汽包锅炉控制方案优化

.汽包锅炉控制方案优化一、概括电厂锅炉种类许多，有炉排炉、循环流化床炉、自然循环汽包炉和直流炉等，不一样的锅炉有不一样的控制和优化方式，控制是让锅炉有关参数稳固；优化是对工艺、焚烧、配风等进行经济控制，提升效率，降低排放。电厂锅炉除直流炉外，都有一个明显特色，有自己的汽包。不论是烧垃圾的垃圾炉，循环流化床锅炉，仍是烧煤的汽包炉；也不论是母管束运转，仍是单元制运转，都因锅炉有一个汽包，它们的核心控制思想变为一致，即利用汽包的储能变化，实时检测焚烧率的变化，从而实时调整燃料量，达到快速、稳固的控制和调理。直流锅炉主假如控制中间点温度（焓）来调理风水煤；汽包锅炉主假如控制主汽压力和汽包压力的稳固来调理风水煤。本文主要介绍汽包锅炉控制的共同点来说明对其进行控制方案的优化。二、原理及动向特征汽包锅炉焚烧控制系统包含燃料量控制、送（一二次）风控制和引风控制三个主要子系统；焚烧过程自动控制的基本任务是依据机组负荷的变化，使燃料焚烧所供给的热量适应锅炉输出蒸汽量的需求，同时保证焚烧过程的经济性和锅炉运转的安全性。依据锅炉焚烧控制任务，主要调理以下三个物理量：燃料量调理调理燃料量使入炉燃料焚烧所产生的量能与锅炉外面负荷需求的量能相适应。送风量调理燃料量改变时，送风量也应改变，以保证燃料的完整焚烧和排烟热损失最小。调理送风量的目的是保证锅炉焚烧过程的经济性。3．引风量调理调理引风量的目的是使引风量与送风量相适应，以保持炉膛压力在要求范围内，以保证焚烧过程稳固性。从图1所示的锅炉焚烧对象显示，锅炉焚烧控制系统是一个多输入多输出的非线性多变量强耦合控制系统。在锅炉焚烧控制过程中，经过燃料量控制、送风控制和引风控制三个子系统分别对三个调理变量（燃料量B、送风量V、引风量G）进行调理，以保持三个被调量（主..蒸汽压力PT、烟气含氧量O2、炉膛压力Plt）的稳固。锅炉焚烧过程被控对象的动向特征是指机组运转过程中各样扰动惹起的各被调量变化的动向关系，锅炉焚烧过程被控对象的动向特征主要有以下三个：1）主蒸汽压力PT在内、外扰动下的动向特征；2）烟气含氧量O2在送风量扰动下的动向特征；3）炉膛压力Plt在引风量扰动下的动向特征。（一）内扰作用下主蒸汽压力的动向特征:主蒸汽压力PT遇到的主要扰动有二个，其一是焚烧率μB扰动称为基本扰动或内部扰动；其二是耗汽量D的扰动，称为外面扰动。主蒸汽压力PT的动向特征与用汽调理装置有关，图2（a）为用汽量不变时，锅炉焚烧率μB扰动下主蒸汽压力PT变化的阶跃响应曲线。此时主蒸汽压力PT是一个无自均衡能力的被控对象。汽包压力Pb与主蒸汽压力PT之差p2与主蒸汽流量以及过热器的阻力成正比。依据阶跃响应曲线确立延误时间Bτ，能够求出：（1）反响速度：（2）反响时间：反响时间TB定义为：焚烧率改变其额定值的10％,汽压改变10%所经过的时间。图2（b）为用汽调理阀门开度不变时，锅炉焚烧率μB扰动下主蒸汽压力PT变化的阶跃响应曲线。此时主蒸汽压力PT是一个有自均衡能力的被控对象。汽包压力Pb与主蒸汽压力PT之差p2随燃料量和进入汽轮机的蒸汽流量的增添而增添。依据锅炉蒸发受热面的热量均衡关系可得：式中:Qr——热负荷阶跃变化；D——主蒸汽流量(负荷)；h"——饱和蒸汽焓；——蒸发受热面热容。依据以上热均衡关系式可得：..（４）式中Cb称为蓄热系数，其物理意义为汽包压力Pb改变一个单位，蒸发受热面所吞吐的蒸汽量。式（4）表示，测出主蒸汽流量D和汽包压力Pb的变化速度dpb/dt，与必定的蓄热系数Cb配合,便可获得代表热负荷Qr的热量信号，能够快速反应燃料量的变化。