循環(huán)流化床鍋爐控制方案

1、循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)流化床鍋爐(CirculatingFluidizedBedBoiler,CFB)作為近年來國際上發(fā)展起來的新一代高效、低污染清潔燃燒鍋爐，具有燃料適應(yīng)性廣、負荷調(diào)節(jié)性能好、灰渣綜合利用等優(yōu)點，因此在電力、城市供熱、工廠蒸汽生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。但由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒及汽水變化過程十分復雜，受影響的因素多，給煤、一、二次風，返料耦合性強，而且燃燒與汽水也存在復雜的耦合關(guān)系。此外，過程的非線性和大滯后也使對象更加復雜，難于建立精確的數(shù)學模型，這樣對控制就提出了更為嚴格的要求。這包括兩層意義：一是控制系統(tǒng)要有很高的可靠性；二是控制方案要有很好的控制實效?；谶@樣兩點，CF

2、B鍋爐都選擇先進的DCS控制系統(tǒng)，特別是運用先進的控制方案，能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐燃燒的完全自控。如下控制方案：一、循環(huán)流化床鍋爐工藝流程本工藝流程的主要設(shè)備如下：循環(huán)流化床鍋爐、一次風機、二次風機、引風機、螺旋給煤機、電除塵器二、循環(huán)流化床鍋爐的自動控制系統(tǒng)鍋爐的自動控制系統(tǒng)主要包括以下幾個控制子系統(tǒng)：1. 燃燒自動控制子系統(tǒng)2. 爐膛負壓控制子系統(tǒng)3. 汽包水位控制子系統(tǒng)4. 主汽溫度控制子系統(tǒng)5. 汽水協(xié)調(diào)控制子系統(tǒng)6. 料層差壓控制子系統(tǒng)7. 鍋爐安全聯(lián)鎖保護子系統(tǒng)下面將針對以上幾個控制子系統(tǒng)進一步的描述：1、燃燒自動控制燃燒控制的目標首先是保證鍋爐安全燃燒且主汽壓力應(yīng)穩(wěn)定在設(shè)定值，其次是經(jīng)濟燃

3、燒(體現(xiàn)為空氣過剩系數(shù)恰當)，對循環(huán)流化床來說安全燃燒尤為重要。安全燃燒的一個主要指標是爐膛溫度分布，特別是料床溫度應(yīng)穩(wěn)定在960c左右，防止床溫過高結(jié)焦或床溫過低熄火事故。CFB鍋爐燃燒控制手段通常是給煤、一次風、二次風及二次返料。一般35t/hCFB鍋爐采用高溫返料方式，二次返料量對爐膛溫度影響不大，故不作為控制手段?？刂品桨覆捎没谌斯げ僮鹘?jīng)驗的專家智能控制系統(tǒng)，較好地解決了燃燒過程的強耦合、大滯后、時變性等難題。a、專家智能控制方案的思想料床溫度的平衡是通過給煤量和一次風的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。對同一臺鍋爐來說，一定的負荷在一定的壓力下，要穩(wěn)定料床溫度必須要有相應(yīng)的給煤量對應(yīng)，且這個給煤量相對

4、較穩(wěn)定。當然這時一次風量又必須和給煤量相匹配。據(jù)此我們可以根據(jù)負荷及主汽壓力來設(shè)定給煤量一一粗調(diào)，再由料床溫度來細調(diào)給煤量；根據(jù)給煤量來設(shè)定一次風量一一粗調(diào)，再由料床溫度來細調(diào)一次風。二次風主要用于保證燃料充分燃燒，在鍋爐平穩(wěn)燃燒的基礎(chǔ)上，二次風單獨作為一個調(diào)節(jié)量去糾正煙氣氧含量，用單回路即可較好地達到經(jīng)濟燃燒的目標。整個方案主要由兩部分組成：一是狀態(tài)推理的產(chǎn)生；二是現(xiàn)場規(guī)則庫（專家知識）的建立。狀態(tài)推理是核心，規(guī)則庫的建立是重點，專家知識的合理性直接影響控制的效果。b、狀態(tài)推理負荷、主汽壓力模糊化為3個量：高（H）、平穩(wěn)（M）、低（L）。主汽壓力模糊化為3個量：高（H）、平穩(wěn)（M）、低（L）

5、。料床溫度、爐膛出口溫度模糊化為5個量：超高（HH）、高（H）、中（M）、低（L）、超低（LL）。其中高、中、低為正?？刂茽顟B(tài)，超高、超低為緊急事故狀態(tài)。爐膛出口溫度模糊化為3個量：高（H）、中（M）、低（L）。求取料床溫度變化率并模糊化為5個量：快升（FR）、慢升（SR）、平穩(wěn)（ST）、慢降（SD）、快降（FD）。其中快升、快降為緊急事故狀態(tài)，其余為正?？刂茽顟B(tài)。所有設(shè)定均可以在DCS組態(tài)上實時在線修改。c、控制規(guī)則庫的建立針對CFB燃燒控制特點，把控制規(guī)則庫的規(guī)則分為兩類：（1）故障判斷及事件處理規(guī)則主要應(yīng)付工藝設(shè)計不佳帶來的堵煤、堵灰及意外工況可能帶來的熄火和結(jié)焦，規(guī)則處理一般為計算機控

