鍋爐控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)為滿足客戶容易操作、界面友好、**運行等要求進(jìn)行設(shè)計，系統(tǒng)核心功能可分為模擬量控制、據(jù)采集與監(jiān)視、順序控制幾個要素，因此本章作重點論述。

一、數(shù)據(jù)采集監(jiān)視功能

  DAS功能為：快速準(zhǔn)確地采集參數(shù)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)報警、性能指示，為操作人員提供操作依據(jù)。

1、模擬圖-------工業(yè)流程模擬圖分為系統(tǒng)總覽圖、燃燒系統(tǒng)圖、汽水系統(tǒng)圖、煙氣系統(tǒng)圖等，模擬圖顯示鍋爐運行狀態(tài)、各種變量數(shù)值、設(shè)備狀態(tài)，處于報警的變量以變色、閃爍等方式顯示。

2、成組顯示------成組顯示系統(tǒng)中的主參數(shù) 、副參數(shù)，為操作人員提供相關(guān)部分更加詳細(xì)的信息。

3、趨勢分析-----通過趨勢分析畫筆組態(tài)和數(shù)據(jù)動態(tài)鏈接，創(chuàng)建實時趨勢和歷史趨勢圖，對相關(guān)量進(jìn)行趨勢分析，使操作人員及時了解系統(tǒng)運行變化趨勢，并作出判斷。

4、事件報警和系統(tǒng)響應(yīng)------整個系統(tǒng)中隨機發(fā)生的事件處理都?xì)w在報警處理中，這些事件包括模擬量越限、計算機系統(tǒng)本身的故障報警、操作員的重要操作等，由程序設(shè)置決定報警的形式。

5、報表------系統(tǒng)可以按照用戶的管理要求，創(chuàng)建基于EXCEL文件格式的各類報表，便于運行狀況記錄和生產(chǎn)管理分析。

6、記錄和打印-----可以隨機或周期性打印報警記錄、操作記錄、報表以及系統(tǒng)分析曲線、過去歷史數(shù)據(jù)等。

7、歷史數(shù)據(jù)記錄和調(diào)用-----系統(tǒng)可以將各個輸入輸出點的采集值按照秒級時間段存入硬盤，以備在將來調(diào)用分析。

二、模擬量控制

   模擬量控制主要應(yīng)用的技術(shù)有：燃燒控制(主汽壓力控制)、汽包水位三沖量控制、爐膛負(fù)壓控制、減溫控制。

循環(huán)流化床鍋爐是一個多變量輸入、多變量輸出工藝參數(shù)強耦合的復(fù)雜熱工控制對象，系統(tǒng)控制效果好壞，集中反映在控制系統(tǒng)對各個模擬量處理

方式上（即平常所說的MCS系統(tǒng)），從各個模擬量采集，到調(diào)節(jié)參數(shù)的控制輸出，幾乎運用了現(xiàn)代熱工控制*為前沿的技術(shù)、*復(fù)雜的手段,并揉合

了眾多來自現(xiàn)場的運行經(jīng)驗。

循環(huán)流化床鍋爐控制以系統(tǒng)穩(wěn)定、負(fù)荷自我調(diào)節(jié)適應(yīng)性能好、床溫控制偏差小作為系統(tǒng)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，針對目前國內(nèi)外循環(huán)流化床鍋爐大都采用魯齊

式Π布置、高溫旋風(fēng)分離器、無外置換熱器的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合循環(huán)硫化床鍋爐時間常數(shù)小、控制參數(shù)耦合嚴(yán)重、難以解耦實現(xiàn)經(jīng)典PID調(diào)節(jié)的控制難

點，我們在采用自適應(yīng)分負(fù)荷段控制、參數(shù)區(qū)間設(shè)定與PID調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制方法，*大限度地發(fā)揮計算機數(shù)據(jù)計算處理能力。

首先，按照在不同負(fù)荷條件下鍋爐運行參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍和耦合關(guān)系，將鍋爐工況分為若干調(diào)節(jié)區(qū)間。在各個區(qū)間分別建立各個參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，例

如在40%負(fù)荷一下關(guān)別二次風(fēng)，有一次風(fēng)在煙道含氧量的約束下，通過和主汽壓力構(gòu)建PID調(diào)節(jié)回路，完成配風(fēng)調(diào)節(jié)；而在40%以上的各個負(fù)荷段就

必須在煙道含氧量、一次風(fēng)、二次風(fēng)數(shù)學(xué)模型約束下共同完成配風(fēng)調(diào)節(jié)，采取常規(guī)PID調(diào)節(jié)原理的回路比例帶、積分、微分等參數(shù)也相應(yīng)由系統(tǒng)自
動調(diào)整。

