田麗敏

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)萬恒后勤平泉物業(yè)管理分公司，山西 大同 037000）

引言

DCS 控制系統(tǒng)是一種應(yīng)用計(jì)算機(jī)開發(fā)的“動(dòng)態(tài)組合”綜合控制軟件，通過數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)雙向傳輸，實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化表達(dá)。循環(huán)流化床（CFB）鍋爐具有熱容量大和良好的物料混合功能，其熱負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣、對燃料的適應(yīng)性強(qiáng)，引入DCS 控制系統(tǒng)，可保證CFB 鍋爐在供暖系統(tǒng)中運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)鍋爐機(jī)組的管理、控制、監(jiān)測、監(jiān)控及聯(lián)鎖保護(hù)等一體化控制，使鍋爐的控制過程可靠、簡單[1-3]。

1 CFB 鍋爐概述

大同某公司91 MW 循環(huán)流化床熱水鍋爐主要由爐膛、絕熱旋風(fēng)分離器、自平衡回料閥和尾部對流煙道組成。爐膛采用膜式水冷壁，鍋爐中部是絕熱旋風(fēng)分離器，尾部豎井煙道布置了光管省煤器，省煤器下部布置一、二次風(fēng)空氣預(yù)熱器。鍋爐經(jīng)兩根Φ426 的回水管道回水至鍋筒，通過下降管一路進(jìn)入水冷下集箱、水冷壁管、水冷上集箱，另一路引入水冷屏下集箱、水冷屏、水冷屏上集箱，由導(dǎo)水管進(jìn)入鍋筒，然后由引出管進(jìn)入下級(jí)省煤器進(jìn)口集箱，經(jīng)低溫省煤器、高溫省煤器，最后將合格的熱水引出。

2 DCS 控制系統(tǒng)的應(yīng)用

鍋爐控制系統(tǒng)主要包括CFB 順序控制系統(tǒng)、熱工監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)和CFB 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)等。

2.1 CFB 順序控制系統(tǒng)

順序控制是指依據(jù)事先擬定的步驟、條件或時(shí)間，對CFB 鍋爐運(yùn)行過程中的給煤系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)和排渣系統(tǒng)等設(shè)備、系統(tǒng)，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的邏輯順序，自動(dòng)地依次進(jìn)行一系列操作，以改變設(shè)備、系統(tǒng)的工作狀態(tài)。既可以只對單個(gè)簡單對象的啟停順序控制，也可以對一個(gè)系統(tǒng)甚至是整個(gè)機(jī)組的啟停順序控制，使CFB 鍋爐機(jī)組對各項(xiàng)系統(tǒng)的控制操作簡單、可靠。

2.2 熱工監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)

熱工監(jiān)測是指自動(dòng)地檢查和測量反映機(jī)組生產(chǎn)過程和運(yùn)行情況的各種熱力參數(shù)及生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)CFB 鍋爐各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。熱工檢測能及時(shí)地反映機(jī)組生產(chǎn)過程和運(yùn)行的變化趨勢，為運(yùn)行人員的操作提供依據(jù)，為其它熱工自動(dòng)裝置的運(yùn)行提供信號(hào)，對保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要的作用。熱工檢測的主要項(xiàng)目有，出水壓力、溫度、給水壓力、溫度、流量、爐膛壓力、煙氣含氧量、排煙溫度、風(fēng)溫、風(fēng)壓和燃料量等，它由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS完成，它包括了幾乎所有非電量和電量檢測數(shù)據(jù)的處理、顯示、報(bào)警、記錄及存儲(chǔ)等基本內(nèi)容，也包括數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、操作指導(dǎo)和故障分析等事務(wù)。

熱工保護(hù)是指當(dāng)機(jī)組在啟?；蜻\(yùn)行過程中發(fā)生危及設(shè)備和人身安全的工況時(shí)，為防止發(fā)生事故并避免事故擴(kuò)大，熱工監(jiān)控設(shè)備自動(dòng)采取保護(hù)動(dòng)作措施，通過DCS 控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)的預(yù)報(bào)預(yù)警以及動(dòng)作保護(hù)。熱工保護(hù)動(dòng)作可分為三類動(dòng)作狀態(tài)：

1）報(bào)警信號(hào)：向操作人員提示機(jī)組運(yùn)行異常情況。

2）聯(lián)鎖動(dòng)作：必要時(shí)按既定程序自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)備或自動(dòng)切除某些設(shè)備及系統(tǒng)，使機(jī)組維持原負(fù)荷運(yùn)行或減負(fù)荷運(yùn)行。

