模糊—专家控制策略在循环流化床机组中的应用.pdf

2 0 1 2 3 ( ) 珏 1 J f J 内 蒙 古 电 力 技 术 、N ； 、 1 ( ) ) f 1 、 F ： f 1 ( ：_ r l J ( ： 93 模糊一 专家控制策略在循环流化床机组中的应用 苏瑞 ， 殷建华 ! 。 薛瑞 ( 1 内蒙古工业大学， 内蒙古 呼和浩特O l 0 0 8 0 ； 2 内蒙古电力科学研究院， 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 2 0 ) 摘 要 ： 针对循环流化床锅 炉发生床料翻床事故 的原 因及常规翻床处理方法的不足 ， 提 出 模糊一 专家控制策略 ， 即通过控制一次风支管风 门和利用一次风机液力耦合器调 节两侧床层 风压 ， 实现两侧床料的平衡 。当被调量偏差的绝对值超 出阀值则 系统启动基于规则的专家控 制功能； 当偏差的绝对值 小于阀值时 ， 系统将退 出专 家控制而激活模糊控制功能。控制策略 在 3 0 0MW循环流化床机组上应用之后 ， 有效避免 了翻床事故的发生。 关键词 ： 循环流化床机组； 翻床 ； 模糊控制策略 ； 专家控制策略 ； 床料 失稳； 一次风 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 8 6 2 1 8 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 9 30 3 App l i c a t i o n o f Fu z z y -Ex pe r t Co n t r o l S t r a t e g y i n Ci r c u l a t i n g Fl u i d i z e d Be d Po we r Un i t S u Ru i ，Yi n J i a n h u a ，Xu e Ru i ( 1 I n n e r Mo n g o l i a U n i v e r s i t y o f F e c h n o l o g T ，I n n e r M o n g o l i a H o h h o t 0 1 0 0 8 0 ； 2 I n n e r Mo n g o l i a El e c t r i c P o w e r S c i e n c e& Re s e a r c h I n s t i t u t e I n n e r Mo n g o l i a Ho h h o t 01 0 0 2 0) Abs t r a c t ：Owi n g t o c a u s e o f b e d o v e rtur n a c c i d e n t wi t h b e d ma t e ria l i n c i r c u l a t i n g fl u i d i z e d b e d( C F B) b o i l e r a n d d e fi c i e n c y o n c o mm o n t r e a t m e n t t o r o u t i n e b e d o v e rt u r n f u z z y e x p e rts c o n t r o l s t r a t e g y ha s b e e n p u t f o r wa r d ， t h a t i s ，ba l a n c i n g be d ma t e r i a l s o f t wo s i d e s c a n b e r e a l i z e d b y c o n t r o l l i n g p ri ma r y a i r ma n i f o l d b r a n c h g a t e a n d a d j u s t i n g b e d p r e s s u r e o f t wo s i d e s ， b y u s i n g h y d r o d y n a mi c c o u p l i n g f o r p r i ma ry a i r Wh e n a b s o l u t e v a l u e o f a d j u s t i n g v o l u m e d e v i a t i o n e x c e e d s v a l v e v a l u e ，s y s t