1、汽壓—燃燒調(diào)節(jié)

主汽壓力通過調(diào)節(jié)給煤、配風(fēng)、循環(huán)灰量等參數(shù)實現(xiàn)控制要求，但給煤量是影響床溫的關(guān)鍵因素，所以在構(gòu)建主汽壓力-燃燒控制方案時，將檢測值和設(shè)定值經(jīng)過比較，并將偏差作比例處理后同作函數(shù)處理后的蒸汽流量一起作為前饋信號納入到給煤調(diào)節(jié)回路上，操縱給煤執(zhí)行器。床溫低就加大給煤量，高則減少給煤量。由于循環(huán)流化床鍋爐的床溫可以在一定范圍內(nèi)波動，所以床溫偏差只有在超過設(shè)區(qū)間（未越限報警）才會對給煤量直接起作用。

穩(wěn)定運行時，總風(fēng)量調(diào)節(jié)采用以主汽壓力為反饋量的PID控制，引入煙道含氧量矯正函數(shù)與經(jīng)過比例處理后的給煤信號作為PID回路前饋，如有必要引入風(fēng)溫、風(fēng)壓補償，一次風(fēng)、二次風(fēng)的比例，按照分段控制方法，在固定區(qū)間作為定值處理（40%負(fù)荷以下，二次風(fēng)輸出為0），因為一次風(fēng)變化對床溫有一定影響，在構(gòu)建配風(fēng)控制方案時，床溫偏差信號經(jīng)過運算后將和PID輸出累加，去控制一次風(fēng)執(zhí)行機構(gòu)；二次風(fēng)按照總風(fēng)量比例輸出，控制原理如下圖：

蒸汽壓力和燃燒控制原理框圖

實際蒸汽壓力控制曲線

 蒸汽壓力實時曲線

2、汽包水位三沖量控制

汽包水位的穩(wěn)定影響到鍋爐**、高效、經(jīng)濟等各個方面，所以必須采取行之有效的方法來控制汽包水位的穩(wěn)定。鍋爐汽包水位控制一般有：單沖量控制、雙沖量控制、和三沖量控制，控制算法復(fù)雜程度不同，控制效果也有較大差別，在控制參數(shù)設(shè)置都處于*優(yōu)情況下單沖量控制*差，三沖量控制*好。汽包水位三沖量控制又稱給水控制，它反映給水量與供汽量的動態(tài)平衡，屬于典型的串級加前饋控制方式。給水流量作為副調(diào)回路，克服給水流量變化擾動；汽包水位作為主調(diào)回路；蒸汽流量作為前饋量克服虛假水位現(xiàn)象，使水位達(dá)到很高的控制精度。本系統(tǒng)應(yīng)用串級前饋三沖量控制算法，正常情況下控制穩(wěn)態(tài)誤差≤±5mm。

汽包水

汽包水位控制原理圖

實際汽包水位曲線

 汽包水位實時曲線

3、爐膛壓力控制

為減少熱損，提高燃燒經(jīng)濟性，同時加強操作**性，必須將鍋爐爐膛負(fù)壓控制在一個很穩(wěn)定的區(qū)間內(nèi)。在引風(fēng)調(diào)節(jié)方案中，爐膛負(fù)壓測量值經(jīng)和設(shè)定值一起送入PID調(diào)節(jié)回路中進(jìn)行運算，運算結(jié)果控制引風(fēng)風(fēng)門擋板動作，滿足鍋爐運行要求。由于總風(fēng)量發(fā)生變化時，需要經(jīng)過一段時間后才會在負(fù)壓測量值上反映出來，所以在引風(fēng)控制方案中，直接把總風(fēng)量作為前饋信號納入到回路，使系統(tǒng)對總風(fēng)量的變化快速反應(yīng)。

爐膛負(fù)壓控制原理圖

現(xiàn)場控制曲線

 爐膛壓力實時曲線

4、流化床床溫（密相區(qū)溫度）控制

循環(huán)流化床鍋爐與其它類型鍋爐相比，爐膛溫度即流化床床溫須控制，通常控制在850℃～950℃，溫度過高則會產(chǎn)生高溫結(jié)焦，影響鍋爐穩(wěn)定運行，若此時風(fēng)量不足，甚至引發(fā)大范圍結(jié)焦事故，造成長時間停爐。溫度過低易產(chǎn)生低溫結(jié)焦和熄火事故。而在850℃～950℃時石灰石脫硫效果*好，并且氮氧化物排放量也較低，有較高環(huán)保價值。

