優(yōu)化控制與節(jié)能技術(shù)在冶金燃?xì)忮仩t上的應(yīng)用

吉廣黎，申安云，宋洪楊，浦 宏

(1.蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司，蕪湖 241000；2.江蘇和隆優(yōu)化智能科技有限公司，南京 210000)

0 引 言

燃?xì)忮仩t是冶金企業(yè)副產(chǎn)煤氣的有效利用和節(jié)能環(huán)保的重要設(shè)備，但目前燃?xì)忮仩t大多存在重要設(shè)備手動(dòng)控制，煤氣熱值波動(dòng)大，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大且鍋爐運(yùn)行不穩(wěn)定的情況。

目前在蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司220 t/h燃?xì)忮仩t上，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)煤氣壓力波動(dòng)大，混合煤氣的熱值波動(dòng)大，現(xiàn)場(chǎng)操作難度較大，各主要控制回路運(yùn)行穩(wěn)定性受影響，煤氣有一定的浪費(fèi)的情況，利用和隆優(yōu)化的BCS通用燃燒優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鍋爐的準(zhǔn)無(wú)人化操作，穩(wěn)定鍋爐運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，降低了煤氣單耗。

1 優(yōu)化控制系統(tǒng)的改造實(shí)施

1.1 系統(tǒng)安全性提升

(1)原系統(tǒng)與優(yōu)化系統(tǒng)通過(guò)OPC協(xié)議通訊，原系統(tǒng)的所有功能被保留，優(yōu)化系統(tǒng)將完成全自動(dòng)優(yōu)化燒爐的全部功能，兩套系統(tǒng)間可自由切換，或者當(dāng)優(yōu)化系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)無(wú)擾切換回原系統(tǒng)，不影響鍋爐運(yùn)行。

(2)優(yōu)化系統(tǒng)帶有故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)，對(duì)完全失效的儀表，優(yōu)化系統(tǒng)可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別剔除，并消除由此帶來(lái)的突變影響，根據(jù)測(cè)點(diǎn)是否冗余，選擇備用測(cè)點(diǎn)或者切換至軟測(cè)量模型，并發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警通知操作人員。對(duì)于特性不好的閥門或液力耦合器等，優(yōu)化系統(tǒng)的智能控制器可進(jìn)行自適應(yīng)控制。

1.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性提升

將燃?xì)忮仩t下列回路和功能投入長(zhǎng)期可靠的全自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行：

1.2.1 汽包水位自動(dòng)控制

控制框圖如圖1所示。

圖1 汽包水位自動(dòng)控制框圖

該回路采用了帶有燃燒因素專家算法的三沖量控制算法。所謂燃燒因素是指當(dāng)鍋爐升降負(fù)荷時(shí)必須以調(diào)整爐膛燃燒強(qiáng)度為前提，BCS建立了能表征爐膛燃燒強(qiáng)度的前饋算法并把它引入經(jīng)典的三沖量控制模型中，進(jìn)一步提高了該回路的抗干擾能力和汽包水位的控制精度。

另外，該回路的控制點(diǎn)是浮動(dòng)的，即負(fù)荷高時(shí)其控制點(diǎn)變低，反之則變高，這有助于提高鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

同時(shí)利用水位擾動(dòng)觀測(cè)模型，通過(guò)計(jì)算汽包水位的變化趨勢(shì)、幅度等來(lái)提前調(diào)整給水量，提高水位的穩(wěn)定性。

1.2.2 主汽溫度優(yōu)化控制

控制框圖如圖2所示。

圖2 主汽溫度優(yōu)化控制框圖

該回路采用了帶有燃燒因素前饋算法的主汽溫度-減溫水流量-減溫水閥串級(jí)控制算法，也可采用帶有汽溫?cái)_動(dòng)觀測(cè)器算法的主汽溫度-減溫水閥單回路控制算法來(lái)達(dá)到較高精度的主汽溫度控制。對(duì)有減溫水流量測(cè)量且負(fù)荷足夠大時(shí)也可考慮串級(jí)控制方案，對(duì)采用面式減溫器的場(chǎng)合還考慮了與汽包水位控制閥的解耦算法。

