【正文】 3省煤器入煙壓3省煤器煙道入口28PT1031空預(yù)器出煙壓1空預(yù)器煙道出口04KPa29PT2032空預(yù)器出煙壓2空預(yù)器煙道出口04KPa30PT3033空預(yù)器出煙壓3空預(yù)器煙道出口04KPa第四章鍋爐燃燒系統(tǒng)控制方案4．1鍋爐燃燒過(guò)程和控制任務(wù)4．1．1工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程分析工業(yè)鍋爐是利用燃料(煤、氣、油)的熱能或工業(yè)廢熱將工質(zhì)加熱到一定溫度和壓力的換能設(shè)備。研究分析鍋爐燃燒過(guò)程等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的特性，是實(shí)現(xiàn)鍋爐優(yōu)化控制的關(guān)鍵”’。在計(jì)算一種過(guò)程中，往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假定其它因素的影響是定常的。同樣，可以用分析基來(lái)描述煤的成分百分量 （43）其中、 、 為固定碳、揮發(fā)分、灰分和水分含量的分析基工業(yè)分析質(zhì)量含量百分?jǐn)?shù)。(1)鍋爐輸入熱量？鍋爐輸入熱量 是指鍋爐以外的純輸入值，它不包括爐內(nèi)循環(huán)熱量。若未經(jīng)預(yù)熱，只有當(dāng)時(shí)才需計(jì)算?！?；油頁(yè)巖=0．88 kJ／(kg用占輸入熱百分率表示為 （410）其中、為排煙焓和理論空氣焓；為排煙處過(guò)量空氣系數(shù)理想狀態(tài)煤完全燃燒所需的干空氣量為 （411）煤燃燒產(chǎn)生煙氣焓為 （412）其中，為過(guò)?？諝庀禂?shù)是1，煙氣溫度為0C時(shí)理論煙氣焓；？式(4—12)中，：為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的理論空氣焓； (4)化學(xué)不完全燃燒熱損失此項(xiàng)損失是指排煙中未完全燃燒的可燃?xì)怏w(HCO、等)所帶走的熱量。 （414） (415)其中、分別為爐渣、漏煤、煙道灰、飛灰中的灰量占入爐燃料總灰分的重量份額；、分別為爐渣、漏煤、煙煤灰、飛灰中可燃物含量的百分?jǐn)?shù)。熱量及熱平衡是控制的基本參數(shù)，以上分析是理想狀態(tài)燃燒釋熱的定量分析，鍋爐熱平衡方程也僅是理想狀態(tài)的平衡，與工程上的實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)，例如，由于煤質(zhì)不同很難測(cè)得燃燒后產(chǎn)生煙氣的成分組合，在計(jì)算熱量時(shí)所應(yīng)用到的應(yīng)用基 (水含量)一個(gè)時(shí)變函數(shù)，是一個(gè)不可測(cè)的擾動(dòng)。爐膛黑度同火焰的發(fā)光程度和鍋爐的結(jié)構(gòu)等有關(guān)，而火焰的發(fā)光程度則決定于燃料的品種和燃燒方式。兩相燃燒是指固、氣兩念的燃燒，多相反應(yīng)過(guò)程是各種成分同時(shí)或相繼反應(yīng)。 (2)負(fù)載的時(shí)變性負(fù)載的時(shí)變性是指鍋爐出口壓力或溫度具有一定約束條件，它因用戶容量、室外溫度等變化而變化(3)設(shè)備性能的時(shí)變性換熱器結(jié)垢熱傳導(dǎo)時(shí)變性。是一個(gè)在線不可測(cè)的擾動(dòng)量，結(jié)垢問(wèn)題不僅反映了設(shè)備性能時(shí)變問(wèn)題，而且也帶來(lái)了過(guò)程延遲的問(wèn)題。鍋爐的風(fēng)道計(jì)算十分復(fù)雜，同樣的設(shè)計(jì)，同樣的施工隊(duì)伍施工所建造的風(fēng)路，在性能上可能存在嚴(yán)重的差異。4．1．2鍋爐燃燒過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性1．燃料傳送過(guò)程燃料煤傳送過(guò)程的輸入?yún)?shù)是給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速，輸出參數(shù)是給煤量的多少。3．工質(zhì)形成過(guò)程工質(zhì)形成過(guò)程主要是熱水蓄能的過(guò)程，它的輸入?yún)?shù)為鍋爐進(jìn)水所含有的熱量。綜合上面兩部分的公式，可以求出熱水形成過(guò)程的傳遞函數(shù)： （421）鍋爐燃燒過(guò)程如圖4—1所示：4．1．3工業(yè)鍋爐燃燒控制的任務(wù)工業(yè)鍋爐燃燒系統(tǒng)控制的基本任務(wù)，是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)負(fù)荷的需要，同時(shí)還要保證經(jīng)濟(jì)燃燒和鍋爐的安全運(yùn)行。