用DCS实现锅炉燃烧优化的闭环控制

用DCS实现锅炉燃烧优化的闭环控制

　中国电力用！实现锅炉燃烧优化的闭环控制武宝会，师建斌国家电力公司热工研究院，陕西西安710032不稳定等原因，直困扰着其闭环控制系统发展。本文提出利用！实现闭环控制的途径与方法，并论述燃烧优化控制系统的基本原理与！的通信方式及在电厂的应用。关键词电厂锅炉；风粉在线监测；优化燃烧；闭环控制司热工研究院己通过部级技术鉴定和应用成果鉴定运行，彻底改变了司炉的习惯操作方式，为运行人员监视每只燃烧器的风粉情况，及时有效地进行燃烧优化调整提供了条件和依据。随着技术日臻成熟和该系统在电厂广泛应用，实现燃烧优化的闭环控制成为人们关心和研究的新课。利用！硬件优势和灵活方便的软件组态功能实现这控制系统，不需要增加额外的硬件费用，系统维护量小，可靠性较高，是今后燃烧优化控制系统发展方向。

　　1风煤在线监测简介在线监测锅炉次风燃烧器出口流速和煤粉浓度是实现燃烧优化控制的基础。在电厂锅炉未安装燃烧优化指导系统前，运行人员基本上是靠监视次风静压和给粉机转速凭经验调整燃烧，但由于次风压的间接性给粉机转速的非线性和性能的分散性，使不同给粉机在相同转速下的下粉量差异很大，很难使锅炉的燃烧效果达到最佳。

　　风煤在线监测就是实时测量锅炉次风燃烧器出口流速和煤粉浓度。次风测量元件为标定过的靠背型测速管，安装在混合器前的水平管段上，可减小磨损并有效防止带粉气流堵塞传压孔。由测速元件测量计算的风速还需经面积和温度修正，将其换算为燃烧器出口流速才更为直观和具有指导意义。

　　煤粉浓度是用热量平衡原理测量与计算的。在次风热风管道煤粉仓和风粉混合后管道上分别安装3只专用温度探头，分别用于计算空气和煤粉不同电厂煤粉浓度计算的数学模型。

　　闭环控制系统的投运对风煤在线监测次测量元件的可靠性提出更高要求。现在，次风速测量元件经耐磨喷涂后可长期稳定使用而不用担心磨损使流量系数发生变化。第3代尺3风粉混合后专用温度探头的耐磨寿命达5a以上，反应灵敏度还不到2s.这都为闭环控制系统投运奠定了良好基础。

　　2燃烧优化控制方案燃烧优化控制系统是由以主蒸汽压力为被调节收稿日期20001212；修回日期20010705用！0实现锅炉燃烧优化的闭环控制自！动1化1量给粉量燃料为调节手段的主调节系统和以煤粉浓度为被调节量，给粉机转速为调节手段的若干个副调节系统组成，1为系统的原理框。

　　2.1主调节器本系统中主调节器是由主蒸汽压力调节器和热量调节器组成的个串级系统，主蒸汽压力给定值和主蒸汽压力反馈作为主蒸汽压力调节器的输入，其控制输出作为热量调节器的给定值，与由汽包压力和主蒸汽流量微分所得到的热量信号起作为热量调节器的输入，而热量调节器的输出就是给粉机的总给粉量。

　　本系统与常规主蒸汽压力调节系统的主要区别在于常规主蒸汽压力调节系统是通过调节给粉机转速达到稳定主蒸汽压力的目的，该系统中每台给粉机转速相同而给粉量差别很大。本系统调节每台给粉机样既保证了主蒸汽压力稳定，又保证了锅炉均衡燃烧。

　　主蒸汽压力调节器可在自动手动2种方方式下，主蒸汽压力跟踪主蒸汽压力给定值，手动方式下可手动设定煤粉浓度调节器的设定信号。

　　2.2给粉分配器给粉分配器类似于常规调节系统中层操和单操功能，但与层操和单操功能又有很大不同，它接受热量调节器输出的给粉量信号，按燃烧器各层的分配系数和总风量，将其转换为每层的煤粉浓度，而每层以平均方式产生每只次风管煤粉浓度信号，作为煤粉浓度调节器设定值。如某台给粉机停机，则给粉量会自动平均增加到其它给粉机上，如果某台或多台给粉机在手动状态运行，则给粉量的差值会自动平均增加到其它给粉机上，并用其调节主蒸汽压力。

　　2.3煤粉浓度调节器每个煤粉浓度调节器接受给粉分配器的煤粉浓度设定信号和煤粉浓度测量信号，偏差经1运算后控制给粉机转速，以达到每个燃烧器煤粉浓度恒定和燃烧均衡的目的。每个煤粉浓度调节器都可设定为串级或本机给定，串级方式下，浓度调节器接受主调节器的给定信号，本机方式下，该浓度调节器的给定值可单独设定，以满足特定情况下的不同需求。

　　每个煤粉浓度调节器也可在自动或手动方式下运行，并实现自动手动的无扰切换。自动方式下，对应燃烧器的煤粉浓度跟踪其设定值，参与燃烧优化控制；手动方式下，对应给粉机的转速可手动调节。

　　3燃烧优化控制的实现本控制系统的监测部分由工控机显器打印机可选智能数据采集器通信卡故障输出卡等组成。控制部分由，实现，经运算所产生的控制量通过，的模拟量输出卡件转换成420.电流信号直接控制给粉机的变频器。

