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鍋爐自動化控制解決方案

 

1鍋爐系統控制要求

1.1主要監測參數

 

 

爐膛負壓

鍋爐出口水壓

脫水器出口溫度

鍋爐管束I出口煙壓

鍋爐進口水壓

鍋爐出口溫度

鍋爐管束II出口煙壓

爐排風室風壓

鼓風機風量

省煤器出口煙壓

爐膛溫度

引風機風量

空預出口煙壓

爐膛出口煙溫

鍋爐出口流量

空預出口風壓

鍋爐管束I出口煙溫

煙氣含氧量

除塵出口煙壓

鍋爐管束II出口煙溫

鼓風調速

脫硫塔出口煙壓

省煤器出口煙溫

引風調速

脫水器出口壓力

空預出口煙溫

爐排調速

引風機出口煙壓

空預器出口風溫

給煤控制

鼓風機出口風壓

除塵出口煙溫

鼓風機電流負荷

二次鼓風壓力

脫硫塔出口煙溫

引風機電流負荷

引風擋板閥位

鍋爐供水電動閥

爐排事故停轉

燃煤量

 

 


1.2控制部分
     根據鍋爐出口熱水溫度、熱水流量、熱水壓力、爐膛壓力、煙氣含氧量自動調節鍋爐給煤量、鼓/引風機風量,以保證鍋爐處于最佳的燃燒狀態,最佳熱效率,控制調節系統采用西門子PCS7控制系統,并備有手動和自動操作模式。

1.3聯鎖控制部分

此項目涉及到鍋爐電機起停保護,原則為啟動電機順序一次是引風機、一次風機、二次風機、爐排電機、給煤機。停止電機順序一次是爐排電機、給煤機、一次風機、二次風機、引風機。如果引風機停,必須停一次風機和二次風機,如果一次風機停,必須停二次風機和爐排電機和給煤機。

當鍋爐運行中出現下列情況時,設置自動切斷鼓、引風機的裝置:

鍋爐壓力降低至0.4MPa時;

鍋爐水溫升高至140℃時;

鍋爐出口流量低于420t/h

循環水泵突然停止運行時;

鍋爐的引風機與鼓風機之間設置聯鎖:

啟動:引風機-鼓風機-爐排

停止:爐排-鼓風機-引風機

鍋爐的爐排與除渣機之間設置聯鎖:

啟動:除渣機-爐排

停止:爐排-除渣機

2 爐自動控制特點

鍋爐的燃燒控制主要解決的是鍋爐的熱平衡問題。當外網的負荷變化時,相應的一、二次風量分配也會變化。因此,鍋爐的燃燒控制即要控制給煤量,也要控制一、二次風的給風量。也就是要根據外網的負荷變化情況來控制鍋爐的給煤量。根據鍋爐燃料的供給速度來控制鍋爐的一、二次風量,再根據鍋爐的出口的煙氣的含氧量對風/煤比進行自動調整。

鍋爐自動控制系統將整個鍋爐控制分成如下幾個部分: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控制、爐排轉速控制、爐膛負壓控制,此三部分相互關聯。

燃燒系統自動調節的第一個任務是維持鍋爐出口熱水溫度保持穩定,克服自身燃料方面的擾動,保證負荷與出力的協調;第二個任務是使燃料量與空氣量相協調(風煤比),保證燃燒的經濟性;第三個任務是使引風量與送風量相適應,維持爐膛壓在一定范圍內。

由于鍋爐在運行過程中負荷經常發生變化,這樣必須隨負荷變化及時調整燃料量,鍋爐中,進出熱量的平衡體現在鍋爐出口熱水溫度,負荷調節即溫度調節,溫度調節通過燃料量的調節即爐排轉速的改變來實現。因此在具體的控制設計中基本上應根據負荷來設定爐排轉速——粗調,根據鍋爐出口熱水流量來細調爐排轉速;根據爐排轉速來設定送風——粗調,由煙氣含氧量來細調送風量,再根據送風來調整引風以維持負壓。

細調過程在規則控制中實現,粗調在大的負荷變動中采用。粗調要求有比較準確的爐排轉速與負荷的對應表、鼓風與引風的對應表。細調要求有準確的專家經驗。對應表及規則表可寫入程序并可在界面中修改。

3鍋爐自動調節回路
3.1鍋爐負荷調節

鍋爐負荷調節回路鍋爐出口熱水溫度作為主調量,并結合鍋爐出口熱水流量、爐膛溫度、爐膛運算,輸出至爐變頻器,控制爐排轉速,并按鍋爐含氧量智能專家系統計算,保證鍋爐出口熱水溫度,節約能源。