此外，保持出水溫度在一定范圍內(nèi)，也是保證鍋爐和各個(gè)負(fù)荷設(shè)備正常工作的必要條件。反之，如果比值不當(dāng)，空氣不足，結(jié)果導(dǎo)致燃料的不完全燃燒，當(dāng)大部分燃料不能完全燃燒時(shí)，熱量損失直線上升；如果空氣過(guò)多，就會(huì)使大量的熱量損失在煙氣之中，使燃燒效率降低。通常要求爐膛負(fù)壓保持在20一40 Pa的范圍內(nèi)，這時(shí)燃燒工況，鍋爐房工作條件，爐子的維護(hù)及安全運(yùn)行都最有利。因此，需要維持爐膛負(fù)壓在一定范圍之內(nèi)。在負(fù)荷變化的外擾作用時(shí)，則應(yīng)使燃料量、給風(fēng)量和引風(fēng)量成比例地改變，既要適應(yīng)負(fù)荷要求，又要使三個(gè)被調(diào)量出水溫度、爐膛負(fù)壓和燃燒經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)保持在允許的范圍內(nèi)。由圖可知，有一個(gè)最低點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于該點(diǎn)值就是最佳空氣過(guò)剩系數(shù)，此時(shí)鍋爐的熱損失最少，熱效率最高。但是，很多鍋爐的負(fù)荷經(jīng)常有大范圍的變化，最佳的空氣過(guò)剩系數(shù)在不同的工況下也有較大的變化，如圖44所示，低負(fù)荷時(shí)，燃料量和空氣量都變得很小，流動(dòng)動(dòng)量降低(對(duì)燃油鍋爐，油的霧化也變差)，使燃料和空氣混合得不好，引起不完全燃燒，所以低負(fù)荷是要提高空氣過(guò)剩率。(1)模型優(yōu)化最佳空氣過(guò)剩率隨負(fù)荷是變化的，但是不同的鍋爐其變化關(guān)系是不同的，而多數(shù)鍋爐生產(chǎn)廠家沒(méi)有提供這樣的關(guān)系曲線。(2)熱效率在線自尋優(yōu)另外一種優(yōu)化方法，也是應(yīng)用最多的方法是熱效率的在線自尋優(yōu)。如果在尋優(yōu)過(guò)程中，負(fù)荷又發(fā)生了大的變化，則尋優(yōu)又要重新進(jìn)行。鍋爐控制系統(tǒng)可以分為流量控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)單控制系統(tǒng))、燃燒控制系統(tǒng)和優(yōu)化控制系統(tǒng)。其中，分別為溫度、氧含量和爐膛負(fù)壓；分別為煤量、鼓風(fēng)量和引風(fēng)量。4．3．2控制方案的選取由于出口溫度和氧含量調(diào)節(jié)通道的滯后時(shí)問(wèn)與時(shí)間常數(shù)相比都比較大，尤其是出口溫度廣義對(duì)象傳遞函數(shù)中已接近1：1，如果再采用常規(guī)的PID控制算法，由于PID調(diào)節(jié)屬于“事后調(diào)節(jié)”，它本身不具備克服純滯后的能力，用于大純滯后對(duì)象，無(wú)論在穩(wěn)定性和響應(yīng)速度上都難以達(dá)到較好的指標(biāo)。在測(cè)試分析該燃煤熱水鍋爐燃燒對(duì)象特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外有關(guān)鍋爐控制方案和本鍋爐的實(shí)際，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終確定的控制方案如圖4—5所示。2)算法簡(jiǎn)單，在計(jì)算機(jī)內(nèi)較短的程序就可以實(shí)現(xiàn)，減少了計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)；需整定的參數(shù)少，易于被現(xiàn)場(chǎng)工作人員掌握。所以，“等等看”控制算法對(duì)層燃爐是非常適用的。采用積分分離PID算法后，顯著降低了被控變量的超調(diào)，縮短了過(guò)程達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)的時(shí)間。另外，用煤量作為鼓風(fēng)量控制的前饋時(shí)，可實(shí)現(xiàn)在煤量增加時(shí)及時(shí)增加風(fēng)量，但是在煤量減少時(shí)立即減風(fēng)卻不合適。而爐膛負(fù)壓是一個(gè)重要的生產(chǎn)變量，必須對(duì)它進(jìn)行控制。5Pa以?xún)?nèi)。通過(guò)改變風(fēng)量改善爐內(nèi)的燃燒狀態(tài)，影響到出口溫度也需要經(jīng)過(guò)比較長(zhǎng)的時(shí)間。