【正文】 控制系統(tǒng)完整結(jié)構(gòu)圖 控制器正反作用的確定煙氣含氧量控制回路中，鼓風(fēng)機相當(dāng)于氣開式調(diào)節(jié)閥，為正作用，所以符號為正；當(dāng)鼓風(fēng)機的頻率增大，鼓入爐膛的空氣量增大，所以被控對象為正作用，符號為正；測量變送器的符號為正；偏差符號為負(fù)；為使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，必須保證系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋，所以煙氣含氧量控制器為正作用。 控制規(guī)律設(shè)計內(nèi)環(huán)需要起到快速消除內(nèi)擾的作用，且不要求無差，所以此階段燃料/空氣流量控制回路的副調(diào)節(jié)器選擇比例P控制算法。煙氣含氧量前饋調(diào)節(jié)器：鼓入爐膛的空氣中的含氧量是可以測得的，一般情況下，空氣中含有的氧氣比例占20%左右。假設(shè)鼓入爐膛的空氣含氧量為，鍋爐排出的煙氣的含氧量與設(shè)定值之間的偏差為，則對應(yīng)煙氣含氧量偏差的空氣量為上式即為煙氣含氧量前饋調(diào)節(jié)器，這相當(dāng)于加入了一個干擾觀測器。即為鼓入空氣的補償量，相當(dāng)于增加或減少的空氣量，正好可以彌補不足或過剩的煙氣含氧量，才能使煙氣含氧量達到理想值。當(dāng)時，說明煙氣含氧量偏小，爐膛中空氣量不足，應(yīng)增大風(fēng)機K1101頻率，增加空氣量，所以為正；當(dāng)時，說明煙氣含氧量偏大，爐膛中空氣量不足，應(yīng)減小風(fēng)機K1101頻率，減少空氣量，所以為負(fù)。 爐膛負(fù)壓控制鍋爐正常工作時，爐膛必須處于負(fù)壓狀態(tài)，其爐膛負(fù)壓必須保持在一定范圍內(nèi)。鍋爐爐膛的負(fù)壓對鍋爐的安全生產(chǎn)和資源的利用率起著決定性的作用。一般負(fù)壓應(yīng)控制在20(Pa)左右。如果爐膛負(fù)壓太大，會使大量冷空氣進入爐膛，增大引風(fēng)機負(fù)荷和排煙帶走的熱損失；而如果爐膛負(fù)壓太小，甚至出現(xiàn)正壓，則爐膛內(nèi)的火焰和煙氣就有可能從爐墻縫隙或測點空洞外逸，嚴(yán)重影響設(shè)備和人員安全。 爐膛負(fù)壓影響因素爐膛負(fù)壓是由鼓風(fēng)量和引風(fēng)量之間特定關(guān)系形成的，因此如果爐膛負(fù)壓保持穩(wěn)定，那么鼓入爐膛中的鼓風(fēng)量和排煙量就是一個動態(tài)平衡關(guān)系。所以，鼓入爐膛中的空氣量和排煙量的變化都能引起爐膛負(fù)壓的變化。(1) 鼓風(fēng)量如果鍋爐的排煙量一定，當(dāng)鼓風(fēng)量增大時，爐膛的負(fù)壓程度隨之變??；當(dāng)鼓風(fēng)量減小時，爐膛的負(fù)壓程度隨之變大。但由于煙氣含氧量控制系統(tǒng)中為了令燃油充分燃燒，鼓風(fēng)量需要跟隨燃油流量進行比值控制。(2) 煙道擋板開度當(dāng)鼓風(fēng)量不變時，煙道擋板的開度越大，則引風(fēng)機的抽力越大，排出的煙氣也就越多。但當(dāng)煙道擋板開度過大時，引風(fēng)抽力可能過大，排煙量過多，可能造成爐膛熄火的危險。 爐膛負(fù)壓系統(tǒng)SDG模型 被控變量與操縱變量的選擇被控變量：爐膛負(fù)壓工藝要求。操縱變量：排煙量盡管鼓入爐膛中的空氣量和排煙量的變化都能引起爐膛負(fù)壓的變化，但考慮到如果依靠改變鼓入爐膛中的空氣量來調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓，則由于爐膛內(nèi)空燃比發(fā)生變化而使燃料燃燒效率受到影響，進而影響過熱蒸汽溫度、壓力。因此，為了消除耦合，選擇排煙量作為爐膛負(fù)壓的操縱變量，采用調(diào)節(jié)煙道擋板DO1101開度來控制排煙流量。 調(diào)節(jié)閥的選擇煙道擋板DO1101用于調(diào)節(jié)排煙量，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，為保證爐膛壓力不致過高或過低，應(yīng)使?fàn)t膛和大氣聯(lián)通，故煙道擋板應(yīng)處于打開狀態(tài)，所以煙道擋板為故障開。 