用DCS實現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化的閉環(huán)控制

 實現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化的閉環(huán)控制武寶會，師建斌國家電力公司熱工研究院，陜西西安710032不穩(wěn)定等原因，直困擾著其閉環(huán)控制系統(tǒng)發(fā)展。本文提出利用！實現(xiàn)閉環(huán)控制的途徑與方法，并論述燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的基本原理與！的通信方式及在電廠的應用。關(guān)鍵詞電廠鍋爐；風粉在線監(jiān)測；優(yōu)化燃燒；閉環(huán)控制司熱工研究院己通過部級技術(shù)鑒定和應用成果鑒定運行，徹底改變了司爐的習慣操作方式，為運行人員監(jiān)視每只燃燒器的風粉情況，及時有效地進行燃燒優(yōu)化調(diào)整提供了條件和依據(jù)。隨著技術(shù)日臻成熟和該系統(tǒng)在電廠廣泛應用，實現(xiàn)燃燒優(yōu)化的閉環(huán)控制成為人們關(guān)心和研究的新課。利用！硬件優(yōu)勢和靈活方便的軟件組態(tài)功能實現(xiàn)這控制系統(tǒng)，不需要增加額外的硬件費用，系統(tǒng)維護量小，可靠性較高，是今后燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)發(fā)展方向。 　　1風煤在線監(jiān)測簡介在線監(jiān)測鍋爐次風燃燒器出口流速和煤粉濃度是實現(xiàn)燃燒優(yōu)化控制的基礎(chǔ)。在電廠鍋爐未安裝燃燒優(yōu)化指導系統(tǒng)前，運行人員基本上是靠監(jiān)視次風靜壓和給粉機轉(zhuǎn)速憑經(jīng)驗調(diào)整燃燒，但由于次風壓的間接性給粉機轉(zhuǎn)速的非線性和性能的分散性，使不同給粉機在相同轉(zhuǎn)速下的下粉量差異很大，很難使鍋爐的燃燒效果達到最佳。 　　風煤在線監(jiān)測就是實時測量鍋爐次風燃燒器出口流速和煤粉濃度。次風測量元件為標定過的靠背型測速管，安裝在混合器前的水平管段上，可減小磨損并有效防止帶粉氣流堵塞傳壓孔。由測速元件測量計算的風速還需經(jīng)面積和溫度修正，將其換算為燃燒器出口流速才更為直觀和具有指導意義。 　　煤粉濃度是用熱量平衡原理測量與計算的。在次風熱風管道煤粉倉和風粉混合后管道上分別安裝3只專用溫度探頭，分別用于計算空氣和煤粉不同電廠煤粉濃度計算的數(shù)學模型。 　　閉環(huán)控制系統(tǒng)的投運對風煤在線監(jiān)測次測量元件的可靠性提出更高要求?，F(xiàn)在，次風速測量元件經(jīng)耐磨噴涂后可長期穩(wěn)定使用而不用擔心磨損使流量系數(shù)發(fā)生變化。第3代尺3風粉混合后專用溫度探頭的耐磨壽命達5a以上，反應靈敏度還不到2s.這都為閉環(huán)控制系統(tǒng)投運奠定了良好基礎(chǔ)。 　　2燃燒優(yōu)化控制方案燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)是由以主蒸汽壓力為被調(diào)節(jié)收稿日期20001212；修回日期20010705用！0實現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化的閉環(huán)控制自！動1化1量給粉量燃料為調(diào)節(jié)手段的主調(diào)節(jié)系統(tǒng)和以煤粉濃度為被調(diào)節(jié)量，給粉機轉(zhuǎn)速為調(diào)節(jié)手段的若干個副調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，1為系統(tǒng)的原理框。 　　2.1主調(diào)節(jié)器本系統(tǒng)中主調(diào)節(jié)器是由主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器和熱量調(diào)節(jié)器組成的個串級系統(tǒng)，主蒸汽壓力給定值和主蒸汽壓力反饋作為主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器的輸入，其控制輸出作為熱量調(diào)節(jié)器的給定值，與由汽包壓力和主蒸汽流量微分所得到的熱量信號起作為熱量調(diào)節(jié)器的輸入，而熱量調(diào)節(jié)器的輸出就是給粉機的總給粉量。 　　