循環(huán)硫化床dcs系統(tǒng)主要控制方案介紹

（一）"變參數(shù)三沖量"汽包水位控制系統(tǒng)

汽包水位是鍋爐能否安全運行的必要條件，水位過高可導致蒸汽帶水，甚至會出現(xiàn)滿水、過水事故：水位過低則會出現(xiàn)嚴重缺水事故，那就要緊急停爐，否則會燒壞鍋爐。由于存在虛假水位現(xiàn)象，因此采用三沖量串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

我們的汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有以下特點:

(1)加入汽包壓力作為水位補償信號;

(2)三沖量調(diào)節(jié)采用變參數(shù)調(diào)節(jié)的專家控制系統(tǒng);

(3)

    三沖量給水串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)相當于前饋加串級的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主信號汽包水位h 接入主調(diào)節(jié)器pi，副調(diào)節(jié)器設定值為主調(diào)節(jié)器的輸出信號加上前饋信號蒸汽流量d，輸入為給水流量w。

    裝有三沖量調(diào)節(jié)裝置的鍋爐在運行時,由于引進了蒸汽流量和給水流量的調(diào)節(jié)信號，調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作及時，抗干擾能力較強，當蒸汽負荷突然發(fā)生變化,蒸汽流量信號使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向動作,即如蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大。抵消了由于虛假水位引起的反向動作，減小了給水流量的波動幅度，如果給水流量減少, 則調(diào)節(jié)器立即根據(jù)給水流量減少的信號開大給水閥門,使給水流量維持不變。這樣，汽包水位很少受到影響。再者，給水流量信號也是調(diào)節(jié)器動作后的反饋信號，使調(diào)節(jié)及早知道調(diào)節(jié)效果，能較好地控制水位的變化，改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

     在實際運行時，鍋爐負荷如果變化很大，如在40%--范圍內(nèi)變化，此時靠純粹的三沖量水位調(diào)節(jié)已不能很好地控制了。為了確保整個鍋爐的安全運行，我們采用了變參數(shù)三沖量水位控制系統(tǒng)，主要有以下環(huán)節(jié)不同：

（1）    pid參數(shù)和補償系數(shù)并非固定一組，而是隨負荷大小、水位偏差大小、偏差變化率情況而變，可稱之為變參數(shù)三沖量控制。

（2）    正常情況下為常規(guī)pid控制。  

（3）    異常情況下的控制是模仿操作人員的控制手段，在水位偏差較大的情況下，調(diào)節(jié)給水閥使得給水量快速跟隨主汽流量。由于不同負荷給水量與主汽量平衡大小不一樣，存在偏差（尤其在負荷變化劇烈時偏差明顯），所以按負荷高中低以及水位偏差高中低分幾種情況來調(diào)整pid參數(shù)與給水量、主汽量的補償系數(shù)。

     采取“變參數(shù)三沖量水位控制”方法維持汽包水位穩(wěn)定是非常可靠的，鍋爐的安全是能夠保證的，汽包水位雖然在一定的允許范圍內(nèi)發(fā)生波動，但基本上能夠被“變參數(shù)三沖量水位控制系統(tǒng)”所控制。

（二）主蒸汽溫度控制系統(tǒng)

根據(jù)控制理論，一般希望用減溫器出口蒸汽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，所以考慮用導前汽溫信號和爐膛出口溫度作為前饋。由于在減溫水擾動下的汽溫動態(tài)特性具有較大的響應時間和滯后時間，為了克服控制通道的滯后和慣性，采用爐膛出口溫度信號θ1。在減溫水量擾動下，θ1肯定比過熱器的出口汽溫θ2能提前反映控制作用。因此，采用出口溫度θ1信號構(gòu)成串級汽溫控制系統(tǒng)，如圖所示，肯定能改善汽溫的控制品質(zhì)。