控制方案設(shè)計鍋爐煙道對象的時間常數(shù)較小，調(diào)節(jié)通道和鼓風(fēng)擾動通道的特性都可以近似認(rèn)為是比例環(huán)節(jié)。由于被調(diào)量的反映過于靈敏，所以其調(diào)節(jié)過程易產(chǎn)生激烈跳動，因此簡單的單回路控制不能保證控制質(zhì)量。因為鼓風(fēng)量的大小變化是爐膛負(fù)壓產(chǎn)生擾動的主要因素，因此考慮加入鼓風(fēng)量前饋控制，這樣可以再鼓風(fēng)量發(fā)生擾動時迅速改變排煙量。 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 控制器正反作用的確定爐膛負(fù)壓控制回路中，煙道擋板為故障開，為負(fù)作用，所以符號為負(fù)；當(dāng)閥門開大時，爐膛負(fù)壓減小，所以被控對象為負(fù)作用，符號為負(fù)；測量變送器的符號為正；偏差符號為負(fù)；為使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，必須保證系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋，所以爐膛負(fù)壓控制器為正作用。 控制規(guī)律設(shè)計(1) 爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)器選擇PID加前饋控制對爐膛負(fù)壓進行控制，這是因為PID控制方法結(jié)構(gòu)簡單，易于整定和維護，且爐膛壓力變化是個快速響應(yīng)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)PID控制方法即可勝任。(2) 前饋補償器鼓風(fēng)量只需要在鍋爐穩(wěn)定運行狀態(tài)下進行補償，且擾動通道與控制通道的動態(tài)響應(yīng)相近，故采用比例P控制規(guī)律作為靜態(tài)前饋控制即可。 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)Pamp。ID圖 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)Pamp。ID圖 自然循環(huán)鍋爐控制系統(tǒng)Pamp。ID圖 自然循環(huán)鍋爐控制系統(tǒng)Pamp。ID圖第三章 開車及停車順序鍋爐從停爐到進入正常運行需要一個合理的開車步驟，使鍋爐安全、快速地進入正常工況狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)因為某種原因需要停爐，而此時鍋爐處于正常工況下時，則需要一個完整的停車步驟令鍋爐安全、節(jié)能、“低碳”地停止工作。一旦鍋爐運行中出現(xiàn)不能通過調(diào)節(jié)作用降低或消除的危險時，就需要啟動緊急停車方案，迫使鍋爐快速中斷風(fēng)險。 開車順序鍋爐從停爐狀態(tài)到正常運行階段需要遵循合理的開車步驟，使鍋爐安全、節(jié)能、快速地進入正常工況。為了直觀地闡述鍋爐開停車階段的協(xié)調(diào)關(guān)系，本方案應(yīng)用使用圖形化描述方法Petri網(wǎng)來描述鍋爐開停車過程的順序。其中，用圓圈表示鍋爐開停車過程中的某個狀態(tài)，用黑色粗杠表示系統(tǒng)中的某個變遷規(guī)則（即動作），用有方向的連線表示一個連接弧，表示過程的發(fā)生方向。狀態(tài)集合S稱之為庫所，用于表征離散事件系統(tǒng)的狀態(tài)；變化規(guī)則集合T稱之為變遷，用于表征離散事件系統(tǒng)從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)的規(guī)則。下面是鍋爐開車順序的Petri網(wǎng)圖，其中序號代表的具體狀態(tài)及動作見表3表32。S1表示開車前鍋爐必須達到的安全狀態(tài)，即必須確保所有的閥門和開關(guān)都處于關(guān)閉狀態(tài)；S2~S5是除氧器投運階段；S6~S13是鍋爐上水階段；S14~S23是鍋爐點火升壓階段；S24~S32是鍋爐負(fù)荷提升階段；S33表示鍋爐正常運行工況狀態(tài)。 