本系統(tǒng)與常規(guī)主蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要區(qū)別在于常規(guī)主蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)給粉機轉(zhuǎn)速達到穩(wěn)定主蒸汽壓力的目的，該系統(tǒng)中每臺給粉機轉(zhuǎn)速相同而給粉量差別很大。本系統(tǒng)調(diào)節(jié)每臺給粉機樣既保證了主蒸汽壓力穩(wěn)定，又保證了鍋爐均衡燃燒。 　　主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器可在自動手動2種方方式下，主蒸汽壓力跟蹤主蒸汽壓力給定值，手動方式下可手動設定煤粉濃度調(diào)節(jié)器的設定信號。 　　2.2給粉分配器給粉分配器類似于常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中層操和單操功能，但與層操和單操功能又有很大不同，它接受熱量調(diào)節(jié)器輸出的給粉量信號，按燃燒器各層的分配系數(shù)和總風量，將其轉(zhuǎn)換為每層的煤粉濃度，而每層以平均方式產(chǎn)生每只次風管煤粉濃度信號，作為煤粉濃度調(diào)節(jié)器設定值。如某臺給粉機停機，則給粉量會自動平均增加到其它給粉機上，如果某臺或多臺給粉機在手動狀態(tài)運行，則給粉量的差值會自動平均增加到其它給粉機上，并用其調(diào)節(jié)主蒸汽壓力。 　　2.3煤粉濃度調(diào)節(jié)器每個煤粉濃度調(diào)節(jié)器接受給粉分配器的煤粉濃度設定信號和煤粉濃度測量信號，偏差經(jīng)1運算后控制給粉機轉(zhuǎn)速，以達到每個燃燒器煤粉濃度恒定和燃燒均衡的目的。每個煤粉濃度調(diào)節(jié)器都可設定為串級或本機給定，串級方式下，濃度調(diào)節(jié)器接受主調(diào)節(jié)器的給定信號，本機方式下，該濃度調(diào)節(jié)器的給定值可單獨設定，以滿足特定情況下的不同需求。 　　每個煤粉濃度調(diào)節(jié)器也可在自動或手動方式下運行，并實現(xiàn)自動手動的無擾切換。自動方式下，對應燃燒器的煤粉濃度跟蹤其設定值，參與燃燒優(yōu)化控制；手動方式下，對應給粉機的轉(zhuǎn)速可手動調(diào)節(jié)。 　　3燃燒優(yōu)化控制的實現(xiàn)本控制系統(tǒng)的監(jiān)測部分由工控機顯器打印機可選智能數(shù)據(jù)采集器通信卡故障輸出卡等組成?？刂撇糠钟桑瑢崿F(xiàn)，經(jīng)運算所產(chǎn)生的控制量通過，的模擬量輸出卡件轉(zhuǎn)換成420.電流信號直接控制給粉機的變頻器。 　　系統(tǒng)軟件包括風粉在線監(jiān)測軟件和燃燒優(yōu)化控制軟件2大部分。風粉在線監(jiān)測軟件是在012，45 9889下編寫的32位應用程序，軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，多種數(shù)據(jù)采集方式多種通信方式等均可由用戶任意設定。監(jiān)測系統(tǒng)的多任務方式可使系統(tǒng)同時具備數(shù)據(jù)采集顯存儲報警追憶打印通信等多項功能。 　　完成與，通信是實現(xiàn)燃燒優(yōu)化控制的關(guān)鍵技術(shù)之，在該系統(tǒng)中，需要將每個次風燃燒器出口流速煤粉濃度和風粉混合溫度等信號傳送到，再由0的靈活組態(tài)功能對控制策略進行實施?，F(xiàn)在，0可根據(jù)不同的實際情況以多種靈活的方式與其通信。 　　2320串行通信燃燒指導系統(tǒng)可利用232通信方式將數(shù)據(jù)傳送到DCS，數(shù)據(jù)傳送方式為數(shù)據(jù)流，9600bs無校驗8位數(shù)據(jù)位1位停止位，在數(shù)據(jù)流前發(fā)送2個，在數(shù)據(jù)流后發(fā)送2個，數(shù)據(jù)傳送格式為6位。碼。不管0是否在接收數(shù)據(jù)，或通信線路是否正常都直發(fā)送數(shù)據(jù)，每發(fā)送幀數(shù)據(jù)，都在接收方產(chǎn)生中斷來讀取數(shù)據(jù)。 　　采用232通信不需增加額外硬件設備，可靠性高，但通信速率較低，數(shù)據(jù)傳送要占用較多時間。本系統(tǒng)基本可滿足要求與HS2000DCSMAX1000DCS等都采用過這種方式進行通信。 　　893網(wǎng)絡通信893網(wǎng)絡是種多主機網(wǎng)絡，不但可用作對893數(shù)據(jù)采集前端的數(shù)據(jù)通信，還可用作主機與主機間數(shù)據(jù)通信，且其傳送速率較快187.5吐5，在用893作數(shù)據(jù)采集前端的；0中采用這種通信方式更方便。在，方，則要求在其應用處理機或工程師站上增加相應的通信卡和軟件支持。