煤粉工業(yè)鍋爐熄火保護(hù)控制系統(tǒng)研究

白一飛

摘 要

給出了一種高效煤粉鍋爐熄火保護(hù)控制策略，集中討論了熄火狀態(tài)的檢測(cè)方法。綜合考慮鍋爐運(yùn)行時(shí)的多重條件，根據(jù)參量相關(guān)性分子模塊建立熄火狀態(tài)判斷算法，按模塊優(yōu)先級(jí)順序執(zhí)行檢測(cè)及計(jì)算流程?；谖鏖T(mén)子PLC搭建了硬件控制系統(tǒng)，提高了熄火狀態(tài)檢測(cè)的魯棒性。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化生產(chǎn)線 安裝 調(diào)試

煤粉工業(yè)鍋爐的出現(xiàn)基本解決了我國(guó)鏈條鍋爐效率低下，污染嚴(yán)重等問(wèn)題，是燃煤工業(yè)鍋爐技術(shù)領(lǐng)域的極大拓展。近年來(lái)，煤粉工業(yè)鍋爐的應(yīng)用日趨廣泛，已成為各種工業(yè)企業(yè)動(dòng)力設(shè)備中重要組成部分。

煤粉工業(yè)鍋爐工況復(fù)雜，影響燃燒的因素眾多。正常條件下，煤粉通過(guò)一次風(fēng)送入爐內(nèi)，煤粉經(jīng)過(guò)預(yù)燃室、爐膛、爐尾充分燃燒。然而由于煤質(zhì)原因，煤粉的燃燒狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，劇烈時(shí)會(huì)造成鍋爐熄火；同時(shí)，司爐人員誤操作、配風(fēng)量不合適以及供料器堵料也會(huì)造成鍋爐突然熄火，很容易發(fā)生爆燃甚至爆炸，對(duì)鍋爐造成損害。因此，對(duì)鍋爐熄火監(jiān)測(cè)、熄火聯(lián)鎖保護(hù)控制策略的研究，具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。

1 研究現(xiàn)狀

在國(guó)外，煤粉工業(yè)鍋爐的控制已實(shí)現(xiàn)了全程自動(dòng)化控制，在控制上采用了現(xiàn)代控制理論的多種方法，鍋爐運(yùn)行平穩(wěn)。在熄火保護(hù)方面，也做到了全程監(jiān)控，突發(fā)熄火以后能夠自動(dòng)切斷供料。

在國(guó)內(nèi)，煤粉工業(yè)鍋爐作為一種運(yùn)用新型燃燒技術(shù)的鍋爐，大部分鍋爐的熄火控制保護(hù)措施都停留初始階段，并沒(méi)有針對(duì)煤粉工業(yè)鍋爐鍋爐的完善的熄火聯(lián)鎖保護(hù)措施。

2 熄火狀態(tài)相關(guān)參數(shù)

鍋爐運(yùn)行時(shí)，與火焰狀態(tài)相關(guān)的因素眾多，為了檢測(cè)熄火狀態(tài)，控制系統(tǒng)所需監(jiān)測(cè)的指標(biāo)分為直接和間接兩部分。

2.1 直接指標(biāo)

本部分為熄火監(jiān)測(cè)的主要指標(biāo)，包括火檢信號(hào)、爐膛溫度、爐尾負(fù)壓和煙氣氧含量。當(dāng)火焰熄滅時(shí)，火焰強(qiáng)度降低，燃燒中斷使得爐膛溫度遠(yuǎn)低于正常運(yùn)行值；同時(shí)，熄火后鼓、引風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，大量空氣不經(jīng)過(guò)燃燒進(jìn)入爐內(nèi)，致煙氣氧含量上升；煤粉燃燒為氣壓增大的化學(xué)反應(yīng)，熄火后短時(shí)間內(nèi)爐膛氣壓迅速降低，負(fù)壓絕對(duì)值增大。

2.2 間接指標(biāo)

間接指標(biāo)主要包括蒸汽壓力和汽包液位，在熄火后一段時(shí)間后才發(fā)生變化。熄火后燃燒中斷使得鍋爐熱交換率降低，爐水汽化量減小，進(jìn)而造成蒸汽壓力和汽包液位同時(shí)降低。

