用DCS實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化的閉環(huán)控制

 實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化的閉環(huán)控制武寶會(huì)，師建斌國(guó)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(shí)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(yīng)用。關(guān)鍵詞電廠鍋爐；風(fēng)粉在線監(jiān)測(cè)；優(yōu)化燃燒；閉環(huán)控制司熱工研究院己通過(guò)部級(jí)技術(shù)鑒定和應(yīng)用成果鑒定運(yùn)行，徹底改變了司爐的習(xí)慣操作方式，為運(yùn)行人員監(jiān)視每只燃燒器的風(fēng)粉情況，及時(shí)有效地進(jìn)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(yīng)用，實(shí)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(shì)和靈活方便的軟件組態(tài)功能實(shí)現(xiàn)這控制系統(tǒng)，不需要增加額外的硬件費(fèi)用，系統(tǒng)維護(hù)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(fēng)煤在線監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介在線監(jiān)測(cè)鍋爐次風(fēng)燃燒器出口流速和煤粉濃度是實(shí)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(dǎo)系統(tǒng)前，運(yùn)行人員基本上是靠監(jiān)視次風(fēng)靜壓和給粉機(jī)轉(zhuǎn)速憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)整燃燒，但由于次風(fēng)壓的間接性給粉機(jī)轉(zhuǎn)速的非線性和性能的分散性，使不同給粉機(jī)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(dá)到最佳。 　　風(fēng)煤在線監(jiān)測(cè)就是實(shí)時(shí)測(cè)量鍋爐次風(fēng)燃燒器出口流速和煤粉濃度。次風(fēng)測(cè)量元件為標(biāo)定過(guò)的靠背型測(cè)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(cè)速元件測(cè)量計(jì)算的風(fēng)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(dǎo)意義。 　　煤粉濃度是用熱量平衡原理測(cè)量與計(jì)算的。在次風(fēng)熱風(fēng)管道煤粉倉(cāng)和風(fēng)粉混合后管道上分別安裝3只專(zhuān)用溫度探頭，分別用于計(jì)算空氣和煤粉不同電廠煤粉濃度計(jì)算的數(shù)學(xué)模型。 　　閉環(huán)控制系統(tǒng)的投運(yùn)對(duì)風(fēng)煤在線監(jiān)測(cè)次測(cè)量元件的可靠性提出更高要求。現(xiàn)在，次風(fēng)速測(cè)量元件經(jīng)耐磨噴涂后可長(zhǎng)期穩(wěn)定使用而不用擔(dān)心磨損使流量系數(shù)發(fā)生變化。第3代尺3風(fēng)粉混合后專(zhuān)用溫度探頭的耐磨壽命達(dá)5a以上，反應(yīng)靈敏度還不到2s.這都為閉環(huán)控制系統(tǒng)投運(yùn)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(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化的閉環(huán)控制自！動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)速為調(diào)節(jié)手段的若干個(gè)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(gè)串級(jí)系統(tǒng)，主蒸汽壓力給定值和主蒸汽壓力反饋?zhàn)鳛橹髡羝麎毫φ{(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(hào)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(jī)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(guò)調(diào)節(jié)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定主蒸汽壓力的目的，該系統(tǒng)中每臺(tái)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速相同而給粉量差別很大。本系統(tǒng)調(diào)節(jié)每臺(tái)給粉機(jī)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(dòng)手動(dòng)2種方方式下，主蒸汽壓力跟蹤主蒸汽壓力給定值，手動(dòng)方式下可手動(dòng)設(shè)定煤粉濃度調(diào)節(jié)器的設(shè)定信號(hào)。 　　