3.2一次風機控制

送風控制使燃料量與空氣量相協調(風煤比),保證燃燒的經濟性。結合操作經驗,設定一合適的風煤比,給煤輸出變化×風煤比+上周期一次風機輸出 = 一次風機的輸出。

3.3二次風機控制

二次風機控制采用單回路,作為一次風量的補充。

3.4爐膛負壓控制

鍋爐爐膛負壓調節采用調節引風機轉速方式,將鼓風機開度作為前饋量,爐膛負壓作為被調量送入控制系統,經過爐膛負壓調節器的運算,控制系統輸出控制引風機變頻器,調節引風機轉速,以達到節約能源、穩定爐膛壓的目的。爐膛負壓控制是保證鍋爐安全燃燒的首要控制對象。

3.5鍋爐含氧量調節

 

鍋爐含氧量調節回路將爐膛含氧量作為主調量,將爐排控制信號作為前饋量,并結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,經過控制系統的智能專家調節運算,計算風煤比系數,確定含氧量控制點,優化含氧量,優化燃燒,節約能源。

4鍋爐燃燒優化控制

4.1鍋爐燃燒系統的三大控制任務
a) 保證鍋爐出口水溫恒定以適應負荷需要;
b) 
維持氧含量在理想范圍保證經濟燃燒;
c) 
維持爐膛在一定負壓范圍之內保證鍋爐安全運行。

4.2三大控制任務的手段
a) 鍋爐出口水溫的控制通過調節輸入燃料量和送風量的多少來實現;
b)
氧含量的控制主要通過調節送風量和燃料成適當配比(風煤比)來實現;
c)
爐膛負壓的控制主要通過調節引風量和送風量來實現。

4.3主要被控參數

4.3.1鍋爐出口水溫

鍋爐出口水溫是衡量供求關系平衡與否的重要指標,出口水溫還是送風控制回路中送風調節器的前饋信號,當負荷變化時送風擋板立即動作。鍋爐出口水溫調節器根據鍋爐出口水溫的變化,對各臺并行運行的鍋爐按預定的比例發出增、減負荷的信號。

4.3.2爐膛負壓、送風量、引風量

爐膛負壓過高或過低都會影響鍋爐的安全生產和經濟燃燒。若爐膛負壓過小,容易局部噴火,不利于安全生產;若爐膛負壓過大,則漏風嚴重,從而導致總風量增加、煙氣熱損失增大、煤耗增加。爐膛負壓的穩定是通過爐膛負壓、送風量、引風量3個變量參數信號經過控制系統內各功能塊的作用,調節引風變頻轉速,控制其引風量來實現的。當負荷增大時,熱負荷調節器發出信號,通過調速電機增大給煤量。同時,與給煤量成比例的送風量也由于送風調節器的動作,使送風量相應增大,此時爐膛負壓立即下降,需增加引風量以保證爐膛負壓的穩定。由于調節器要在爐膛負壓變化后才有輸出,雖然引風調節器的輸出調節了引風變頻的轉速,但在一段時間內爐膛負壓仍在下降。因此將送風調節器的輸出作為引風調節器的前饋信號,送到爐膛負壓調節回路的引風調節器,使送風調節器動作時引風調節器立即動作,以解決測量滯后問題。引風量實際上是送風量的微調。以上調節可通過西門子PCS7控制系統來實現。

4.3.3煙氣氧含量

煙氣氧含量是檢查鍋爐燃燒系統燃料量與送風量是否合適的一個指標。一般用空氣過剩率,即風煤比來衡量燃燒效率。空氣過剩率是通過分析煙氣中氧的含量來設定的。鍋爐煙氣氧含量一般為4%,相應的空氣過剩率在1.02-1.10時,燃燒效率最高。當負荷或燃煤質量發生變化時,煙氣中的氧含量要發生變化,因此除了通過氧量調節器來調節氧含量外,氧量調節器的輸出還作為送風調節器的輸入信號來校正送風量,以保證燃燒的經濟性。
   
鍋爐燃燒系統的三個控制目標是相輔相成的,鍋爐出口水溫變化,需要調節燃料和送風,這勢必會引起爐膛氧含量和負壓的變化;氧含量變化,需要調節送風和燃料,同樣要引起出口水溫和爐膛負壓的變化;爐膛負壓變化,需要調節引風和送風,反過來也要引起氧含量的變化,因此是一個強相關、強耦合的系統。同時,由于實際過程中燃料的配比不穩定,燃料的熱值時好時壞,負荷流量的需要量時高時低,致使被控對象極其不穩,所以存在強烈的外部干擾。總體說來,鍋爐燃燒對象是一個具有多變量、強耦合、強干擾、大滯后等特性的復雜過程系統。

4.4鍋爐運行優化控制原理
a)通過運行歷史數據和試驗數據,建立機組在不同的干擾量(負荷,環境溫度)下,鍋爐各可調量,如一次風壓,二次風壓及不同的二次風量組合,煙氣含氧量、給煤量等,與鍋爐運行性能(NOx和效率)之間的非線性動態模型;
b)
通過穩態模型,尋優機組當前可以達到的最佳性能;
c)
采用動態控制,控制機組達到最佳狀態,從而實現性能最佳。

