鏈條爐控制方案

鏈條爐工程FB-2000NSDCS控制系統(tǒng)控制方案山東兗州焦化廠自備電廠投標(biāo)文件鏈條爐工程DCS系統(tǒng)控制方案一、鏈條爐控制的基本特點(diǎn)鏈條爐的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，滿足控制任務(wù)的要求是首要的。例如，維持汽包內(nèi)和總管蒸汽壓力不變，這是燃燒過程自動(dòng)控制的任務(wù)要求。氣壓變化，就表示鍋爐的燃燒發(fā)熱量與實(shí)際負(fù)荷不適應(yīng)。因此，必須改變?nèi)剂狭康墓┙o，以供應(yīng)所需的發(fā)熱量。另外，保證氣壓在一定范圍內(nèi)變化，也是保證鍋爐與各個(gè)負(fù)荷設(shè)備正常工作的必要條件。又如，維持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)，這是鍋爐安全生產(chǎn)的必要條件。爐膛負(fù)壓變化，反映了引風(fēng)量與送風(fēng)量的不相適應(yīng)，通常要求爐頂負(fù)壓維持在2?4mm水柱壓力。再如，要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒，就要用煙氣中的殘氧量去自動(dòng)修正空氣/燃料的比值等。工業(yè)鏈條爐的這些控制任務(wù)是互相關(guān)聯(lián)的，總的要求是，在負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)使燃料量送風(fēng)量和引風(fēng)量各自保持不變，才能及時(shí)地補(bǔ)償系統(tǒng)內(nèi)部的擾動(dòng)（如燃料質(zhì)量的變化等）；而在負(fù)荷變動(dòng)時(shí)（即有外擾作用時(shí)），則應(yīng)使這三個(gè)量成比例的改變，即要適應(yīng)負(fù)荷的要求，又要使被控量保持在允許的范圍內(nèi)。綜上所述，針對(duì)鍋爐控制系統(tǒng)的共性、和用戶鍋爐的實(shí)際情況，同時(shí)結(jié)合DCS的自身特點(diǎn)，以下從控制系統(tǒng)的幾個(gè)部分詳述控制方案。（20t/h鏈條爐自動(dòng)控制系統(tǒng)DCS具體由鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)、過熱蒸汽汽溫控制系統(tǒng)、鍋爐燃燒控制、除氧器系統(tǒng)等部分組成。）1.汽包水位控制汽包水位的控制任務(wù)是：使給水流量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)保持給水穩(wěn)定；另外是抗擾動(dòng)性及負(fù)荷變化的虛假水位。汽包水位的控制方案采用三沖量給水串級(jí)控制系統(tǒng)。三沖量鍋爐汽包給水自動(dòng)控制系統(tǒng)，是以汽包水伽為主控信號(hào)，蒸汽流量1）為前饋控制信號(hào)，給水流量叩為反饋控制信號(hào)組成的控制系統(tǒng)。它采用蒸汽流量信號(hào)對(duì)給水流量進(jìn)行前饋控制，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然發(fā)生變化，蒸汽流量信號(hào)使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向移動(dòng)，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大，抵消了由于“虛假水位”引起的反向動(dòng)作，因而減小了水位和給水流量的波動(dòng)幅度。當(dāng)由于水壓干擾使給水流量減少的信號(hào)，開大給水閥門，使給水量保持不變。另外，給水流量信號(hào)也是調(diào)節(jié)器動(dòng)作后的反饋信號(hào)，能使調(diào)節(jié)器及早知道控制的效果，所以三沖量給水控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器動(dòng)作快，還可以避免調(diào)節(jié)過頭，減少波動(dòng)和失控。這樣，汽包水位很少受到影響。三沖量給水控制系統(tǒng)主回路簡(jiǎn)化方塊如圖：當(dāng)發(fā)生負(fù)荷的突增、突降情況時(shí)，往往會(huì)引起較高的水位波動(dòng)，這時(shí)單采用經(jīng)典的三沖量控制，難以克服干擾因素水位的大擾動(dòng)，此時(shí)，可通過程序綜合儀表輸入的客觀信息，強(qiáng)行上拉或下拉給水閥位植，防止水位下降或上升過快。