【正文】 要 6第一章 前 言 7第二章 工藝介紹及流程簡(jiǎn)述 82．1 鍋爐系統(tǒng)簡(jiǎn)述 82. 2鍋爐主要技術(shù)指標(biāo) 82. 3系統(tǒng)運(yùn)行 82．3．1 升火及控制 8 運(yùn)行操作 92．3. 3鍋爐停爐 10第三章儀表選型及設(shè)計(jì) 103．1儀表選型原則 103．1．1溫度儀表 113．1．2壓力儀表 113 . 1．3流量?jī)x表 113．1．4液位儀表 113．1．5分析儀表 113．1．6執(zhí)行機(jī)構(gòu) 113．2控制點(diǎn)和控制參數(shù) 11第四章鍋爐燃燒系統(tǒng)控制方案 124．1鍋爐燃燒過(guò)程和控制任務(wù) 124．1．1工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程分析 134．1．2鍋爐燃燒過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性 174．1．3工業(yè)鍋爐燃燒控制的任務(wù) 194．2鍋爐優(yōu)化控制的理論基礎(chǔ)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 194．2．1鍋爐優(yōu)化控制的理論基礎(chǔ) 194．2．2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 224．3控制方案設(shè)計(jì)與研究 224．3．1 燃煤熱水鍋爐燃燒過(guò)程對(duì)象的實(shí)測(cè)特性 234．3．2控制方案的選取 234．4“爐溫尋優(yōu)”思想的提出及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 254．4 .1“爐溫尋優(yōu)”思想的提出 254．4．2爐膛溫度和熱效率的關(guān)系 254 .4．3爐溫相對(duì)于風(fēng)量的極值點(diǎn) 264．4. 4 “爐溫尋優(yōu)”思想的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 274．5優(yōu)化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 284．5．1“爐溫尋優(yōu)”應(yīng)滿足的條件 284．5．2尋優(yōu)算法 284．5．3重新啟動(dòng)尋優(yōu)的條件 30第五章DCS系統(tǒng)選型及其軟硬件設(shè)計(jì)開發(fā) 305．1 DCS系統(tǒng)概述 305．1．1國(guó)內(nèi)外DCS系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 305．1．2 DOS系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 315．1．3 DCS系統(tǒng)選型原則 325．2 SunyPCC800小型集散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 335．3硬件體系設(shè)計(jì) 345．3．1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 345．3．2現(xiàn)場(chǎng)控制站 365．3．3操作站／工程師站 365．3．4采用一體化SunyTDCS800系統(tǒng) 365．4軟件體系設(shè)計(jì) 375．4．1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 385．4．2硬件配置軟件SunyCfg 385．4．3算法編輯器SunyIEC 385．4．4實(shí)時(shí)運(yùn)行軟件SunyRTM 385．4．5人機(jī)界面設(shè)計(jì) 385．4．6顯示功能設(shè)計(jì) 405．4．7報(bào)警功能設(shè)計(jì) 405．4．8報(bào)表打印功能 405．4．9系統(tǒng)生成及數(shù)據(jù)通信 415．5系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格設(shè)計(jì) 415．5．1系統(tǒng)構(gòu)成 415．5. 2系統(tǒng)供電 415．5．3可靠性和冗余措施 42第六章DCS系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 426．