锅炉APC先进过程优化控制解决方案

1、专业效劳,创造价循环流化床锅先进过AP优化限制解决方2021-11-1i锅炉燃烧过程优化限制方公司简集团中控始创于是中国领先的自动化与信息化技术、产品、解决方案应商,业务涉及工厂自动化、公用工程信息化、装备自动化等领域.公司是中科技集团的核心成员企业,致力于工厂自动化领域的现场总线与限制系统以及程模拟仿真系统的研究开发、生产制造、市场营销及工程效劳行业背行业现2.循环流化CFB燃烧技术是最近几十年开展起来的一种新型燃烧技术,于循环流化床锅炉具有燃料适应性广、燃烧效率高、高效脱硫的特点,因此近来有了很大的开展,我国的循环流化床也经历了小型、中型、大型三个开展阶段循环流化床能够解决我国燃烧锅炉存在

2、包括环境问题在内的诸多现实问题,因中国将成为循环流化床锅炉最大的商业市场行业难2.由于循环流化床锅炉燃料是在流化状态下燃烧,锅炉燃烧系统惯性大,各变量之间相互影响,加上有飞灰循环等影响因素,因CF锅炉燃烧系统是个大滞后、强耦合,多干扰的复杂非线性系统,自动燃烧优化限制难度较大,业内公认的限制难点鉴于循环流化床锅炉燃烧的复杂性和特殊性,对一般煤粉锅炉和其他过程制对象行之有效的常规限制方法,已难保证循环流化床锅炉各项限制指标的实现有别于常规限制,中控锅AP先进限制解决方案采用多变量模型预测限制专家规那么限制等智能限制策略,能够更好地结合专家经验的同时克服系统大滞后强耦合、多干扰等限制难点,可以较好

3、地实CF锅炉系统平安高效率的燃自动限制,各项指标稳定度大幅提升,经济效益比拟可观工程可行性分析3现场概述3.1贵公司炉机系统属中小型循环流化床多炉多机系统,实行母管制运行方式.一次检测仪表性能良好,风机调节为挡板和变频限制,主汽温度挡板调节,除挡板调节死区稍大外,其余执行器调节死区小于1%即执行器死区情况根本满足优化限制需求.流化床限制系统采用中控DCS系统,DCS上配置传统的PID自动限制回路中,汽包水位限制回路、给煤限制、一次风限制、二次风限制、引风限制、减温水控制等大局部回路,现场均由操作人员手动操作.优化空间3.2数据分析3.2.1对现场DCS数据进行取样分析,以#炉为例,数据包选取年

4、10月1日至年10月20日,总计20天的数据,进行离线统计分析,主要分析主汽压力、主汽温度、烟氧含量、炉膛负压、床层温度、床层压差六个指标的平均值与平均波动幅度两项特性值.如下表所示：序号指标平均值平均波动范围备注1主汽压力8.3MPa+0.5Mpa2主汽温度540c+0.5C3烟氧含量3.5%+1%氧量较低4炉膛负压10Pa+120Pa5床层温度955c+15C床温较高6床层压差8.9KPa+0.3KPa通过数据统计结果分析可知,由于现场燃煤的挥发分较高,氧量平均值较低,同时床温已经较高,因此燃烧效率本身提升空间就有限了,但各指标的平稳度还是有提升空间的,同时通过综合调整,可适当提升锅炉的传

5、热效率,从而进一步页15共页3第锅炉燃烧过程优化限制方提升锅炉的燃烧效率优化空3.2.通过现场数据分析,包括与领导、相关技术人员DC技术人员的技术交沟通,评估现场发现存在如下可提升的空间各指标的稳定性可进一步提升,波动幅度可减30以上各指标的经济运行匹配有待于进一步优化,提升锅炉效率降低煤耗实现经济运行之目的即,贵方现场锅炉燃烧系统存在可观的优化空间工程可行性分3.现场的现有设备,仪表,限制系统条件是否满足优化限制系统需求呢？通现场考察分析发现,一次检测元件的性能良好,保证了测量信号的质量,在改风量挡板调节精度后,可为优化限制提供了良好的限制手段DC系统可以提实时运行数据库综上所述,我们可以得

6、出如下结论现场存在较大的优化空间,具备经济效益挖潜空间现场设备、仪表、系统条件良好,满足优化限制系统需求条件暨在对现场外围硬件设备不进行大幅改造或追加投资的情况下,现场满足施锅炉自动燃烧限制技术的条件,能够通过对限制系统的优化提升,使得循环化床能够全自动运行,降低运行人员劳动强度的同时,又能提升机组的经济运水平,到达节能降耗的目的中控锅炉燃烧优化限制方过程优化限制平台简PC4.PC平台软件是基于行业领先的技术和经验优势以及雄厚的软件研发实和深刻的业务理解开发的一套优化软件体系,是浙江中控优化解决方案的重要1锅炉燃烧过程优化限制方成局部.它继承了浙江中控组态软件易用高效的特点,并在优化限制领域进