開車順序Petri網(wǎng)圖中的序號所代表的具體狀態(tài)和動作下表。表31 開車狀態(tài)查詢列表序號狀態(tài)序號狀態(tài)S1起始狀態(tài)S18S2開車S19主燃料投入命令 S3除氧器液位400mmS20保持汽包封閉S4加熱到100℃S21蒸汽溫度加熱到400℃S5除氧器壓力1000mmH2OS22蒸汽溫度420℃S6鍋爐上水命令S23S7準(zhǔn)備上水S24汽包水位250mm~300mmS8壓力與大氣連通S25~S9省煤器投運S26負(fù)荷提升S10水位250mmS27S11停止手動上水S28產(chǎn)量20t/hS12汽包水位穩(wěn)定在300mmS29V1104位于小開度S13除氧器壓力穩(wěn)定在2000mmH2OS30負(fù)荷35/hS14鍋爐點火升壓命令S31負(fù)荷65t/hS15爐膛不含可燃?xì)怏wS32穩(wěn)定溫度440℃S16煙道擋板開度20%S33正常工況S17點燃開工燒嘴表32 開車動作查詢列表序號動作序號動作T1打開V1106手動充水T14開啟點火按鈕T2打開XV1106T15打開XV110V1104T3關(guān)閉XV1106T16關(guān)閉XV1104T4打開PV1101T17V1103開度50%T5打開XV1101T18調(diào)整汽包水位T6打開XV1104T19調(diào)整過熱蒸汽壓力T7打開V1102T20緩開V1105T8打開HV1101 手動上水T21調(diào)節(jié)蒸汽壓力T9關(guān)閉HV1101T22緩開V1105T10打開V1101T23調(diào)節(jié)V1105T11打開PV1101T24緩調(diào)V1105T12打開煙道擋板DO1101 開風(fēng)機S1101T25調(diào)整蒸汽溫度T13調(diào)節(jié)煙道擋板T26調(diào)節(jié)各操作變量 正常停車順序鍋爐從正常工況到停鼓的過程需要合理的停車步驟，才能保證鍋爐的安全和節(jié)能。下面是本方案設(shè)計的正常停車順序。 正常停車順序Petri網(wǎng)圖中的序號所代表的具體狀態(tài)和動作下表。表33 正常停車狀態(tài)查詢列表序號狀態(tài)備注S1停車命令S2鍋爐處于正常工況S3鍋爐負(fù)荷降低S4停止燃油供給S5爐膛無燃油進入S6停止空氣供給S7切換至手動上水防止低負(fù)荷時儀表測量不準(zhǔn)造成誤操作S8汽包水位稍高于標(biāo)準(zhǔn)水位防止冷卻時水位下降S9停止進水供給S10除氧器壓力下降S11停止熱力除氧S12爐膛熄火S13汽包壓力降至很小S14確保鍋爐壓力安全防止鍋爐內(nèi)負(fù)壓S15防止?fàn)t膛內(nèi)燃油復(fù)燃S16鍋水溫度降至70℃防止水溫過高不能對管壁降溫S17爐內(nèi)水放凈防止形成水垢，及水中酸性物質(zhì)腐蝕管壁S18鍋爐停車完畢表34 正常停車動作查詢列表序號動作備注T1緩慢關(guān)小V1105降低負(fù)荷T2關(guān)閉燃油泵P1102使?fàn)t膛熄火T3關(guān)閉V1104 XV1102T4停鼓風(fēng)機K1101,及引風(fēng)機T5關(guān)閉V1101及前后開關(guān)閥，打開HV1101防止低流量時儀表測量不準(zhǔn)造成誤操作T6調(diào)節(jié)HV1101T7關(guān)閉V1106T8關(guān)XV1106停止除氧，節(jié)能T9緩慢關(guān)小PV1101T10關(guān)閉DO1101防止燃油復(fù)燃、爐膛超壓T11繼續(xù)緩慢關(guān)小V1105T12關(guān)閉V1105，開放空閥XV1104防止汽包壓力過高T13確定DO1101關(guān)閉T14確定爐膛內(nèi)無火焰，溫度降低T15放水T16關(guān)閉所有閥門并掃爐 緊急停車順序當(dāng)鍋爐運行中出現(xiàn)異常，且不能通過調(diào)節(jié)作用有效降低或消除危險時，就需要啟動緊急停車方案，迫使鍋爐中斷運行而停爐。緊急停車要求迅速切斷可能影響安全的因素，使鍋爐快速停爐，并及時檢查鍋爐異常的發(fā)生原因。下面是本方案設(shè)計的緊急停車順序。 緊急停車順序Petri網(wǎng)圖中的序號所代表的具體狀態(tài)和動作下表。