1 DCS系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題 426．1．1電磁干擾源及對(duì)系統(tǒng)的干擾 426．1．2 DCS控制系統(tǒng)工程應(yīng)用的抗干擾設(shè)計(jì) 446．1．3主要抗干擾措施 446．2 DCS系統(tǒng)冗余技術(shù) 456．2．1冗余技術(shù) 456．2．2控制系統(tǒng)冗余的關(guān)鍵技術(shù) 456 .2．3冗余技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)分析 46第七章效果及結(jié)論 477．1實(shí)施效果 47參考文獻(xiàn) 48摘 要本文介紹了浙大中自公司的SunyPCC800，3*17．5MW 燃煤鍋爐系統(tǒng)的工藝原理、工藝流程。關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；儀表選型：DCS；參數(shù)優(yōu)化；系統(tǒng)冗余第一章 前 言隨著我國(guó)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展以及我國(guó)在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化方面科技水平的不斷提高，目前我國(guó)建設(shè)的鍋爐控制系統(tǒng)普遍采用了DCS控制系統(tǒng)，以前采用常規(guī)控制的鍋爐系統(tǒng)也基本進(jìn)行了DCS改造?？刂葡到y(tǒng)從結(jié)構(gòu)上要充分地采用冗余技術(shù)。該裝置的獨(dú)立性較強(qiáng)。 額定熱功率 額定出水壓力 最大熱功率 額定出口水溫 125℃ 額定進(jìn)口水溫 70℃ 使用燃料 III類煙煤 設(shè)計(jì)效率 % 燃料的顆粒度要求 0～3mm 燃煤外水分13% 爐排有效面積 ㎡ 耗煤量 額定工況下循環(huán)水量 ℃ 受熱面積： 爐膛107㎡2．3．1 升火及控制1．熱水采暖系統(tǒng)投入運(yùn)行前，為了預(yù)防熱水系統(tǒng)中的雜物在運(yùn)行中造成堵塞現(xiàn)象，系統(tǒng)投入使用前必須進(jìn)行沖洗，沖洗結(jié)束后應(yīng)將除污器清洗干凈。7．加強(qiáng)監(jiān)視循環(huán)泵壓力表的指示情況，當(dāng)鍋爐進(jìn)水時(shí)先關(guān)閉省煤器再循環(huán)管上的閥門。集中調(diào)節(jié)是為了滿足供熱負(fù)荷的需要，對(duì)鍋爐出水口水溫和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)；局部調(diào)節(jié)是通過(guò)支管路上的閥門改變熱水流量，以調(diào)節(jié)其供熱量。2．運(yùn)行參數(shù)控制（1）保持壓力穩(wěn)定。如對(duì)外循環(huán)回路加以調(diào)節(jié)，要注意調(diào)整使其溫度偏差不超10℃。5．防止汽化。排污器一般每周排污一次，如果系統(tǒng)新投入運(yùn)行或者水質(zhì)情況較差時(shí)，可適當(dāng)增加排污次數(shù)。緊急停爐3. 緊急停爐鍋爐運(yùn)行中，有下列情況之一時(shí)，應(yīng)緊急停爐。緊急停爐時(shí)，應(yīng)立即停止供給燃料，必要時(shí)扒出爐內(nèi)燃煤或用濕爐灰將火壓滅，其他操作與正常停爐相同。3．1．2．2遠(yuǎn)傳壓力測(cè)量?jī)x表(1)一般壓力測(cè)量選用智能壓力變送器。3．2控制點(diǎn)和控制參數(shù)鍋爐房3臺(tái)鍋爐共設(shè)計(jì)76個(gè)控制點(diǎn)，輸入點(diǎn)67個(gè)，輸出點(diǎn)9個(gè)。鍋爐內(nèi)部的各種過(guò)程往往同時(shí)進(jìn)行，交叉影響。2．熱平衡特性分析鍋爐燃燒的熱平衡可用下式表示 （45）其中為輸入熱量；為有效利用熱；為排煙損失熱；為化學(xué)不完全燃燒熱損失；為機(jī)械不燃燒損失R熱；為鍋爐散熱；為灰渣物理熱損失?！?；褐煤=1．13 kJ／(kg(5)機(jī)械不完全燃燒熱損失對(duì)于層或室燃燒，此項(xiàng)損失是指飛灰、落灰和灰渣中未燃盡可燃物造成的熱損失。