循环流化床锅炉集散控制系统设计

1、第25卷第4期吉林化工学院学报Vol .25No .42008年8月JOURNAL OF J I L I N I N STIT UTE OF CHE M I CAL TECHNOLOGYAug .2008 收稿日期:2008-05-28作者简介:李晓红(1967-,女,吉林省吉林市人,吉林化工学院实验师,主要从事自动化控制方面的研究.文章编号:100722853(2008042007220375t/h 循环流化床锅炉集散控制系统设计李晓红1,林士伟1,陈丽娟2,李军林2(1.吉林化工学院信息与控制工程学院,吉林吉林132022;2.山东莱芜煤矿机械有限公司,山东莱芜271100摘要:循环流化床

2、锅炉是一种利用燃烧矿物燃料生产蒸汽的一种装置,具有燃烧适应性强、效率高、脱硫率高、污染物排放量低等优点.在介绍了75t/h 循环流化床锅炉的结构基础上,给出了汽包水位系统及主汽压力系统的集散控制方案设计.关键词:循环流化床锅炉;集散控制;三冲量调节中图分类号:TP 273+.5文献标识码:A循环流化床锅炉是一种利用新型燃烧技术循环流化床燃烧矿物燃料生产蒸汽的一种装置,具有燃烧适应性强、效率高、脱硫率高、污染物排放量低等优点1.目前,推广循环流化床的主要障碍在于循环流化床锅炉工艺复杂,对其进行良好的自动控制难度较大,因此目前循环流化床锅炉的自动化水平大部分比较低25.本文以吉林前郭炼油厂75t/

3、h 循环流化床锅炉项目,采用无锡锅炉制造厂生产的75t/h 流化床锅炉,利用集散控制系统(DCS 来完成工艺参数数据的采集、指示、报警及完成整个装置的操作及联锁停车.1循环流化床锅炉结构图1所示为循环流化床锅炉燃烧系统结构图.根据不同物料的流动情况,循环流化床锅炉分为两个部分:图1循环流化床锅炉系统结构图第一部分由炉膛(又称流化床、气固分离设备,固体物料再循环设备和外置热交换器等组成,上述部件形成了一个固体物料循环回路.第二部分为水平烟道,布置有过热器、省煤器和空气预热器等.煤粉由给煤机进入炉膛,再由从炉膛底部进入的一次风将煤粉送入炉膛中央进行燃烧.加入石灰石的目的,是为了在炉内进行脱硫.石灰

4、石的主要化学成份是Ca O,而煤粉燃烧后产生的S O 2、S O 3等,若直接通过烟囱排入大气层,必然会造成污染.加入石灰石后,石灰石中的Ca O 与烟气中的S O 2、S O 3等起化学反应,生成固态的CaS O 3、CaS O 4(即石膏,从而减少了空气中的硫酸类的酸性气体的污染.2循环流化床锅炉被控对象特点及控制的难点2.1多变量输入、多变量输出循环流化床是一个非线性、多变量、强耦合的复杂系统,循环流化床锅炉被控对象如图2所示 .图2循环流化床对象由图2可见,循环流化床锅炉被控对象为多变量输入、多变量输出对象.由于循环流化床锅炉燃烧中,任何一个物理参数(如温度、压力、流量、液位的改变都会

5、影响到其他物理参数的改变(这在控制理论中称之为耦合性.如燃料量(煤粉量的改变,不仅会影响到炉床温度的变化,也会影响到主蒸汽流量的变化,以及影响到主蒸汽压力的变化和主蒸汽温度的变化.2.2输入变量、输出变量之间的非线性循环流化床锅炉燃烧过程中,各被控设备的输出物理量对输入物理量的响应有较大的时间滞后特性,理量的之间的数学特性为非线性,使得控制运算变得复杂,这样就必然给各物理量的控制带来很大的困难.3循环流化床锅炉主要控制方案3.1汽包水位控制系统锅炉汽包水位的控制是安全生产和提供优质蒸汽的保证.将汽包水位、蒸汽流量及给水流量的测量信号送入加法器进行叠加,然后将叠加后的信号送给水位调节器作为后者的