　　系统软件包括风粉在线监测软件和燃烧优化控制软件2大部分。风粉在线监测软件是在012，45 9889下编写的32位应用程序，软件采用模块化结构，多种数据采集方式多种通信方式等均可由用户任意设定。监测系统的多任务方式可使系统同时具备数据采集显存储报警追忆打印通信等多项功能。

　　完成与，通信是实现燃烧优化控制的关键技术之，在该系统中，需要将每个次风燃烧器出口流速煤粉浓度和风粉混合温度等信号传送到，再由0的灵活组态功能对控制策略进行实施。现在，0可根据不同的实际情况以多种灵活的方式与其通信。

　　2320串行通信燃烧指导系统可利用232通信方式将数据传送到DCS，数据传送方式为数据流，9600bs无校验8位数据位1位停止位，在数据流前发送2个，在数据流后发送2个，数据传送格式为6位。码。不管0是否在接收数据，或通信线路是否正常都直发送数据，每发送帧数据，都在接收方产生中断来读取数据。

　　采用232通信不需增加额外硬件设备，可靠性高，但通信速率较低，数据传送要占用较多时间。本系统基本可满足要求与HS2000DCSMAX1000DCS等都采用过这种方式进行通信。

　　893网络通信893网络是种多主机网络，不但可用作对893数据采集前端的数据通信，还可用作主机与主机间数据通信，且其传送速率较快187.5吐5，在用893作数据采集前端的；0中采用这种通信方式更方便。在，方，则要求在其应用处理机或工程师站上增加相应的通信卡和软件支持。在中国电力电力自动，软件设计上，通信双方首先将10多主机网卡初始化，然后定时向其写入风粉实时数据，而定时从相应网卡读取数据并写入它的数据库供计算和控制使用。利用8930卡通信速率快，传送距离远，安全可靠，但它要求具有很好地与外部设备或计算机连接的能力。

　　网络通信在有些电厂中，和都己接入局域网如有些国内本身的局域网，厂内局域网或+1网络，则利用现有网络通信既快速又方便。利用本身的网络进行数据传送和控制快捷实用，而利用+巧网络目前仅限于传送数据和远程监视，因其可靠性还达不到控制系统的要求。

　　利用网络通信有3种数据传送方式，1种是网络文件传送方式，1种是网络通信方式，还有1种数据库传送方式，3种方式各有利弊，但网络通信方式在该系统中应用较多。

　　3.4在上进行开发和控制组态在上直接进行的开发和控制软件组态，是目前燃烧优化闭环控制使用最多的种方法。这种方法不需要专门的通信设备，但要求开放性较好。采用的计算机和通信系统，使系统简单可靠，易于管理和维护。上的燃烧优化控制软件由3部分组成1次风速和煤粉浓度计算程序。该计算程序是在工程师终端提供的。03456或708环境下开发的语言应用程序。9形接口软件。采用公用接口和形组态软件设计，整个系统的人机界面与界面融为体，维护操作非常方便。3控制组态软件。采用控制组态实施燃烧优化控制策略，在其原有的控制系统中增加16个次风速调节回路，在主蒸汽压力控制回路中增加煤粉浓度转换及16个煤粉浓度调节回路，完成燃烧优化的闭环控制，实现均衡燃烧。

　　目前，燃烧指导系统己在+；1000=，8，上开发成功或实现通信运行。

　　4应用燃烧优化的闭环控制系统己在戚墅堰黄岛沙市等电厂成功运行。其主要功能包括主蒸汽压力控芾叭次风喷燃器出口流速在线监测与风速均衡控芾叭次风喷燃器出口煤粉浓度在线监测与浓度均衡控制次风速及锅炉燃烧各项热损失锅炉效率参数在线监测等。闭环控制系统可靠性和鲁棒性始终是用户最关心的。具体应用中系统增加了很多保护措施。6掉电死机或故障时均可发出故障信号，强制将自动切换到手动方式运行；主蒸汽压力越限压力偏差越限煤粉浓度越限温度信号异常测点故障时均可解除自动方式运行切换到手动方式，并发出报警信号提醒运行人员作相应处理。2是根据黄岛电厂4号炉次风粉投入闭环控制后风粉数据制作的风粉显画面。各层风速和煤粉浓度非常均衡，是以前运行人员手动操作所无法达到的。

　　负尚2晷，锅炉主蒸汽压力2.9鉴5结论用燃烧指导系统和共同组成燃烧优化控制系统，发挥各自优势，节省硬件投资，可靠性高，易于推广。2由于该控制系统采用次风管煤粉浓度作为反馈信号，增加独立的煤粉浓度控制回路，不但可保证主蒸汽压力恒定，同时保证每层风速浓度均衡，达到优化燃烧的目的。3该系统的投运可有效防止次风管断风断粉灭火及堵管等现象的发生，提高了锅炉的安全性；可减轻因次风偏斜对水冷壁的冲刷，降低烟温偏差和飞灰可燃物，提高锅炉运行的经济性。4燃烧指导系统开发了灵活多样的通信方式，因此可适应于不同和其它控制系统，也可单独组成小型燃烧优化控制系统。5由于在主蒸汽压力控制回路内增加了煤粉浓度调节回路，理论上会使主蒸汽压力跟踪速度变慢，但由于采用了反应灵敏的次测量元件及浓度调节器中微分作用的引入，使这系统可满足实际控制要求。参考文献李遵基。热工自动控制系统+.北京中国电力出版社，1997.