分析爐內(nèi)換熱的特點(diǎn)，輻射換熱是鍋爐燃燒過(guò)程換熱的主要方面，火焰輻射包括原子氣體輻射、火焰中灰粒輻射、火焰中焦炭粒子輻射和碳黑粒子輻射，但工程上通常把爐內(nèi)火焰看作為均勻輻射體，輻射換熱可用下式計(jì)算： （416）其中為爐膛黑度；為絕對(duì)黑體的輻射系數(shù)；為火焰的絕對(duì)平均溫度；為受熱面外壁的絕對(duì)溫度；為爐膛內(nèi)有效輻射受熱面積。隨著揮發(fā)分燃盡，碳進(jìn)行兩相燃燒，即碳和一氧化碳燃燒，燃燒速度與碳表面覆蓋的灰層厚度有關(guān)。這種變化容易引起風(fēng)/煤的配比失調(diào)，造成排煙損失或不完全燃燒損失。所以，煤粉傳送過(guò)程的傳遞函數(shù)為 （419）其中為放大系數(shù)：為時(shí)間常數(shù)，S；為煤傳送滯后時(shí)間，s；2．燃料燃燒過(guò)程燃料燃燒過(guò)程的輸入?yún)?shù)是給煤量，輸出參數(shù)是燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，可以用一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)近似描述其動(dòng)態(tài)特性： （420）其中為燃燒過(guò)程的放大系數(shù)；為燃燒過(guò)程的時(shí)間常數(shù)。這項(xiàng)控制任務(wù)就稱為熱負(fù)荷控制。3．維持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)爐膛負(fù)壓的變化，反映了引風(fēng)量與給風(fēng)量的不相適應(yīng)。這些內(nèi)部擾動(dòng)包括燃料的質(zhì)量變化，給風(fēng)量和引風(fēng)量的變化等。圖4．3熱效率與Ⅱ的關(guān)系從煙氣化學(xué)成分分析可知，空氣過(guò)剩系數(shù)和煙氣中的殘氧的含量有近似對(duì)應(yīng)關(guān)系：通過(guò)測(cè)量煙氣中的氧含量就可近似獲得空氣過(guò)剩系數(shù)，所以現(xiàn)在的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中，普遍采用測(cè)量煙氣中過(guò)剩氧含量來(lái)控制風(fēng)量，保證空氣量和燃料量保持一定的比值關(guān)系。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，模型是離線計(jì)算好的，所以尋找最優(yōu)值速度快，而且對(duì)工況沒有干擾；缺點(diǎn)是所采集的數(shù)據(jù)量有限，還摻雜人的經(jīng)驗(yàn)，模型精度難免受影響。因此，鍋爐的被控變量可以確定為：鍋爐水流量、省煤器水流量、出口水溫、爐膛負(fù)壓和煙氣氧含量。另外，各輸入輸出變量間存在強(qiáng)耦合。1℃左右的偏差是允許的；而且，主要的干擾如入口溫度的變化是緩慢進(jìn)行的，沒有大的頻繁的干擾，所以“等等看”控制算法是適用的?？刂扑闶娇蓪憺椋?)偏差時(shí)，實(shí)現(xiàn)PD控制；2)偏差時(shí)，實(shí)現(xiàn)PID控制。(3)爐膛負(fù)壓控制方案設(shè)計(jì)由于燃燒狀態(tài)的不穩(wěn)定，爐膛負(fù)壓大范圍、無(wú)規(guī)律地波動(dòng)，波動(dòng)范圍約是O～100Pa，有時(shí)還瞬時(shí)出現(xiàn)微正壓，如果我們拿測(cè)量的信號(hào)直接用于控制，會(huì)造成閥門頻繁動(dòng)作，有時(shí)可能是誤動(dòng)作。4．4 .1“爐溫尋優(yōu)”思想的提出拋煤機(jī)鏈條爐和燃?xì)狻⑷加湾仩t的主要區(qū)別在于：拋煤機(jī)鏈條爐中，煤在爐排上的燃燒是以層燃方式進(jìn)行的，當(dāng)煤進(jìn)入爐膛時(shí)，它不像燃?xì)?、燃油鍋爐那樣燃料立刻燃燒生熱，而是分區(qū)、分段緩慢進(jìn)行的，所以燃煤鍋爐燃燒系統(tǒng)的燃燒過(guò)程長(zhǎng)，具有較大滯后。反映爐內(nèi)燃燒工況對(duì)爐內(nèi)溫度場(chǎng)的影響，對(duì)拋煤機(jī)鏈條爐一般取n=。鍋爐有效利用的熱量為對(duì)流和輻射換熱之和即=所以即在燃料量一定的前提下，爐膛平均煙溫越高，鍋爐熱效率越高。所以在一定的燃料量時(shí)，爐膛溫度和空氣量有極值關(guān)系存在。(4)從曲線可以看出，當(dāng)爐膛溫度改變20～30℃時(shí)，出口溫度才變化0．3～0．4℃(當(dāng)然這與鍋爐的負(fù)荷有關(guān))，說(shuō)明了爐膛溫度比出口溫度變化的幅度要大得多，靈敏度要高。