1鍋爐系統(tǒng)控制要求

1.1主要監(jiān)測參數(shù)

 
1.2控制部分
     根據(jù)鍋爐出口熱水溫度、熱水流量、熱水壓力、爐膛壓力、煙氣含氧量自動調(diào)節(jié)鍋爐給煤量、鼓/引風機風量，以保證鍋爐處于最佳的燃燒狀態(tài)，最佳熱效率，控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用西門子PCS7控制系統(tǒng)，并備有手動和自動操作模式。

1.3聯(lián)鎖控制部分

此項目涉及到鍋爐電機起停保護，原則為啟動電機順序一次是引風機、一次風機、二次風機、爐排電機、給煤機。停止電機順序一次是爐排電機、給煤機、一次風機、二次風機、引風機。如果引風機停，必須停一次風機和二次風機，如果一次風機停，必須停二次風機和爐排電機和給煤機。

當鍋爐運行中出現(xiàn)下列情況時，設置自動切斷鼓、引風機的裝置：

●鍋爐壓力降低至0.4MPa時；

●鍋爐水溫升高至140℃時；

●鍋爐出口流量低于420t/h；

●循環(huán)水泵突然停止運行時；

鍋爐的引風機與鼓風機之間設置聯(lián)鎖：

●啟動：引風機－鼓風機－爐排

●停止：爐排－鼓風機－引風機

鍋爐的爐排與除渣機之間設置聯(lián)鎖：

●啟動：除渣機－爐排

停止：爐排－除渣機

2 鍋爐自動控制特點

鍋爐的燃燒控制主要解決的是鍋爐的熱平衡問題。當外網(wǎng)的負荷變化時，相應的一、二次風量分配也會變化。因此，鍋爐的燃燒控制即要控制給煤量，也要控制一、二次風的給風量。也就是要根據(jù)外網(wǎng)的負荷變化情況來控制鍋爐的給煤量。根據(jù)鍋爐燃料的供給速度來控制鍋爐的一、二次風量，再根據(jù)鍋爐的出口的煙氣的含氧量對風/煤比進行自動調(diào)整。

鍋爐自動控制系統(tǒng)將整個鍋爐控制分成如下幾個部分：燃燒過程控制、給水母管壓力控制，除氧器控制。燃燒過程控制又可以分成送風控制、爐排轉(zhuǎn)速控制、爐膛負壓控制，此三部分相互關(guān)聯(lián)。

燃燒系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)的第一個任務是維持鍋爐出口熱水溫度保持穩(wěn)定，克服自身燃料方面的擾動，保證負荷與出力的協(xié)調(diào)；第二個任務是使燃料量與空氣量相協(xié)調(diào)（風煤比），保證燃燒的經(jīng)濟性；第三個任務是使引風量與送風量相適應，維持爐膛壓在一定范圍內(nèi)。

由于鍋爐在運行過程中負荷經(jīng)常發(fā)生變化，這樣必須隨負荷變化及時調(diào)整燃料量，鍋爐中，進出熱量的平衡體現(xiàn)在鍋爐出口熱水溫度，負荷調(diào)節(jié)即溫度調(diào)節(jié)，溫度調(diào)節(jié)通過燃料量的調(diào)節(jié)即爐排轉(zhuǎn)速的改變來實現(xiàn)。因此在具體的控制設計中基本上應根據(jù)負荷來設定爐排轉(zhuǎn)速——粗調(diào)，根據(jù)鍋爐出口熱水流量來細調(diào)爐排轉(zhuǎn)速；根據(jù)爐排轉(zhuǎn)速來設定送風——粗調(diào)，由煙氣含氧量來細調(diào)送風量，再根據(jù)送風來調(diào)整引風以維持負壓。

細調(diào)過程在規(guī)則控制中實現(xiàn)，粗調(diào)在大的負荷變動中采用。粗調(diào)要求有比較準確的爐排轉(zhuǎn)速與負荷的對應表、鼓風與引風的對應表。細調(diào)要求有準確的專家經(jīng)驗。對應表及規(guī)則表可寫入程序并可在界面中修改。

3鍋爐自動調(diào)節(jié)回路
3.1鍋爐負荷調(diào)節(jié)

鍋爐負荷調(diào)節(jié)回路鍋爐出口熱水溫度作為主調(diào)量，并結(jié)合鍋爐出口熱水流量、爐膛溫度、爐膛運算，輸出至爐變頻器，控制爐排轉(zhuǎn)速，并按鍋爐含氧量智能專家系統(tǒng)計算，保證鍋爐出口熱水溫度，節(jié)約能源。

