1鍋爐系統(tǒng)控制要求

1.1主要監(jiān)測參數(shù)

 
1.2控制部分
     根據(jù)鍋爐出口熱水溫度、熱水流量、熱水壓力、爐膛壓力、煙氣含氧量自動調(diào)節(jié)鍋爐給煤量、鼓/引風(fēng)機(jī)風(fēng)量，以保證鍋爐處于最佳的燃燒狀態(tài)，最佳熱效率，控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用西門子PCS7控制系統(tǒng)，并備有手動和自動操作模式。

1.3聯(lián)鎖控制部分

此項(xiàng)目涉及到鍋爐電機(jī)起停保護(hù)，原則為啟動電機(jī)順序一次是引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī)、給煤機(jī)。停止電機(jī)順序一次是爐排電機(jī)、給煤機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)。如果引風(fēng)機(jī)停，必須停一次風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)，如果一次風(fēng)機(jī)停，必須停二次風(fēng)機(jī)和爐排電機(jī)和給煤機(jī)。

當(dāng)鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)下列情況時(shí)，設(shè)置自動切斷鼓、引風(fēng)機(jī)的裝置：

●鍋爐壓力降低至0.4MPa時(shí)；

●鍋爐水溫升高至140℃時(shí)；

●鍋爐出口流量低于420t/h；

●循環(huán)水泵突然停止運(yùn)行時(shí)；

鍋爐的引風(fēng)機(jī)與鼓風(fēng)機(jī)之間設(shè)置聯(lián)鎖：

●啟動：引風(fēng)機(jī)－鼓風(fēng)機(jī)－爐排

●停止：爐排－鼓風(fēng)機(jī)－引風(fēng)機(jī)

鍋爐的爐排與除渣機(jī)之間設(shè)置聯(lián)鎖：

●啟動：除渣機(jī)－爐排

停止：爐排－除渣機(jī)

2 鍋爐自動控制特點(diǎn)

鍋爐的燃燒控制主要解決的是鍋爐的熱平衡問題。當(dāng)外網(wǎng)的負(fù)荷變化時(shí)，相應(yīng)的一、二次風(fēng)量分配也會變化。因此，鍋爐的燃燒控制即要控制給煤量，也要控制一、二次風(fēng)的給風(fēng)量。也就是要根據(jù)外網(wǎng)的負(fù)荷變化情況來控制鍋爐的給煤量。根據(jù)鍋爐燃料的供給速度來控制鍋爐的一、二次風(fēng)量，再根據(jù)鍋爐的出口的煙氣的含氧量對風(fēng)/煤比進(jìn)行自動調(diào)整。

鍋爐自動控制系統(tǒng)將整個(gè)鍋爐控制分成如下幾個(gè)部分：燃燒過程控制、給水母管壓力控制，除氧器控制。燃燒過程控制又可以分成送風(fēng)控制、爐排轉(zhuǎn)速控制、爐膛負(fù)壓控制，此三部分相互關(guān)聯(lián)。

燃燒系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的第一個(gè)任務(wù)是維持鍋爐出口熱水溫度保持穩(wěn)定，克服自身燃料方面的擾動，保證負(fù)荷與出力的協(xié)調(diào)；第二個(gè)任務(wù)是使燃料量與空氣量相協(xié)調(diào)（風(fēng)煤比），保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性；第三個(gè)任務(wù)是使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，維持爐膛壓在一定范圍內(nèi)。

由于鍋爐在運(yùn)行過程中負(fù)荷經(jīng)常發(fā)生變化，這樣必須隨負(fù)荷變化及時(shí)調(diào)整燃料量，鍋爐中，進(jìn)出熱量的平衡體現(xiàn)在鍋爐出口熱水溫度，負(fù)荷調(diào)節(jié)即溫度調(diào)節(jié)，溫度調(diào)節(jié)通過燃料量的調(diào)節(jié)即爐排轉(zhuǎn)速的改變來實(shí)現(xiàn)。因此在具體的控制設(shè)計(jì)中基本上應(yīng)根據(jù)負(fù)荷來設(shè)定爐排轉(zhuǎn)速——粗調(diào)，根據(jù)鍋爐出口熱水流量來細(xì)調(diào)爐排轉(zhuǎn)速；根據(jù)爐排轉(zhuǎn)速來設(shè)定送風(fēng)——粗調(diào)，由煙氣含氧量來細(xì)調(diào)送風(fēng)量，再根據(jù)送風(fēng)來調(diào)整引風(fēng)以維持負(fù)壓。