在中國電力電力自動，軟件設計上，通信雙方首先將10多主機網(wǎng)卡初始化，然后定時向其寫入風粉實時數(shù)據(jù)，而定時從相應網(wǎng)卡讀取數(shù)據(jù)并寫入它的數(shù)據(jù)庫供計算和控制使用。利用8930卡通信速率快，傳送距離遠，安全可靠，但它要求具有很好地與外部設備或計算機連接的能力。 　　網(wǎng)絡通信在有些電廠中，和都己接入局域網(wǎng)如有些國內(nèi)本身的局域網(wǎng)，廠內(nèi)局域網(wǎng)或+1網(wǎng)絡，則利用現(xiàn)有網(wǎng)絡通信既快速又方便。利用本身的網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳送和控制快捷實用，而利用+巧網(wǎng)絡目前僅限于傳送數(shù)據(jù)和遠程監(jiān)視，因其可靠性還達不到控制系統(tǒng)的要求。 　　利用網(wǎng)絡通信有3種數(shù)據(jù)傳送方式，1種是網(wǎng)絡文件傳送方式，1種是網(wǎng)絡通信方式，還有1種數(shù)據(jù)庫傳送方式，3種方式各有利弊，但網(wǎng)絡通信方式在該系統(tǒng)中應用較多。 　　3.4在上進行開發(fā)和控制組態(tài)在上直接進行的開發(fā)和控制軟件組態(tài)，是目前燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制使用最多的種方法。這種方法不需要專門的通信設備，但要求開放性較好。采用的計算機和通信系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡單可靠，易于管理和維護。上的燃燒優(yōu)化控制軟件由3部分組成1次風速和煤粉濃度計算程序。該計算程序是在工程師終端提供的。03456或708環(huán)境下開發(fā)的語言應用程序。9形接口軟件。采用公用接口和形組態(tài)軟件設計，整個系統(tǒng)的人機界面與界面融為體，維護操作非常方便。3控制組態(tài)軟件。采用控制組態(tài)實施燃燒優(yōu)化控制策略，在其原有的控制系統(tǒng)中增加16個次風速調(diào)節(jié)回路，在主蒸汽壓力控制回路中增加煤粉濃度轉(zhuǎn)換及16個煤粉濃度調(diào)節(jié)回路，完成燃燒優(yōu)化的閉環(huán)控制，實現(xiàn)均衡燃燒。 　　目前，燃燒指導系統(tǒng)己在+；1000=，8，上開發(fā)成功或?qū)崿F(xiàn)通信運行。 　　4應用燃燒優(yōu)化的閉環(huán)控制系統(tǒng)己在戚墅堰黃島沙市等電廠成功運行。其主要功能包括主蒸汽壓力控芾叭次風噴燃器出口流速在線監(jiān)測與風速均衡控芾叭次風噴燃器出口煤粉濃度在線監(jiān)測與濃度均衡控制次風速及鍋爐燃燒各項熱損失鍋爐效率參數(shù)在線監(jiān)測等。閉環(huán)控制系統(tǒng)可靠性和魯棒性始終是用戶最關(guān)心的。具體應用中系統(tǒng)增加了很多保護措施。6掉電死機或故障時均可發(fā)出故障信號，強制將自動切換到手動方式運行；主蒸汽壓力越限壓力偏差越限煤粉濃度越限溫度信號異常測點故障時均可解除自動方式運行切換到手動方式，并發(fā)出報警信號提醒運行人員作相應處理。2是根據(jù)黃島電廠4號爐次風粉投入閉環(huán)控制后風粉數(shù)據(jù)制作的風粉顯畫面。各層風速和煤粉濃度非常均衡，是以前運行人員手動操作所無法達到的。 　　負尚2晷，鍋爐主蒸汽壓力2.9鑒5結(jié)論用燃燒指導系統(tǒng)和共同組成燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，發(fā)揮各自優(yōu)勢，節(jié)省硬件投資，可靠性高，易于推廣。2由于該控制系統(tǒng)采用次風管煤粉濃度作為反饋信號，增加獨立的煤粉濃度控制回路，不但可保證主蒸汽壓力恒定，同時保證每層風速濃度均衡，達到優(yōu)化燃燒的目的。3該系統(tǒng)的投運可有效防止次風管斷風斷粉滅火及堵管等現(xiàn)象的發(fā)生，提高了鍋爐的安全性；可減輕因次風偏斜對水冷壁的沖刷，降低煙溫偏差和飛灰可燃物，提高鍋爐運行的經(jīng)濟性。4燃燒指導系統(tǒng)開發(fā)了靈活多樣的通信方式，因此可適應于不同和其它控制系統(tǒng)，也可單獨組成小型燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)。5由于在主蒸汽壓力控制回路內(nèi)增加了煤粉濃度調(diào)節(jié)回路，理論上會使主蒸汽壓力跟蹤速度變慢，但由于采用了反應靈敏的次測量元件及濃度調(diào)節(jié)器中微分作用的引入，使這系統(tǒng)可滿足實際控制要求。參考文獻李遵基。