7、行深入研究.能够帮助用户减少人工操作、提升限制效果,从而到达节能、减排增效的最终目的PC平台软件可以与中AdvTroPr2.AdvTroPr2.6VisuaFiel组态软件进行底层的数据通信,无需通OP即可进行数据的采集及写出,少OP传输可能带来的平安和稳定的问题,同时也可与其他厂商系统通OP进行通信,做到了兼容性和稳定性的统一；严格的用户权限和操作记录能,可以使用户方便地进行治理；与组态软件共享的流程图及报警界面,让操员在组态软件和优化软件间无缝连接；严密的平安机制,可以保证在断电或其预料外情况下自动及时切成手动操作,保证现场的平安；精确到秒的投运率合率统计,使用户能准确地了解当前生产状况P

8、C软件带来的效益提升PC平台内置了功能强大的限制器和成熟的通用限制算法库,可以由工程员根据现场工程实际情况进行配置开发,形成工程定制的专用限制模块,能够现从回路级到设备级再到全工艺过程的全方位优化,实现从单回路优化限制到装置的先进限制与实时优化.使用户不用了解复杂的限制方案和限制理论,不进行繁琐的文件配置,仅关注由中控专家提炼出来的一些参数设置,就可以达良好的限制效果专用限制器模块库目定义控翻瞰块3E®EEHMFA行业限制器模块CPP"限制器限制器设计仿真sproea平台治理CBWUVFFPR.直通接口板块位号信宴口擅版.stasOPCftOVF/PROaeocsusffi

9、Kft图1PCO软件构架图页15共页5应用限制器部法工循环流化床锅先进过程优化限制方4.AP锅先进过程限制解决方案是基优化限制平台,将先进限制技PCAP用于循环流化床锅炉燃烧过程限制,使锅炉装置在优化条件下实现节能、高效平安、稳定运行,是集现状评估分析、方案设计、系统配置选型与成套、专业件提供、优化限制组态与调试、技术培训于一体的“交钥匙型优化限制整体决方案.循环流化床锅炉优化限制系统包含上下位机两局部,.图2锅炉APC先进过程限制方案框图上位机实时优化限制系统基于中控过程优化限制平台,包含锅PCOPCO炉燃烧优化限制与性能计算两局部,从而构成上位机的实时优化与在线评估计算系统；下位机为现场D

10、csa控系统上所做的平安联锁切换,通过opcs户/服务器功能实现与上位机的平安互动,现场执行器操作权限的在线切换.4.2.1PCO先控平台MCC母管协调限制主蒸汽母管压力限制目标为：主蒸汽母管压力限制系统协调本台锅炉与其它并列运行锅炉的运行使主蒸汽母管压力限制到达最正确状态,快速、准确和稳定的响应机侧热、电负荷指令的变化页15共页6锅炉燃烧过程优化限制方传统的主蒸汽母管压力限制方式常面临如下问题锅炉本身容易发生燃烧振锅炉之间互扰严锅炉与汽机之间藕合关系复由于这些难点的困扰,使得蒸汽母管压力难以限制,供热品质很难保证蒸汽母管压力的波动对供热品质形成极大的威胁,甚至涉及到热用户的设平安运行,所以为

11、了保证机组平安,提升供热品质,运行人员只能频繁手是劳动强度大,且效果又不是很好调节锅炉负荷以实现稳定蒸汽母管压针对这一缺乏,中母管压力限制系统采用如下方法克服传统方MC的缺乏系统内外部扰动的在线区内扰是指锅炉燃烧率的扰动,具特征是锅炉主汽压力与锅炉主汽流量向反响,外扰是指汽机电热负荷或邻炉对本炉的扰动,具特征是锅炉主汽力与锅炉主汽流量反向反响图3母管协调水平平衡原理图并行锅炉负荷调整权重的动态分配2母管并行运行的锅炉可根据自身情况和负荷调衡水平大小,选择“定压MCC模块实时运行带固定负荷或“调压运行母管协调两种方式.跟踪限制母管压力,计算出并行锅炉总体负荷调整量,结合人工设置的初始权重,并根据