（二）外扰作用下主蒸汽压力的动向特征:外面扰动是指负荷变化的扰动，图3（a）和图3（b）分别为进汽量D和用汽调理阀门开度μT扰动下主蒸汽压力PT变化的阶跃响应曲线：图3（a）中，主蒸汽压力PT在阶跃降落p0后，向来保持等速降落，为无自均衡能力的被控对象。图3（b）中，主蒸汽压力PT在阶跃降落p0后，降落速度渐渐变慢，最后稳固于一个较低的压力值，为有自均衡能力的被控对象。（三）烟气含氧量的动向特征烟气含氧量O2是影响焚烧过程经济性的重要指标，主要经过改变进入炉膛的送风量V对烟气含氧量O2进行调理。送风量V扰动下烟气含氧量O2变化的阶跃响应曲线如图4所示。由图4中烟气含氧量的阶跃响应曲线可知，其动向特征拥有滞后、惯性和自均衡能力。（四）炉膛压力的动向特征炉膛压力Plt对锅炉运转的安全性有重要影响，主要经过改变引风量G对炉膛压力Plt进行调理。引风量G扰动下炉膛压力Plt变化的阶跃响应曲线如图5所示。在送风量V和引风量G的扰动下，炉膛压力Plt的动向特征惯性很小，可近似以为是比率环节。这里把负压和氧量的特征取出来说事的目的，是由于锅炉控制中，这两个子系统一定先投入自动运转，不然锅炉自动控制存在限制。三、汽包锅炉控制共性依据焚烧系统控制的动向特征，送风及引风控制相对简单，送风量与煤量成正比，氧量修正，引风量与送风量成正比，对互相耦合的系统进行解耦控制。实质应用中，送风量前馈控制引风量，当制粉系统运转和停止时，给煤量微风量会变化，也需要找到影响关系，进行前馈控制。..煤量依据负荷或压力进行调理和控制，因用汽环节是一个快速回路，而锅炉是一个相对惯性较大的回路，要让锅炉快速知足负荷需求端的需求，就要对锅炉进行快速调理和快速稳固控制。最经济和快速的方法就是利用式（4）测出主蒸汽流量D和汽包压力Pb的变化速度dpb/dt，与必定的蓄热系数Cb配合,获得热量信号，进行快速调理，这一方法合用于所有汽包锅炉的焚烧控制。在系统中，以热量信号取代燃料量信号，不只能够反应燃料量的变化，并且还能够战胜燃料单位发热量变化对焚烧过程的影响，从而提升锅炉运转过程的稳固性。热量信号，是指燃料进入炉膛焚烧时在单位时间内产生的热量。能够用静态下的主蒸汽流量D（单元机组用P1调速级压力表示）和动向下的汽包压力变化速度dpb/dt表示，其计算公式为：式（5）中:Cb——锅炉的蓄热系数：在锅炉运转过程中,热量信号只应当反应焚烧率的变化（内扰）,而不该当反应负荷的变化（外扰）。即热量信号只与焚烧率的变化有关,而与负荷的变化没关。当焚烧率不变而负荷变化时，热量信号不变。在外扰和内扰不一样时，要差别对待，下边分别说明：（一）单元制机组锅炉用直接能量均衡的方法控制，汽机的能量需求要等于锅炉的热量信号，这时蒸汽流量信号要改成调速级压力（与负荷成正比）信号，锅炉主控前馈要加上:C1是调速级压力与煤量的关系系数，代表每变化1MPa压力，需要的煤量。当外界负荷变化时，直接加减煤量；此时的Cb取值要经过试验获得，在焚烧率不变时，改变用汽调门，从而改变P1，让式（6）相等。比方，P1增添，这时Pb会降落，C1×P1增添部分的暗影面积要与Cb×dpbdt相等，就能获得Cb，这样就能快速战胜外扰。内扰是焚烧工况、煤质变化，还需要一个既能战胜外扰，也能战胜内扰的公式，第一个前馈公式是：这里的C2与式（6）的同样，也是调速级压力与煤量的前馈关系系数，代表每变化1MPa压力，需要的煤量的1/2～2/3，而不是所有，要留1/2～1/3给PID来调理，用于前馈快速调节，但不可以过大，不然简单过调。