35t/h循環(huán)流化床鍋爐控制方案
循環(huán)流化床鍋爐（Circulating Fluidized Bed Boiler,CFB）作為近年來國際上發(fā)展起來的新一代高效、低污染清潔燃燒鍋爐，具有燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好、灰渣綜合利用等優(yōu)點(diǎn)，因此在電力、城市供熱、工廠蒸汽生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。但由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒及汽水變化過程十分復(fù)雜，受影響的因素多，給煤、一、二次風(fēng)，返料耦合性強(qiáng)，而且燃燒與汽水也存在復(fù)雜的耦合關(guān)系。此外，過程的非線性和大滯后也使對象更加復(fù)雜，難于建立精確的數(shù)學(xué)模型，這樣對控制就提出了更為嚴(yán)格的要求。這包括兩層意義：一是控制系統(tǒng)要有很高的可靠性；二是控制方案要有很好的控制實(shí)效；谶@樣兩點(diǎn)，CFB鍋爐一般都選擇先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)，特別是運(yùn)用先進(jìn)的控制方案，能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐燃燒的完全自控。
一、35t/h循環(huán)流化床鍋爐工藝流程
本工藝流程的主要設(shè)備如下：
101循環(huán)流化床鍋爐、102一次風(fēng)機(jī)、103二次風(fēng)機(jī)、104引風(fēng)機(jī)、105螺旋給煤機(jī)、114電除塵器、115一次風(fēng)機(jī)進(jìn)口消聲器、116二次風(fēng)機(jī)進(jìn)口消聲器、117密封式煤斗閘門
二、35t/h 循環(huán)流化床鍋爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)
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35t/h CFB鍋爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)控制子系統(tǒng)：
燃燒自動(dòng)控制子系統(tǒng)
爐膛負(fù)壓控制子系統(tǒng)
汽包水位控制子系統(tǒng)
主汽溫度控制子系統(tǒng)
汽水協(xié)調(diào)控制子系統(tǒng)
料層差壓控制子系統(tǒng)
鍋爐安全聯(lián)鎖保護(hù)子系統(tǒng)
下面將針對以上幾個(gè)控制子系統(tǒng)進(jìn)一步的描述：
1、燃燒自動(dòng)控制
燃燒控制的目標(biāo)首先是保證鍋爐安全燃燒且主汽壓力應(yīng)穩(wěn)定在設(shè)定值，其次是經(jīng)濟(jì)燃燒（體現(xiàn)為空氣過剩系數(shù)恰當(dāng)），對循環(huán)流化床來說安全燃燒尤為重要。安全燃燒的一個(gè)主要指標(biāo)是爐膛溫度分布，特別是料床溫度應(yīng)穩(wěn)定在900～1000℃，防止床溫過高結(jié)焦或床溫過低熄火事故。CFB鍋爐燃燒控制手段通常是給煤、一次風(fēng)、二次風(fēng)及二次返料。一般35t/h CFB鍋爐采用高溫返料方式，二次返料量對爐膛溫度影響不大，故不作為控制手段？刂品桨覆捎没谌斯げ僮鹘(jīng)驗(yàn)的專家智能控制系統(tǒng)，較好地解決了燃燒過程的強(qiáng)耦合、大滯后、時(shí)變性等難題。
a、專家智能控制方案的思想
料床溫度的平衡是通過給煤量和一次風(fēng)的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的。對同一臺(tái)鍋爐來說，一定的負(fù)荷在一定的壓力下，要穩(wěn)定料床溫度必須要有相應(yīng)的給煤量對應(yīng)，且這個(gè)給煤量相對較穩(wěn)定。當(dāng)然這時(shí)一次風(fēng)量又必須和給煤量相匹配。據(jù)此我們可以根據(jù)負(fù)荷及主汽壓力來設(shè)定給煤量——粗調(diào)，再由料床溫度來細(xì)調(diào)給煤量；根據(jù)給煤量來設(shè)定一次風(fēng)量——粗調(diào)，再由料床溫度來細(xì)調(diào)一次風(fēng)。二次風(fēng)主要用于保證燃料充分燃燒，在鍋爐平穩(wěn)燃燒的基礎(chǔ)上，二次風(fēng)單獨(dú)作為一個(gè)調(diào)節(jié)量去糾正煙氣氧含量，用單回路即可較好地達(dá)到經(jīng)濟(jì)燃燒的目標(biāo)。