3）跳閘保護(hù)：當(dāng)發(fā)生重大故障危及機(jī)組設(shè)備或人身安全時(shí)，實(shí)施跳閘保護(hù)，停止部分設(shè)備或機(jī)組運(yùn)行，避免事故擴(kuò)大。

2.3 CFB 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）

CFB 鍋爐機(jī)組應(yīng)當(dāng)裝設(shè)風(fēng)量與燃料聯(lián)鎖保護(hù)裝置，當(dāng)流化風(fēng)量低于臨界流化風(fēng)量時(shí)，能夠切斷燃料供給[4]。CFB 的安全保護(hù)側(cè)重于燃料投運(yùn)操作的正確順序和聯(lián)鎖關(guān)系，以保證CFB 穩(wěn)定燃燒。FSSS 系統(tǒng)分為鍋爐安全系統(tǒng)FSS 和燃燒器控制系統(tǒng)BCS，主要功能有：主燃料跳閘MFT、CFB 的吹掃、啟動(dòng)油系統(tǒng)泄漏試驗(yàn)、CFB 鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)（建立流化風(fēng)和初始床料）、CFB 的升溫控制、熱態(tài)啟動(dòng)、床下油點(diǎn)火器的控制、火檢、煤及石灰石系統(tǒng)控制、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、高壓流化風(fēng)機(jī)以及引風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖控制等。

3 PID 控制模式優(yōu)化分析

3.1 PID 控制模式分析

目前CFB 鍋爐DCS 控制系統(tǒng)采用其自帶的經(jīng)典PID 控制模式，原理簡單，魯棒性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)鍋爐自動(dòng)化控制。但CFB 熱水鍋爐存在煤種不穩(wěn)定、熱慣性大，滯后性強(qiáng)的特點(diǎn)，導(dǎo)致爐膛溫控系統(tǒng)難以保證出水溫度的穩(wěn)定性。由于環(huán)保改造要求，燃煤鍋爐的SO2與NOx的排放須達(dá)到最新控制排放標(biāo)準(zhǔn)。脫硫溫度場控制對脫硫效果有重大影響[5]，需提高爐膛溫控系統(tǒng)的靈敏度，對DCS 控制系統(tǒng)的控制性能提出了更高的要求?；诮?jīng)典PID 控制模式的DCS 控制系統(tǒng)，由于存在超調(diào)量大、非線性系統(tǒng)的精確控制能力差的缺陷，已無法滿足要求，需對PID 控制模式進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 PID 控制模式優(yōu)化方案

模糊PID 控制模式是在經(jīng)典PID 控制器的基礎(chǔ)上增加模糊控制器，對不確定參數(shù)、延遲、干擾等限制因素進(jìn)行模糊推理，無需建立精確模型，從而實(shí)現(xiàn)PID 參數(shù)自整定，不僅繼承了經(jīng)典PID 控制優(yōu)勢，而且具有更強(qiáng)的適應(yīng)性以及控制的精確性。模糊PID 控制模式如圖1 所示。

以出水溫度控制為例，CFB 熱水鍋爐主要通過調(diào)整燃料燃燒的熱能使鍋爐出水溫度保持在運(yùn)行設(shè)定值允許范圍內(nèi)。模糊PID 控制模式將被控溫度的偏差值e（設(shè)定值與實(shí)際值的差值）和ec差值變化速率作為輸入，比例系數(shù)kp、積分系數(shù)ki、微分系數(shù)kd的整定值作為輸出，以上輸出參數(shù)分別反映系統(tǒng)的響應(yīng)速度、穩(wěn)態(tài)誤差和偏差特性。通過不斷監(jiān)測輸入值的變化，然后應(yīng)用模糊規(guī)則自動(dòng)計(jì)算滯后時(shí)間、參數(shù)偏差，對輸出值進(jìn)行實(shí)時(shí)在線修改，自動(dòng)校正模型誤差，以此來滿足不同e 和ec對控制參數(shù)的不同要求，無需人工干預(yù)，從而實(shí)現(xiàn)對出水溫度控制的要求，優(yōu)化控制性能。模糊PID 控制流程圖，如圖2 所示。

4 結(jié)語

CFB 鍋爐引入DCS 控制系統(tǒng)，不僅可以使相對復(fù)雜的鍋爐機(jī)組控制簡單可靠，有效提高資源利用率，而且可以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能設(shè)備的在線實(shí)時(shí)安全監(jiān)測，保證整個(gè)鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。通過將DCS 控制系統(tǒng)優(yōu)化為模糊PID 控制模式后，提高了鍋爐出水溫度的穩(wěn)定性，并且縮短了鍋爐溫控的響應(yīng)時(shí)間，保證了DCS 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有效提高了鍋爐機(jī)組運(yùn)行的可靠性和運(yùn)行效率。