某褐煤滾筒干燥系統(tǒng)解耦控制的研究

俎繼兵

【摘 要】褐煤滾筒干燥系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)，對整個控制過程極為重要。本文嘗試以解耦控制為核心、以達到調(diào)整控制閥開度并控制系統(tǒng)溫度值和氧量達到工藝要求。在本文寫作過程中，力圖從保證系統(tǒng)溫度和氧量角度出發(fā)，分析各控制回路，發(fā)現(xiàn)多參數(shù)有耦合關(guān)系，應(yīng)用解耦控制來作為褐煤干燥關(guān)鍵參數(shù)控制的新方法，并分析其可行性使褐煤干燥能夠安全可靠地進行。

【關(guān)鍵詞】褐煤 滾筒干燥 控制策略

由于褐煤滾筒干燥工藝的生產(chǎn)規(guī)模和復(fù)雜程度不斷增加，單靠哪些相互獨立的控制回路來保持整個生產(chǎn)過程的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行越來越困難，褐煤滾筒干燥系統(tǒng)的總體控制要求是將滾筒的出口溫度、氧量都控制在規(guī)定范圍內(nèi)，而又維持較高的處理能力[1]。

1 褐煤滾筒干燥技術(shù)設(shè)備與工藝

干燥裝置的熱源設(shè)備為熱煙氣發(fā)生爐，燃用經(jīng)干燥后的煤粉收集器收集的細煤粉。采用煙氣再循環(huán)配風(fēng)技術(shù)，向干燥裝置提供約700℃的煙氣。原煤經(jīng)煙氣干燥后，煙氣攜帶干燥析出的水分和細煤粉被負壓吸入煤粉收集器。含熱煙氣發(fā)生爐在內(nèi)的干燥系統(tǒng)通風(fēng)方式為平衡通風(fēng)，干燥裝置微負壓運行[2]。

2 實際存在的問題

由于褐煤具有自燃性，在密閉空間內(nèi)氧量、褐煤粉塵濃度達到一定量時[3]，遇有火星就會發(fā)生爆燃嚴(yán)重時將會爆炸。褐煤滾筒干燥工藝系統(tǒng)氧量、溫度直接關(guān)系到整個機組的安全性和經(jīng)濟性。內(nèi)蒙古某廠在2012年發(fā)生一起爆燃事故，造成設(shè)備及生產(chǎn)廠房的嚴(yán)重損壞。

3 褐煤滾筒干燥系統(tǒng)及特性

運行時系統(tǒng)煤粉濃度比較難控制也沒有裝置可以測量。明火的控制主要是通過對系統(tǒng)溫度的控制。系統(tǒng)氧量主要是通過爐膛配風(fēng)及燃燒情況進行控制，煙氣溫度主要是通過再循環(huán)風(fēng)風(fēng)量進行控制。實際運行中主要監(jiān)測滾筒干燥機入口溫度和出口氧量，確保不超允許范圍[4]。

爐膛設(shè)計漏風(fēng)率1.2，根據(jù)漏風(fēng)率和氧量的關(guān)系得出爐膛出口氧量為3.5%。爐膛調(diào)溫室到滾筒入口之間溫降是一定的，所以正常運行時只要保證了熱風(fēng)爐調(diào)溫室出口的溫度和氧量就能保證滾筒干燥機的安全運行。

經(jīng)過對比分析得出，在滾筒干燥系統(tǒng)的控制回路中，存在著相當(dāng)嚴(yán)重的耦合，不進行解耦的系統(tǒng)是不可能獲得良好的控制品質(zhì)的，即使改變變量配對，也不能徹底解決問題。

3.1 二次風(fēng)量對熱煙氣發(fā)生爐出口溫度的影響

二次風(fēng)作為爐膛燃燒調(diào)整用風(fēng)，在保證燃燒的同時會對熱風(fēng)爐溫度產(chǎn)生影響，二次風(fēng)量增加，爐膛溫度下降。