2.2給粉分配器給粉分配器類(lèi)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(hào)，按燃燒器各層的分配系數(shù)和總風(fēng)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(fēng)管煤粉濃度信號(hào)，作為煤粉濃度調(diào)節(jié)器設(shè)定值。如某臺(tái)給粉機(jī)停機(jī)，則給粉量會(huì)自動(dòng)平均增加到其它給粉機(jī)上，如果某臺(tái)或多臺(tái)給粉機(jī)在手動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行，則給粉量的差值會(huì)自動(dòng)平均增加到其它給粉機(jī)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(gè)煤粉濃度調(diào)節(jié)器接受給粉分配器的煤粉濃度設(shè)定信號(hào)和煤粉濃度測(cè)量信號(hào)，偏差經(jīng)1運(yùn)算后控制給粉機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到每個(gè)燃燒器煤粉濃度恒定和燃燒均衡的目的。每個(gè)煤粉濃度調(diào)節(jié)器都可設(shè)定為串級(jí)或本機(jī)給定，串級(jí)方式下，濃度調(diào)節(jié)器接受主調(diào)節(jié)器的給定信號(hào)，本機(jī)方式下，該濃度調(diào)節(jié)器的給定值可單獨(dú)設(shè)定，以滿(mǎn)足特定情況下的不同需求。 　　每個(gè)煤粉濃度調(diào)節(jié)器也可在自動(dòng)或手動(dòng)方式下運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)手動(dòng)的無(wú)擾切換。自動(dòng)方式下，對(duì)應(yīng)燃燒器的煤粉濃度跟蹤其設(shè)定值，參與燃燒優(yōu)化控制；手動(dòng)方式下，對(duì)應(yīng)給粉機(jī)的轉(zhuǎn)速可手動(dòng)調(diào)節(jié)。 　　3燃燒優(yōu)化控制的實(shí)現(xiàn)本控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)部分由工控機(jī)顯器打印機(jī)可選智能數(shù)據(jù)采集器通信卡故障輸出卡等組成。控制部分由，實(shí)現(xiàn)，經(jīng)運(yùn)算所產(chǎn)生的控制量通過(guò)，的模擬量輸出卡件轉(zhuǎn)換成420.電流信號(hào)直接控制給粉機(jī)的變頻器。 　　系統(tǒng)軟件包括風(fēng)粉在線監(jiān)測(cè)軟件和燃燒優(yōu)化控制軟件2大部分。風(fēng)粉在線監(jiān)測(cè)軟件是在012，45 9889下編寫(xiě)的32位應(yīng)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(hù)任意設(shè)定。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的多任務(wù)方式可使系統(tǒng)同時(shí)具備數(shù)據(jù)采集顯存儲(chǔ)報(bào)警追憶打印通信等多項(xiàng)功能。 　　完成與，通信是實(shí)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(gè)次風(fēng)燃燒器出口流速煤粉濃度和風(fēng)粉混合溫度等信號(hào)傳送到，再由0的靈活組態(tài)功能對(duì)控制策略進(jìn)行實(shí)施。現(xiàn)在，0可根據(jù)不同的實(shí)際情況以多種靈活的方式與其通信。 　　2320串行通信燃燒指導(dǎo)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(wú)校驗(yàn)8位數(shù)據(jù)位1位停止位，在數(shù)據(jù)流前發(fā)送2個(gè)，在數(shù)據(jù)流后發(fā)送2個(gè)，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(lái)讀取數(shù)據(jù)。 　　采用232通信不需增加額外硬件設(shè)備，可靠性高，但通信速率較低，數(shù)據(jù)傳送要占用較多時(shí)間。本系統(tǒng)基本可滿(mǎn)足要求與HS2000DCSMAX1000DCS等都采用過(guò)這種方式進(jìn)行通信。 　　893網(wǎng)絡(luò)通信893網(wǎng)絡(luò)是種多主機(jī)網(wǎng)絡(luò)，不但可用作對(duì)893數(shù)據(jù)采集前端的數(shù)據(jù)通信，還可用作主機(jī)與主機(jī)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(yīng)用處理機(jī)或工程師站上增加相應(yīng)的通信卡和軟件支持。在中國(guó)電力電力自動(dòng)，軟件設(shè)計(jì)上，通信雙方首先將10多主機(jī)網(wǎng)卡初始化，然后定時(shí)向其寫(xiě)入風(fēng)粉實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而定時(shí)從相應(yīng)網(wǎng)卡讀取數(shù)據(jù)并寫(xiě)入它的數(shù)據(jù)庫(kù)供計(jì)算和控制使用。利用8930卡通信速率快，傳送距離遠(yuǎn)，安全可靠，但它要求具有很好地與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)連接的能力。 　　