6、测量值.水位调节器则根据测量值与给定值的偏差改变调节阀的开度,达到控制汽包水位的目的.循环流化床锅炉给水控制系统在低负荷时采用单冲量调节系统.为克服“虚假水位”现象对给水控制系统造成的不利影响,在蒸汽参数稳定、给水流量允许的情况下,给水控制系统可设计为自动或手动切换到三冲量串级调节系统.一般在负荷大于30%时采用由汽包水位、给水流量和主蒸汽流量组成的三冲量串级控制系统来调节给水阀门,从而保证汽包水位在规定范围内变化.在此控制系统中,汽包水位信号经汽包压力补偿后与汽包水位的设定值偏差作为主调节器的输入信号,主蒸汽流量信号经温度、压力补偿修正后,与给水流量信号一起作为副调节器控制系统的输入信号,给

7、水流量为喷水减温水流量信号后的总给水流量.为保证给水控制系统的有效工作,针对不同负荷、不同水位偏差值及水位偏差的变化情况从多组P I D 参数中选择一组合适的参数去控制汽包水位.在异常情况下,控制系统由自动切换至手动操作 .控制系统如图3所示:图3控制系统图3.2主蒸汽压力控制系统对于蒸汽负荷控制的实现,最终是通过改变燃料量来完成的.而燃料量的改变又必然将影响到各台锅炉各自的过热器出口蒸汽压力,并且也必将会导致炉床温度及炉膛出口温度的改变,故而控制系统必须考虑各参数的相互影响.所以,燃料量控制系统的结构如图4所示。由于循环流化床锅炉的燃烧过程十分复杂、受到多种因素的影响,不仅燃烧系统内部的给煤

8、、一、二次风、返料耦合性强,而且过程的非线性和37第4期李晓红,等:75t/h 循环流化床锅炉集散控制系统设计 大滞后也使对象十分复杂,难于建立精确的数学模型,常规的控制方案很难得到理想的控制效果.本装置采用的模糊控制方案是把燃料量控制、料床温度控制、主蒸汽压力控制综合起来考虑,采用专家智能方案组成锅炉燃烧控制系统,以克服循环流化床锅炉复杂的燃烧过程特性 .图4燃料量控制系统结构图4结论参考文献:1牛培峰,孙健,柴天佑.循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望J .动力工程,1988,18(6:39-46.2牛培峰,周丽芹,李国胜,等.大型国产循环流化床锅炉的汽温自适应串级控制系统J .动力工程,

9、2004,24(2:204-207.3高夫燕,张丰田,金超.模糊神经网络控制器在CF BB 床层温度控制中的应用J .锅炉技术,2006,37(11:42-45.4张浚奎.循环流化床锅炉的控制现状J .山西电力,2004,(118:11-12.5张燕秦,徐向东.循环流化床控制系统设计研究J .电站系统工程,2003,19(5:50-52.D esi gn of d istr i buted con trol syste m for 75t/hc i rcul a ti n g flu id i zed bed Bo ilerL I Xiao 2hong 1,L I N Shi 2wei 1,C

10、HEN L i 2juan 2,L I Jun 2lin2(1.College of I nf or mati on &Contr ol Engineering,J ilin I nstitute of Che m ical Technol ogy,J ilin City 132022,China;2.Shandong Lai w u CoalM iningM echanical Engineering Co .,LT D.Shandong 271100,China Abstract:Circulating Fluidized Bed Boiler (CF BB is a equi pment p r oducing vapour by burning m ineral fuel with the virtue of burning adap tati on,high efficiency,high desulfurring rate,and l ower polluti on let 2out etc .The structure of 75t/h CF BB is intr oduced,and the distributed contr ol strategy f or water level