細(xì)調(diào)過程在規(guī)則控制中實(shí)現(xiàn)，粗調(diào)在大的負(fù)荷變動中采用。粗調(diào)要求有比較準(zhǔn)確的爐排轉(zhuǎn)速與負(fù)荷的對應(yīng)表、鼓風(fēng)與引風(fēng)的對應(yīng)表。細(xì)調(diào)要求有準(zhǔn)確的專家經(jīng)驗(yàn)。對應(yīng)表及規(guī)則表可寫入程序并可在界面中修改。

3鍋爐自動調(diào)節(jié)回路
3.1鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)

鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路鍋爐出口熱水溫度作為主調(diào)量，并結(jié)合鍋爐出口熱水流量、爐膛溫度、爐膛運(yùn)算，輸出至爐變頻器，控制爐排轉(zhuǎn)速，并按鍋爐含氧量智能專家系統(tǒng)計(jì)算，保證鍋爐出口熱水溫度，節(jié)約能源。

3.2一次風(fēng)機(jī)控制

送風(fēng)控制使燃料量與空氣量相協(xié)調(diào)（風(fēng)煤比），保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)合操作經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定一合適的風(fēng)煤比，給煤輸出變化×風(fēng)煤比＋上周期一次風(fēng)機(jī)輸出 = 一次風(fēng)機(jī)的輸出。

3.3二次風(fēng)機(jī)控制

二次風(fēng)機(jī)控制采用單回路，作為一次風(fēng)量的補(bǔ)充。

3.4爐膛負(fù)壓控制

鍋爐爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)采用調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速方式，將鼓風(fēng)機(jī)開度作為前饋量，爐膛負(fù)壓作為被調(diào)量送入控制系統(tǒng)，經(jīng)過爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)器的運(yùn)算，控制系統(tǒng)輸出控制引風(fēng)機(jī)變頻器，調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到節(jié)約能源、穩(wěn)定爐膛壓的目的。爐膛負(fù)壓控制是保證鍋爐安全燃燒的首要控制對象。

3.5鍋爐含氧量調(diào)節(jié)

鍋爐含氧量調(diào)節(jié)回路將爐膛含氧量作為主調(diào)量，將爐排控制信號作為前饋量，并結(jié)合鍋爐出口熱水溫度、鍋爐出口熱水流量、爐膛溫度等工況參數(shù)，經(jīng)過控制系統(tǒng)的智能專家調(diào)節(jié)運(yùn)算，計(jì)算風(fēng)煤比系數(shù)，確定含氧量控制點(diǎn)，優(yōu)化含氧量，優(yōu)化燃燒，節(jié)約能源。

4鍋爐燃燒優(yōu)化控制

4.1鍋爐燃燒系統(tǒng)的三大控制任務(wù)
a) 保證鍋爐出口水溫恒定以適應(yīng)負(fù)荷需要；
b) 維持氧含量在理想范圍保證經(jīng)濟(jì)燃燒；
c) 維持爐膛在一定負(fù)壓范圍之內(nèi)保證鍋爐安全運(yùn)行。

4.2三大控制任務(wù)的手段
a) 鍋爐出口水溫的控制通過調(diào)節(jié)輸入燃料量和送風(fēng)量的多少來實(shí)現(xiàn)；
b)氧含量的控制主要通過調(diào)節(jié)送風(fēng)量和燃料成適當(dāng)配比（風(fēng)煤比）來實(shí)現(xiàn)；
c)爐膛負(fù)壓的控制主要通過調(diào)節(jié)引風(fēng)量和送風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)。

4.3主要被控參數(shù)

4.3.1鍋爐出口水溫

鍋爐出口水溫是衡量供求關(guān)系平衡與否的重要指標(biāo)，出口水溫還是送風(fēng)控制回路中送風(fēng)調(diào)節(jié)器的前饋信號，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)送風(fēng)擋板立即動作。鍋爐出口水溫調(diào)節(jié)器根據(jù)鍋爐出口水溫的變化，對各臺并行運(yùn)行的鍋爐按預(yù)定的比例發(fā)出增、減負(fù)荷的信號。