2、過熱蒸汽汽溫控制過熱蒸汽汽溫控制的任務(wù)是：維持過熱器出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，并保護(hù)過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度。造成過熱器出口蒸汽溫度變化的主要因素歸結(jié)起來有以下三種：蒸汽流量（即負(fù)荷）的變化；減溫水量的變化；煙氣方面的熱量變化。針對(duì)以上因素，可以采用兩種方案：改變煙氣熱量控制過熱氣出口蒸汽溫度的方法，即采用煙氣側(cè)熱量作為控制參數(shù)，是過熱蒸汽溫度自動(dòng)控制的較好方法；改變減溫水的流量控制過熱器出口蒸汽溫度的方法，即采用過熱器蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)，主要是用來克服落在副環(huán)內(nèi)的擾動(dòng)，即過熱器入口的蒸汽和減溫水的擾動(dòng)，這些擾動(dòng)能在中間變量反映出來，很快就被副環(huán)調(diào)節(jié)器抵消了。過熱器蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖：f3f2OO說明：f]:煙氣流量和溫度變化的擾動(dòng)f2:入口蒸汽流量和溫度的擾動(dòng)f3:減溫水壓力變化的擾動(dòng)0：入口蒸汽溫度00 :出口蒸汽溫度]0:減溫器出口溫度2汽溫自動(dòng)調(diào)節(jié)中，具有導(dǎo)前微分信號(hào)的雙沖量汽溫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量已經(jīng)能滿足生產(chǎn)上的要求，得到了廣泛的應(yīng)用。如果因減溫器至被調(diào)量測(cè)溫點(diǎn)這段區(qū)域的遲延和慣性較大，要求進(jìn)一步減小動(dòng)態(tài)偏差時(shí)，可以采用串級(jí)汽溫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器整定也具有較大的靈活性。如圖所示串級(jí)汽溫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和雙沖量汽溫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的區(qū)別是不用微分器，而多用了一個(gè)副調(diào)節(jié)器，減溫器后的導(dǎo)前溫度信號(hào)02送到副調(diào)節(jié)器，主汽溫信號(hào)01送至主調(diào)節(jié)器。副調(diào)節(jié)器的給定信號(hào)由主調(diào)節(jié)器來校正，副調(diào)節(jié)器直接控制電動(dòng)執(zhí)行器以操縱減溫水調(diào)節(jié)閥。在串級(jí)汽溫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由減溫器、變送器2、副調(diào)節(jié)器、電動(dòng)執(zhí)行器構(gòu)成快速副回路，它能盡可能地消除減溫水側(cè)的擾動(dòng)，對(duì)過熱汽溫起粗調(diào)作用，副調(diào)節(jié)器一般采用比例或比例微分調(diào)節(jié)器；主調(diào)節(jié)器的作用是最后保持汽溫為給定值，對(duì)汽溫起細(xì)調(diào)作用，一般采用比例積分或比例積分微分調(diào)節(jié)器。因?yàn)橐话銓?duì)主汽溫的調(diào)節(jié)質(zhì)量有嚴(yán)格要求，對(duì)減溫器后的汽溫則無嚴(yán)格要求，允許有靜差。當(dāng)主汽溫01或?qū)捌麥?2升高時(shí)，要求減溫水調(diào)節(jié)閥開大，使調(diào)節(jié)的結(jié)果01和02恢復(fù)到給定值，反之亦然。形成的負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)如圖所示。主調(diào)節(jié)器輸入回路的“正一反”作用開關(guān)應(yīng)置于“反”方向；副調(diào)節(jié)器輸入回路的“正一鏈條爐工程FB-2000NSDCS控制系統(tǒng)控制方案反”作用開關(guān)應(yīng)置于“正”方向。