只要出口溫度θ1發(fā)生變化，副調(diào)節(jié)器p就去改變減溫水流量，初步維持后及過熱器入口汽溫θ1在一定范圍內(nèi)，起粗調(diào)作用。而過熱器出口汽溫θ2的控制，則通過主調(diào)節(jié)器pi來校正副調(diào)節(jié)的工作，只要θ2末達到給定值，主調(diào)節(jié)器pi的輸出信號就不斷地變化，使副調(diào)節(jié)器不斷去控制減溫的噴水量的變化，直到θ2恢復到給定值為止。穩(wěn)定時，θ1可能穩(wěn)定在與原來數(shù)值不同的數(shù)值上，而主汽θ2則一定等于紿定值。

在串級汽溫控制系統(tǒng)中，副回路及副調(diào)節(jié)器的任務是快速消除內(nèi)擾，要求控制過程的持續(xù)時間較短，但不要求無偏差，故可選用純比例調(diào)節(jié)p。當出口溫度慣性較大時，也可選用pd調(diào)節(jié)。主回路及主調(diào)節(jié)器的任務是維持θ2恒定，故選用pi調(diào)節(jié)。若過熱器惰性區(qū)很大，可在現(xiàn)場調(diào)試時改用pid調(diào)節(jié)。

在串級汽溫控制系統(tǒng)中，副回路及副調(diào)節(jié)器的任務是快速消除內(nèi)擾，要求控制過程的持續(xù)時間較短，但不要求無偏差，故可選用純比例調(diào)節(jié)p。當出口溫度慣性較大時，也可選用pd調(diào)節(jié)。主回路及主調(diào)節(jié)器的任務是維持θ2恒定，故選用pi調(diào)節(jié)。若過熱器惰性區(qū)很大，可在現(xiàn)場調(diào)試時改用pid調(diào)節(jié)。

控制中要注意的地方：

1、 pid參數(shù)并非固定一組，隨溫度偏差大小不同。

2、 爐膛出口溫度前饋系數(shù)的確定。需要現(xiàn)場運行調(diào)試得出。

（三）《爐內(nèi)燃燒優(yōu)化模糊控制》方法簡介

從事熱能動力方面的專家都知道，影響煤在爐內(nèi)燃燒狀態(tài)的因素很多，尤其對影響循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)燃燒狀態(tài)的因素更多，它不但受燃燒系統(tǒng)內(nèi)部的一、二次風、返料及料層厚度變化的影響，而且還受汽水系統(tǒng)攏動的影響，且這些影響因素相互耦合性強；同時過程為非線和大滯后，這樣使過程變得十分復雜，難于建立的數(shù)學模型，用常規(guī)的控制方法難于達到滿意的控制效果。但是，上述這些攏動因素集中反映在對爐內(nèi)溫度場變化的影響，如料床溫度的變化和爐膛出口溫度的變化。經(jīng)理論分析和現(xiàn)場觀察結(jié)果表明：不同的擾動因素對料床溫度和爐膛出口溫度變化的大小和方向不同。如煤種發(fā)熱值變化時，料床溫度和爐膛出口溫度變化的方向相同，即兩個溫度均上升或下降；而返料變化時，料床溫度和爐膛出口溫度變化的方向相反，即一個上升，另一個下降，……。總結(jié)這些擾動因素對爐內(nèi)溫度場變化的特點，則可歸納為一個爐內(nèi)燃燒狀態(tài)診斷表，如表一所示。

表一  爐內(nèi)燃燒狀態(tài)診斷表

ec1——料床溫度變化率模糊量；ec2——爐膛出口溫度變化率模糊量；

下面簡介爐內(nèi)燃燒狀態(tài)的診斷與燃燒控制方法

1、采集料床溫度與爐膛出口溫度，計算溫度變化率，并進行模糊量化，然后根據(jù)模糊量化值，診斷如表一中的燃燒狀態(tài)區(qū)；

2、若診斷的某個燃燒狀態(tài)區(qū)有兩個或兩個以上的影響因素時，利用微機快速采集該區(qū)域有關鍋爐運行參數(shù)（包括有關設備的運行狀況）進行分析與判斷，找出產(chǎn)生這種燃燒狀態(tài)的確定因素，如是垮煤還是煤種突變，只要檢測到給煤系統(tǒng)設備運行正常和料斗料位正常，就可判斷不是垮煤，而是煤種發(fā)生突變；

