熱電廠鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王洪陽

摘 要：文章介紹了熱電廠鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，熱電廠鍋爐的發(fā)展歷程，以及DDC的鍋爐溫度控制系統(tǒng)。并詳細(xì)論述了DDC鍋爐溫度控制系統(tǒng)內(nèi)工作原理以及工作過程中出現(xiàn)的一系列問題進(jìn)行了解答，文章的最后并對(duì)熱電廠鍋爐溫度控制的新技術(shù)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：鍋爐；溫度控制；DDC

0 前言

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展 ，對(duì)鍋爐安全運(yùn)行及對(duì)控制質(zhì)量的要求也不斷提高 。鍋爐溫度控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)鍋爐系統(tǒng)工藝流程的控制 ，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量以及能源的節(jié)約都起著重要的作用。 生產(chǎn)過程中根據(jù)物流性質(zhì)的信息和操作條件的信息，在可能獲得的原料和能源條件下， 進(jìn)行生產(chǎn)過程的工藝流程的分析與綜合， 有效實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制目標(biāo)。溫度是保證鍋爐設(shè)備安全的重要參數(shù)，過熱會(huì)直接影響鍋爐運(yùn)行的安全。國內(nèi)的鍋爐大多數(shù)還是依靠燃煤和燃油為主。燃料燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣和廢渣，毋庸置疑，鍋爐燃料的燃燒給環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，在一定程度上給人們的生產(chǎn)和生活帶來了很大的危害。早期的傳統(tǒng)的鍋爐控制絕大多數(shù)是由人工直接控制的，一方面造成了人力的浪費(fèi)，另一方面鍋爐工作人員的安全性和可靠性都不是很高。熱電廠鍋爐及其溫度有著很多變量，分布式的系統(tǒng)特征。溫度測(cè)量的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系著能源的消耗，提高效率和蒸汽質(zhì)量是至關(guān)重要的指標(biāo)，所以說精確的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)指導(dǎo)鍋爐的正常運(yùn)行有著非常重要的意義。

1 熱電廠鍋爐的發(fā)展歷程

鍋爐在石油，化工，熱力，以及電力等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用非常廣泛，所以說鍋爐溫度的控制效果，在發(fā)電，供熱，煉油，煉鐵以及煉鋼等工業(yè)和民用部門中是至關(guān)重要的技術(shù)指標(biāo)。因?yàn)殄仩t控制系統(tǒng)的工作質(zhì)量直接影響著鍋爐的正常生產(chǎn)，所以他直接決定了電廠等工業(yè)基地是否能夠安全，經(jīng)濟(jì)，高效的進(jìn)行生產(chǎn)。最近幾年來，伴隨著我國工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，企業(yè)對(duì)過程自動(dòng)化控制水平的要求也不斷提高。鍋爐溫度控制的被控對(duì)象是一個(gè)具備著延遲性，以及慣性的非線性系統(tǒng)。不過目前很多鍋爐依舊通過依靠人工賴加常規(guī)儀表，通過利用傳統(tǒng)PID控制方法對(duì)鍋爐溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行操作以及實(shí)時(shí)監(jiān)控。如果鍋爐溫度被控對(duì)象滯后時(shí)間比較長，滯后時(shí)間越長控制就越難，而且影響滯后時(shí)間的因素很多，這樣就會(huì)直接造成工人勞動(dòng)強(qiáng)度增大，以及生產(chǎn)效果不明顯，同時(shí)很難保證生產(chǎn)安全。所以說鍋爐溫度控制系統(tǒng)一直是工業(yè)技術(shù)人員研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。從在理論上講，鍋爐溫度控制系統(tǒng)的形成與發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段是控制發(fā)展的初級(jí)階段，是50年代末起到70年代的經(jīng)典控制理論階段。這個(gè)階段主要采用電動(dòng)，液動(dòng)以及氣動(dòng)等常規(guī)儀表，對(duì)國產(chǎn)控制中的溫度，流量，壓力以及液位進(jìn)行大概的控制。第二階段是發(fā)展階段，是70年代至90年代的現(xiàn)代控制理論階段。由現(xiàn)代控制理論作為理論基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化儀器，對(duì)復(fù)雜控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。第三階段是高級(jí)階段，是90年代至今的智能控制理論階段?？刂频姆椒ㄒ恢币罁?jù)控制需求的方向發(fā)展，也就是綜合化和智能化是其發(fā)展的主要目標(biāo)。最近幾年來，人工智能的快速發(fā)展為控制策略的智能化發(fā)展奠定了良好的理論基礎(chǔ)。在智能控制理論中，專家控制系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是前景非?？捎^的三種控制方法。