4.3.2爐膛負(fù)壓、送風(fēng)量、引風(fēng)量

爐膛負(fù)壓過高或過低都會影響鍋爐的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)燃燒。若爐膛負(fù)壓過小，容易局部噴火，不利于安全生產(chǎn);若爐膛負(fù)壓過大，則漏風(fēng)嚴(yán)重，從而導(dǎo)致總風(fēng)量增加、煙氣熱損失增大、煤耗增加。爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定是通過爐膛負(fù)壓、送風(fēng)量、引風(fēng)量3個(gè)變量參數(shù)信號經(jīng)過控制系統(tǒng)內(nèi)各功能塊的作用，調(diào)節(jié)引風(fēng)變頻轉(zhuǎn)速，控制其引風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)，熱負(fù)荷調(diào)節(jié)器發(fā)出信號，通過調(diào)速電機(jī)增大給煤量。同時(shí)，與給煤量成比例的送風(fēng)量也由于送風(fēng)調(diào)節(jié)器的動作，使送風(fēng)量相應(yīng)增大，此時(shí)爐膛負(fù)壓立即下降，需增加引風(fēng)量以保證爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定。由于調(diào)節(jié)器要在爐膛負(fù)壓變化后才有輸出，雖然引風(fēng)調(diào)節(jié)器的輸出調(diào)節(jié)了引風(fēng)變頻的轉(zhuǎn)速，但在一段時(shí)間內(nèi)爐膛負(fù)壓仍在下降。因此將送風(fēng)調(diào)節(jié)器的輸出作為引風(fēng)調(diào)節(jié)器的前饋信號，送到爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)回路的引風(fēng)調(diào)節(jié)器，使送風(fēng)調(diào)節(jié)器動作時(shí)引風(fēng)調(diào)節(jié)器立即動作，以解決測量滯后問題。引風(fēng)量實(shí)際上是送風(fēng)量的微調(diào)。以上調(diào)節(jié)可通過西門子PCS7控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

4.3.3煙氣氧含量

煙氣氧含量是檢查鍋爐燃燒系統(tǒng)燃料量與送風(fēng)量是否合適的一個(gè)指標(biāo)。一般用空氣過剩率，即風(fēng)煤比來衡量燃燒效率�？諝膺^剩率是通過分析煙氣中氧的含量來設(shè)定的。鍋爐煙氣氧含量一般為4%，相應(yīng)的空氣過剩率在1.02-1.10時(shí)，燃燒效率最高。當(dāng)負(fù)荷或燃煤質(zhì)量發(fā)生變化時(shí)，煙氣中的氧含量要發(fā)生變化，因此除了通過氧量調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)氧含量外，氧量調(diào)節(jié)器的輸出還作為送風(fēng)調(diào)節(jié)器的輸入信號來校正送風(fēng)量，以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。
    鍋爐燃燒系統(tǒng)的三個(gè)控制目標(biāo)是相輔相成的，鍋爐出口水溫變化，需要調(diào)節(jié)燃料和送風(fēng)，這勢必會引起爐膛氧含量和負(fù)壓的變化；氧含量變化，需要調(diào)節(jié)送風(fēng)和燃料,同樣要引起出口水溫和爐膛負(fù)壓的變化；爐膛負(fù)壓變化，需要調(diào)節(jié)引風(fēng)和送風(fēng)，反過來也要引起氧含量的變化，因此是一個(gè)強(qiáng)相關(guān)、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)。同時(shí)，由于實(shí)際過程中燃料的配比不穩(wěn)定，燃料的熱值時(shí)好時(shí)壞，“負(fù)荷流量”的需要量時(shí)高時(shí)低，致使被控對象極其不穩(wěn)，所以存在強(qiáng)烈的外部干擾�？傮w說來，鍋爐燃燒對象是一個(gè)具有多變量、強(qiáng)耦合、強(qiáng)干擾、大滯后等特性的復(fù)雜過程系統(tǒng)。

4.4鍋爐運(yùn)行優(yōu)化控制原理
a)通過運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立機(jī)組在不同的干擾量（負(fù)荷，環(huán)境溫度）下，鍋爐各可調(diào)量，如一次風(fēng)壓，二次風(fēng)壓及不同的二次風(fēng)量組合，煙氣含氧量、給煤量等，與鍋爐運(yùn)行性能（NOx和效率）之間的非線性動態(tài)模型；
b)通過穩(wěn)態(tài)模型，尋優(yōu)機(jī)組當(dāng)前可以達(dá)到的最佳性能；
c)采用動態(tài)控制，控制機(jī)組達(dá)到最佳狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)性能最佳。