整個(gè)方案主要由兩部分組成：一是狀態(tài)推理的產(chǎn)生；二是現(xiàn)場規(guī)則庫（專家知識）的建立。狀態(tài)推理是核心，規(guī)則庫的建立是重點(diǎn)，專家知識的合理性直接影響控制的效果。
b、狀態(tài)推理
負(fù)荷、主汽壓力模糊化為3個(gè)量：高（H）、平穩(wěn)（M）、低（L）。主汽壓力模糊化為3個(gè)量：高（H）、平穩(wěn)（M）、低（L）。料床溫度、爐膛出口溫度模糊化為5個(gè)量：超高（HH）、高（H）、中（M）、低（L）、超低（LL）。其中高、中、低為正？刂茽顟B(tài)，超高、超低為緊急事故狀態(tài)。爐膛出口溫度模糊化為3個(gè)量：高（H）、中（M）、低（L）。求取料床溫度變化率并模糊化為5個(gè)量：快升（FR） 、慢升（SR）、平穩(wěn)（ST）、慢降（SD）、快降（FD）。其中快升、快降為緊急事故狀態(tài)，其余為正？刂茽顟B(tài)。所有設(shè)定均可以在DCS組態(tài)上實(shí)時(shí)在線修改。
c、控制規(guī)則庫的建立
針對CFB燃燒控制特點(diǎn)，把控制規(guī)則庫的規(guī)則分為兩類：
(1)故障判斷及事件處理規(guī)則
主要應(yīng)付工藝設(shè)計(jì)不佳帶來的堵煤、堵灰及意外工況可能帶來的熄火和結(jié)焦，規(guī)則處理一般為計(jì)算機(jī)控制加報(bào)警，以引起操作人員的足夠重視。
(2)正常狀態(tài)控制規(guī)則
正？刂茽顟B(tài)下，按照料床溫度（高、中、低），爐膛出口溫度（高、中、低），床溫變化率（快升、慢升、平穩(wěn)、慢降、快降），組成15x15控制規(guī)則表，表格中每項(xiàng)代表燃燒過程的一個(gè)狀態(tài)。例如：狀態(tài)112表示料床溫度中、爐膛出口溫度中、床溫變化率平穩(wěn)、出口溫度變化率平穩(wěn)。每個(gè)狀態(tài)給出一個(gè)控制輸出值，包括給煤，一次風(fēng)、二次風(fēng)。所有規(guī)則的表達(dá)方式均采用產(chǎn)生式規(guī)則，即每個(gè)規(guī)則都是一獨(dú)立知識塊，從而易于建立和修改；且每個(gè)規(guī)則的形式一致并與專家表述的方法相同，從而易于表達(dá)與理解。所有規(guī)則都以規(guī)則表形式存放，規(guī)則表內(nèi)的參數(shù)可以在DCS流程圖上實(shí)時(shí)在線修改。
d、規(guī)則庫知識的獲取
所有規(guī)則來自3個(gè)方面：CFB燃燒過程運(yùn)行理論；運(yùn)行工程師與熟練操作人員的操作經(jīng)驗(yàn)；工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)摸索（一般至少需要2～3個(gè)月現(xiàn)場蹲點(diǎn)）。另在運(yùn)行過程中需不斷完善規(guī)則。
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2、爐膛負(fù)壓控制
合適的爐膛負(fù)壓是鍋爐安全燃燒的保證，爐膛負(fù)壓的控制是鍋爐燃燒控制的一部分，但其具有相對的獨(dú)立性，可以從燃燒控制中分散出來作為一個(gè)回路來實(shí)現(xiàn)。爐膛負(fù)壓控制是一個(gè)快過程，只要PID參數(shù)整定合適，一般單回路即可以達(dá)到目的。其控制的品質(zhì)受鼓風(fēng)量的影響較大，而現(xiàn)場沒有風(fēng)量測量裝置，間接取鼓風(fēng)擋板開度作為前饋量，這樣存在一定的非線性，但負(fù)壓無須控制在某一定值，而只需在一定范圍內(nèi)，故問題也不大。
考慮到引風(fēng)電動(dòng)機(jī)的抗沖擊性，負(fù)壓控制也引入一調(diào)節(jié)死區(qū)，在該負(fù)壓范圍內(nèi)保持上次的輸出。一般這個(gè)范圍為控制目標(biāo)的±2Pa。
3、汽包水位控制
經(jīng)典三沖量串級前饋控制在各種鍋爐汽包水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)中已得到廣泛應(yīng)用。但我們在現(xiàn)場鍋爐水位的投運(yùn)中發(fā)現(xiàn)三沖量方案不能很好地克服以下兩種情況引起的鍋爐水位變動(dòng)。