3 熄火檢測(cè)與控制流程

鍋爐運(yùn)行狀況復(fù)雜，供料不穩(wěn)定、配風(fēng)不合適都使得燃燒時(shí)各參數(shù)都會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，若使用單一指標(biāo)進(jìn)行熄火狀態(tài)判斷則難以保證魯棒性，熄火聯(lián)鎖保護(hù)控制策略應(yīng)保能證迅速檢測(cè)出熄火狀態(tài)，同時(shí)正常運(yùn)行又不出現(xiàn)誤保護(hù)動(dòng)作。在鍋爐運(yùn)行時(shí)，不同指標(biāo)的波動(dòng)范圍和變化率差異較大，因此本文將控制策略分為幾個(gè)部分，將耦合性高的參數(shù)置于獨(dú)立的子模塊內(nèi)，這些模塊按優(yōu)先級(jí)進(jìn)行判斷。

3.1 負(fù)壓與氧含量監(jiān)測(cè)模塊

熄火后燃燒停止，爐尾負(fù)壓迅速降低，而后煙氣氧含量升高，設(shè)傳感器回傳值分別為 P、O，正常燃燒時(shí)標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)為 Ps、Os。參考經(jīng)典控制理論中的比例-積分-微分控制算法，將變量與標(biāo)準(zhǔn)值間的差值和變化率同時(shí)加入控制策略，本文設(shè)定模塊熄火因數(shù)τ1，按式（1）計(jì)算：

（1）

其中、、 和 分別為負(fù)壓比例系數(shù)、負(fù)壓微分系數(shù)、氧含量比例系數(shù)以及氧含量微分系數(shù)。Δ為控制因子，僅在誤差值大于零時(shí)為1，設(shè)該模塊閾值為K1，當(dāng) 時(shí)τ >1，該模塊輸出為真。

3.2 火焰檢測(cè)與爐膛溫度模塊

設(shè)火焰檢測(cè)器回傳值為F（百分比），爐膛溫度傳感器回傳值為T(mén)，火焰檢測(cè)器通過(guò)紅外線測(cè)量火焰強(qiáng)度，因此受溫度的影響較大，分別設(shè)正常燃燒時(shí)火檢和爐溫最低允許值為 Fs、Ts，考慮主要影響參數(shù)：溫度的誤差值與變化率、火檢誤差值，同樣設(shè)置該模塊的比例微分相關(guān)因數(shù)、熄火因數(shù)τ2、比例閾值K2，計(jì)算如式（2）：

（2）

3.3 蒸汽壓力與汽包液位模塊

該部分參數(shù)作為間接指標(biāo)，變化速度相對(duì)較慢，作為前兩個(gè)模塊的補(bǔ)充，僅采用誤差的比例控制方式，如（3），其中M、MS 、H、 HS 分別為傳感器回傳蒸汽壓力、正常運(yùn)行時(shí)蒸汽壓力、傳感器回傳汽包液位、正常運(yùn)行時(shí)液位， 、為相應(yīng)比例因子，τ3、K3為該模塊熄火因數(shù)和比例閾值。

（3）

4 控制系統(tǒng)流程

整個(gè)控制系統(tǒng)流程框圖如圖1所示。按優(yōu)先級(jí)依次檢測(cè)各模塊狀態(tài)，計(jì)算各部分熄火因子，在前一部分因子τ >1的情況下繼續(xù)執(zhí)行后一模塊，否則繼續(xù)循環(huán)；當(dāng)所有模塊均滿足熄火因子大于1的條件時(shí)確定熄火狀態(tài)，而后切斷供料器和一次風(fēng)機(jī)，并復(fù)位各模塊相關(guān)數(shù)值。

5 總結(jié)

鍋爐熄火聯(lián)鎖保護(hù)對(duì)于安全生產(chǎn)及延長(zhǎng)鍋爐壽命具有重要作用，本文闡述了一種煤粉工業(yè)鍋爐的熄火保護(hù)控制策略，綜合鍋爐熄火相關(guān)的眾多指標(biāo)，根據(jù)參數(shù)相關(guān)性分幾個(gè)子模塊分別建立了熄火因子計(jì)算方法，按照優(yōu)先級(jí)依序執(zhí)行各模塊以實(shí)現(xiàn)熄火狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并基于PLC設(shè)計(jì)了控制策略。本文的方法能夠提高采用單參數(shù)監(jiān)測(cè)方法的魯棒性，保證及時(shí)檢測(cè)熄火狀態(tài)并實(shí)施連鎖操作的同時(shí)，減少正常運(yùn)行時(shí)的誤動(dòng)作。

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作者單位

1.煤炭科學(xué)研究總院 節(jié)能工程技術(shù)研究分院 北京100013

2.煤炭資源開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京100013

3.國(guó)家能源煤炭高效利用與節(jié)能減排技術(shù)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京100013endprint