循環(huán)硫化床鍋爐控制系統(tǒng)的探討

1、 循環(huán)硫化床鍋爐控制系統(tǒng)的探討煤的循環(huán)硫化床燃燒，是20世紀(jì)60年月開頭進(jìn)展起來的新型燃煤技術(shù)，由于其燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、負(fù)荷調(diào)整比大以及負(fù)荷調(diào)整快等優(yōu)點(diǎn)而越來越得到廣泛應(yīng)用，特殊是近10來為了有效愛護(hù)環(huán)境而快速進(jìn)展起來的環(huán)保型電站鍋爐。然而這種燃燒方式的燃燒機(jī)理非常簡(jiǎn)單，循環(huán)硫化床鍋爐的設(shè)計(jì)尚處于閱歷設(shè)計(jì)階段，系統(tǒng)中變量之間的耦合比較緊密，而且具有嚴(yán)峻的非線性。循環(huán)硫化床鍋爐熱工自動(dòng)掌握方面的問題已成為其推廣應(yīng)用的主要障礙，循環(huán)硫化床鍋爐的運(yùn)行自動(dòng)化已成為其走向有用的關(guān)鍵之一。 1存在的問題 循環(huán)硫化床鍋爐自動(dòng)掌握的實(shí)現(xiàn)并不是輕而易舉的事情，還存在諸多問題需要探究、討論

2、，總結(jié)如下： a）循環(huán)硫化床鍋爐是一個(gè)分布參數(shù)、非線性、時(shí)變、多變量緊密耦合的掌握對(duì)象，其自動(dòng)掌握系統(tǒng)需要完成較之一般鍋爐更簡(jiǎn)單的掌握任務(wù)； b）采納現(xiàn)代掌握理論的基礎(chǔ)是要求描述被控對(duì)象特性的較為精確的數(shù)學(xué)模型，然而由于循環(huán)硫化床鍋爐燃燒特性的簡(jiǎn)單性，使得建立其數(shù)學(xué)模型成為一件非常不易的事情； c）由于循環(huán)硫化床鍋爐燃燒的簡(jiǎn)單性和特別性，使得實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)掌握變得非常困難，對(duì)一般鍋爐和其它過程掌握對(duì)象行之有效的常規(guī)掌握方法，已難以保證循環(huán)硫化床鍋爐各項(xiàng)掌握指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。 鑒于存在的上述問題及緣由，討論一種適合該爐型的掌握方案具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 2掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)及特點(diǎn) 循環(huán)硫化床鍋爐不同于煤粉爐和

3、燃油鍋爐，其掌握回路多，系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般包括以下主要回路：汽包水位掌握；過熱汽溫掌握；燃料掌握；風(fēng)量及煙氣含氧量掌握；爐膛負(fù)壓掌握；料床溫度掌握；料床高度掌握；二級(jí)返料回料掌握。 對(duì)于汽包水位掌握和過熱汽溫掌握特性與通常的煤粉爐和燃油鍋爐相同，在此不予以分析，只對(duì)與循環(huán)硫化床鍋爐燃燒相關(guān)的掌握系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析。循環(huán)硫化床鍋爐燃燒過程自動(dòng)掌握的基本任務(wù)是使燃料燃燒所供應(yīng)的熱量適應(yīng)鍋爐蒸汽負(fù)荷的需要，同時(shí)還要保證鍋爐平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，燃燒掌握系統(tǒng)的任務(wù)歸納起來有如下幾個(gè)方面： a）維持汽壓穩(wěn)定。汽壓的變化表示鍋爐的蒸汽量與負(fù)荷的耗汽量不相適應(yīng)，需要相應(yīng)地轉(zhuǎn)變?nèi)剂系墓?yīng)量，以轉(zhuǎn)變鍋爐的蒸