3.燃燒控制系統(tǒng)鍋爐燃燒系統(tǒng)自動(dòng)控制的任務(wù)是：使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負(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。具體控制任務(wù)可概括為三個(gè)方面：（1）、維持蒸汽母管蒸汽壓力不變，這是燃燒過程自動(dòng)控制的第一個(gè)任務(wù)。若蒸汽壓力變了，就表示鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量不相適應(yīng)，因此，必須改變?nèi)剂系墓?yīng)量，以改變鍋爐的燃燒發(fā)熱量，從而改變鍋爐的蒸發(fā)量，恢復(fù)蒸汽母管壓力為額定值。（2）、維持鍋爐燃燒的最佳狀態(tài)和經(jīng)濟(jì)性，是鍋爐燃燒過程自動(dòng)控制的第二項(xiàng)任務(wù)。燃燒的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)常用鍋爐煙氣中的含氧量，或燃料量與送風(fēng)量的比值來表示，恰當(dāng)?shù)谋３制湔_比值，能達(dá)到最小的熱量損失和最大的燃料效率。（3）、維持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)，使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，是鍋爐燃燒過程自動(dòng)控制的第三項(xiàng)任務(wù)。通常要求爐膛負(fù)壓保持在20?40Pa的范圍內(nèi)。此時(shí)，燃燒工況、鍋爐房工作條件、爐子的維護(hù)及安全運(yùn)行都最有力。工業(yè)鍋爐燒煤可根據(jù)鍋爐爐膛出口煙氣氧含量判斷燃燒是否充分，再據(jù)此調(diào)節(jié)風(fēng)煤比，使鼓風(fēng)量與送風(fēng)量比例適中，保證燃燒充分，提高鍋爐熱效率，降低煤耗。鍋爐在額定負(fù)荷附近運(yùn)行時(shí)，熱效率較高；而低負(fù)荷運(yùn)行，通常熱效率要低一些。因此，應(yīng)隨負(fù)荷的變化相應(yīng)調(diào)整氧含量的設(shè)定值，并在線地優(yōu)化風(fēng)煤比。若氧含量高，說明空氣過量；氧含量低，說明空氣不足。較準(zhǔn)確的測(cè)量煙氣氧含量，常采用氧化鋯氧量計(jì)來測(cè)量。經(jīng)過調(diào)校及堵塞漏風(fēng)，該氧量計(jì)基本能反映氧含量的變化。在工業(yè)鍋爐常規(guī)控制中，燃燒系統(tǒng)的控制是根據(jù)蒸汽壓力來調(diào)節(jié)爐排轉(zhuǎn)速，送風(fēng)量則根據(jù)風(fēng)煤比得到，并以煙道煙氣氧含量的偏差作為補(bǔ)償。風(fēng)煤比的設(shè)定值可以調(diào)節(jié)，設(shè)定值的選取僅憑操作人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，具有隨意性，不夠科學(xué)，鍋爐的熱效率有待提高。在對(duì)工業(yè)鍋爐蒸汽壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了下面的鍋爐在線燃燒優(yōu)化方案，以進(jìn)一步提高鍋爐的燃燒品質(zhì)。燃燒優(yōu)化以爐膛出口煙氣氧含量作為評(píng)價(jià)燃燒質(zhì)量的標(biāo)志，目標(biāo)是使煙氣氧含量的設(shè)定值合理，而氧含量的調(diào)節(jié)主要通過改變風(fēng)煤比的設(shè)定值實(shí)現(xiàn)。實(shí)際觀察鍋爐燃燒，并參考氧含量的變化，發(fā)現(xiàn)在不同負(fù)荷下，氧含量合理的設(shè)定值是不一樣的，強(qiáng)求不同負(fù)荷下氧含量一致不但難以實(shí)現(xiàn)，而且會(huì)惡化燃燒。燃燒過程是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過程，并不是風(fēng)和煤的比例一致，燃燒狀態(tài)也相近。當(dāng)負(fù)荷低的時(shí)候，送風(fēng)量和送煤量都小，爐膛的溫度低，燃燒不充分，煙道煙氣氧含量高；當(dāng)負(fù)荷高的時(shí)候，送風(fēng)量和送煤量都大，爐膛的溫度高，燃燒充分，煙道煙氣氧含量低。