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鏈條爐的控制系統(tǒng)的設(shè)計，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)熱量與實際負荷不適應。因此，必須改變?nèi)剂狭康墓┙o，以供應所需的發(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負荷設(shè)備正常工作的必要條件。又如，維持爐膛負壓在一定范圍內(nèi)，這是鍋爐安全生產(chǎn)的必要條件。爐膛負壓變化，反映了引風量與送風量的不相適應，通常要求爐頂負壓維持在2?4mm水柱壓力。再如，要實現(xiàn)經(jīng)濟燃燒，就要用煙氣中的殘氧量去自動修正空氣/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，在負荷穩(wěn)定時，應使燃料量送風量和引風量各自保持不變，才能及時地補償系統(tǒng)內(nèi)部的擾動（如燃料質(zhì)量的變化等）；而在負荷變動時（即有外擾作用時），則應使這三個量成比例的改變，即要適應負荷的要求，又要使被控量保持在允許的范圍內(nèi)。綜上所述，針對鍋爐控制系統(tǒng)的共性、和用戶鍋爐的實際情況，同時結(jié)合DCS的自身特點，以下從控制系統(tǒng)的幾個部分詳述控制方案。（20t/h鏈條爐自動控制系統(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；另外是抗擾動性及負荷變化的虛假水位。汽包水位的控制方案采用三沖量給水串級控制系統(tǒng)。三沖量鍋爐汽包給水自動控制系統(tǒng)，是以汽包水伽為主控信號，蒸汽流量1）為前饋控制信號，給水流量叩為反饋控制信號組成的控制系統(tǒng)。它采用蒸汽流量信號對給水流量進行前饋控制，當蒸汽負荷突然發(fā)生變化，蒸汽流量信號使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向移動，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”引起的反向動作，因而減小了水位和給水流量的波動幅度。當由于水壓干擾使給水流量減少的信號，開大給水閥門，使給水量保持不變。另外，給水流量信號也是調(diào)節(jié)器動作后的反饋信號，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)器動作快，還可以避免調(diào)節(jié)過頭，減少波動和失控。這樣，汽包水位很少受到影響。三沖量給水控制系統(tǒng)主回路簡化方塊如圖：當發(fā)生負荷的突增、突降情況時，往往會引起較高的水位波動，這時單采用經(jīng)典的三沖量控制，難以克服干擾因素水位的大擾動，此時，可通過程序綜合儀表輸入的客觀信息，強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（即負荷）的變化；減溫水量的變化；煙氣方面的熱量變化。針對以上因素，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控制系統(tǒng)，主要是用來克服落在副環(huán)內(nèi)的擾動，即過熱器入口的蒸汽和減溫水的擾動，這些擾動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控制系統(tǒng)方塊圖：f3f2OO說明：f]:煙氣流量和溫度變化的擾動f2:入口蒸汽流量和溫度的擾動f3:減溫水壓力變化的擾動0：入口蒸汽溫度00 :出口蒸汽溫度]0:減溫器出口溫度2汽溫自動調(diào)節(jié)中，具有導前微分信號的雙沖量汽溫自動調(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，得到了廣泛的應用。如果因減溫器至被調(diào)量測溫點這段區(qū)域的遲延和慣性較大，要求進一步減小動態(tài)偏差時，可以采用串級汽溫自動調(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。如圖所示串級汽溫自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和雙沖量汽溫自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的區(qū)別是不用微分器，而多用了一個副調(diào)節(jié)器，減溫器后的導前溫度信號02送到副調(diào)節(jié)器，主汽溫信號01送至主調(diào)節(jié)器。副調(diào)節(jié)器的給定信號由主調(diào)節(jié)器來校正，副調(diào)節(jié)器直接控制電動執(zhí)行器以操縱減溫水調(diào)節(jié)閥。在串級汽溫自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由減溫器、變送器2、副調(diào)節(jié)器、電動執(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，對過熱汽溫起粗調(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，對汽溫起細調(diào)作用，一般采用比例積分或比例積分微分調(diào)節(jié)器。因為一般對主汽溫的調(diào)節(jié)質(zhì)量有嚴格要求，對減溫器后的汽溫則無嚴格要求，允許有靜差。當主汽溫01或?qū)捌麥?2升高時，要求減溫水調(diào)節(jié)閥開大，使調(diào)節(jié)的結(jié)果01和02恢復到給定值，反之亦然。形成的負反饋閉環(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)應置于“正”方向。3.燃燒控制系統(tǒng)鍋爐燃燒系統(tǒng)自動控制的任務(wù)是：使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應蒸汽負荷的需要，同時，還要保證經(jīng)濟燃燒和鍋爐的安全運行。具體控制任務(wù)可概括為三個方面：（1）、維持蒸汽母管蒸汽壓力不變，這是燃燒過程自動控制的第一個任務(wù)。