C3在这里起重点的战胜内扰的作用，与式（6）的作用相反。当煤质变化时，第一影响焚烧，因炉膛温度检测的不确立性，大的锅炉也没有测点，所以反应最快的点是汽包压力（每个汽包炉都有）因汽包压力变化慢，因此用其微分，放大C3倍来捕获，用于控制。一般调试人员比较禁忌C3的取值，不敢设置得太大，造成其作用..有限，因此要放大到1500～3000倍，作用才显然，自然防止压力跳变带来的扰乱，需要进行上下幅值限制。我们来剖析式（7）的作用体制和原理。当外界负荷增添时，P1增添，Pb降低，式（7）的两个作用实质是相加的关系，提早多加煤，当Pb开始上涨时，不论主汽压力能否上涨到目标值，式（7）的两个作用实质是相减的关系，这些就开始减少煤量或限制煤量上涨（PID调理的积分作用是增添煤量），C3是纯比率作用，此时的回头作用要大于PID的积分作用。当煤质变好，热量信号增添，同样的煤量造成汽包压力上涨，式（7）的两个作用实质是相减的关系，煤量减少；反之，煤质变差，热量信号降低，汽包压力减少，式（7）的两个作用实质是相加的关系，煤量增添。因此，式（7）具备战胜外扰和内扰的作用，C2和C3两个参数选择好了，锅炉控制就会变得简单。（二）母管束运转的锅炉母管束运转的锅炉与单元制机组的控制有差别，不可以用直接能量均衡的方法控制，任何一个用汽端用汽量的变化，都会影响母管压力，从而影响母管运转的每台锅炉；任何一台锅炉的煤质变化，不只影响自己，还会经过母管压力，影响其余锅炉。母管束运转的锅炉要用总的能量需求与总的锅炉发热量均衡，存在依据用汽端与锅炉距离远近进行加权负荷分派，来平衡锅炉间的互相影响；母管对每台锅炉的的能量需求要改成锅炉出口蒸汽流量（与负荷需求成正比，与需求端距离远近和压损形成自然分派的关系）信号，因此，这时的锅炉主控前馈要加上:式中D是锅炉出口主蒸汽流量，这里的C4是单位蒸汽流量需要的煤量的前馈关系系数，代表每变化1t蒸汽流量，需要的煤量。C3与式（7）中的C3作用和取值同样。当外界用汽量增添时，母管压力会降低，一是负荷分派给有裕量的锅炉加煤；同时管道依据距离远近和压力损失自然分派，会让每台锅炉的主汽流量D有不一样的增添，汽包压力Pb降低，式（8）的两个作用实质是相加的关系，提早多加煤，当锅炉自己的Pb开始上涨时，不论母管压力是否上涨到目标值，式（8）的两个作用实质是相减的关系，这时就开始减少煤量或限制煤量上涨，反之亦然。当煤质变好，同样的煤量造成汽包压力上涨，式（8）的两个作用实质是相减的关系，煤量减少；反之，煤质变差，汽包压力减少，式（8）的两个作用实质是相加的关系，煤量增添。因此，式（8）具备战胜外扰和内扰的作用，C3和C4两个参数选择好了，母管束锅炉控制也就会变得简单。式（8）合适所有汽包锅炉，包含煤粉汽包炉、循环流化床汽包锅炉以及炉排垃圾锅炉。垃圾锅炉不好控制的原由是没有人把式（8）式用于控制，国内外的炉排厂家也没有这个应用。..（三）压力快速拉回控制锅炉控制是一个多变量输入，非线性的控制系统，要想控制好压力，还需要做一个压力误差快速拉回的前馈控制回路，用于压力误差较大时使用。实质压力高，需要直接减少必定数目的煤量A，当汽包压力变化率连续40秒降落时，就要撤消这个前馈煤量A；反之，实质压力低时，需要直接增添必定数目的煤量B，当汽包压力变化率连续40秒上涨时，也要撤消这个前馈煤量B，实现方法好多，在这就不详尽说了然。四、应用式（6）的应用很广，几乎每个投入协调控