朱云峰 陳 妍 李金廣

（1、河南中孚電力有限公司，河南 鞏義 451200 2、大連電力勘察設(shè)計院有限公司，遼寧 大連 1160113、華北水利水電學(xué)院，河南 鄭州 450011）

1 引言

循環(huán)流化床機組對負(fù)荷響應(yīng)具有純遲延、非線性環(huán)節(jié)，給機組和鍋爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制策略的設(shè)計及控制參數(shù)的整定帶來很大難度，并且同類機組的經(jīng)濟安全協(xié)調(diào)控制在國內(nèi)可借鑒的經(jīng)驗不多。傳統(tǒng)的循環(huán)流化床機組控制系統(tǒng)因現(xiàn)場設(shè)備、控制邏輯等方面存在不足，未能實現(xiàn)鍋爐燃燒自動控制與機爐協(xié)調(diào)控制[1]。

為了進(jìn)一步提高循環(huán)流化床機組的自動化運行水平，滿足機組安全、經(jīng)濟的需要，本文一方面針對135MW循環(huán)流化床機組燃燒及機組協(xié)調(diào)自動控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究，另一方面針對循環(huán)流化床鍋爐對負(fù)荷響應(yīng)的特點，對燃燒系統(tǒng)選擇了一種工業(yè)現(xiàn)場容易實現(xiàn)的基于現(xiàn)代控制理論的控制策略，采用先進(jìn)的XD-APC控制軟件實現(xiàn)對135MW循環(huán)流化床鍋爐機組負(fù)荷自動控制優(yōu)化。

河南某電力公司有1#和2#135MW循環(huán)流化床機組，采用XD-APC自動控制軟件對135MW循環(huán)流化床鍋爐機組自動控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

2 XD-APC控制軟件介紹

XD-APC是工業(yè)過程先進(jìn)控制及仿真組態(tài)軟件的簡稱。它是一套實時的平臺軟件，帶有工業(yè)過程基礎(chǔ)模型庫和先進(jìn)控制及實時優(yōu)化的基礎(chǔ)算法庫，并具備強大的在線計算能力和非線性工業(yè)模型的在線求解能力，可通過圖形組態(tài)實現(xiàn)工業(yè)過程的先進(jìn)控制、在線優(yōu)化、軟儀表和故障診斷等項技術(shù)[2]。

XD-APC是近年來迅速發(fā)展的高新技術(shù)，采用先進(jìn)控制，可以改進(jìn)控制效果、增加過程的平穩(wěn)性、提高控制精度、改進(jìn)工業(yè)過程的操作水平和提高經(jīng)濟效益。XD-APC主要用以解決復(fù)雜流程工業(yè)過程存在的多變量耦合、大滯后、時變等由傳統(tǒng)的PID控制無法解決的控制問題。以該軟件為開發(fā)和運行平臺，可開發(fā)實施各類工業(yè)先進(jìn)控制系統(tǒng)和在線優(yōu)化、軟儀表及故障診斷系統(tǒng)，適合于解決傳統(tǒng)控制手段難于解決的控制問題:包括多變量和復(fù)合回路控制，時變過程和原料、負(fù)載多變的裝置的控制，大滯后過程的控制，約束控制等。

3 優(yōu)化控制實施方案

采用XD-APC控制平臺軟件，一臺控制監(jiān)視站（研華工控機）作為運行平臺，通過Foxboro I/A Series 50系統(tǒng)本身提供的OPC通訊協(xié)議，通過OPC Server讀寫DCS中的在線實時數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)采集工控機上安裝OPC Server軟件，通過安裝在工程師站上的API Server應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)XD-APC先進(jìn)控制軟件的數(shù)據(jù)讀取及數(shù)據(jù)的寫入，通過OPC通訊，讀寫速度快，且不影響DCS系統(tǒng)運行安全[3]。其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接如圖1。

3.1 床溫－過熱蒸汽壓力的協(xié)調(diào)控制

這一過程由主汽壓力－密相溫度控制級(該級控制設(shè)置密相溫度給定值)、密相溫度－給煤控制級(該級控制設(shè)置總給煤量給定值)、甲、乙、丙、丁四臺稱重給煤機自動控制系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)中，密相溫度平均值取密相下溫度和密相中部溫度的平均值?？刂破鬏敵龅目偨o煤量按跟蹤平均分配的方法分配給甲、乙、丙、丁四臺給煤機:即末投自動時，甲給煤機給定、乙給煤機給定、丙給煤機給定、丁給煤機給定均會自動跟蹤實際測量的瞬時給煤量，甲乙丙丁四臺給煤機控制器的輸出則跟蹤手動操作時操作人員給出的甲、乙、丙、丁給煤機控制指令。這些跟蹤值在投入自動后作為偏置量處理，投入自動后控制系統(tǒng)再將增減的給煤量在上述偏置量的基礎(chǔ)上平均分配給甲乙丙丁四臺給煤機給定值，由控制器自動輸出控制指令。