國內(nèi)中小型循環(huán)流化床鍋爐一般不設(shè)冷渣器，床溫控制通常由給媒量（配合鼓風(fēng)風(fēng)量）進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方法必然造成蒸汽壓力控制與流化床床溫控制產(chǎn)生極強的耦合作用，即兩回路間互相影響。CXB2OOO軟件體系中的ACMP 控制軟件針對此特點，采用帶“模糊算法”的數(shù)字PID調(diào)節(jié)，并通過一定條件下的比例解耦，降低床溫和汽壓控制回路間的耦合作用。在實際應(yīng)用中取得成功，使得難于閉環(huán)運行的床溫和汽壓控制可在50％以上負(fù)荷時投入閉環(huán)自動控制。

流化床溫度控制流程圖

    床溫控制回路中加入蒸汽流量前饋，降低了負(fù)荷增加對爐溫的影響，而且增強了系統(tǒng)對負(fù)荷變化的響應(yīng)速度，提高了控制穩(wěn)定性，改善了控制性能。

5、 蒸汽減溫控制

減溫控制采用經(jīng)典PID控制，采集出口蒸汽溫度，和系統(tǒng)設(shè)定值比較，差值e（t）進(jìn)行PID運算，控制輸出驅(qū)動減溫水調(diào)節(jié)閥門開度，控制減溫水流量。響應(yīng)性能較差時，引進(jìn)負(fù)荷作為前饋，控制原理圖如下：
以上MCS模擬量調(diào)節(jié)控制方案，均通過軟件編程，在計算機系統(tǒng)中處理輸入輸出數(shù)據(jù)，實現(xiàn)控制策略。

三、順序控制系統(tǒng)(SCS)

1、基本要求

1)     SCS用于啟動/停止鍋爐機組系統(tǒng)中的子組項。一個子組項被定義為鍋爐的某個設(shè)備組，一臺送風(fēng)機等。

2)     設(shè)備的聯(lián)鎖、保護(hù)指令具有*高優(yōu)先級；手動指令比自動指令優(yōu)先。被控設(shè)備的“啟動”、“停止”或“開”、“關(guān)”指令將互相閉鎖，且使被控設(shè)備向**方向動作。

3)     通過聯(lián)鎖、聯(lián)跳和保持跳閘功能來保證被控對象的**。機組的聯(lián)鎖及保護(hù)跳閘功能，包括緊急跳閘均采取硬接線連接。

4)     保護(hù)和閉鎖功能設(shè)計成經(jīng)常有效的。

2、下面列出的順序控制子組項包括在SCS中。

1)     鼓風(fēng)風(fēng)機子功能組

滿足下列條件時啟動鼓風(fēng)機：

A、未按下停鼓風(fēng)機按鈕或計算機CRT觸動按鈕

B、無鼓風(fēng)機啟動失敗信號

C、按下啟動按鈕計算機CRT觸動按鈕

當(dāng)鼓風(fēng)機運行時，滿足下列條件之一則停止：

A、按下停鼓風(fēng)機按鈕或計算機CRT觸動按鈕

B、無引風(fēng)機在運行，鼓風(fēng)機啟動失敗，鼓風(fēng)機跳閘

2)     引風(fēng)機子功能組

滿足下列條件時啟動引風(fēng)機：

A、按下啟動引風(fēng)機按鈕或CRT觸動按鈕

B、未按下停引風(fēng)機按鈕計算機CRT觸動按鈕

C、無引風(fēng)機跳閘信號

D、未按下引風(fēng)機停止按鈕

當(dāng)引風(fēng)機運行時，滿足下列條件之一則停止引風(fēng)機：

A、按下停引風(fēng)機按鈕

B、次風(fēng)機啟動失敗

C、引風(fēng)機跳閘

3)  給煤電機子功能組

滿足下列條件時啟動給煤電機：

A、按下給煤電機啟動按鈕

B、無給煤電機啟動失敗信號

C、無給煤電機跳閘信號

滿足下列條件之一時停止給煤電機：

A、按下給煤電機停止按鈕

B、給煤電機啟動失敗

C、給煤電機跳閘

4) 給水泵子功能組

滿足下列條件可以啟動給水泵

A、按下給水泵啟動按鈕

B、無給水泵啟動失敗信號

C、無給水泵跳閘信號

滿足下列條件之一時停止給水泵運行

A、按下給水泵停止按鈕

B、給水泵啟動失敗信號

C、給水泵跳閘信號

各個動力設(shè)備順序控制均通過開關(guān)狀態(tài)輸入輸出點設(shè)定完成，操作盤臺的主令開關(guān)操作和計算機操作站鼠標(biāo)點擊軟手操同樣有效，但手操具有更高優(yōu)先等級。