垃圾電站給水控制邏輯分析及優(yōu)化

摘要：本文對(duì)成都隆豐垃圾電站主給水自動(dòng)控制邏輯進(jìn)行分析，探明其發(fā)生震蕩及滯后的原因，制定了用垃圾爐排上部一區(qū)溫度做溫度線性微分疊加前饋修正主給水邏輯優(yōu)化策略。通過控制邏輯優(yōu)化后，有效的提高了主給水控制系統(tǒng)的抗干擾性。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；主給水；線性微分；前饋

1 引言

近年來，在“垃圾圍城”日益嚴(yán)峻的形勢下，垃圾焚燒發(fā)電作為“減量化、無害化、資源化”處置生活垃圾的最佳方式，引起國家高度重視與關(guān)注。根據(jù)今年年初出臺(tái)的《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》，“十三五”期間，全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)總投資約2518.4億元；到2020年城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理能力要占總無害化處理能力的50%以上。

在人們的日常生活中，不可避免的都會(huì)產(chǎn)生大量的垃圾。如果不對(duì)這些垃圾進(jìn)行有效的處理，將會(huì)極大地影響人們的生活環(huán)境，甚至對(duì)對(duì)人們的身體健康造成威脅。目前，焚燒是處理垃圾的主要方式之一，但在焚燒垃圾的過程中，除了會(huì)造成二次環(huán)境污染外，還會(huì)造成資源和能源的浪費(fèi)。因此，在垃圾處理中，可以采取垃圾焚燒發(fā)電的方式。提高垃圾的再次利用率。

由于我國的垃圾分類還處于初級(jí)階段，不少市民對(duì)生活垃圾分類缺乏明確認(rèn)識(shí)。這就造成了垃圾的熱值極度不穩(wěn)定，這種現(xiàn)狀也就造成了余熱鍋爐給水的蒸發(fā)量也不穩(wěn)定，從而極大的影響了給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的快速性與準(zhǔn)確性。

2 現(xiàn)狀分析

成都隆豐環(huán)保發(fā)電廠可處理城市生活垃圾1500t/d，全年約為54.7萬噸，采用焚燒處理工藝，3臺(tái)往復(fù)式機(jī)械爐排焚燒爐配3臺(tái)余熱鍋爐，2臺(tái)凝汽式汽輪機(jī)組，發(fā)電機(jī)的額定容量為15MW。由上述簡介得知本項(xiàng)目采用的供氣方式為三爐蒸汽供兩臺(tái)汽輪機(jī)使用，因此本項(xiàng)目為母管制系統(tǒng)。所謂母管制系統(tǒng)為發(fā)電廠所有鍋爐的蒸汽引至一根蒸汽母管，再由母管分別引導(dǎo)汽輪機(jī)和其他用汽處，這種系統(tǒng)稱為母管制系統(tǒng)。

在母管制系統(tǒng)中，由于母管系統(tǒng)中的壓力將是一個(gè)穩(wěn)定量，增大垃圾爐排的燃燒量，只是增加了蒸汽的流量。因此總蒸發(fā)量與單臺(tái)爐給水之間的關(guān)系就不是常規(guī)的線性關(guān)系了。再加上本電廠的垃圾的復(fù)雜性及多樣性，垃圾熱值的不穩(wěn)定性及其嚴(yán)重。因此常規(guī)燃煤電站的給水控制策略已不能滿足垃圾電站的穩(wěn)定運(yùn)行。

本電站配備的為四臺(tái)變頻給水泵，同樣采用母管制。每臺(tái)爐配一個(gè)給水主調(diào)節(jié)門，一個(gè)給水旁路調(diào)節(jié)門。通過控制調(diào)節(jié)門的開度來保證汽包水位在合理的范圍內(nèi)。旁路調(diào)節(jié)門在蒸汽量<20%時(shí)使用，主調(diào)節(jié)門在蒸汽量>30%使用。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，初步的控制策略為：旁路門采用單沖量控制策略；主調(diào)節(jié)門采用給水三沖量控制策略。所謂給水三沖量控制策略，是指給水自動(dòng)調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位脈沖、蒸汽流量脈沖和給水流量脈沖三個(gè)脈沖信號(hào)進(jìn)行汽包水位調(diào)節(jié)的。因?yàn)榻o水自動(dòng)調(diào)節(jié)的對(duì)象是汽包水位，所以汽包水位是主脈沖信號(hào)。汽包水位反映了蒸汽流量和給水流量之間的平衡關(guān)系，通常是蒸汽流量因鍋爐負(fù)荷變化而改變時(shí)，在給水流量未改變之前，因平衡破壞才引起汽包水位變化的，即蒸汽流量變化在前，汽包水位變化在后，所以蒸汽流量脈沖稱為導(dǎo)前脈沖。調(diào)節(jié)器接受導(dǎo)前脈沖或主脈沖信號(hào)后，發(fā)出改變給水調(diào)節(jié)閥開度的信號(hào)，給水流量改變的脈沖又送至調(diào)節(jié)器。這種控制策略為經(jīng)典控制策略，在熱值穩(wěn)定的燃煤機(jī)組中應(yīng)用廣泛。