在壓力回路處于自動控制狀態(tài)時，操作人員直接在原DCS控制總貌畫面上，按照原來改變功率目標(biāo)值的操作方法，設(shè)定新的功率目標(biāo)值，點擊“輸入”、“執(zhí)行”后，由原有DCS系統(tǒng)改變汽機調(diào)門開度，先控系統(tǒng)根據(jù)汽機調(diào)門的變化量和當(dāng)前給煤量與電負(fù)荷的關(guān)系，計算前饋值，直接加到給煤控制器，同時隨著汽機調(diào)門開度的變化，主汽壓力隨之改變，這時壓力控制回路同時起作用，通過調(diào)節(jié)給煤來調(diào)節(jié)主汽壓力。

3.2 一次風(fēng)量－料床溫度－爐膛粒子溫度的協(xié)調(diào)控制

一次風(fēng)控制的主要目的是維持風(fēng)煤比穩(wěn)定，這里風(fēng)煤比等于一次風(fēng)量除以總給煤量，故控制的一次風(fēng)量會隨著給煤量的增減而自動增減?？刂破鞯恼{(diào)整對象為1＃風(fēng)機入口擋板開度和2#風(fēng)機入口擋板開度處。風(fēng)煤比的給定值在控制器于“手動”位置時會自動跟蹤實際的風(fēng)煤比值的10分鐘平均值(5秒計算一次)，當(dāng)控制器處于“自動”狀態(tài)，風(fēng)煤比給定值即為投入自動時的風(fēng)煤比平均值，在自動控制狀態(tài)下，根據(jù)煤質(zhì)和密相溫度對風(fēng)煤比給定進(jìn)行在線修正。風(fēng)量控制的主邏輯圖見下圖:

3.3 二次風(fēng)量－氧量控制

二次風(fēng)控制的目標(biāo)是維持一、二次風(fēng)量比例的穩(wěn)定和保證省煤器處的出口氧含量，控制器的調(diào)整對象為1、2＃二次風(fēng)機入口擋板和右上、右下、左上、左下四個閥門。其中:

3.3.1 二次風(fēng)量給定按一、二次風(fēng)比率 (占80%)和氧量給定(占20%)計算。其中一、二次分比率為投自控時的5分鐘平均跟蹤值（可考慮對此做優(yōu)化計算）,氧量給定由操作人員在操作臺設(shè)置。

3.3.2 1、2＃風(fēng)機風(fēng)壓給定值由先進(jìn)控制系統(tǒng)根據(jù)二次風(fēng)給定值自動計算。

3.3.3 右上、右下、左上、左下四個風(fēng)門的偏置采用跟蹤方式。

3.4 過熱氣溫、再熱汽溫度控制系統(tǒng)實現(xiàn)方案

過熱汽溫、再熱汽溫度控制系統(tǒng)(該級控制設(shè)置再熱汽溫度給定值)1#、2#再熱汽煙溫調(diào)節(jié)檔板控制系統(tǒng)和左右二級減溫水控制系統(tǒng)組成，主邏輯控制框圖見下圖:

3.5 負(fù)荷協(xié)調(diào)控制[4]

負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)由負(fù)荷控制、燃燒控制(主氣壓控制)、風(fēng)量控制三個子系統(tǒng)組成。

3.5.1 負(fù)荷控制器僅當(dāng)操作臺上的控制狀態(tài)處于“CCS投入”狀態(tài)時和電負(fù)荷給定值時才會開始運行，此時控制器的輸出信號會“寫”到汽門的控制目標(biāo)，運行人員不能再設(shè)置。

3.5.2 條件輸出單元的作用是為燃燒控制(給煤控制)系統(tǒng)提供調(diào)整給煤量的前饋信號。其邏輯為:當(dāng)電負(fù)荷控制器狀態(tài)為自動時，輸出電負(fù)荷給定值的變化信號，而當(dāng)電負(fù)荷控制器狀態(tài)為手動時，輸出汽門指令變化信號，前饋量則根據(jù)實時計算的給煤和負(fù)荷、密相溫度的增益關(guān)系確定。