4、汽量； b）保證鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。轉(zhuǎn)變?nèi)剂狭康耐瑫r(shí)，相應(yīng)地調(diào)整送風(fēng)量，使之與燃料量匹配，保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性； c）引風(fēng)量與送風(fēng)量相協(xié)作以保證爐膛壓力在正常的范圍內(nèi)，保證鍋爐的平安運(yùn)行； d）料床溫度是一個(gè)直接影響鍋爐能否平安連續(xù)運(yùn)行的重要參數(shù)，同時(shí)也直接影響鍋爐運(yùn)行中的脫硫效率及NO2。的產(chǎn)生量。通常狀況下856床溫是爐內(nèi)脫硫的最佳溫度，同時(shí)NO2的產(chǎn)量也較低。床溫過低不但使鍋爐效率下降，而且運(yùn)行不穩(wěn)定簡(jiǎn)單滅火；床溫過高會(huì)使脫硫效率下降、NO2產(chǎn)量大大增加，同時(shí)簡(jiǎn)單造成爐膛料床結(jié)焦，無法循環(huán)硫化燃燒而停爐。由此可見，料床溫度是循環(huán)硫化床鍋爐運(yùn)行極為重要的參數(shù)； e）料床高度掌握也與鍋爐平

5、安連續(xù)運(yùn)行親密相關(guān)，料層太厚，會(huì)把一次風(fēng)的“風(fēng)頭”壓住，使?fàn)t料不能達(dá)到完全硫化狀態(tài)；料層太薄，不僅不滿意負(fù)荷要求，而且會(huì)使一次風(fēng)穿透料層吹滅爐火； f）二級(jí)返料回料掌握將直接影響鍋爐的循環(huán)倍率，也對(duì)床溫有肯定的影響。 循環(huán)硫化床鍋爐是一個(gè)典型的多變量被控對(duì)象，但由于對(duì)它的系統(tǒng)的討論剛剛起步，還缺乏閱歷及深人的了解，所以在設(shè)計(jì)、分析、討論其掌握系統(tǒng)時(shí)仍采納傳統(tǒng)的方法。目前循環(huán)硫化床鍋爐燃燒掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍采納常規(guī)PID掌握，通常由燃料掌握、總風(fēng)量掌握、一次風(fēng)掌握、二次風(fēng)掌握、燃燒室負(fù)壓掌握、床溫掌握、料床高度掌握、二級(jí)返料回料掌握等8個(gè)有機(jī)聯(lián)系的掌握單元構(gòu)成。即人為地把被控對(duì)象分成很多單變量系統(tǒng)進(jìn)

6、行掌握，這種掌握方法雖然簡(jiǎn)潔、易行，局部分析是合理的，但整體考慮會(huì)存在很多問題，對(duì)進(jìn)一步提高自動(dòng)掌握水平將存在很大的局限性，有的甚至不能滿意機(jī)組的正常運(yùn)行。 3討論方向及詳細(xì)內(nèi)容 近年來的討論及應(yīng)用狀況表明，由于循環(huán)硫化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性，特殊是各掌握變量之間的緊密耦合，常規(guī)的掌握方法很難滿意循環(huán)硫化床鍋爐的自動(dòng)運(yùn)行及自動(dòng)掌握水平的進(jìn)一步提高，因此，在對(duì)循環(huán)硫化床鍋爐燃燒系統(tǒng)深化討論的基礎(chǔ)上，采納先進(jìn)掌握理論，實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)地采納多變量掌握的先進(jìn)掌握方法具有特別重要的意義，也是當(dāng)今熱控領(lǐng)域重大討論課題之一。 31 數(shù)學(xué)模型的完善和定量化 進(jìn)行循環(huán)硫化床鍋爐動(dòng)態(tài)多變量數(shù)學(xué)模型的完善和定量化，確