4．5．2尋優(yōu)算法現(xiàn)有的文獻(xiàn)中，大部分算法是采用等步長(zhǎng)法搜索極值點(diǎn)，方法簡(jiǎn)單，但是如果尋優(yōu)步長(zhǎng)太小，存在收斂速度慢，尋優(yōu)周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)。(3)如果，說(shuō)明尋優(yōu)方向正確，下次尋優(yōu)繼續(xù)以rate0為步長(zhǎng)，向同一方向進(jìn)行到點(diǎn)c。4．5．3重新啟動(dòng)尋優(yōu)的條件上述的尋優(yōu)過(guò)程不是連續(xù)進(jìn)行的，鍋爐在正常工作時(shí)連續(xù)計(jì)算鍋爐的熱負(fù)荷，并與上次尋優(yōu)結(jié)束時(shí)熱負(fù)荷進(jìn)行比較，只有當(dāng)負(fù)荷有較大變化，認(rèn)為必須重新進(jìn)行尋優(yōu)時(shí)，才重新啟動(dòng)尋優(yōu)過(guò)程。在國(guó)際上各DCS廠家在模擬量的算法上的技術(shù)水平都相差不遠(yuǎn)，用戶編寫應(yīng)用程序都采用很方便的組態(tài)方式(填寫若干個(gè)參數(shù))。相繼出現(xiàn)的DCS有MAXRSMODIII、N90、D/WDPF、MICRO、ECS一1200；日本橫河的YEPARK MARKII、東芝的TOSDIC；，英國(guó)的P4000：德國(guó)的TELEPERM、PROCONTROL P，瑞典的AC210等o”。九十年代末DCS通訊網(wǎng)絡(luò)有部分開始采用以太網(wǎng)。DCS的另一個(gè)重要發(fā)展是：現(xiàn)場(chǎng)總線作為控制器的輸入、輸出。以前是因?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)不夠發(fā)達(dá)、沒有合適的軟、硬件供選擇，所以DCS廠家只能自己開發(fā)自己的專用操作站，因而造成封閉局面。從檢修的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，經(jīng)檢修過(guò)的模件，已修復(fù)的部分一般不會(huì)重復(fù)損壞。6．計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，尤其是微軟公司的WINDOWS95這樣的操作系統(tǒng)軟件的推出，為計(jì)算機(jī)在過(guò)程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)和操作人員之間有了良好的界面，使不具備計(jì)算機(jī)專門知識(shí)的操作人員樂(lè)于接受。3．大量縮減控制系統(tǒng)所需的電纜。DCS機(jī)種選擇的因素很多，不能只從一次性投資多寡考慮。尤其是DCS雖工藝設(shè)備成套時(shí)，專利商和設(shè)計(jì)院(工程公司)會(huì)選擇對(duì)他們最有利的機(jī)型，很可能是落后的、質(zhì)次價(jià)高的，而且他們不考慮用戶在備件、維護(hù)、聯(lián)網(wǎng)等方面的需要，如果自己選擇，就可以避免這種現(xiàn)象。在線門校幣技術(shù)有效地抑制了環(huán)境溫度帶來(lái)的“零漂”問(wèn)題。分布式全隔離供電，避免了多根電源線產(chǎn)生的電源干攏。復(fù)雜控制算法滿足用戶先進(jìn)控制的要求。全漢化Windows風(fēng)格操作界面，提供詳細(xì)在線指導(dǎo)，操作簡(jiǎn)便不需專門培訓(xùn)。5．3．2現(xiàn)場(chǎng)控制站現(xiàn)場(chǎng)控制站是SunyPCC800系統(tǒng)的核心，主要由機(jī)柜、機(jī)籠、各類板卡、散熱單元以及機(jī)柜附件組成，一切過(guò)程數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算和控制均由安裝在現(xiàn)場(chǎng)控制站中的I／O模板與控制模板來(lái)完成。通過(guò)工程管理器ProjectMan(如圖2．4)完成對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)建立、硬件配置、控制組態(tài)和運(yùn)行，允許在線組態(tài)、在線安裝。直觀的畫面、強(qiáng)大的管理，可有效地幫助組態(tài)人員提高組態(tài)效率。如圖2．5所示，所有工業(yè)過(guò)程對(duì)系統(tǒng)維護(hù)。