4.5具體實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案
    控制系統(tǒng)獲取鍋爐機(jī)組的所有狀態(tài)與參數(shù)，以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行建模、優(yōu)化與控制，得到影響鍋爐運(yùn)行性能的各個(gè)控制量的最優(yōu)值，并以偏置值的形式反饋到控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行性能的閉環(huán)控制。 鍋爐運(yùn)行優(yōu)化控制系統(tǒng)給出運(yùn)行可調(diào)參數(shù)的最佳值，如最佳的煙氣含氧量，最佳的一次風(fēng)壓，二次風(fēng)壓等，并將這些值傳送給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)完成具體的控制任務(wù)。

4.6鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)
c)鍋爐煙氣含氧量的優(yōu)化控制技術(shù)
    國內(nèi)早期燃燒優(yōu)化控制技術(shù)的研究主要為鍋爐煙氣含氧量的優(yōu)化控制研究。煙氣含氧量代表了鍋爐燃燒的風(fēng)煤比,是影響鍋爐燃燒效率和污染排放的關(guān)鍵參數(shù)。早期的燃燒優(yōu)化控制主要以提高鍋爐運(yùn)行效率為目的,一般情況下,鍋爐的效率與煙氣含氧量成凸的二次曲線關(guān)系,因此這些運(yùn)行優(yōu)化控制的研究都是采用這一關(guān)系曲線對鍋爐的煙氣含氧量進(jìn)行在線的尋優(yōu)控制,以保證鍋爐的最佳燃燒效率。由于早期鍋爐效率不可在線測量,因此很多研究采用了煙氣中CO含量與鍋爐效率的關(guān)系作為間接尋優(yōu)煙氣氧量的依據(jù)。這類控制系統(tǒng)簡單、有效,但是比較粗糙,實(shí)際應(yīng)用很少,這主要是受早期鍋爐可控性較差、各種分析測量儀表尚沒有成熟的影響。
   對于燃燒控制系統(tǒng)來說，在燃燒負(fù)荷變化時(shí)，一般都要根據(jù)燃燒特性對過量空氣系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其處于較好狀態(tài)。但是只是過量空氣系數(shù)合格還不能完全說明燃燒狀態(tài)的好壞。因?yàn)樵谪?fù)荷或煤種變化大的情況下，過量空氣系數(shù)在整個(gè)燃燒過程中應(yīng)是變化的，低負(fù)荷和煤質(zhì)變差時(shí)，過量空氣系數(shù)有所增加。這是因?yàn)樨?fù)荷降低時(shí)，燃料的空氣量變得很小，一次風(fēng)動量降低，使燃料和空氣混合不好，容易引起不完全燃燒，若要防止煤粉堵管和燃盡燃料就要求加大風(fēng)量，從而過量空氣系數(shù)增加；同樣煤質(zhì)變差時(shí)，若要完全燃燒，所需的理論空氣量就會增加，相應(yīng)的過量空氣系數(shù)應(yīng)有所增加。

5故障報(bào)警系統(tǒng)

故障報(bào)警系統(tǒng)的完善，使得運(yùn)行人員可以快速掌握報(bào)警發(fā)生地點(diǎn)，對超溫、超壓、泄漏、堵塞、斷電等各種故障的發(fā)生做到及時(shí)診斷，及時(shí)檢修，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。系統(tǒng)配置閃光報(bào)警控制儀，把循環(huán)水泵電動機(jī)電流、過載，補(bǔ)水定壓點(diǎn)壓力過高或過低，無氧水箱、軟化水箱液位及消防水箱高低液位等信號接入閃光報(bào)警控制儀進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)在計(jì)算機(jī)上位機(jī)進(jìn)行報(bào)警顯示及報(bào)警信號報(bào)表存儲。

6安全保護(hù)系統(tǒng)

安全保護(hù)系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的主要組成部分。涉及安全的工藝參數(shù)的設(shè)定值由工藝及設(shè)備制造廠家依據(jù)有關(guān)規(guī)范給出，不允許操作人員修改或從自動保護(hù)中切除。