12、参与“调压运行的锅炉数量,考虑到参与调节的锅炉负荷余量以及负荷跟踪水平,动态计算出每台“调压运行锅炉的负荷权重,进而页15共页7锅炉燃烧过程优化限制方计算出每台“调压运行锅炉的负荷调整量,并及时调整输出的各台锅炉负荷设定值上为克服母管制运行方式的蓄热惯性,应使锅炉限制尽快跟随汽机需要即克服母管压力限制的外部扰动,对应汽机侧调峰机组的能量量信号要进锅炉侧参与限制4.2.PC先控平台一PC锅炉燃烧优化控PC锅炉燃烧优化限制是基于锅炉过程机理,同时结合锅炉燃烧行业专经验与高效的操作经验而制定的先控方案,采用了专家规那么限制,非线性限制技术手段,将整个锅炉系统分割成假设干限制段,各限制段间既相互联系又

13、可独投切,方便灵活,实现给煤、配风自动限制、燃烧优化限制、动态适应汽机端荷需求,同时保证系统最大的燃烧效率,烟气指标满足排放标准多变量锅炉燃烧控多变量锅炉燃烧限制的主要目标是,在保证锅炉燃烧效率的前提下快速匹负荷变化需求,实现锅炉系统稳定与经济运行多变量锅炉燃烧系统为四入输入四输出系统,四个限制目标为主汽压力、氧含量、床层温度与床层压差,四个限制手段为一次风、二次风、给煤与排渣采用专家规那么与非线性限制相结合的限制方法,根据锅炉负荷变化同时调整给量、一次风量、二次风量与排渣,从而保证锅炉燃烧效率的根底上快速匹配负需求风煤比、一二次风配比通过目标优化得到当前负荷下的最正确量,同时接受工调整量,综

14、合结果用于限制输出床层压差此处指料层高度,根据锅炉动力场试验结果,结合现场炉膛下部室压力,通过床层压差与布风板阻力计算,同时考虑到燃料密度等信息综合计出实时料层高度信息,以此作为该回路的限制目标,限制手段为排渣,实时接来自燃烧调节前馈的处理结果,采用非线性限制算法,从而实现料层高度的快精确稳定限制为克服系统滞后的影响,将来自汽机端的负荷需DE信号变化作为系D,快速响应系统负荷变化,从而实现主汽压力、床层温度、床层压差、烟1锅炉燃烧过程优化限制方含量随系统负荷变化的精确稳定限制炉膛负压控炉膛负压回路限制目标为炉膛负压,限制手段为引风,实时接收来自一二风变化前馈的处理结果,采用非线性限制算法,从而

15、实现炉膛负压的快速精确定限制主汽温度控主汽温度回路限制目标为主汽温度以及减温器出口汽温,限制手段为减温水实时接收来自燃烧调节前馈的处理结果,采用非线性限制算法,从而实现主汽度的快速精确稳定限制图4PCO锅炉APC先进过程限制软件4.2.3PCO先控平台一一系统性能计算锅炉系统性能计算软件包含锅炉燃烧及对许多不能直接测量的机组和主要设备的性能指标测算,具体如下：(1)机组性能如机组热耗率、汽耗率、循环热效率、厂用电率、发电煤耗、页15共页9锅炉燃烧过程优化限制方供电煤耗等)锅炉性能如燃烧效率、排烟热损失和其他各项燃烧损失等)空预器性能如空预器漏风率、烟气侧效率、空气侧效率等当机组处于稳定运行工况

16、时,计算出来的运行性能值具有较高的精确度该局部为可选配置,即根据能耗核算方法选择是否配置该模块图5系统性能计算主界面图4.2.4平安联锁切换锅炉平安联锁切换主要功能是实现上位机优化限制软件与下位机DCS系统间的平安互动,执行变量的限制权限切换,系统平安联锁保护等功能.具体功能如下：(3)通讯故障联锁.上位机PCO平台通过OPC客户/效劳器功能实现与下位机DCS系统的数据交互,平安联锁模块需要实时监测二者的通讯状态,一旦数据通讯失败,该模块主动将所有执行器的限制权限切换为下位机手动限制.(4)系统平安联锁.锅炉系统自身的平安联锁(如停炉,MFT等)引入平安联锁模块,当系统安全联锁触发时,该模块主

17、动将所有执行器的限制权限切换为下位机手动限制.页15共页10锅炉燃烧过程优化限制方)测点故障联锁被控变量测点出现故障,相应限制回路执行器的限制权限切换为下位机手限制执行器故障联锁执行器出现故障,相应限制回路限制权限切换为下位机手动限制限制效果跟踪联该局部功能只对优化限制回路的限制效果进行跟踪,如出现调整速度过快波动幅度过大等不良限制状态,该模块主动将该回路执行器的限制权限切换为位机手动限制系统架|CFBAPC图6锅炉APC系统架构图锅炉APC系统核心为APC优化效劳器,主要包含数据通讯与优化限制软件两局部(1)数据通讯整个限制系统的数据源为下位机DCS系统.中控DCS系统：中控锅炉APC先控方