3.2一次風機控制

送風控制使燃料量與空氣量相協(xié)調(diào)（風煤比），保證燃燒的經(jīng)濟性。結(jié)合操作經(jīng)驗，設定一合適的風煤比，給煤輸出變化×風煤比＋上周期一次風機輸出 = 一次風機的輸出。

3.3二次風機控制

二次風機控制采用單回路，作為一次風量的補充。

3.4爐膛負壓控制

鍋爐爐膛負壓調(diào)節(jié)采用調(diào)節(jié)引風機轉(zhuǎn)速方式，將鼓風機開度作為前饋量，爐膛負壓作為被調(diào)量送入控制系統(tǒng)，經(jīng)過爐膛負壓調(diào)節(jié)器的運算，控制系統(tǒng)輸出控制引風機變頻器，調(diào)節(jié)引風機轉(zhuǎn)速，以達到節(jié)約能源、穩(wěn)定爐膛壓的目的。爐膛負壓控制是保證鍋爐安全燃燒的首要控制對象。

3.5鍋爐含氧量調(diào)節(jié)

鍋爐含氧量調(diào)節(jié)回路將爐膛含氧量作為主調(diào)量，將爐排控制信號作為前饋量，并結(jié)合鍋爐出口熱水溫度、鍋爐出口熱水流量、爐膛溫度等工況參數(shù)，經(jīng)過控制系統(tǒng)的智能專家調(diào)節(jié)運算，計算風煤比系數(shù)，確定含氧量控制點，優(yōu)化含氧量，優(yōu)化燃燒，節(jié)約能源。

4鍋爐燃燒優(yōu)化控制

4.1鍋爐燃燒系統(tǒng)的三大控制任務
a) 保證鍋爐出口水溫恒定以適應負荷需要；
b) 維持氧含量在理想范圍保證經(jīng)濟燃燒；
c) 維持爐膛在一定負壓范圍之內(nèi)保證鍋爐安全運行。

4.2三大控制任務的手段
a) 鍋爐出口水溫的控制通過調(diào)節(jié)輸入燃料量和送風量的多少來實現(xiàn)；
b)氧含量的控制主要通過調(diào)節(jié)送風量和燃料成適當配比（風煤比）來實現(xiàn)；
c)爐膛負壓的控制主要通過調(diào)節(jié)引風量和送風量來實現(xiàn)。

4.3主要被控參數(shù)

4.3.1鍋爐出口水溫

鍋爐出口水溫是衡量供求關(guān)系平衡與否的重要指標，出口水溫還是送風控制回路中送風調(diào)節(jié)器的前饋信號，當負荷變化時送風擋板立即動作。鍋爐出口水溫調(diào)節(jié)器根據(jù)鍋爐出口水溫的變化，對各臺并行運行的鍋爐按預定的比例發(fā)出增、減負荷的信號。

4.3.2爐膛負壓、送風量、引風量

爐膛負壓過高或過低都會影響鍋爐的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟燃燒。若爐膛負壓過小，容易局部噴火，不利于安全生產(chǎn);若爐膛負壓過大，則漏風嚴重，從而導致總風量增加、煙氣熱損失增大、煤耗增加。爐膛負壓的穩(wěn)定是通過爐膛負壓、送風量、引風量3個變量參數(shù)信號經(jīng)過控制系統(tǒng)內(nèi)各功能塊的作用，調(diào)節(jié)引風變頻轉(zhuǎn)速，控制其引風量來實現(xiàn)的。當負荷增大時，熱負荷調(diào)節(jié)器發(fā)出信號，通過調(diào)速電機增大給煤量。同時，與給煤量成比例的送風量也由于送風調(diào)節(jié)器的動作，使送風量相應增大，此時爐膛負壓立即下降，需增加引風量以保證爐膛負壓的穩(wěn)定。由于調(diào)節(jié)器要在爐膛負壓變化后才有輸出，雖然引風調(diào)節(jié)器的輸出調(diào)節(jié)了引風變頻的轉(zhuǎn)速，但在一段時間內(nèi)爐膛負壓仍在下降。因此將送風調(diào)節(jié)器的輸出作為引風調(diào)節(jié)器的前饋信號，送到爐膛負壓調(diào)節(jié)回路的引風調(diào)節(jié)器，使送風調(diào)節(jié)器動作時引風調(diào)節(jié)器立即動作，以解決測量滯后問題。引風量實際上是送風量的微調(diào)。以上調(diào)節(jié)可通過西門子PCS7控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。