表35 緊急停車狀態(tài)查詢列表序號狀態(tài)備注S1緊急停車命令鍋爐運行出現(xiàn)危險異常S2停止燃油供給S3爐膛無燃油進入S4停止空氣供給S5鍋爐自然通風(fēng)冷卻S6汽包壓力降低S7爐膛內(nèi)無可燃物防止燃料復(fù)燃，確保爐膛安全S8緊急停車終止表36 緊急停車動作查詢列表序號動作備注T1停燃油泵使?fàn)t膛熄火T2關(guān)閉V1104 XV1102T3停鼓風(fēng)機K1101,及引風(fēng)機T4全開DO1101防止?fàn)t膛壓力過高T5開XV1104，關(guān)V1105防止汽包壓力過高T6吹掃爐膛T7檢查各儀表參數(shù)確?；謴?fù)安全狀態(tài)第四章 鍋爐低碳節(jié)能措施我國工業(yè)鍋爐每年消耗的能源約占整個國家能源消耗的三分之一。 過?？諝饬空{(diào)節(jié)除在“煙氣含氧量控制”部分分析的過?？諝鈱﹀仩t運行的影響外，從“低碳”、環(huán)保的角度考慮，當(dāng)煙氣過剩含氧量增加時，燃料中的硫分解形成有害的S03，使煙道尾部的預(yù)熱器易受腐蝕，排向大氣中的有害氣體更不利于環(huán)保。而如果煙氣含氧量過低，說明爐膛中的染料不能得到充分燃燒，這會導(dǎo)致煙氣的含炭量增高，不僅浪費燃料，同時還會造成煙氣含炭量增高，有?！暗吞肌敝黝}。按照鍋爐的負(fù)荷要求，實時調(diào)節(jié)燃油量和空氣量，令空氣量實時地跟蹤燃油量，達到最佳空燃比，使燃油的燃燒效率高，排出的CO2等溫室氣體減少，令鍋爐處在良好的運行狀態(tài)。這部分空燃比控制系統(tǒng)已經(jīng)在“煙氣含氧量控制”部分進行了詳細(xì)設(shè)計。最佳空燃比也不是一定不變的，當(dāng)鍋爐運行工況發(fā)生較大變化時，保持同一個空燃比運行，會造成鍋爐的各項主要熱損失增加，送、引風(fēng)機運行經(jīng)濟性下降，甚至使燃燒過程嚴(yán)重惡化，供電及燃油消耗率明顯增加。因此當(dāng)機組運行工況發(fā)生變化時，需要對最佳煙氣含氧量設(shè)定值進行修改：高負(fù)荷時由于爐膛溫度高，著火條件好，燃燒穩(wěn)定，此時可減小過量空氣系數(shù)，以減小排煙損失。 降低煙氣溫度排煙熱損失時鍋爐各項損失中最大的一項。其中排煙溫度是排煙熱損失的主要影響因素。排煙溫度直接決定著鍋爐效率的高低，當(dāng)鍋爐在相同負(fù)荷，相同參數(shù)條件下產(chǎn)生相同的蒸汽，排煙溫度及排煙量增加，就意味著產(chǎn)生相同質(zhì)量的蒸汽所需要的標(biāo)煤量增加，從而造成鍋爐效率的下降。如果排煙溫度過高，會直接導(dǎo)致排煙熱損失的增加。所以，最佳排煙溫度有利于提高鍋爐的經(jīng)濟效率的提高。煙氣溫度只能在一個合理、有效的范圍內(nèi)進行調(diào)整。為了提高鍋爐的經(jīng)濟效率，對煙氣溫度要求維持在一定范圍內(nèi)，如果煙氣過高，則需要在保證鍋爐正常工況的前提下，對鍋爐的運行狀態(tài)進行微調(diào)整，以滿足“低碳”主題。本方案中降低煙氣溫度考慮到的措施有：(1) 煙氣速度省煤器中，如果在峰值以下煙氣與上水的相對速度越高，則傳熱比越大，即上水吸收的熱量越多，相對應(yīng)地，煙氣的溫度也就下降得越大。但由于煙氣速度與鼓風(fēng)機、引風(fēng)機的功率，以及煙道擋板的開度大小有關(guān)，而這些操縱變量又與煙氣含氧量、爐膛壓力等控制量相關(guān)。由于這種耦合關(guān)系，對煙氣溫度只能在一定范圍內(nèi)進行微調(diào)，即滿足鍋爐正常運行范圍的前提下，盡量降低煙氣溫度。(2) 過剩空氣量如果鍋爐運行時的過?？諝饬窟^大，那么燃油燃燒產(chǎn)生的煙氣量增加，則會使?fàn)t膛出口溫度升高，造成排煙損失增加導(dǎo)致鍋爐效率下降。當(dāng)負(fù)荷變化時，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整進入爐膛的燃料和空氣量，相應(yīng)的改變?nèi)紵r。負(fù)荷升高時，燃料量增加，空氣量增加從而會使排煙溫度升高。由于高負(fù)荷時爐膛溫度高，著火條件好，燃燒穩(wěn)定，此時可減小過量空氣系數(shù)，達到減小排煙損失的目的。而低負(fù)荷時則應(yīng)適當(dāng)減小爐膛負(fù)壓，以減小漏風(fēng)，提高爐膛溫度，這對穩(wěn)定燃燒，減少未完全燃燒損