報(bào)表打印能通過(guò)任何一個(gè)操作站進(jìn)行控制，并自動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)打印。通信母線及其控制裝置可采用雙重化。10)調(diào)節(jié)回路I／O卡件具備l：1冗余功能5．5．3．2系統(tǒng)可靠性估算SUNYTDCS9200系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間MTBF為100000小時(shí)；平均修理時(shí)間MTTR為5分鐘。本系統(tǒng)的配置靈活、可方便地進(jìn)行擴(kuò)充。能與上位機(jī)通訊(留有通訊接口)并與其他DCS系統(tǒng)通訊。報(bào)警和報(bào)表信息可以分頁(yè)或在同一頁(yè)面上打印。不同的操作員可以任意設(shè)置操作權(quán)限，使系統(tǒng)的安全設(shè)置更為靈活。完成后的用戶軟件經(jīng)編譯安裝到主控模板并運(yùn)行于嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，從而完成對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)利控制。5．4．2硬件配置軟件SunyCfg硬件配置軟件SunyCfg完成對(duì)各模板運(yùn)行狀態(tài)的檢查和分析。它吸取了國(guó)外多家DCS在現(xiàn)場(chǎng)控制站的技術(shù)特點(diǎn)，具有可靠性高、可冗余配置的技術(shù)特色。由于I／O模塊實(shí)現(xiàn)了智能化，因此在I／O凋理模板內(nèi)部還有一層到端子的網(wǎng)絡(luò)——靈巧總線SmartBus。萬(wàn)能輸入模塊減少備品備件類型，最大限度地降低庫(kù)存成本。大容量FLASH的應(yīng)用省卻了后備電池，即使系統(tǒng)掉電，數(shù)據(jù)至少十年內(nèi)不會(huì)丟失。I／0、通訊、控制模板及電源、控制網(wǎng)絡(luò)均可實(shí)現(xiàn)冗余配置。浙大中自集成控制股份有限公司以浙江大學(xué)多個(gè)自動(dòng)化研究中心為技術(shù)依托，長(zhǎng)期從事集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于化工、生化、制藥、造紙、電力、冶金、食品等行業(yè)，已經(jīng)為諸多企業(yè)帶了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?？疾焓欠裼衷谕袠I(yè)使用的實(shí)例，效果是否令人滿意，制造廠家的后備支持系統(tǒng)是否完備，調(diào)查廠家工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)施能力、專業(yè)化解決方案的能力和設(shè)計(jì)能力，服務(wù)是否良好，性能／價(jià)格比是否最好，價(jià)格是否可以接受，備件供應(yīng)和響應(yīng)是否及時(shí)。5．減少工藝生產(chǎn)的運(yùn)行對(duì)儀表控制設(shè)備廠商的依賴，減少儀控人員培訓(xùn)所需的費(fèi)用。相對(duì)來(lái)說(shuō)DCS系統(tǒng)所用的微處理器和微機(jī)要便宜得多，故障相對(duì)分散，并且DCS系統(tǒng)中的微機(jī)或微處理器是并行運(yùn)行的，相對(duì)于集中控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的串行運(yùn)行來(lái)說(shuō)處理速度也大大提高，因此具有更高的實(shí)時(shí)性指標(biāo)，這些是DCS系統(tǒng)優(yōu)于集中控制系統(tǒng)而得到迅速發(fā)展的關(guān)鍵所在。5．1．2 DOS系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)DCS系統(tǒng)的推出并逐步發(fā)展成為過(guò)程控制領(lǐng)域的主角是由于以下一些原因：1．現(xiàn)代化的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)日趨大型化，復(fù)雜化，需要檢測(cè)和控制的參數(shù)大量增加，使得傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)顯得難以勝任，勢(shì)必得另辟蹊徑。但這種封