4.3.3煙氣氧含量

煙氣氧含量是檢查鍋爐燃燒系統(tǒng)燃料量與送風量是否合適的一個指標。一般用空氣過剩率，即風煤比來衡量燃燒效率�？諝膺^剩率是通過分析煙氣中氧的含量來設定的。鍋爐煙氣氧含量一般為4%，相應的空氣過剩率在1.02-1.10時，燃燒效率最高。當負荷或燃煤質(zhì)量發(fā)生變化時，煙氣中的氧含量要發(fā)生變化，因此除了通過氧量調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)氧含量外，氧量調(diào)節(jié)器的輸出還作為送風調(diào)節(jié)器的輸入信號來校正送風量，以保證燃燒的經(jīng)濟性。
    鍋爐燃燒系統(tǒng)的三個控制目標是相輔相成的，鍋爐出口水溫變化，需要調(diào)節(jié)燃料和送風，這勢必會引起爐膛氧含量和負壓的變化；氧含量變化，需要調(diào)節(jié)送風和燃料,同樣要引起出口水溫和爐膛負壓的變化；爐膛負壓變化，需要調(diào)節(jié)引風和送風，反過來也要引起氧含量的變化，因此是一個強相關(guān)、強耦合的系統(tǒng)。同時，由于實際過程中燃料的配比不穩(wěn)定，燃料的熱值時好時壞，“負荷流量”的需要量時高時低，致使被控對象極其不穩(wěn)，所以存在強烈的外部干擾�？傮w說來，鍋爐燃燒對象是一個具有多變量、強耦合、強干擾、大滯后等特性的復雜過程系統(tǒng)。

4.4鍋爐運行優(yōu)化控制原理
a)通過運行歷史數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)，建立機組在不同的干擾量（負荷，環(huán)境溫度）下，鍋爐各可調(diào)量，如一次風壓，二次風壓及不同的二次風量組合，煙氣含氧量、給煤量等，與鍋爐運行性能（NOx和效率）之間的非線性動態(tài)模型；
b)通過穩(wěn)態(tài)模型，尋優(yōu)機組當前可以達到的最佳性能；
c)采用動態(tài)控制，控制機組達到最佳狀態(tài)，從而實現(xiàn)性能最佳。

4.5具體實現(xiàn)的技術(shù)方案
    控制系統(tǒng)獲取鍋爐機組的所有狀態(tài)與參數(shù)，以這些數(shù)據(jù)為基礎，進行建模、優(yōu)化與控制，得到影響鍋爐運行性能的各個控制量的最優(yōu)值，并以偏置值的形式反饋到控制系統(tǒng)，實現(xiàn)鍋爐運行性能的閉環(huán)控制。 鍋爐運行優(yōu)化控制系統(tǒng)給出運行可調(diào)參數(shù)的最佳值，如最佳的煙氣含氧量，最佳的一次風壓，二次風壓等，并將這些值傳送給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)完成具體的控制任務。

4.6鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)
c)鍋爐煙氣含氧量的優(yōu)化控制技術(shù)
    國內(nèi)早期燃燒優(yōu)化控制技術(shù)的研究主要為鍋爐煙氣含氧量的優(yōu)化控制研究。煙氣含氧量代表了鍋爐燃燒的風煤比,是影響鍋爐燃燒效率和污染排放的關(guān)鍵參數(shù)。早期的燃燒優(yōu)化控制主要以提高鍋爐運行效率為目的,一般情況下,鍋爐的效率與煙氣含氧量成凸的二次曲線關(guān)系,因此這些運行優(yōu)化控制的研究都是采用這一關(guān)系曲線對鍋爐的煙氣含氧量進行在線的尋優(yōu)控制,以保證鍋爐的最佳燃燒效率。由于早期鍋爐效率不可在線測量,因此很多研究采用了煙氣中CO含量與鍋爐效率的關(guān)系作為間接尋優(yōu)煙氣氧量的依據(jù)。這類控制系統(tǒng)簡單、有效,但是比較粗糙,實際應用很少,這主要是受早期鍋爐可控性較差、各種分析測量儀表尚沒有成熟的影響。
   對于燃燒控制系統(tǒng)來說，在燃燒負荷變化時，一般都要根據(jù)燃燒特性對過量空氣系數(shù)進行調(diào)整，使其處于較好狀態(tài)。但是只是過量空氣系數(shù)合格還不能完全說明燃燒狀態(tài)的好壞。因為在負荷或煤種變化大的情況下，過量空氣系數(shù)在整個燃燒過程中應是變化的，低負荷和煤質(zhì)變差時，過量空氣系數(shù)有所增加。這是因為負荷降低時，燃料的空氣量變得很小，一次風動量降低，使燃料和空氣混合不好，容易引起不完全燃燒，若要防止煤粉堵管和燃盡燃料就要求加大風量，從而過量空氣系數(shù)增加；同樣煤質(zhì)變差時，若要完全燃燒，所需的理論空氣量就會增加，相應的過量空氣系數(shù)應有所增加。