3.5.3 電負(fù)荷控制處于“自動”狀態(tài)時，可以通過給定值的延時單元實現(xiàn)先調(diào)煤、后調(diào)負(fù)荷(調(diào)門)，這樣對主氣壓控制較有利。

3.5.4 負(fù)荷協(xié)調(diào)控制可在電負(fù)荷控制器處在“手動”和“自動”的時候進(jìn)行，電負(fù)荷控制處于“手動”時，由運行人員設(shè)置汽門控制目標(biāo)，控制系統(tǒng)根據(jù)實際汽門的變化，向燃燒控制系統(tǒng)送出前饋信號，在調(diào)整汽門的同時，調(diào)整給煤量,而當(dāng)電負(fù)荷控制處于自動時，運行人員只需改變負(fù)荷給定值，其余動作由控制系統(tǒng)完成。

4 系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)

經(jīng)XD-APC優(yōu)化后的系統(tǒng)，主汽溫度、負(fù)荷控制偏差、過熱汽溫度、爐膛床溫等參數(shù)都能控制在工藝要求范圍之內(nèi)。其系統(tǒng)優(yōu)化實現(xiàn)的目標(biāo)參數(shù)為:

圖3 主邏輯控制框圖

a.在煤質(zhì)穩(wěn)定時，壓力誤差在+0.2MPa以內(nèi)，負(fù)荷控制偏差在目標(biāo)值的+2%以內(nèi)；變負(fù)荷率為≥1.5MW/分鐘；b.在煤質(zhì)波動較大或斷煤時，壓力誤差能控制在+0.35MPa以內(nèi)；c.一、二次風(fēng)控制穩(wěn)定，在變負(fù)荷時風(fēng)量調(diào)整及時，爐膛負(fù)壓穩(wěn)定；d.爐膛床溫整體控制平穩(wěn)，不會出現(xiàn)超溫現(xiàn)象；e.氧量調(diào)整整體平穩(wěn)，爐內(nèi)燃燒狀況穩(wěn)定；f.主汽溫度控制平穩(wěn)，沒有大幅度的波動，沒有超限現(xiàn)象發(fā)生；g.過熱汽溫度、再熱汽溫度控制在540℃以下，吹灰時其溫度控制基本不會發(fā)生超溫現(xiàn)象；h.各控制參數(shù)控制穩(wěn)定，機組運行安全穩(wěn)定；i.經(jīng)過對各項數(shù)據(jù)分析，無論實際煤耗還是標(biāo)準(zhǔn)煤耗，協(xié)調(diào)自控系統(tǒng)均有較好地節(jié)能效果。

XD-APC軟件的使用，為企業(yè)管理提供一個信息平臺,使生產(chǎn)更加平穩(wěn)，生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降，事故進(jìn)一步減少，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。目前在設(shè)備正常的條件下，該協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可實現(xiàn)100%自動投運率，完全實現(xiàn)了優(yōu)化目標(biāo)。

5 結(jié)論

應(yīng)用XD-APC對135MW循環(huán)流化床鍋爐機組自動控制進(jìn)行優(yōu)化后，機組運行穩(wěn)定可靠，幾乎無需維護(hù)，并且操作方便、技術(shù)先進(jìn)、擴展性好，機組自動控制系統(tǒng)已實現(xiàn)了“協(xié)調(diào)”控制方式運行。較大程度解決了負(fù)荷響應(yīng)的大純遲延、大慣性、非線性、多變量緊密偶合的問題，使調(diào)節(jié)品質(zhì)上一個新的臺階，達(dá)到了預(yù)定的控制優(yōu)化目標(biāo)。同時也較大的減少了運行人員的操作強度，提高了鍋爐運行效率，具有一定的節(jié)能減排效果，系統(tǒng)運行的安全性也得到了進(jìn)一步提高，對其他同類機組的優(yōu)化運行具有一定的借鑒意義。

[1]李香運.循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動先進(jìn)控制系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù) [J]電氣技術(shù) 2009.6

[2]江青茵.曹志凱.文嚴(yán)峻.陳龍騰.周華.循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程優(yōu)化控制系統(tǒng) [Z].科技成果.

[3]Takao Senda.Akiko Iizuka-Kogo.Takanori Onouchi. Atsushi Shimomura.Adenomatous polyposis coli(APC)plays multiple roles in the intestinaland colorectalepithelia[J].Medical Molecular Morphology.2007.6

[4]曾祥平.循環(huán)流化床鍋爐負(fù)荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)研究 [D].廈門:廈門大學(xué) 2007.