網(wǎng)絡(luò)通信在有些電廠中，和都己接入局域網(wǎng)如有些國(guó)內(nèi)本身的局域網(wǎng)，廠內(nèi)局域網(wǎng)或+1網(wǎng)絡(luò)，則利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)通信既快速又方便。利用本身的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和控制快捷實(shí)用，而利用+巧網(wǎng)絡(luò)目前僅限于傳送數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程監(jiān)視，因其可靠性還達(dá)不到控制系統(tǒng)的要求。 　　利用網(wǎng)絡(luò)通信有3種數(shù)據(jù)傳送方式，1種是網(wǎng)絡(luò)文件傳送方式，1種是網(wǎng)絡(luò)通信方式，還有1種數(shù)據(jù)庫(kù)傳送方式，3種方式各有利弊，但網(wǎng)絡(luò)通信方式在該系統(tǒng)中應(yīng)用較多。 　　3.4在上進(jìn)行開(kāi)發(fā)和控制組態(tài)在上直接進(jìn)行的開(kāi)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(zhuān)門(mén)的通信設(shè)備，但要求開(kāi)放性較好。采用的計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，易于管理和維護(hù)。上的燃燒優(yōu)化控制軟件由3部分組成1次風(fēng)速和煤粉濃度計(jì)算程序。該計(jì)算程序是在工程師終端提供的。03456或708環(huán)境下開(kāi)發(fā)的語(yǔ)言應(yīng)用程序。9形接口軟件。采用公用接口和形組態(tài)軟件設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)的人機(jī)界面與界面融為體，維護(hù)操作非常方便。3控制組態(tài)軟件。采用控制組態(tài)實(shí)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(gè)次風(fēng)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(gè)煤粉濃度調(diào)節(jié)回路，完成燃燒優(yōu)化的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)均衡燃燒。 　　目前，燃燒指導(dǎo)系統(tǒng)己在+；1000=，8，上開(kāi)發(fā)成功或?qū)崿F(xiàn)通信運(yùn)行。 　　4應(yīng)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(yùn)行。其主要功能包括主蒸汽壓力控芾叭次風(fēng)噴燃器出口流速在線監(jiān)測(cè)與風(fēng)速均衡控芾叭次風(fēng)噴燃器出口煤粉濃度在線監(jiān)測(cè)與濃度均衡控制次風(fēng)速及鍋爐燃燒各項(xiàng)熱損失鍋爐效率參數(shù)在線監(jiān)測(cè)等。閉環(huán)控制系統(tǒng)可靠性和魯棒性始終是用戶(hù)最關(guān)心的。具體應(yīng)用中系統(tǒng)增加了很多保護(hù)措施。6掉電死機(jī)或故障時(shí)均可發(fā)出故障信號(hào)，強(qiáng)制將自動(dòng)切換到手動(dòng)方式運(yùn)行；主蒸汽壓力越限壓力偏差越限煤粉濃度越限溫度信號(hào)異常測(cè)點(diǎn)故障時(shí)均可解除自動(dòng)方式運(yùn)行切換到手動(dòng)方式，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒運(yùn)行人員作相應(yīng)處理。2是根據(jù)黃島電廠4號(hào)爐次風(fēng)粉投入閉環(huán)控制后風(fēng)粉數(shù)據(jù)制作的風(fēng)粉顯畫(huà)面。各層風(fēng)速和煤粉濃度非常均衡，是以前運(yùn)行人員手動(dòng)操作所無(wú)法達(dá)到的。 　　負(fù)尚2晷，鍋爐主蒸汽壓力2.9鑒5結(jié)論用燃燒指導(dǎo)系統(tǒng)和共同組成燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì)，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(fēng)管煤粉濃度作為反饋信號(hào)，增加獨(dú)立的煤粉濃度控制回路，不但可保證主蒸汽壓力恒定，同時(shí)保證每層風(fēng)速濃度均衡，達(dá)到優(yōu)化燃燒的目的。3該系統(tǒng)的投運(yùn)可有效防止次風(fēng)管斷風(fēng)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(fēng)偏斜對(duì)水冷壁的沖刷，降低煙溫偏差和飛灰可燃物，提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。4燃燒指導(dǎo)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了靈活多樣的通信方式，因此可適應(yīng)于不同和其它控制系統(tǒng)，也可單獨(dú)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(huì)使主蒸汽壓力跟蹤速度變慢，但由于采用了反應(yīng)靈敏的次測(cè)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(mǎn)足實(shí)際控制要求。參考文獻(xiàn)李遵基。