基于PLC鍋爐燃燒控制系統(tǒng)

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1、基于PLC的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)1引言燃燒控制系統(tǒng)是電廠鍋爐的主控系統(tǒng)，主要包括燃料控制系統(tǒng)、風(fēng)量控制系統(tǒng)、爐膛壓力控制系統(tǒng)。目前大部分電廠的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)仍然采用PID控制。燃燒控制系統(tǒng)由主蒸汽壓力控制和燃燒率控制組成串級控制系統(tǒng)，其中燃燒率控制由燃料量控制、送風(fēng)量控制、引風(fēng)量控制構(gòu)成，各個子控制系統(tǒng)分別通過不同的測量、控制手段來保證經(jīng)濟(jì)燃燒和安全燃燒。2控制方案鍋爐燃燒自動控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)外界對鍋爐輸出的蒸汽負(fù)荷的要求，同時還要保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運行。一臺鍋爐的燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量三者的控制任務(wù)是不可分開的，可以用三個控制器

2、控制這三個控制變量，但彼此之間應(yīng)互相協(xié)調(diào)，才能可靠工作。對給定出水溫度的情況，則需要調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量與給煤量的比例，使鍋爐運行在最佳燃燒狀態(tài)。同時應(yīng)使?fàn)t膛內(nèi)存在一定的負(fù)壓，以維持鍋爐熱效率、避免爐膛過熱向外噴火，保證了人員的安全和環(huán)境衛(wèi)生。2.1控制系統(tǒng)總體框架設(shè)計燃燒過程自動控制系統(tǒng)的方案，與鍋爐設(shè)備的類型、運行方式及控制要求有關(guān)，對不同的情況與要求，控制系統(tǒng)的設(shè)計方案不一樣。將單元機(jī)組燃燒過程被控對象看作是一個多變量系統(tǒng)，設(shè)計控制系統(tǒng)時，充分考慮工程實際問題，既保證符合運行人員的操作習(xí)慣，又要最大限度的實施燃燒優(yōu)化控制。控制系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。圖1單元

3、機(jī)組燃燒過程控制原理圖徐亞飛，溫箱溫度PID與預(yù)測控測控制.2004，28(4)：554-557213P為機(jī)組負(fù)荷熱量信號。控制系統(tǒng)包括：滑壓運行主汽壓力設(shè)定值計算模塊（由熱力系統(tǒng)實驗獲得數(shù)據(jù)，再擬合成可用DCS折線功能塊實現(xiàn)的曲線）、負(fù)荷—送風(fēng)量模糊計算模塊、主蒸汽壓力控制系統(tǒng)和送、引風(fēng)控制系統(tǒng)等。主蒸汽壓力控制系統(tǒng)采用常規(guī)串級PID控制結(jié)構(gòu)。2.2燃料量控制系統(tǒng)當(dāng)外界對鍋爐蒸汽負(fù)荷的要求變化時，必須相應(yīng)的改變鍋爐燃燒的燃料量。燃料量控制是鍋爐控制中最基本也是最主要的一個系統(tǒng)。因為給煤量的多少既影響主汽壓力，也影響送、引風(fēng)量的控制，還影響到汽包中蒸汽蒸發(fā)

4、量及汽溫等參數(shù)，所以燃料量控制對鍋爐運行有重大影響。燃料控制可用圖2簡單表示。圖2燃料量控制策略其中：NB為鍋爐負(fù)荷要求；B為燃料量；F(x)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。設(shè)置燃料量控制子系統(tǒng)的目的之一就是利用它來消除燃料側(cè)內(nèi)部的自發(fā)擾動，改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。另外，由于大型機(jī)組容量大，各部分之間聯(lián)系密切，相互影響不可忽略。特別是燃料品種的變化、投入的燃料供給裝置的臺數(shù)不同等因素都會給控制系統(tǒng)帶來影響。燃料量控制子系統(tǒng)的設(shè)置也為解決這些問題提供了手段。2.3送風(fēng)量控制系統(tǒng)為了實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒，當(dāng)燃料量改變時，必須相應(yīng)的改變送風(fēng)量，使送風(fēng)量與燃料量相適應(yīng)。燃料量與送風(fēng)量的關(guān)系見圖3

5、。劉官敏，溫箱溫度PID與預(yù)測控測控制.2004，28(4)：554-557213圖3燃料量與送風(fēng)量關(guān)系燃燒過程的經(jīng)濟(jì)與否可以通過剩余空氣系數(shù)是否合適來衡量，過?？諝庀禂?shù)通常用煙氣的含氧量來間接表示。實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒最基本的方法是使風(fēng)量與燃料量成一定的比例。送風(fēng)量控制子系統(tǒng)的任務(wù)就是使鍋爐的送風(fēng)量與燃料量相協(xié)調(diào)，可以達(dá)到鍋爐的最高熱效率，保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，但由于鍋爐的熱效率不能直接測量，故通常通過一些間接的方法來達(dá)到目的。如圖4所示，以實測的燃料量B作為送風(fēng)量調(diào)節(jié)器的給定值，使送風(fēng)量V和燃料量B成一定的比例。圖4燃料量空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)可保證燃料量和送

6、風(fēng)量間滿足選擇使送風(fēng)量略大于完全燃燒所需要的理論空氣量。這個系統(tǒng)的優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，可以消除來自負(fù)荷側(cè)和燃料側(cè)的各種擾動。2.4引風(fēng)量控制系統(tǒng)為了保持爐膛壓力在要求的范圍內(nèi)，引風(fēng)量必須與送風(fēng)量相適應(yīng)。爐膛壓力的高低也關(guān)系著鍋爐的安全和經(jīng)濟(jì)運行。爐膛壓力過低會使大量的冷風(fēng)漏入爐膛，將會增大引風(fēng)機(jī)的負(fù)荷和排煙損失，爐膛壓力太低甚至?xí)饍?nèi)爆；反之爐膛壓力高且高出大氣壓力的時候，會使火焰和煙氣冒出，不僅影響環(huán)境衛(wèi)生，甚至可能影響設(shè)備和人生安全。引風(fēng)量控制子系統(tǒng)的任務(wù)是保證一定的爐膛負(fù)壓力，且爐膛負(fù)壓必須控制在允許范圍內(nèi)，一般在-20Pa左右。高國章，溫箱溫度PID

7、與預(yù)測控測控制.2004，28(4)：554-557213控制爐膛負(fù)壓的手段是調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)量，其主要的外部擾動是送風(fēng)量。作為調(diào)節(jié)對象，爐膛煙道的慣性很小，無論在內(nèi)擾和外擾下，都近似一個比例環(huán)節(jié)。一般采用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)并加以前饋的方法進(jìn)行控制，如圖5所示。圖5引風(fēng)量控制子系統(tǒng)圖中為爐膛負(fù)壓給定值，S為實測的爐膛負(fù)壓，Q為引風(fēng)量，V為送風(fēng)量。由于爐膛負(fù)壓實際上決定于送風(fēng)量和引風(fēng)量的平衡，故利用送風(fēng)量作為前饋信號，以改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能。另外，由于調(diào)節(jié)對象相當(dāng)于一個比例環(huán)節(jié)，被調(diào)量反應(yīng)過于靈敏，為了防止小幅度偏差引起引風(fēng)機(jī)擋板的頻繁動作，可設(shè)置調(diào)節(jié)器的比例帶自

8、動修正環(huán)節(jié)，使得在小偏差時增大調(diào)節(jié)器的比例帶。對于負(fù)壓S的測量信號