若蒸汽壓力變了，就表示鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與負荷設(shè)備的蒸汽消耗量不相適應，因此，必須改變?nèi)剂系墓?，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)濟性，是鍋爐燃燒過程自動控制的第二項任務(wù)。燃燒的經(jīng)濟性指標常用鍋爐煙氣中的含氧量，或燃料量與送風量的比值來表示，恰當?shù)谋３制湔_比值，能達到最小的熱量損失和最大的燃料效率。（3）、維持爐膛負壓在一定范圍內(nèi)，使引風量與送風量相適應，是鍋爐燃燒過程自動控制的第三項任務(wù)。通常要求爐膛負壓保持在20?40Pa的范圍內(nèi)。此時，燃燒工況、鍋爐房工作條件、爐子的維護及安全運行都最有力。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)風煤比，使鼓風量與送風量比例適中，保證燃燒充分，提高鍋爐熱效率，降低煤耗。鍋爐在額定負荷附近運行時，熱效率較高；而低負荷運行，通常熱效率要低一些。因此，應隨負荷的變化相應調(diào)整氧含量的設(shè)定值，并在線地優(yōu)化風煤比。若氧含量高，說明空氣過量；氧含量低，說明空氣不足。較準確的測量煙氣氧含量，常采用氧化鋯氧量計來測量。經(jīng)過調(diào)校及堵塞漏風，該氧量計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，送風量則根據(jù)風煤比得到，并以煙道煙氣氧含量的偏差作為補償。風煤比的設(shè)定值可以調(diào)節(jié)，設(shè)定值的選取僅憑操作人員的個人經(jīng)驗，具有隨意性，不夠科學，鍋爐的熱效率有待提高。在對工業(yè)鍋爐蒸汽壓力進行預測控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計了下面的鍋爐在線燃燒優(yōu)化方案，以進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價燃燒質(zhì)量的標志，目標是使煙氣氧含量的設(shè)定值合理，而氧含量的調(diào)節(jié)主要通過改變風煤比的設(shè)定值實現(xiàn)。實際觀察鍋爐燃燒，并參考氧含量的變化，發(fā)現(xiàn)在不同負荷下，氧含量合理的設(shè)定值是不一樣的，強求不同負荷下氧含量一致不但難以實現(xiàn)，而且會惡化燃燒。燃燒過程是一個相對復雜的過程，并不是風和煤的比例一致，燃燒狀態(tài)也相近。當負荷低的時候，送風量和送煤量都小，爐膛的溫度低，燃燒不充分，煙道煙氣氧含量高；當負荷高的時候，送風量和送煤量都大，爐膛的溫度高，燃燒充分，煙道煙氣氧含量低。所以考慮對煙道煙氣氧含量采用變設(shè)定值，當負荷高的時候，氧含量的設(shè)定值可以設(shè)得低些，使燃燒充分；當負荷低的時候，燃燒難以很充分，把氧含量設(shè)定低了也達不到，反而使送風一味減少，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，可針對不同的負荷區(qū)段采用不同的氧含量設(shè)定值。但這樣階躍式地改變設(shè)定值，不利于控制的穩(wěn)定?？紤]用簡單的線性關(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荷上下限間變化時，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。因為影響鍋爐燃燒狀況的因素很多，爐膛溫度則是一個很好的參考量。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，所以爐膛的溫度對于煤的持續(xù)燃燒影響很大。爐膛溫度高的時候，燃燒狀況好，克服干擾的能力強。實踐表明，當爐膛溫度穩(wěn)定時，汽包壓力即使有波動，在控制作用下也會很快跟蹤設(shè)定值，而爐膛溫度不穩(wěn)時，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。爐膛溫度低的時候，煤不易引燃，要加大風煤比，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，大量溫度較低的空氣進入爐膛，反而會使燃燒減弱，爐膛溫度降低，同時煙氣帶走大量的熱，降低了熱效率；爐膛溫度高的時候，往往是送煤量和送風量都比較大的時候，因為實際上風煤比大于1，所以當送煤量大的時候，鼓風會達到100%而飽和，所以要求風煤比要小一些。

當氧含量高的時候，如果風煤比降得過低，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)，所以要對風煤比加以下約束。考慮風煤比約束與爐膛溫度相聯(lián)系，爐膛溫度高時，風煤比可以低一些，爐膛溫度低時，風煤比高一些，風煤比約束隨爐膛溫度動態(tài)設(shè)置。為簡便起見，這里也采用線性關(guān)系。風煤比可行區(qū)域見圖1圖1圖1風煤比可行區(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——風煤比約束上限；Kd——風煤比約束下限；Kc——風煤比約束區(qū)間寬度； Tb——爐膛溫度；Tbh——爐膛溫度上限；Tbl——爐膛溫度下限；Kh——風煤比上限的上界；Kl——風煤比上限的下界。對任意爐膛溫度，風煤比取值區(qū)間寬度相等。為對應某一爐膛溫度值時的風煤比約束。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，會使爐膛溫度更低，汽包壓力也降低，而這時由一般的控制會再加快爐排轉(zhuǎn)速，造成惡性循環(huán)。這時應減慢爐排轉(zhuǎn)速，加大鼓風，即加大風煤比，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測控制及在線燃燒優(yōu)化的原理框圖如圖2所示。圖2預測控制及在線燃燒優(yōu)化原理圖總之，這三項控制任務(wù)是相互關(guān)聯(lián)的，可以通過控制燃料量、送風量、和引風量來完成。即在負荷穩(wěn)定時，使其各自保持不