在某些特殊階段需要修改和切除時(shí)由安全部門和運(yùn)行人共同確認(rèn)和履行手續(xù)，制定應(yīng)急措施，正、付操作員必須不間斷地監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

安保參數(shù)分為二類：一類是會造成重大事故，當(dāng)參數(shù)超過安全值時(shí)，控制系統(tǒng)會立即自動停爐；一類是會危及正常運(yùn)行或影響設(shè)備運(yùn)行壽命，當(dāng)這類參數(shù)超過安全值時(shí)，控制系統(tǒng)會對相應(yīng)控制量進(jìn)行調(diào)整，仍然無效時(shí)由操作人員實(shí)施停爐或其它處理。

一般在涉及到系統(tǒng)運(yùn)行安全的控制設(shè)備應(yīng)設(shè)有人工干預(yù)緊急按鈕，如遇到緊急情況，操作員可以進(jìn)行人工干預(yù)。

所有的安保參數(shù)，在沒達(dá)到安全設(shè)定值之前均有報(bào)警。在這些報(bào)警出現(xiàn)后，操作人員應(yīng)準(zhǔn)確判斷原因，迅速采取措施，避免參數(shù)到達(dá)安保設(shè)定值。自動停爐的安保及動作：

●啟動時(shí)，先開引風(fēng)機(jī)，然后啟動一次風(fēng)機(jī)，再啟動二次風(fēng)機(jī)和給煤機(jī)。停運(yùn)時(shí)， 先停給煤機(jī)和二次風(fēng)機(jī)，再停一次風(fēng)機(jī)，最后停引風(fēng)機(jī)。

●當(dāng)出現(xiàn)一下條件四時(shí)，應(yīng)自動停爐。

鍋爐壓力降低至0.4MPa時(shí)；

鍋爐水溫升高至140℃時(shí)；

鍋爐出口流量低于420t/h；

循環(huán)水泵突然停止運(yùn)行時(shí)；

●給煤設(shè)備故障

在鍋爐供熱正常運(yùn)行時(shí)，如4臺給煤變頻器同時(shí)故障(信號進(jìn)入西門子PCS7)，則控制系統(tǒng)自動發(fā)出停爐指令。

●一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)停運(yùn)

風(fēng)機(jī)的停運(yùn)觸發(fā)自動停爐。

啟動風(fēng)機(jī)的程序(由控制系統(tǒng)順序?qū)崿F(xiàn))

啟動引風(fēng)機(jī)并正常, 然后啟動一次風(fēng)機(jī)。

停止風(fēng)機(jī)的程序(由控制系統(tǒng)順序?qū)崿F(xiàn))

停一次風(fēng)機(jī)并確認(rèn), 然后停引風(fēng)機(jī)。

7燃煤鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

控制系統(tǒng)通過供熱指標(biāo)計(jì)算公式，完全可以實(shí)現(xiàn)自動計(jì)算鍋爐熱效率、供熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗率、供熱標(biāo)準(zhǔn)電耗率、供熱標(biāo)準(zhǔn)水耗率等經(jīng)濟(jì)運(yùn)行熱指標(biāo)。并且連續(xù)在線實(shí)時(shí)地進(jìn)行熱力計(jì)算和結(jié)果輸出。

控制系統(tǒng)對輸入、輸出的數(shù)據(jù)自動進(jìn)行存儲，可以實(shí)時(shí)查詢并通過離線查詢工具進(jìn)行歷史查詢。也可以通過拷貝的方式把歷史數(shù)據(jù)存到其它計(jì)算機(jī)進(jìn)行查詢。

控制方案自動計(jì)算出以年、月、日、班各個(gè)時(shí)間段的累計(jì)量。并自動進(jìn)行存儲

鍋爐燃燒效率公式：

g=Q1/Q  g燃燒熱效率；Q1鍋爐供熱量；Q鍋爐給熱量

Q1=G X △T G總循環(huán)水量；△T供回水溫差

Q=T X Qnet T鍋爐耗煤量；Qnet煤低位發(fā)熱值

通過以上計(jì)算公式與鍋爐自尋優(yōu)算法調(diào)配風(fēng)煤比相結(jié)合，可降低鍋爐耗煤量，大大提高熱效率。