3.2 二次風(fēng)量對熱煙氣發(fā)生爐出口氧量的影響

二次風(fēng)對熱風(fēng)爐氧量的影響主要是因為空氣過剩系數(shù)大導(dǎo)致。二次風(fēng)量增加，熱煙氣發(fā)生爐出口氧量增加。

3.3 再循環(huán)風(fēng)量對熱煙氣發(fā)生爐出口溫度的影響

熱煙氣發(fā)生爐出口溫度主要是靠再循環(huán)風(fēng)量進行調(diào)節(jié)，控制在700℃。再循環(huán)風(fēng)量風(fēng)量增加，熱煙氣發(fā)生爐出口溫度下降。

3.4 再循環(huán)風(fēng)量對熱煙氣發(fā)生爐出口氧量的影響

再循環(huán)風(fēng)量增加，熱煙氣發(fā)生爐出口氧量降低。

通過以上分析我們得知，熱煙氣發(fā)生爐是一個典型的多輸入多輸出系統(tǒng)，它的輸入量是二次風(fēng)量和再循環(huán)風(fēng)量，輸出量是熱風(fēng)爐出口溫度和熱風(fēng)爐出口氧量。

熱風(fēng)爐出口溫度和熱風(fēng)爐出口氧量很容易測量，熱風(fēng)爐系統(tǒng)對象特性可用如下傳遞函數(shù)：[5]

式中：T代表熱煙氣發(fā)生爐出口溫度，O代表熱煙氣發(fā)生爐出口氧量。U代表再循環(huán)風(fēng)風(fēng)門開度，V代表二次風(fēng)風(fēng)門開度。

4 關(guān)鍵參數(shù)控制策略

目前是將控制系統(tǒng)設(shè)計為三個互為獨立的控制回路，再循環(huán)風(fēng)控制爐膛出口溫度，二次風(fēng)量控制爐膛出口氧量，調(diào)節(jié)引風(fēng)量維持爐膛負壓三套獨立的控制回路。

4.1 熱煙氣發(fā)生爐煙氣溫度控制

為了及時響應(yīng)二次風(fēng)量對調(diào)溫室煙氣溫度的影響，本文引入前饋解耦。二次風(fēng)量作為前饋信號對再循環(huán)風(fēng)門電動執(zhí)行器進行調(diào)節(jié)。重新設(shè)計后的前饋解耦控制模型如圖1所示。

4.2 熱煙氣發(fā)生爐出口氧量控制

熱煙氣發(fā)生爐出口氧量主要受二次風(fēng)影響，但同時再循環(huán)風(fēng)對系統(tǒng)氧量影響比較大，針對褐煤干燥過程中具體問題，在原控制系統(tǒng)上引入再循環(huán)風(fēng)前饋。其控制原理圖如圖2所示。

4.3 熱煙氣發(fā)生爐爐膛負壓控制

保證爐膛負壓是為了保證熱系統(tǒng)不發(fā)生噴火和吸入冷風(fēng)。原負壓控制系統(tǒng)主要是由引風(fēng)機進行調(diào)節(jié)。實際運行中再循環(huán)風(fēng)對負壓影響迅速，所以引入再循環(huán)風(fēng)前饋控制，通過檢測再循環(huán)風(fēng)量對引風(fēng)機入口門電動執(zhí)行器進行調(diào)節(jié)如圖3所示。

5 結(jié)語

本文整個控制以解耦控制作為核心，通過分析各控制量的耦合關(guān)系，建立控制模型，引入前饋解耦控制，通過實際改造對工程實際有指導(dǎo)意義。

參考文獻：

[1]李先春，余江龍，胡廣濤等.印尼褐煤干燥和水分再吸收特性的試驗研究[J].現(xiàn)代化工，2009，29（Z1）：5-7.

[2]張魁生.對河北省褐煤開發(fā)利用的幾點建議[J].河北煤炭，2001（3）：60-61.

[3]李寶文.中儲式球磨機制粉系統(tǒng)先進控制和優(yōu)化應(yīng)用研究[D].濟南.山東大學(xué).2009.

[4]王禹朝.褐煤干燥與火力發(fā)電廠系統(tǒng)集成及性能分析[D].北京.華北電力大學(xué).2012.

[5]邢召良，馬訓(xùn)強，史元芝等.易燃易爆煤粉干燥工藝的研究與應(yīng)用[J].山東化工，2007（36）：31-34.