7、定鍋爐各變量之間的量化耦合關(guān)系，為掌握系統(tǒng)中掌握量、被控量和干擾量的確定以及掌握框架的構(gòu)筑供應(yīng)數(shù)學(xué)依據(jù)；為解耦掌握的實(shí)施供應(yīng)牢靠數(shù)據(jù)；為掌握系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定供應(yīng)指導(dǎo)。 32 掌握規(guī)律討論 結(jié)合鍋爐運(yùn)行方式，對(duì)循環(huán)硫化床鍋爐的掌握規(guī)律進(jìn)行討論，以確定大體的掌握策略。前面已經(jīng)提到循環(huán)硫化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、高效脫硫、NO2排放率低、爐膛面積小、負(fù)荷調(diào)整比例大、負(fù)荷調(diào)整速度快等特點(diǎn)。但其燃燒機(jī)理特別簡(jiǎn)單，爐內(nèi)的傳熱就包括氣體與固體顆粒間的傳熱、床層與水冷壁間的傳熱、床層與爐內(nèi)埋管的傳熱以及旋風(fēng)分別器或一次風(fēng)分別器內(nèi)的傳熱等四種，其中懸浮物影響傳熱；硫化速度通過影響懸浮物密度從而影響傳熱

8、：傳熱表面垂直長(zhǎng)度以及床溫都對(duì)傳熱有很大影響。 循環(huán)硫化床鍋爐這種結(jié)構(gòu)上的特別性和燃燒機(jī)理的簡(jiǎn)單性，使其在掌握上較其它爐型簡(jiǎn)單。除常規(guī)掌握量以外，該爐型要求對(duì)料床溫度和料床高度進(jìn)行掌握，其中料床溫度是循環(huán)硫化床鍋爐掌握中最重要的參數(shù)。 在循環(huán)硫化床鍋爐掌握中，由于一次風(fēng)的轉(zhuǎn)變對(duì)床溫的影響比給煤量對(duì)床溫的影響大，因此采納一次風(fēng)作為調(diào)整床溫的掌握變量，用調(diào)整給煤量來滿意負(fù)荷的要求。但是，轉(zhuǎn)變給煤量將直接影響爐膛溫度，所以給煤量與一次風(fēng)是2個(gè)耦合特別緊密的掌握量。在循環(huán)硫化床鍋爐燃燒掌握系統(tǒng)中，如何協(xié)調(diào)這2個(gè)變量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掌握。是掌握方案討論的重點(diǎn)所在。 調(diào)整鍋爐負(fù)荷必需通過調(diào)整爐內(nèi)傳熱方式來實(shí)現(xiàn)，

9、也就是調(diào)整一次風(fēng)量，以轉(zhuǎn)變爐膛內(nèi)的固體濃度分布。同時(shí)，一次風(fēng)作為床溫的主要掌握量，還必需兼顧床溫調(diào)整。由于在循環(huán)硫化床鍋爐內(nèi)氣、固混合比較勻稱，溫度場(chǎng)分布較好，入爐煤能夠快速燃燒，因而較其它爐型滯后較小，所以通過給煤是調(diào)整負(fù)荷的熱平衡較為合理。 33 掌握方案 在上述兩項(xiàng)討論成果的基礎(chǔ)上將常規(guī)掌握方案和先進(jìn)掌握理論有機(jī)結(jié)合起來，討論一種綜合性的循環(huán)硫化床鍋爐燃燒掌握方案。 近年來，模糊掌握技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，也消失了不少勝利應(yīng)用的范例，實(shí)踐證明，模糊掌握能夠?qū)r(shí)變、非線性和簡(jiǎn)單的被控對(duì)象進(jìn)行較為有效的掌握，但模糊掌握規(guī)章的獵取受專家的閱歷和學(xué)問水平的制約，進(jìn)而影響模糊掌握的效果，而且模糊掌握本身不能消退靜差，再者PID掌握在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中有著成熟的應(yīng)用，并占有主導(dǎo)地位，這使得模糊掌握既不行能也沒有必要完全替代PID掌握。 為此，應(yīng)用模糊掌握理論對(duì)常規(guī)PID進(jìn)行改進(jìn)，并與模糊掌握有機(jī)結(jié)合起來，形成一種“綜合性掌握方案”，再協(xié)作多種前饋掌握方案，應(yīng)用于循環(huán)硫化床鍋爐燃燒系統(tǒng)這一非線性簡(jiǎn)單對(duì)象，將達(dá)到滿足的效果。 4 結(jié)論 循環(huán)硫化床鍋爐燃燒掌握系統(tǒng)討論的目標(biāo)