4.5具體實現的技術方案
    控制系統獲取鍋爐機組的所有狀態與參數,以這些數據為基礎,進行建模、優化與控制,得到影響鍋爐運行性能的各個控制量的最優值,并以偏置值的形式反饋到控制系統,實現鍋爐運行性能的閉環控制。 鍋爐運行優化控制系統給出運行可調參數的最佳值,如最佳的煙氣含氧量,最佳的一次風壓,二次風壓等,并將這些值傳送給控制系統,由控制系統完成具體的控制任務。

4.6鍋爐燃燒優化技術
c)鍋爐煙氣含氧量的優化控制技術
   
國內早期燃燒優化控制技術的研究主要為鍋爐煙氣含氧量的優化控制研究。煙氣含氧量代表了鍋爐燃燒的風煤比,是影響鍋爐燃燒效率和污染排放的關鍵參數。早期的燃燒優化控制主要以提高鍋爐運行效率為目的,一般情況下,鍋爐的效率與煙氣含氧量成凸的二次曲線關系,因此這些運行優化控制的研究都是采用這一關系曲線對鍋爐的煙氣含氧量進行在線的尋優控制,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系作為間接尋優煙氣氧量的依據。這類控制系統簡單、有效,但是比較粗糙,實際應用很少,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。
  
對于燃燒控制系統來說,在燃燒負荷變化時,一般都要根據燃燒特性對過量空氣系數進行調整,使其處于較好狀態。但是只是過量空氣系數合格還不能完全說明燃燒狀態的好壞。因為在負荷或煤種變化大的情況下,過量空氣系數在整個燃燒過程中應是變化的,低負荷和煤質變差時,過量空氣系數有所增加。這是因為負荷降低時,燃料的空氣量變得很小,一次風動量降低,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量,從而過量空氣系數增加;同樣煤質變差時,若要完全燃燒,所需的理論空氣量就會增加,相應的過量空氣系數應有所增加。

5故障報警系統

故障報警系統的完善,使得運行人員可以快速掌握報警發生地點,對超溫、超壓、泄漏、堵塞、斷電等各種故障的發生做到及時診斷,及時檢修,保證系統安全運行。系統配置閃光報警控制儀,把循環水泵電動機電流、過載,補水定壓點壓力過高或過低,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警控制儀進行聲光報警,同時在計算機上位機進行報警顯示及報警信號報表存儲。

6安全保護系統

安全保護系統是控制系統的主要組成部分。涉及安全的工藝參數的設定值由工藝及設備制造廠家依據有關規范給出,不允許操作人員修改或從自動保護中切除。

在某些特殊階段需要修改和切除時由安全部門和運行人共同確認和履行手續,制定應急措施,正、付操作員必須不間斷地監視系統的運行情況。

安保參數分為二類:一類是會造成重大事故,當參數超過安全值時,控制系統會立即自動停爐;一類是會危及正常運行或影響設備運行壽命,當這類參數超過安全值時,控制系統會對相應控制量進行調整,仍然無效時由操作人員實施停爐或其它處理。

一般在涉及到系統運行安全的控制設備應設有人工干預緊急按鈕,如遇到緊急情況,操作員可以進行人工干預。

所有的安保參數,在沒達到安全設定值之前均有報警。在這些報警出現后,操作人員應準確判斷原因,迅速采取措施,避免參數到達安保設定值。自動停爐的安保及動作:

啟動時,先開引風機,然后啟動一次風機,再啟動二次風機和給煤機。停運時, 先停給煤機和二次風機,再停一次風機,最后停引風機。

當出現一下條件四時,應自動停爐。

鍋爐壓力降低至0.4MPa時;

鍋爐水溫升高至140℃時;

鍋爐出口流量低于420t/h

循環水泵突然停止運行時;

給煤設備故障

在鍋爐供熱正常運行時,如4臺給煤變頻器同時故障(信號進入西門子PCS7),則控制系統自動發出停爐指令。

一次風機、引風機停運

風機的停運觸發自動停爐。

啟動風機的程序(由控制系統順序實現)

啟動引風機并正常, 然后啟動一次風機。

停止風機的程序(由控制系統順序實現)

停一次風機并確認, 然后停引風機。

7燃煤鍋爐經濟運行分析

控制系統通過供熱指標計算公式,完全可以實現自動計算鍋爐熱效率、供熱標準煤耗率、供熱標準電耗率、供熱標準水耗率等經濟運行熱指標。并且連續在線實時地進行熱力計算和結果輸出。

控制系統對輸入、輸出的數據自動進行存儲,可以實時查詢并通過離線查詢工具進行歷史查詢。也可以通過拷貝的方式把歷史數據存到其它計算機進行查詢。

控制方案自動計算出以年、月、日、班各個時間段的累計量。并自動進行存儲

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總循環水量;△T供回水溫差

Q=T X Qnet T鍋爐耗煤量;Qnet煤低位發熱值

通過以上計算公式與鍋爐自尋優算法調配風煤比相結合,可降低鍋爐耗煤量,大大提高熱效率。

 

 

 

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