4．4．2爐膛溫度和熱效率的關(guān)系在爐膛內(nèi)，燃燒和傳熱過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，參與燃燒的各因素相互影響，使?fàn)t膛內(nèi)發(fā)生的過(guò)程十分復(fù)雜，包括燃料與空氣的混合燃燒、高溫火焰和煙氣對(duì)水冷壁的傳熱等，由于煙氣溫度高流速慢，傳熱的方式主要是熱輻射；到爐膛出口處，煙氣降低到一定數(shù)值后，進(jìn)入對(duì)流束管段，與對(duì)流管束強(qiáng)烈沖刷，進(jìn)行以對(duì)流方式為主的換熱。從(1)式可知燃料量一定時(shí)比于，即爐膛溫度越高，輻射換熱量越大。即對(duì)流換熱量隨爐膛溫度升高而增加。4 .4．3爐溫相對(duì)于風(fēng)量的極值點(diǎn)在燃料供熱量不變的前提下，爐溫相對(duì)于風(fēng)量的極值點(diǎn)是存在的．決定爐膛溫度的最基本的因素是燃料燃燒產(chǎn)物所達(dá)到的溫度，即燃燒溫度。假設(shè)絕熱燃燒，則=0，燃料帶入的物理熱也忽略不計(jì)，則：如果燃燒完全，=0且與有一個(gè)函數(shù)關(guān)系，可以認(rèn)為是同一個(gè)變量，燃料完全燃燒時(shí)，與均為常數(shù)，一定，則與有極值關(guān)系。4．4. 4 “爐溫尋優(yōu)”思想的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證從以上的理論分析可知，在燃料量不變的前提下，爐膛溫度和鍋爐熱效率是一一對(duì)應(yīng)的，爐膛溫度相對(duì)于空氣過(guò)剩系數(shù)有極值點(diǎn)存在。(2)一定風(fēng)量時(shí)，爐膛溫度的最高點(diǎn)同時(shí)也對(duì)應(yīng)出口水溫的最高點(diǎn)，證明了爐膛溫度和熱效率的對(duì)應(yīng)關(guān)系?？傊?，采用爐膛溫度代替熱效率進(jìn)行尋優(yōu)具有尋優(yōu)周期短、靈敏度高(一般加熱爐，要使出口溫度提高1℃，爐溫要升高5～10℃)、節(jié)省設(shè)備投資等優(yōu)點(diǎn)。(2)尋優(yōu)過(guò)程中維持給煤機(jī)轉(zhuǎn)速不變，即燃料量要相對(duì)穩(wěn)定。尤其對(duì)于滯后大的燃煤鍋爐更是如此。工作點(diǎn)自a轉(zhuǎn)移到b。如此進(jìn)行，假設(shè)到d點(diǎn)(圖5a為c點(diǎn))，說(shuō)明超過(guò)極值點(diǎn)，則 rate=1／2rateO，反向?qū)?yōu)到e點(diǎn)。(5)找到最優(yōu)或近似的最優(yōu)點(diǎn)之后，等系統(tǒng)穩(wěn)定后，讀取此條件下的煙氣氧含量數(shù)值，將此值作為當(dāng)前負(fù)荷下氧含量控制回路的最佳設(shè)定值，完成了一次尋優(yōu)過(guò)程。第五章DCS系統(tǒng)選型及其軟硬件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)5．1 DCS系統(tǒng)概述5．1．1國(guó)內(nèi)外DCS系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)，簡(jiǎn)稱(chēng)DCS，是繼1969年P(guān)LC問(wèn)世后，由HONEYwELL公司在1975年首先推出的系統(tǒng)。DCS由三部份組成：帶I／0板的控制器、操作站和通訊網(wǎng)絡(luò)。如果說(shuō)有些差別的話是各種控制器內(nèi)的算法有多有少，算法的組合和組態(tài)方式有些不一樣。儀表公司開(kāi)發(fā)的DCS的控制器的軟件部分比較符合儀表工程人員應(yīng)用的習(xí)慣，特別是組態(tài)方式比較方便。在硬件結(jié)構(gòu)、軟件應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，大約有三次比較大的變革。八十年代就發(fā)生變化了，通訊網(wǎng)絡(luò)較多地使用令牌方式。21世紀(jì)初DCS和MIS系統(tǒng)相結(jié)合，組成綜合管理信息系統(tǒng)。傳輸數(shù)據(jù)多的地方采用光纖，數(shù)據(jù)少的地方用電話線，很像公共交通中的高速公路和國(guó)道聯(lián)合使用一樣。把現(xiàn)場(chǎng)總線作為DCS的輸入、輸出板，目的是解決遠(yuǎn)程信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。同時(shí)還能有100個(gè)開(kāi)關(guān)量。