6、制加報警，以引起操作人員的足夠重視。（2）正常狀態(tài)控制規(guī)則正?？刂茽顟B(tài)下，按照料床溫度（高、中、低），爐膛出口溫度（高、中、低），床溫變化率（快升、慢升、平穩(wěn)、慢降、快降），組成15x15控制規(guī)則表，表格中每項代表燃燒過程的一個狀態(tài)。例如：狀態(tài)112表示料床溫度中、爐膛出口溫度中、床溫變化率平穩(wěn)、出口溫度變化率平穩(wěn)。每個狀態(tài)給出一個控制輸出值，包括給煤，一次風、二次風。所有規(guī)則的表達方式均采用產(chǎn)生式規(guī)則，即每個規(guī)則都是一獨立知識塊，從而易于建立和修改；且每個規(guī)則的形式一致并與專家表述的方法相同，從而易于表達與理解。所有規(guī)則都以規(guī)則表形式存放，規(guī)則表內(nèi)的參數(shù)可以在DCS流程圖上實時在線修改。d、

7、規(guī)則庫知識的獲取所有規(guī)則來自3個方面：CFB燃燒過程運行理論；運行工程師與熟練操作人員的操作經(jīng)驗；工業(yè)現(xiàn)場實際經(jīng)驗摸索。另在運行過程中需不斷完善規(guī)則。2、爐膛負壓控制合適的爐膛負壓是鍋爐安全燃燒的保證，爐膛負壓的控制是鍋爐燃燒控制的一部分，但其具有相對的獨立性，可以從燃燒控制中分散出來作為一個回路來實現(xiàn)。爐膛負壓控制是一個快過程，只要PID參數(shù)整定合適，一般單回路即可以達到目的。其控制的品質(zhì)受鼓風量的影響較大，而現(xiàn)場沒有風量測量裝置，間接取鼓風擋板開度作為前饋量，這樣存在一定的非線性，但負壓無須控制在某一定值，而只需在一定范圍內(nèi)，故問題也不大?？紤]到引風電動機的抗沖擊性，負壓控制也引入一調(diào)節(jié)死

8、區(qū)，在該負壓范圍內(nèi)保持上次的輸出。一般這個范圍為控制目標的i2Pa。3、汽包水位控制經(jīng)典三沖量串級前饋控制在各種鍋爐汽包水位的自動調(diào)節(jié)中已得到廣泛應(yīng)用。但我們在現(xiàn)場鍋爐水位的投運中發(fā)現(xiàn)三沖量方案不能很好地克服以下兩種情況引起的鍋爐水位變動。(1)鍋爐負荷的大擾動。這種情況下鍋爐出力會在23min內(nèi)突增或突減56t/h,帶來很嚴重的虛假水位現(xiàn)象。三沖量控制不能使給水控制閥正確、及時地快速跟進負荷的變化。(2)鍋爐汽包的不定期人工排污。這時候往往造成控制系統(tǒng)失效，現(xiàn)場需司爐工不停地進行手/自動切換，這也影響了汽包水位的投運效果。上述兩點在以供汽為主的鍋爐上是普遍存在的。在現(xiàn)場投運的過程中我們引入負

9、荷變化率(仟)和汽包水位變化率(fw)兩個變量，正常水位調(diào)節(jié)時ff和fw均在某一限值之內(nèi)，當出現(xiàn)上述異常時，其值會超過這兩個變量的閾值，這時我們改用一定的調(diào)節(jié)規(guī)則強行上拉或下拉水位控制閥，以保證汽包水位在安全范圍之內(nèi)。待水位恢復平穩(wěn)之后，再切入三沖量方案。我們稱該方案為三沖量+規(guī)則調(diào)水方案，經(jīng)現(xiàn)場投運驗證，控制效是較好。此外，鍋爐汽包水位的實際投運中應(yīng)注意兩點：(1)閥位的保持。在水位控制目標的匕mm以內(nèi)，應(yīng)保持閥位不動，不致于因閥位的動作頻繁而影響給水控制閥的使用壽命。(2)閥位輸出補償。現(xiàn)場給水控制閥在高開度時線性不好，做一閥位輸出補償，由軟件實現(xiàn)。4、主汽溫度控制主汽溫度控制我們?nèi)圆捎么?/p>

10、級前饋方案，一般希望用減溫器出口溫度作為前饋以彌補主蒸汽溫度的大滯后，但工藝上安裝有困難，所以考慮用爐膛出口溫度作為前饋?，F(xiàn)場使用的效果還可以。5、汽水協(xié)調(diào)控制由于工藝管道的原因，汽包水位控制和主汽溫度控制是互相制約的。小鍋爐為了節(jié)省投資，通常減溫水和汽包給水共用一根管道。工藝上的這種設(shè)計造成了汽包水位和主汽溫度調(diào)節(jié)時互相搶水，二次給水自動控制閥就充當起協(xié)調(diào)的任務(wù)。根據(jù)水量平衡原則，二次給水閥的動作由如下公式?jīng)Q定：Y=1-KXY-二次給水閥的閥位X-減溫水閥的閥位K-二次給水閥流通能力/減溫水閥能力當兩閥型號、管徑一致時，則有：k=1y=1-x這實質(zhì)是一個比值分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)。6、料層差壓控制如果鍋爐采取間隙排渣工藝，方案采用計算機報警提示的人工放渣手段。負荷分為高、平穩(wěn)、中、低4段，不同的負荷段有不同的高、低報警值。這根據(jù)工藝條件及操作經(jīng)驗取得，可以在流程圖上進行修改。另一方面，如果鍋爐采用連續(xù)排渣，我們就使用鍋爐的料層差壓來控制出渣器的轉(zhuǎn)速，這樣來控制排渣量。7、鍋爐安全聯(lián)鎖保護鍋爐安全聯(lián)鎖保護主要考慮兩個因素：