結(jié)合實(shí)際情況，垃圾爐在低負(fù)荷下，采用天然氣做助燃，而不投入垃圾。天然氣的熱值很穩(wěn)定，旁路門單沖量控制策略可行。

但是在垃圾爐大負(fù)荷情況下，即投入垃圾后，給水三沖量控制策略就不能滿足生產(chǎn)的要求。下圖為投入主調(diào)節(jié)門自動(dòng)后，汽包水位出現(xiàn)發(fā)散狀。

3 控制邏輯優(yōu)化策略

根據(jù)上述分析的問題，汽包水位的波動(dòng)最主要的因素為垃圾燃燒熱值的不穩(wěn)定。造成這種情況的有兩個(gè)關(guān)鍵因素：1.推料器速度；2.爐溫變化快

3.1推料器速度前饋疊加

垃圾推料器是通過內(nèi)置在液壓缸中的磁致伸縮探測器和電磁比例流量控制閥來進(jìn)行位置控制而一直保持同步，通過推料器的向前運(yùn)動(dòng)將垃圾溜管內(nèi)的垃圾往爐排推，當(dāng)推料器退到盡頭時(shí)，由于重力的關(guān)系，上方的垃圾落入剛剛騰出的空間，接著由推料器的下一個(gè)前進(jìn)動(dòng)作，把垃圾推到爐排上。因此，推料器的速度直接影響著燃料的供應(yīng)。

既然推料器的推進(jìn)速度對(duì)燃燒的影響如此大，如果將推料器的速度直接疊加在給水控制系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器的前饋上，即當(dāng)推料器速度改變時(shí)，迅速的改變主調(diào)節(jié)器的輸出，對(duì)輔調(diào)節(jié)器增加一個(gè)同向的增量，問題是否可以解決？帶著這樣的設(shè)想，對(duì)給水進(jìn)行了一次試驗(yàn)驗(yàn)證。

通過試驗(yàn)驗(yàn)證，推料器速度對(duì)水位影響并不是很明顯。如果將推料器速度進(jìn)行單純的疊加，不能對(duì)水位起到超前調(diào)節(jié)的效果。如果正向疊加，可能會(huì)造成給水系統(tǒng)震蕩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成水位達(dá)到跳機(jī)值。造成機(jī)組停機(jī)的嚴(yán)重事故。

3.2 爐溫前饋疊加

垃圾爐的爐溫由兩個(gè)變量影響，一為爐排的速度，二為一次風(fēng)風(fēng)量。

成都隆豐垃圾電廠的爐排是四川川鍋生產(chǎn)的，爐排主要由三部分組成，干燥爐排，燃燒爐排和燃盡爐排。垃圾在干燥爐排上干燥、在燃燒爐排上燃燒、在燃盡爐排上完全燃盡。因此，燃燒爐排是垃圾主要燃燒的部位，也是爐溫的直接轉(zhuǎn)換點(diǎn)。而一次風(fēng)給垃圾的燃燒提供了氧氣，一次風(fēng)量的大小也會(huì)影響垃圾在爐排上燃燒的好壞。但是由于垃圾熱值的不穩(wěn)定導(dǎo)致垃圾爐排速度及一次風(fēng)量變化頻繁，綜上兩個(gè)變量，最后決定利用兩個(gè)變量的結(jié)果即爐溫進(jìn)行給水的修正。

通過曲線觀察，爐溫相對(duì)于給水的控制有超前環(huán)節(jié)。

爐溫測點(diǎn)很多，如果直接所有的爐溫去平均值，會(huì)造成溫度偏差過大，如果其中一個(gè)出現(xiàn)了壞點(diǎn)，將會(huì)影響邏輯對(duì)爐溫的判斷。垃圾爐溫分為三個(gè)區(qū)，分別為一區(qū)，二區(qū)和三區(qū)。其中一區(qū)溫度靠近爐排，能夠快速反應(yīng)垃圾燃燒的好壞，對(duì)后面兩個(gè)區(qū)的溫度也會(huì)有較大的影響。因此，采用了爐膛一區(qū)溫度作為取樣點(diǎn)。由于爐溫在30%以上負(fù)荷時(shí)，溫度變化較小，為了放大爐溫的增量變化，此項(xiàng)邏輯修正引入了線性微分環(huán)節(jié)。其主要實(shí)現(xiàn)的功能為鍋爐溫度細(xì)小變化經(jīng)過微分增量變大，變化增量與溫度的變化速率有關(guān)。最能表征爐溫變化的趨勢。增加限幅塊的目的，為了防止?fàn)t溫變化速度太快，導(dǎo)致微分增量太大，會(huì)造成控制器的超調(diào)。微分增量經(jīng)過限幅后再乘以系數(shù)3，由3倍增量直接疊加到控制器前饋。

由圖1可以看出，經(jīng)過了線性微分修正，汽包水位控制趨于平穩(wěn)，靜差為14mm。達(dá)到預(yù)期的效果。

4 結(jié)束語

本文通過對(duì)垃圾爐給水控制系統(tǒng)邏輯的分析，對(duì)給水三沖量邏輯進(jìn)行爐溫線性微分前饋的疊加，提高垃圾電廠給水自動(dòng)控制的可靠性及穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：郭磊，34歲，工程師，調(diào)試公司熱控室專工，從事電站熱控調(diào)試工作