員掌握。3)對(duì)于純滯后大的對(duì)象，對(duì)控制中由純滯后引起的系統(tǒng)振蕩有很好的克服作用。4)避免了煤量的頻繁調(diào)節(jié)。如果入口溫度沒(méi)有大的變化，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)無(wú)須改變煤量，從而保證爐排上煤層厚度均勻。所以，“等等看”控制算法對(duì)層燃爐是非常適用的。(2)鼓風(fēng)量的控制從實(shí)測(cè)的特性可知，鼓風(fēng)量控制回路對(duì)象純滯后和時(shí)間常數(shù)之比接近1

50、2，所以采用常規(guī)PID也容易產(chǎn)生超調(diào)和振蕩。這里采用了積分分離的PID算法，即在偏差大的時(shí)候取消積分作用?？刂扑闶娇蓪?xiě)為：1)偏差時(shí)，實(shí)現(xiàn)PD控制；2)偏差時(shí)，實(shí)現(xiàn)PID控制。采用積分分離PID算法后，顯著降低了被控變量的超調(diào)，縮短了過(guò)程達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)的時(shí)間。另外，煤量的變化是本控制回路最大的干擾，如果煤量變化后等到煙氣中的氧含量有變化后再去調(diào)節(jié)風(fēng)量，顯然是來(lái)不及的。如果煤量變化大，還會(huì)冒黑煙嚴(yán)重污染環(huán)境。所以，把煤量信號(hào)作為前饋引入到風(fēng)量調(diào)節(jié)回路中，當(dāng)煤量發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)改變風(fēng)量進(jìn)行粗調(diào)，然后再由PID進(jìn)行細(xì)調(diào)來(lái)消除余差。另外，用煤量作為鼓風(fēng)量控制的前饋時(shí)，可實(shí)現(xiàn)在煤量增加時(shí)及時(shí)增加風(fēng)量，但是

51、在煤量減少時(shí)立即減風(fēng)卻不合適。因?yàn)槊哼M(jìn)入爐膛后并不象燃油或氣那樣立即完全燃燒，如果立即減少風(fēng)量，會(huì)導(dǎo)致助燃風(fēng)量不足。所以必須加一個(gè)判斷，看煤量是增加還是減少，增加時(shí)，立即增加鼓風(fēng)量；煤量減少時(shí)，可等待一段時(shí)間，等煤量改變前拋入的煤(尤其是粉狀煤)燃燒一段時(shí)間后再減小風(fēng)量。(3)爐膛負(fù)壓控制方案設(shè)計(jì)由于燃燒狀態(tài)的不穩(wěn)定，爐膛負(fù)壓大范圍、無(wú)規(guī)律地波動(dòng)，波動(dòng)范圍約是O100Pa，有時(shí)還瞬時(shí)出現(xiàn)微正壓，如果我們拿測(cè)量的信號(hào)直接用于控制，會(huì)造成閥門(mén)頻繁動(dòng)作，有時(shí)可能是誤動(dòng)作。而爐膛負(fù)壓是一個(gè)重要的生產(chǎn)變量，必須對(duì)它進(jìn)行控制。模仿操作工的操作方法，我們對(duì)負(fù)壓的測(cè)量值加了一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的滑動(dòng)濾波，濾波后的值反映

52、了爐膛負(fù)壓變化的總體趨勢(shì)，參與控制，取得很好的效果。另外，在調(diào)節(jié)器算法中規(guī)定一個(gè)死區(qū)，只要負(fù)壓不超過(guò)這個(gè)值，使調(diào)節(jié)器輸出不變來(lái)防止閥位的誤動(dòng)作。從投運(yùn)效果來(lái)看，在鼓風(fēng)量或煤量變化后，能通過(guò)調(diào)節(jié)引風(fēng)閥，將負(fù)壓的均值控制在給定值的±5Pa以內(nèi)。鼓風(fēng)量的變化是本調(diào)節(jié)回路最大的干擾，而鼓風(fēng)量沒(méi)有準(zhǔn)確計(jì)量，所以將鼓風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度近似為風(fēng)量大小，作為前饋信號(hào)引入。44“爐溫尋優(yōu)”思想的提出及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證無(wú)論是“模型優(yōu)化”還是“熱效率在線自尋優(yōu)”都存在一定的缺陷，尤其是對(duì)本文所研究的拋煤機(jī)鏈條爐，一方面由于是新建的鍋爐房，司爐對(duì)它的特性還不太熟悉，很難準(zhǔn)確建立最佳空燃比a與負(fù)荷的關(guān)系模型；另外由于燃料煤的煤質(zhì)、顆粒度、含水情況和煤量大小難以準(zhǔn)確計(jì)量等原因，使鍋爐的熱效率難以準(zhǔn)確計(jì)算，在線自尋優(yōu)也難以達(dá)到優(yōu)化的目的。44 .1“爐溫尋優(yōu)”思想的提出拋煤機(jī)鏈條爐和燃?xì)?、燃油鍋爐的主要區(qū)別在于：拋煤機(jī)鏈條爐中，煤在爐排上的燃燒是以層燃方式進(jìn)行的，當(dāng)煤進(jìn)入爐膛時(shí)，它不像燃?xì)?、燃油鍋爐那樣燃料立刻燃燒生熱，而是分區(qū)、分段緩慢進(jìn)行的，所以燃煤鍋爐燃燒系統(tǒng)的燃燒過(guò)程長(zhǎng)，具有較大滯后。通過(guò)改變風(fēng)量改善爐內(nèi)的燃燒狀態(tài)，影響到出口溫度也需要經(jīng)過(guò)比