(1)鍋爐負(fù)荷的大擾動(dòng)。這種情況下鍋爐出力會(huì)在2～3min內(nèi)突增或突減5～6t/h，帶來很嚴(yán)重的虛假水位現(xiàn)象。三沖量控制不能使給水控制閥正確、及時(shí)地快速跟進(jìn)負(fù)荷的變化。
(2)鍋爐汽包的不定期人工排污。這時(shí)候往往造成控制系統(tǒng)失效，現(xiàn)場需司爐工不停地進(jìn)行手/自動(dòng)切換，這也影響了汽包水位的投運(yùn)效果。
上述兩點(diǎn)在以供汽為主的鍋爐上是普遍存在的。在現(xiàn)場投運(yùn)的過程中我們引入負(fù)荷變化率（ff）和汽包水位變化率（fw）兩個(gè)變量，正常水位調(diào)節(jié)時(shí)ff和fw均在某一限值之內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)上述異常時(shí)，其值會(huì)超過這兩個(gè)變量的閾值，這時(shí)我們改用一定的調(diào)節(jié)規(guī)則強(qiáng)行上拉或下拉水位控制閥，以保證汽包水位在安全范圍之內(nèi)。待水位恢復(fù)平穩(wěn)之后，再切入三沖量方案。
我們稱該方案為三沖量+規(guī)則調(diào)水方案，經(jīng)現(xiàn)場投運(yùn)驗(yàn)證，控制效是較好。
此外，鍋爐汽包水位的實(shí)際投運(yùn)中應(yīng)注意兩點(diǎn)：
(1)閥位的保持。在水位控制目標(biāo)的±3mm以內(nèi)，應(yīng)保持閥位不動(dòng)，不致于因閥位的動(dòng)作頻繁而影響給水控制閥的使用壽命。
(2)閥位輸出補(bǔ)償。現(xiàn)場給水控制閥在高開度時(shí)線性不好，做一閥位輸出補(bǔ)償，由軟件實(shí)現(xiàn)。
4、主汽溫度控制
主汽溫度控制我們?nèi)圆捎么壡梆伔桨，一般希望用減溫器出口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，所以考慮用爐膛出口溫度作為前饋。現(xiàn)場使用的效果還可以。
5、汽水協(xié)調(diào)控制
由于工藝管道的原因，汽包水位控制和主汽溫度控制是互相制約的。小鍋爐為了節(jié)省投資，通常減溫水和汽包給水共用一根管道。
工藝上的這種設(shè)計(jì)造成了汽包水位和主汽溫度調(diào)節(jié)時(shí)互相搶水，二次給水自動(dòng)控制閥就充當(dāng)起協(xié)調(diào)的任務(wù)。根據(jù)水量平衡原則，二次給水閥的動(dòng)作由如下公式?jīng)Q定：
Y=1-KX
Y----二次給水閥的閥位
X----減溫水閥的閥位
K----二次給水閥流通能力/減溫水閥能力
當(dāng)兩閥型號、管徑一致時(shí)，則有：
k=1
y=1-x
這實(shí)質(zhì)是一個(gè)比值分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
6、料層差壓控制
如果鍋爐采取間隙排渣工藝，方案采用計(jì)算機(jī)報(bào)警提示的人工放渣手段。負(fù)荷分為高、平穩(wěn)、中、低4段，不同的負(fù)荷段有不同的高、低報(bào)警值。這根據(jù)工藝條件及操作經(jīng)驗(yàn)取得，可以在流程圖上進(jìn)行修改。
另一方面，如果鍋爐采用連續(xù)排渣，我們就使用鍋爐的料層差壓來控制出渣器的轉(zhuǎn)速，這樣來控制排渣量。
7、鍋爐安全聯(lián)鎖保護(hù)
鍋爐安全聯(lián)鎖保護(hù)主要考慮兩個(gè)因素：
(1)汽包水位的安全保護(hù)
鍋爐汽包水位低于極限值時(shí)極易導(dǎo)致干鍋，應(yīng)停一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)。
(2)一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)的聯(lián)鎖保護(hù)。
啟動(dòng)順序?yàn)椋阂L(fēng)機(jī)→一次風(fēng)機(jī)→二次風(fēng)機(jī)→給煤機(jī)。
停順序?yàn)椋航o煤機(jī)→二次風(fēng)機(jī)→一次風(fēng)機(jī)→引風(fēng)機(jī)。
如果一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)中的任何一臺(tái)出現(xiàn)跳閘，均應(yīng)聯(lián)鎖停止相應(yīng)的電機(jī)。
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