18、案与下位机DCS系统可实现无缝连接,进行平安稳定的数据交互.页15共页11锅炉燃烧过程优化限制方非中控系统需具OPCServe软件,中控锅AP软件通OP协议与位机系统实现数据交互AP优化限制软件优化限制效劳器一台(工业电脑中PC优化限制平台软件包评估方预期收6.现场循环流化床锅炉系统密封性良好,仪表设备完好,执行机构的调节精满足精度要求的前提下,通过中控锅AP先进过程限制解决方案可实现锅炉燃烧系统各关键变量的稳态偏差范围减小(减30稳定性将得到较大幅度地提升,大幅降低人工操作强度锅炉燃烧系统煤耗降0.6%0.8左右,系统限制平稳带来的间接收也比拟可观收益分6.在设备无故障时,可实现以上锅炉限制

19、回路全部自动投运,最终真正实现能降耗1投入自动后,可以降低操作人员劳动强度.操作人员可以把更多的精投入到现场设备的的巡检,提升设备的完好性2床压稳定自动限制,为保证床温在较高工况下运行,床压的定值是负的函数,并遵循：低负荷,低床压,高负荷,高床压的自动运行方式床压信号需要经过计算,屏蔽布风板阻力的影响,真正反映料层的实厚度,床层厚度与床温的结合表示了锅炉储藏热量的总和,床压自动稳定投入,利于负荷变化锅炉的灰平衡,为其他优化参数的调整根底良好的效果11锅炉燃烧过程优化限制方床温自动限制,在保证满足脱硫及脱销、设备平安运行的前提下,稳3的提升床温,并改善物料燃烧环境,使物料在密相区得以较充分的燃烧

20、提升了密相区燃烧份额,稀相区的不完全燃烧成份降低,飞灰可燃物到明显的降低.及实现床压随负荷的随动自动调节,可以有效减少炉含碳量,减少不完全固体不完全燃烧损失,同时可以减少风机电耗以内,可以使锅炉4炉膛负压的自动限制可以使炉膛压力偏差在40P更适宜的炉膛压力下运行；密封情况良好下,自动限制可以保证炉膛口在偏差范围很小的微负压运行,减少风量损失及风机电耗,同时也长物料在炉膛的停留时间,减少飞灰含炭量.此项可以减少机械不完1%-20.1%-0.2,飞灰含碳量降损失,预计可以降低炉渣含碳左右,以上两项床温床压的优化控2如果炉渣与飞灰份额比8,因此可以减少煤0.12%-0.24可以提升锅炉效0.11%-

21、0.21在床温、炉膛负压限制定值适当提升、床压定值随负荷变化稳定限制5根底上,氧量自动限制的参数偏差可大幅度减少,调整氧量定值信号最正确值附近,可在保证在最正确空气过剩系数下运行,减少排烟量损失同时减少送引风机电耗；预计通过合理的风煤比、一二次风配比等参1的自动限制,可以在不影响不完全燃烧的前提下,将氧量定值下左右,由于锅炉设0.40%-0.45定自动限制,此项可以提升锅炉效左右0.45%-0.5190左右,因此可以减少煤效率同时以上各项燃烧优化自动的投入,由于通过低氧燃烧、正压燃烧及一6二次风合理配比对炉膛燃烧份额的优化等举措,使使炉内传热、传质程得到强化,炉膛内贫氧区的燃烧状况得到有效改善

22、,同等负荷工况下-排烟温度也会有所降低,预计同等负荷下同比排烟温度可以降2左右0.12%-0.24C因此可以减少煤主汽温度信号的稳定及提升,将会提升机组的循环热效率,减少供电7耗,目前的温度信号还经常达不到额定值,如果自动投入后,温度偏C左右.由此可以减少供电或供减少,预计可以提升主汽温度定左右煤0.0711锅炉燃烧过程优化限制方主汽压力的稳定及适当提升同样会将会提升机组的循环热效率,减少8电煤耗,目前主汽压力及主汽母管压力还未到达设计额定值状态,但汽压力定值的提升空间也受汽机负荷限制,自动投入后,预计可以每由此可以减少供电或0.02MP左锅炉可以适当提升主汽压力定左右0.04汽煤自动参数的稳定对于减少锅炉设备的损耗,延长锅炉的寿命等有明显9意义在每台锅炉稳定投入自动限制后,可以投入母管压力协调限制,对全10机组的经济稳定运行有良好作用,此项也需在自动投运后根据生产数来测算以上综合,