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(yùn)行的必要條件，水位過高可導(dǎo)致蒸汽帶水，甚至?xí)霈F(xiàn)滿水、過水事故：水位過低則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重缺水事故，那就要緊急停爐，否則會(huì)燒壞鍋爐。由于存在虛假水位現(xiàn)象，因此采用三沖量串級(jí)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(diǎn):

(1)加入汽包壓力作為水位補(bǔ)償信號(hào);

(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(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)相當(dāng)于前饋加串級(jí)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主信號(hào)汽包水位h 接入主調(diào)節(jié)器pi，副調(diào)節(jié)器設(shè)定值為主調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)加上前饋信號(hào)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(yùn)行時(shí),由于引進(jìn)了蒸汽流量和給水流量的調(diào)節(jié)信號(hào)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)作及時(shí)，抗干擾能力較強(qiáng)，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動(dòng)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(dòng)作，減小了給水流量的波動(dòng)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(hào)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(hào)也是調(diào)節(jié)器動(dòng)作后的反饋信號(hào)，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(shí)際運(yùn)行時(shí)，鍋爐負(fù)荷如果變化很大，如在40%--范圍內(nèi)變化，此時(shí)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(gè)鍋爐的安全運(yùn)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(bǔ)償系數(shù)并非固定一組，而是隨負(fù)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(fù)荷給水量與主汽量平衡大小不一樣，存在偏差（尤其在負(fù)荷變化劇烈時(shí)偏差明顯），所以按負(fù)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(bǔ)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(dòng)，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(bǔ)主蒸汽溫度的大滯后，但工藝上安裝有困難，所以考慮用導(dǎo)前汽溫信號(hào)和爐膛出口溫度作為前饋。由于在減溫水?dāng)_動(dòng)下的汽溫動(dòng)態(tài)特性具有較大的響應(yīng)時(shí)間和滯后時(shí)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(hào)θ1。在減溫水量擾動(dòng)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(hào)構(gòu)成串級(jí)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(dá)到給定值，主調(diào)節(jié)器pi的輸出信號(hào)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(fù)到給定值為止。穩(wěn)定時(shí)，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(jí)汽溫控制系統(tǒng)中，副回路及副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是快速消除內(nèi)擾，要求控制過程的持續(xù)時(shí)間較短，但不要求無偏差，故可選用純比例調(diào)節(jié)p。當(dāng)出口溫度慣性較大時(shí)，也可選用pd調(diào)節(jié)。主回路及主調(diào)節(jié)器的任務(wù)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(chǎng)調(diào)試時(shí)改用pid調(diào)節(jié)。

在串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)中，副回路及副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是快速消除內(nèi)擾，要求控制過程的持續(xù)時(shí)間較短，但不要求無偏差，故可選用純比例調(diào)節(jié)p。當(dāng)出口溫度慣性較大時(shí)，也可選用pd調(diào)節(jié)。主回路及主調(diào)節(jié)器的任務(wù)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(chǎng)調(diào)試時(shí)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(chǎng)運(yùn)行調(diào)試得出。

（三）《爐內(nèi)燃燒優(yōu)化模糊控制》方法簡(jiǎn)介

從事熱能動(dòng)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(duì)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(fēng)、返料及料層厚度變化的影響，而且還受汽水系統(tǒng)攏動(dòng)的影響，且這些影響因素相互耦合性強(qiáng)；同時(shí)過程為非線和大滯后，這樣使過程變得十分復(fù)雜，難于建立的數(shù)學(xué)模型，用常規(guī)的控制方法難于達(dá)到滿意的控制效果。但是，上述這些攏動(dòng)因素集中反映在對(duì)爐內(nèi)溫度場(chǎng)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(chǎng)觀察結(jié)果表明：不同的擾動(dòng)因素對(duì)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(shí)，料床溫度和爐膛出口溫度變化的方向相同，即兩個(gè)溫度均上升或下降；而返料變化時(shí)，料床溫度和爐膛出口溫度變化的方向相反，即一個(gè)上升，另一個(gè)下降，……?？偨Y(jié)這些擾動(dòng)因素對(duì)爐內(nèi)溫度場(chǎng)變化的特點(diǎn)，則可歸納為一個(gè)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(jiǎn)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(jì)算溫度變化率，并進(jìn)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(gè)燃燒狀態(tài)區(qū)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的影響因素時(shí)，利用微機(jī)快速采集該區(qū)域有關(guān)鍋爐運(yùn)行參數(shù)（包括有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況）進(jìn)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(cè)到給煤系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)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(jì)算某個(gè)執(zhí)行機(jī)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(jī)構(gòu)位置穩(wěn)態(tài)值的模糊量；

         α1、α2—加權(quán)因子，根據(jù)不同的燃燒狀態(tài)區(qū)和現(xiàn)場(chǎng)鍋爐運(yùn)行情況，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試整定。

4、根據(jù)控制量的模糊值，進(jìn)行清淅化計(jì)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(jī)構(gòu)的動(dòng)作。

上述控制方法，必須遵守一個(gè)原則：即在某負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的爐內(nèi)送風(fēng)量為常數(shù)。因此，煤種變化時(shí)只調(diào)節(jié)煤量而不調(diào)節(jié)風(fēng)量。但是，在調(diào)節(jié)煤量時(shí)，必須首先抑制燃燒狀態(tài)的惡化，然后控制恢復(fù)到正常的燃燒狀態(tài)，如煤質(zhì)突然變差時(shí)，料床溫度快速下降，這時(shí)必須首先減一定量的進(jìn)風(fēng)或返料，抑制床溫的繼續(xù)快降，待床溫有回升趨勢(shì)后，恢復(fù)原送風(fēng)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(fù)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(fēng)量為一條具有極值點(diǎn)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(fēng)量的變化對(duì)鍋爐熱效率影響不大，即可以認(rèn)為v1~v2是優(yōu)化燃燒區(qū)，這是因?yàn)楫?dāng)送風(fēng)量為v1時(shí)，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(duì)流換熱和改善爐膛內(nèi)的燃燒條件，減少化學(xué)和機(jī)械不完全燃燒損失。

我們將排煙損失、化學(xué)不完全燃燒損失和機(jī)械不完全燃燒損失之和為Zui小作為目標(biāo)函數(shù)，以還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)作約束條件，可導(dǎo)出送風(fēng)量v與負(fù)荷d之間的關(guān)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(cè)量值和給定值一起送入調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行pid計(jì)算，計(jì)算結(jié)果用來調(diào)節(jié)相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而保證被調(diào)參數(shù)滿足運(yùn)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(jī)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表、歷史趨勢(shì)圖、報(bào)警畫面、報(bào)表畫面十二個(gè)部分組成，如以下10-14頁所示。詳細(xì)的對(duì)系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、頻率和設(shè)備參數(shù)和狀態(tài)，做出直觀的顯示；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并對(duì)設(shè)備的運(yùn)行和停止進(jìn)行直接控制；對(duì)各種異常情況進(jìn)行報(bào)警；還可以顯示數(shù)據(jù)變量的歷史趨勢(shì)圖，并可以對(duì)其進(jìn)行記錄、查詢等操作。

熱力系統(tǒng)圖

汽水系統(tǒng)圖

汽機(jī)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表

歷史趨勢(shì)圖

報(bào)警畫面

報(bào)表畫面