5故障報警系統(tǒng)

故障報警系統(tǒng)的完善，使得運行人員可以快速掌握報警發(fā)生地點，對超溫、超壓、泄漏、堵塞、斷電等各種故障的發(fā)生做到及時診斷，及時檢修，保證系統(tǒng)安全運行。系統(tǒng)配置閃光報警控制儀，把循環(huán)水泵電動機電流、過載，補水定壓點壓力過高或過低，無氧水箱、軟化水箱液位及消防水箱高低液位等信號接入閃光報警控制儀進行聲光報警，同時在計算機上位機進行報警顯示及報警信號報表存儲。

6安全保護系統(tǒng)

安全保護系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的主要組成部分。涉及安全的工藝參數(shù)的設定值由工藝及設備制造廠家依據(jù)有關(guān)規(guī)范給出，不允許操作人員修改或從自動保護中切除。

在某些特殊階段需要修改和切除時由安全部門和運行人共同確認和履行手續(xù)，制定應急措施，正、付操作員必須不間斷地監(jiān)視系統(tǒng)的運行情況。

安保參數(shù)分為二類：一類是會造成重大事故，當參數(shù)超過安全值時，控制系統(tǒng)會立即自動停爐；一類是會危及正常運行或影響設備運行壽命，當這類參數(shù)超過安全值時，控制系統(tǒng)會對相應控制量進行調(diào)整，仍然無效時由操作人員實施停爐或其它處理。

一般在涉及到系統(tǒng)運行安全的控制設備應設有人工干預緊急按鈕，如遇到緊急情況，操作員可以進行人工干預。

所有的安保參數(shù)，在沒達到安全設定值之前均有報警。在這些報警出現(xiàn)后，操作人員應準確判斷原因，迅速采取措施，避免參數(shù)到達安保設定值。自動停爐的安保及動作：

●啟動時，先開引風機，然后啟動一次風機，再啟動二次風機和給煤機。停運時， 先停給煤機和二次風機，再停一次風機，最后停引風機。

●當出現(xiàn)一下條件四時，應自動停爐。

鍋爐壓力降低至0.4MPa時；

鍋爐水溫升高至140℃時；

鍋爐出口流量低于420t/h；

循環(huán)水泵突然停止運行時；

●給煤設備故障

在鍋爐供熱正常運行時，如4臺給煤變頻器同時故障(信號進入西門子PCS7)，則控制系統(tǒng)自動發(fā)出停爐指令。

●一次風機、引風機停運

風機的停運觸發(fā)自動停爐。

啟動風機的程序(由控制系統(tǒng)順序?qū)崿F(xiàn))

啟動引風機并正常, 然后啟動一次風機。

停止風機的程序(由控制系統(tǒng)順序?qū)崿F(xiàn))

停一次風機并確認, 然后停引風機。

7燃煤鍋爐經(jīng)濟運行分析

控制系統(tǒng)通過供熱指標計算公式，完全可以實現(xiàn)自動計算鍋爐熱效率、供熱標準煤耗率、供熱標準電耗率、供熱標準水耗率等經(jīng)濟運行熱指標。并且連續(xù)在線實時地進行熱力計算和結(jié)果輸出。

控制系統(tǒng)對輸入、輸出的數(shù)據(jù)自動進行存儲，可以實時查詢并通過離線查詢工具進行歷史查詢。也可以通過拷貝的方式把歷史數(shù)據(jù)存到其它計算機進行查詢。

控制方案自動計算出以年、月、日、班各個時間段的累計量。并自動進行存儲

鍋爐燃燒效率公式：

g=Q1/Q  g燃燒熱效率；Q1鍋爐供熱量；Q鍋爐給熱量

Q1=G X △T G總循環(huán)水量；△T供回水溫差

Q=T X Qnet T鍋爐耗煤量；Qnet煤低位發(fā)熱值

通過以上計算公式與鍋爐自尋優(yōu)算法調(diào)配風煤比相結(jié)合，可降低鍋爐耗煤量，大大提高熱效率。