后來(lái)則是由于DCS廠家為了保證其利益造成的，因?yàn)椴捎脤?zhuān)用部件，在備件方面可以有很高的利潤(rùn)。根掘國(guó)內(nèi)外使用經(jīng)驗(yàn)，DCS的操作站可以使用7年以上，控制器則可用15—20年。從部件故障概率來(lái)看，電源的損壞概率最大。3．?dāng)?shù)字電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是大規(guī)模集成電路技術(shù)的應(yīng)用，集成度以及成品率大幅度提高，使得在過(guò)程控制中大量使用微處理器在成本上成為可能。7．計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)存在固有的一些缺陷如故障集中，因此為了提高可靠性而需要巨大的費(fèi)用，集中控制系統(tǒng)需要較大規(guī)模的計(jì)算機(jī)，價(jià)錢(qián)昂貴。這是推出DCS系統(tǒng)的最大理由，DCS系統(tǒng)就是要解決集中控制系統(tǒng)致命的弱點(diǎn)， “故障集中”。4．大量減少控制系統(tǒng)所需的備品備件種類(lèi)及數(shù)量。這一點(diǎn)是傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)所望塵莫及的?？偨Y(jié)DCS機(jī)種選擇的原則為：選擇工程實(shí)力較強(qiáng)的知名公司，選擇符合有經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家推薦的主流機(jī)型，首先考慮DCS系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和操作方便性，其次考慮DCS功能應(yīng)滿足“功能需要”的要求，具有國(guó)際先進(jìn)水平(但不一定是最先進(jìn)的)，系統(tǒng)應(yīng)具有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，有靈活的系統(tǒng)可擴(kuò)性。4．與上位機(jī)通信功能比較5．系統(tǒng)軟件功能比較6．售后技術(shù)服務(wù)比較7．應(yīng)用軟件工具比較8．發(fā)展性、先進(jìn)性(好、較好、一般、較差)9．價(jià)格分為以下幾項(xiàng)列出：硬件、軟件、備件、服務(wù)(包括培訓(xùn)、資料、現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)、技術(shù)咨詢(xún)等)、上位機(jī)的硬軟件、稅費(fèi)及總價(jià)。在此介紹的3*17．5MW鍋爐系統(tǒng)裝置獨(dú)立性較強(qiáng)，控制點(diǎn)數(shù)(I／0點(diǎn)數(shù))在100個(gè)點(diǎn)之內(nèi)，系統(tǒng)對(duì)擴(kuò)展能力(I／O點(diǎn)數(shù))要求不高，適宜選用小型的DCS控制系統(tǒng)。5．2 SunyPCC800小型集散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介隨著微型計(jì)算機(jī)、數(shù)字化儀表和在線分析儀表的迅速發(fā)展應(yīng)用和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程越來(lái)越復(fù)雜的控制要求，產(chǎn)生了基于4C的集散控制系統(tǒng)(DCS)。2．穩(wěn)定性WDT電路設(shè)計(jì)保證系統(tǒng)內(nèi)部各智能節(jié)點(diǎn)正常運(yùn)行。3．可靠性靈巧SmartBus做到“服務(wù)始于端子”，維護(hù)更方便。節(jié)點(diǎn)故障迅速隔離與自恢復(fù)，并支持防掉電保護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線將控制模板、I／O模板及其它智能設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)且允許無(wú)中繼遠(yuǎn)程分布。PC技術(shù)的深層次挖掘，操作站／現(xiàn)場(chǎng)控制站采用最新主流配置。模塊化結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)的擴(kuò)展更加方便、靈活。5．3硬件體系設(shè)計(jì)5．3．