2 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)

鍋爐過熱器出口的過熱蒸汽溫度采用的是耐高溫高壓的合金剛材料，如果溫度過高會(huì)使蒸汽管道內(nèi)產(chǎn)生過大的熱膨脹而毀壞， 導(dǎo)致汽輪機(jī)葉片的水蝕。大型鍋爐都采用復(fù)合式過熱器， 當(dāng)對(duì)流式過熱器的煙氣量增加， 煙氣溫度也隨之升高。

2.1 設(shè)置減溫控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)是一個(gè)串級(jí)雙回路控制系統(tǒng)，副回路的被控量可以形成二級(jí)減溫器出口蒸汽溫度的偏差信號(hào)，可以提高鍋爐出口蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

2.2 設(shè)置再熱汽溫控制系統(tǒng)

再熱汽溫控制是為了提高大容量、 高參數(shù)機(jī)組的循環(huán)效率，有利于提高循環(huán)熱效率，它對(duì)鍋爐負(fù)荷和燃燒工況等因素的影響很大，主要采用擺動(dòng)火嘴加噴水減溫的控制方式。在鍋爐 A， B 側(cè)出口裝有兩個(gè)出口蒸汽溫度測(cè)點(diǎn)，把兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值作為再熱汽溫控制使用。 根據(jù)隨機(jī)組負(fù)荷變化的再熱汽溫設(shè)定值與再熱蒸汽測(cè)量值進(jìn)行比較， 設(shè)計(jì)控制鍋爐機(jī)組負(fù)荷和送風(fēng)量的前饋信號(hào)。形成對(duì)燃燒器火嘴傾角的控制指令。同時(shí)噴水減溫能起到保護(hù)性質(zhì)的減溫作用，根據(jù)擺動(dòng)火嘴控制指令的偏置量，設(shè)置適當(dāng)?shù)恼{(diào)溫手段， 以修正調(diào)節(jié)慣性，通過改變蒸汽的熱焓來調(diào)節(jié)溫度。

2.3 噴水控制系統(tǒng)

汽溫調(diào)節(jié)通常采用噴水減溫手段，噴水減溫調(diào)節(jié)操作簡單， 在明確每級(jí)減溫器所擔(dān)負(fù)的任務(wù)下。 第一級(jí)布置的被調(diào)參數(shù)是屏式過熱器出口汽溫， 其主要任務(wù)是保證出口蒸汽溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。噴水減溫調(diào)節(jié)操作靈敏。改變將不同高度的噴燃器組投入工作。同時(shí)也可以改變煙氣量，若改變煙氣量就可以改變煙氣對(duì)過熱器的放熱量，煙氣再循環(huán)改變煙氣流速，再循環(huán)煙氣量改變時(shí)爐膛溫度發(fā)生變化。 爐內(nèi)輻射吸熱與對(duì)流吸熱主要是通過煙氣旁路調(diào)節(jié)，在過熱器處的對(duì)流煙道安裝煙氣擋板，在鍋爐尾部用煙氣旁路來調(diào)節(jié)再熱汽溫，減小對(duì)過熱汽溫的影響，來滿足燃燒工況的要求。

3 總結(jié)

在工業(yè)生產(chǎn)中，鍋爐溫度控制一直是一個(gè)非常重要的研究熱點(diǎn)。不過由于鍋爐溫度的大慣性，大滯后以及非線性等一些特點(diǎn)，在實(shí)際過程控制中很難確定被控對(duì)象的精確模型。因此常規(guī)的PID控制效果并不是非常的理想，很難達(dá)到被控對(duì)象的控制要求。首先對(duì)過程控制實(shí)驗(yàn)的EFAT/P 過程控制實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的分析，然后又通過反復(fù)做實(shí)驗(yàn)，最終獲得了鍋爐溫度控制的階躍響應(yīng)曲線，并且依照鍋爐溫度的變化曲線，建立了鍋爐溫度被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。其次依據(jù)鍋爐溫度被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特征，提出了 PID 控制，模糊PID 控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 PID 控制等三種控制方案，并對(duì)三種控制方式的基本原理，結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)形式進(jìn)行了討論分析，而且還設(shè)計(jì)了智能 PID 控制算法的鍋爐溫度控制系統(tǒng)。

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