所以考慮對(duì)煙道煙氣氧含量采用變?cè)O(shè)定值，當(dāng)負(fù)荷高的時(shí)候，氧含量的設(shè)定值可以設(shè)得低些，使燃燒充分；當(dāng)負(fù)荷低的時(shí)候，燃燒難以很充分，把氧含量設(shè)定低了也達(dá)不到，反而使送風(fēng)一味減少，惡化燃燒，所以氧含量設(shè)定值只能定高些，使其能正常燃燒。因此，可針對(duì)不同的負(fù)荷區(qū)段采用不同的氧含量設(shè)定值。但這樣階躍式地改變?cè)O(shè)定值，不利于控制的穩(wěn)定。考慮用簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，設(shè)氧含量設(shè)定值高限為Asvh，低限為Asvl，蒸汽流量高限為Fsh，低限為Fsl，設(shè)定蒸汽流量在鍋爐負(fù)荷上下限間變化時(shí)，氧含量設(shè)定值也在上下限間線性變化，即：Fs-FslAsv=Asvh-(Asvh-Asvl) (1)Fsh-Fsl在一些比較極端的情況下，還需要考慮各種約束。因?yàn)橛绊戝仩t燃燒狀況的因素很多，爐膛溫度則是一個(gè)很好的參考量。煤的燃燒首先要吸收熱量，將煤引燃，而煤燃燒起來是放熱過程，所以爐膛的溫度對(duì)于煤的持續(xù)燃燒影響很大。爐膛溫度高的時(shí)候，燃燒狀況好，克服干擾的能力強(qiáng)。實(shí)踐表明，當(dāng)爐膛溫度穩(wěn)定時(shí)，汽包壓力即使有波動(dòng)，在控制作用下也會(huì)很快跟蹤設(shè)定值，而爐膛溫度不穩(wěn)時(shí)，汽包壓力的調(diào)節(jié)就很受影響，所以引入爐膛溫度作為判斷燃燒狀態(tài)的參量。爐膛溫度低的時(shí)候，煤不易引燃，要加大風(fēng)煤比，使煤充分燃燒，提高爐溫，才能加快爐排轉(zhuǎn)速，但如果一味加大送風(fēng)，大量溫度較低的空氣進(jìn)入爐膛，反而會(huì)使燃燒減弱，爐膛溫度降低，同時(shí)煙氣帶走大量的熱，降低了熱效率；爐膛溫度高的時(shí)候，往往是送煤量和送風(fēng)量都比較大的時(shí)候，因?yàn)閷?shí)際上風(fēng)煤比大于1，所以當(dāng)送煤量大的時(shí)候，鼓風(fēng)會(huì)達(dá)到100%而飽和，所以要求風(fēng)煤比要小一些。

當(dāng)氧含量高的時(shí)候，如果風(fēng)煤比降得過低，煤不能充分燃燒，氧含量不但不能降低，反而有可能升高，成為惡性循環(huán)，所以要對(duì)風(fēng)煤比加以下約束?？紤]風(fēng)煤比約束與爐膛溫度相聯(lián)系，爐膛溫度高時(shí)，風(fēng)煤比可以低一些，爐膛溫度低時(shí)，風(fēng)煤比高一些，風(fēng)煤比約束隨爐膛溫度動(dòng)態(tài)設(shè)置。為簡(jiǎn)便起見，這里也采用線性關(guān)系。風(fēng)煤比可行區(qū)域見圖1圖1圖1風(fēng)煤比可行區(qū)域示意圖解析式為：解析式為：JKu=Kh-IKu=Kd=式中：邛-Tb(Kh-Kl)Tbh-Tbl (Kh-Kl)(2)Ku-KcKu——風(fēng)煤比約束上限；Kd——風(fēng)煤比約束下限；Kc——風(fēng)煤比約束區(qū)間寬度； Tb——爐膛溫度；Tbh——爐膛溫度上限；Tbl——爐膛溫度下限；Kh——風(fēng)煤比上限的上界；Kl——風(fēng)煤比上限的下界。對(duì)任意爐膛溫度，風(fēng)煤比取值區(qū)間寬度相等。為對(duì)應(yīng)某一爐膛溫度值時(shí)的風(fēng)煤比約束。爐膛溫度高，燃燒充分，易于引燃，爐排轉(zhuǎn)速可以加快一些，爐膛溫度低，燃燒不充分，爐排轉(zhuǎn)速如果過快，煤不能完全燃燒，會(huì)使?fàn)t膛溫度更低，汽包壓力也降低，而這時(shí)由一般的控制會(huì)再加快爐排轉(zhuǎn)速，造成惡性循環(huán)。這時(shí)應(yīng)減慢爐排轉(zhuǎn)速，加大鼓風(fēng)，即加大風(fēng)煤比，所以在優(yōu)化方案中也加入這一原則。鍋爐主蒸汽溫度的預(yù)測(cè)控制及在線燃燒優(yōu)化的原理框圖如圖2所示。圖2預(yù)測(cè)控制及在線燃燒優(yōu)化原理圖總之，這三項(xiàng)控制任務(wù)是相互關(guān)聯(lián)的，可以通過控制燃料量、送風(fēng)量、和引風(fēng)量來完成。即在負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)，使其各自保持不