1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)SunyPCC800系統(tǒng)是一套新型、實(shí)用的分級(jí)遞階式多處理器智能化控制系統(tǒng)，由管理網(wǎng)MNet、系統(tǒng)網(wǎng)SNet和控制網(wǎng)CNet三層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，如圖5．1所示?，F(xiàn)場(chǎng)控制站構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分散控制，其中I／0模塊、控制網(wǎng)CNet利控制模板、電源組件均可實(shí)現(xiàn)冗余配置?，F(xiàn)場(chǎng)控制站直接與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，是一個(gè)大規(guī)模的I／O處理系統(tǒng)。操作站用于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視、管理，工程師站用于對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行功能組態(tài)、組態(tài)數(shù)據(jù)下載，也能代替操作員站發(fā)揮監(jiān)視、管理的作用。 5．4．1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是DCS系統(tǒng)的核心，SunyPCC800實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)編輯器SunyRdbEditor用于建立SunyPCC800系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。控制軟件以算法模塊為基本單位，以連線的方式將不同的算法模塊搭接起來(lái)，組成一個(gè)完整的控制方案。豐富的算法模塊、靈活方便的組態(tài)方法給了組態(tài)人員最大的發(fā)揮空間，能夠自主開(kāi)發(fā)復(fù)雜算法模塊。5．4．5人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)界面軟件TraceMode是運(yùn)行于WindowsNT／2000環(huán)境的一種組態(tài)軟件。TraceMode采用操作組(由不同數(shù)量的操作員組成)的方式對(duì)操作員權(quán)限進(jìn)行生產(chǎn)操作都有不同的安全要求設(shè)定。2)系統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)具有門(mén)診斷功能，系統(tǒng)硬件或某些應(yīng)用軟件故障，則在CRT上的報(bào)警顯示窗及相關(guān)報(bào)警畫(huà)面上顯示。報(bào)表格式由用戶根據(jù)本單位使用習(xí)慣自行確定。2)系統(tǒng)各站可在線完成下列功能：網(wǎng)路的增加和取消(位號(hào)、用途和工程單位等)每個(gè)同路數(shù)據(jù)庫(kù)的生成和修改在班組顯示上的回路編排在趨勢(shì)顯示上：趨勢(shì)點(diǎn)的編排、采樣周期和范圍的選擇流程畫(huà)面的生成和修改鎖定門(mén)的鎖定門(mén)診斷和操作條件顯示3)數(shù)據(jù)通信：本系統(tǒng)可以與監(jiān)控計(jì)算機(jī)或其他的DCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)掘通信4)通訊傳輸速率：系統(tǒng)操作網(wǎng)絡(luò)級(jí)(SNET)10Mbps控制站控制網(wǎng)(CNET)1Mbps5．5系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格設(shè)計(jì)5．5．1系統(tǒng)構(gòu)成SunyTDCS9200采用當(dāng)前最新的最先進(jìn)的微機(jī)硬件技術(shù)和最新版本成熟可靠的軟件系統(tǒng)，具有完整的過(guò)程控制功能，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視功能，操作功能，包括各類(lèi)算法和輔助設(shè)備。串接在通信母線上的任何設(shè)備，可以斷開(kāi)其連接而不對(duì)母線有所影響。5．5. 2系統(tǒng)供電電源規(guī)格使用UPS電源電壓：220V：177。5．5．3．3系統(tǒng)擴(kuò)充考慮DCS的“0卡件的備用量，機(jī)柜內(nèi)部留有卡件安裝空間，并裝有備用接線端子，系統(tǒng)在將來(lái)需要增加新的控制點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)充時(shí)，不中斷工藝操作。6．