3、根據(jù)確定的影響因素，按下式計算某個執(zhí)行機構(gòu)控制量的模糊值；

式中：e1、ec1—分別為料床溫度（或爐膛溫度）的偏差和偏差變化率的模糊量；

          u0—狀態(tài)變化前執(zhí)行機構(gòu)位置穩(wěn)態(tài)值的模糊量；

         α1、α2—加權因子，根據(jù)不同的燃燒狀態(tài)區(qū)和現(xiàn)場鍋爐運行情況，進行現(xiàn)場調(diào)試整定。

4、根據(jù)控制量的模糊值，進行清淅化計算，得出控制量的數(shù)字量，經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換輸出控制執(zhí)行機構(gòu)的動作。

上述控制方法，必須遵守一個原則：即在某負荷下對應的爐內(nèi)送風量為常數(shù)。因此，煤種變化時只調(diào)節(jié)煤量而不調(diào)節(jié)風量。但是，在調(diào)節(jié)煤量時，必須首先抑制燃燒狀態(tài)的惡化，然后控制恢復到正常的燃燒狀態(tài)，如煤質(zhì)突然變差時，料床溫度快速下降，這時必須首先減一定量的進風或返料，抑制床溫的繼續(xù)快降，待床溫有回升趨勢后，恢復原送風量或返料量。

上述控制方法只是穩(wěn)定爐內(nèi)燃燒狀態(tài)，不致造成超溫或熄火，但不一定是優(yōu)化燃燒狀態(tài)。優(yōu)化燃燒狀態(tài)是鍋爐在某負荷下熱效率為Zui高的燃燒狀態(tài)。由鍋爐燃燒理論可知，鍋爐熱效率與送風量為一條具有極值點的非線性曲線，如圖一所示。由圖一可知，在v1和v2范圍內(nèi)送風量的變化對鍋爐熱效率影響不大，即可以認為v1~v2是優(yōu)化燃燒區(qū)，這是因為當送風量為v1時，增加δv（不超過v2）有可能少量增加排煙損失，但有利于煙道內(nèi)受熱面的對流換熱和改善爐膛內(nèi)的燃燒條件，減少化學和機械不完全燃燒損失。

我們將排煙損失、化學不完全燃燒損失和機械不完全燃燒損失之和為Zui小作為目標函數(shù)，以還原反應和氧化反應作約束條件，可導出送風量v與負荷d之間的關系。

     控制軟件框圖如下所示：

（1）主程序框圖

（2）子程序框圖

（四）其他調(diào)節(jié)系統(tǒng)

 循環(huán)流化床鍋爐其他調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括除氧器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、除氧器壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，都是由單回路控制系統(tǒng)構(gòu)成。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中測量值和給定值一起送入調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行pid計算，計算結(jié)果用來調(diào)節(jié)相應執(zhí)行機構(gòu)，從而保證被調(diào)參數(shù)滿足運行要求。

（五）循環(huán)流化床監(jiān)控系統(tǒng)操作界面

    循環(huán)流化床監(jiān)控系統(tǒng)操作界面主要包括熱力系統(tǒng)圖、汽水系統(tǒng)圖、汽機主蒸汽系統(tǒng)圖、除氧給水系統(tǒng)圖、鍋爐母管熱控圖、調(diào)節(jié)畫面、實時數(shù)據(jù)表、歷史趨勢圖、報警畫面、報表畫面十二個部分組成，如以下10-14頁所示。詳細的對系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、頻率和設備參數(shù)和狀態(tài)，做出直觀的顯示；對現(xiàn)場設備的參數(shù)進行調(diào)整，并對設備的運行和停止進行直接控制；對各種異常情況進行報警；還可以顯示數(shù)據(jù)變量的歷史趨勢圖，并可以對其進行記錄、查詢等操作。

熱力系統(tǒng)圖

汽水系統(tǒng)圖

汽機主蒸汽系統(tǒng)圖

除氧給水系統(tǒng)圖

鍋爐母管熱控圖

調(diào)節(jié)畫面

實時數(shù)據(jù)表

歷史趨勢圖

報警畫面

報表畫面