e m s t a r t u p w i l l b e o n r u l e s o f e x p e rt c o n t r o l ；w h e n a b s o l u t e v a l u e o f a d j u s t i n g v o l u me d e v i a t i o n l e s s t h a n v a l v e v a l u e s y s t e m wi l l wi t h d r a w e x p e rt c o n t r o l ， a nd a c t i v a t e f u z z y c o nt r o 1 Af t e r a p p l i c a t i o n o f c o n t r o l s t r a t e gy i n 3 0 0 MW c i r c u l a t i n g fl u i d i z e d b e d( C F B ) b o i l e r 。 b e d o v e r t u r n a c c i d e n t h a s e f f e c t i v e l y a v o i d e d Ke y wo r ds ：c i r c ul a t i n g flui d i z e d b e d e x p e rt s c o n t r o l s t r a t e gy ；i n s t a b i l i t y o f b e d 1 机组概况 po we r u n i t s ； be d o v e r t u r n； f u z z y c o n t r o l s t r a t e gy ； ma t e ria l ；p rima ry a i r 神华神东电力萨拉齐发电厂 2 x 3 0 0 MW机组锅 炉为亚临界参数 、 一次中间再热、 紧身封闭、 平衡通 风 、 固态排渣 、 全钢架悬 吊结构 、 自然循环 、 循环流 化床汽包锅炉， 由哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计 制造， 燃用混合煤质。每台锅炉配置4 个高温绝热 分离器 、 4 个回料阀、 6 台滚筒冷渣器、 1 个管式空气 f 收稿 日期】2 0 1 1 - 1 2 一 J 8 作者简介】苏瑞( 1 9 8 8 一) ， 男， 内蒙古人， 硕 1 ： ， 研究方向为电力系统及其自动化。 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 1 2 年第3 O 卷第1 期 预热器及尾部对流烟道。2台锅炉采用并联配风系 统 ， 每个锅炉分别配置一次风机、 二次风机、 高压风 机 、 石灰石输送风机和引风机各 2 台。锅炉主要技 术参数见表 1 t ” 。 表 1 锅炉主要技术参数 2 床料翻床故障 2 1 故障现象 床料翻床是循环流化床锅炉较易发生的故障 之一 ， 常常威胁 到机组 的安全稳定运行 ， 神华神东 电力萨拉齐发电厂的2台循环流化床锅炉机组在调 试及投产初期就发生过数次翻床事故。锅炉送风 系统 中 ， 部分冷一次风被送至给煤机作为密封风 ， 其余被空气预热器加热后 ， 分别进入 2 个水冷风室 ， 经布风板进人炉内， 以保证炉内物料的流化。炉内 两侧床料失稳初期， 风室压力 、 一次风风量等参数 会发生明显变化 ： 一侧的压力持续升高 ， 风量逐渐 减小 ， 而另一侧则相反。床料失稳后期 ， 一侧的一 次风量会完全消失 ， 造成床料不能流化 ； 而另一侧 床料会翻至风量低 的一侧 ， 导致床料严重失稳而翻 床口 】 。 2 2 原 因分 析 由于锅炉下部采用了双支腿的结构型式 ， 这种 结构很容易使两侧 的布风板风量 、 料层阻力和循环 物料量等参数形成偏差， 当参数偏差过大时就会引 发床料翻床。通常， 以下情况均可能引起翻床事 故 ： ( 1 )炉膛两侧 的一次风量偏差大 。两侧一次 风量偏差明显时 ， 如果没有及时调整 ， 风量大 的一 侧床料就会逐渐被吹翻到另一侧 ， 发生翻床。 ( 2 )床料粒径分布不合理 。如果不能及时排 除煤炭燃烧后留下的坚硬物质， 将会因炉内流化质 量受到极大 的影响而翻床。 ( 3 )一次风调节门响应 时间过长 ， 床料失稳初 期没有及时调整 ； 一次风机出现喘振 ， 一次风压力 反复波动。 ( 4 )两侧 床温偏差 过大而影响到两床的流化 状况 ， 造成床压不平衡 。 ( 5 )炉膛两侧的给煤量长时间不平衡 ； 填加床 料时两侧的给料量偏差大。 ( 6 )物料循环不畅； 床压 、 风量测量不准 ， 布风 板堵塞或结焦 ； 运行误操作等。 3 翻床故障的处理方法 3 1 常规处理 发生 翻床时 ， 床压和一次 风量波动频繁 ， 整个 过程只有 1 一 一 2 mi n ， 通常利用 P I D控制进行调整( 即 通过控制风机 的转速及风 门的开度控制进 风量 ) 。 但由于控制对象复杂( 多变量耦合、 时变 、 非线性 等) 、 控制难度大， P I D 控制又具有滞后性且调节幅度 有限等缺点， 通常不能迅速、 有效地切除故障 。常 规 P I D风量控制流程见图 1 。 图 l 常规 P I D风量控制流程 3 2 模糊一专家控制 循环流化床机组采用模糊一专家控制策略后， 可以在C F B 锅炉即将翻床时， 迅速采取有效措施， 防止翻床事故的发生。 3 2 1 控 制 方式 在常规 P I D调节的基础上 ， 引入 了专家控制和 模糊控制策略 ， 流程见图2 。 专家控制策略采用I F T H E N的产生式语句来 表示专家控制规则 ， 调节对象主要为液力耦合器 ， 可以实现对风机等设备转速的控制 。模糊控制策 略则根据由锅炉的床压差E 和床压偏差率E C 绘制 的规则表得 出调节阀的开度 ， 实现调节一次风进 风量的 目的。上述 2 种控制策略并非同时作用于现 场实际系统 ， 而是通过某个阀值来实现 2 种控制方 2 0 1 2 年第 3 0 卷第 l 期 苏瑞， 等： 模糊一专家控翻策略在循环流化床机组中的应用 9 5 t 式的切换。当设定值和实际值偏差的绝对值超出 阀值时， 系统启动专家控制策略 ， 反之则激活模糊 控制策略。 3 2 2控 制 原理 模糊控制部分采用偏差 和偏差变化率 E C两 个 变量作为模糊控制器 的输入 ， 模糊控制器 的输 出 为执行器的开度 。该策略初步拟定将输人变量和 输出变量定义为7个等级 ， 并且定义 了输入信号 、 E C的范围， 采用三角形隶属函数将输入信号和输 出 信号模糊 化。首先定义相应 的模糊语 言变量( 、 P M、 P L、 Z O、 舰 、 N M、 N B， 分 别表 示正 大 、 正 中 、 正 小 、 零 、 负小 、 负 中、 负大 ) ， 根据规则定义 出相应 的 控 制规则 表 ， 然后 经过模糊 推理 、 聚类输 出和反模 糊 化得 到量化 的执 行器输 出信号 ， 其 规则见表 2 。 模糊一专家控制通过控制模块实现 ， 并可通过 s i m u 1 i n k 模块建立仿真程序 。 4 应用效果及建议 神华神东电力萨拉齐发电厂 3 0 0 M W C F B锅炉 机组采用 了模糊一专家控制策略后 ， 炉膛两侧的床 料能够保持平衡， 有效避免翻床事故的发生。 虽然在翻床事故发生时， 该控制策略可以采取 有效措施加 以应对 ， 但 为了保证机组安全可靠 地运 表 2 模糊控制输 出 规 则表 行 ， 建议采取一些必要 的预防措施 ： ( 1 )加强对床压 的监视。两侧 床压出现不平 衡时 ， 及时修改一次风量偏差的设置 。 ( 2 )调整两侧给煤量 ， 使两侧的一次风量 、 二 次风量以及床温等尽可能保持平衡 。 ( 3 )调整两侧启 动燃烧器人 口一 次风调节挡 板开度 ， 以保证风门调节的灵敏性。 ( 4 )加强床压控制 ， 及时排 渣或补充 床料 ， 维 持床压在正常范围内。 ( 5 )根 据床压 ， 适 当调整一次风压力 与风量 。 床压高时 ， 应增大对应的风压、 风量 ； 反之亦然 。 【 参考文献】 1 】哈尔滨锅炉厂有限责任公司 H G 一 1 0 6 5 1 7 5 一 L MG 4 4锅 炉机组说明书I M】 哈尔滨 ： 哈尔滨锅炉厂有限责任公司， 2 0 0 9： 3 一l 0 2 】王家万 3 0 0 MW C F B 锅炉翻床的处理 J 1 能源工程， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 6 8 7 2 3 】 蒋茂庆 ， 高洪培 ， 邝伟 ， 等 3 0 0 M W循环流化床锅炉床料 翻床原 因分析及运行对策 热力发电 ， 2 0 0 7 ， 3 6 ( 6 ) ： l 27 一l 2 9 【 4 】李明 循环流化床锅炉控制系统【 J 1 清华大学学报 ， 2 0 0 2 ， 4 2 ( 5 ) ： 6 6 5 6 6 8