1.2.3 爐膛壓力控制回路

控制框圖如圖3所示。

六是加大了對(duì)口幫扶的力度。組織上海、江蘇、浙江、山東對(duì)口幫扶云南，北京、天津、湖北、安徽對(duì)口幫扶貴州，廣東、福建對(duì)口幫扶廣西，并從七大流域機(jī)構(gòu)和部直屬科研單位抽調(diào)140多名水文地質(zhì)、物探、水工等方面的專家指導(dǎo)抗旱，調(diào)集50多臺(tái)（套）鉆機(jī)、地質(zhì)探測(cè)儀、泥漿泵等設(shè)備運(yùn)赴重旱區(qū)找水打井。

圖3 爐膛壓力控制回路框圖

負(fù)壓壞值處理：對(duì)于多負(fù)壓測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)使負(fù)壓控制算法得到一個(gè)經(jīng)過(guò)處理的測(cè)量值，同時(shí)對(duì)于壞掉的測(cè)量值進(jìn)行剔除；

在負(fù)壓調(diào)節(jié)回路上增加一前饋調(diào)節(jié)器用于改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，前饋調(diào)節(jié)解決的是當(dāng)進(jìn)爐煤氣、空氣發(fā)生量的變化時(shí)提前給引風(fēng)擋板或者變頻一個(gè)改變量，以保證爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定。

1.2.4 總送風(fēng)控制回路

控制框圖如圖4所示。

圖4 總送風(fēng)控制回路框圖

基本風(fēng)量獲取模型：根據(jù)實(shí)時(shí)的送風(fēng)機(jī)電流計(jì)算總送風(fēng)量，為控制切換風(fēng)量的基本目標(biāo)值的獲取做好準(zhǔn)備，即使沒(méi)有送風(fēng)量測(cè)量值，采用軟測(cè)量表示。

穩(wěn)定含氧量達(dá)到穩(wěn)定燃燒的效果。

1.2.5 負(fù)荷控制回路

控制框圖如圖5所示。

負(fù)荷模型有三種模式：主汽壓力控制、負(fù)荷控制、固定煤氣量控制，蕪湖新興鑄管燃?xì)鉅t是單元制機(jī)組，采用了負(fù)荷控制模式，將負(fù)荷穩(wěn)定在設(shè)定值附近。

其中主汽壓力控制和負(fù)荷控制均可兼顧高爐煤氣壓力，固定煤氣量控制則是按照人工給定的煤氣量設(shè)定值進(jìn)行控制。

主汽壓力擾動(dòng)觀測(cè)模型：它通過(guò)計(jì)算主汽壓力變化趨勢(shì)來(lái)提前調(diào)整燃?xì)饬浚员ＷC負(fù)荷的穩(wěn)定，提高燃?xì)忾y位調(diào)節(jié)的快速性；

高熱值煤氣擾動(dòng)模型：處理不定時(shí)、不定量的高熱值煤氣(轉(zhuǎn)爐、焦?fàn)t煤氣)對(duì)于鍋爐運(yùn)行的突發(fā)性干擾。

圖5 負(fù)荷控制回路框圖

2 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性提升效果驗(yàn)證

經(jīng)濟(jì)性的提升主要在于提升鍋爐燃燒效率，即風(fēng)煤比始終接近最優(yōu)，通過(guò)總送風(fēng)的風(fēng)量?jī)?yōu)化模型、動(dòng)態(tài)風(fēng)煤比、氧含量修正模塊和負(fù)荷控制回路的燃?xì)饬績(jī)?yōu)化模型，使鍋爐燃燒效果始終趨于最佳狀態(tài)。

風(fēng)量?jī)?yōu)化模型：由于燃?xì)赓|(zhì)量的頻繁波動(dòng)以及燃燒效果的影響，造成在該點(diǎn)與等量燃?xì)庀鄬?duì)應(yīng)的空氣量也是不固定的，它應(yīng)根據(jù)燃?xì)鉄嶂档茸兓兓?，最終目標(biāo)是讓所配風(fēng)量能讓進(jìn)爐燃?xì)馔耆紵?，?dāng)燃燒最完全時(shí)，會(huì)造成鍋爐負(fù)荷有所上升，負(fù)荷控制回路就會(huì)相應(yīng)降低燃?xì)饬靠刂泣c(diǎn)，這樣就完成了一次的優(yōu)化節(jié)能；

動(dòng)態(tài)風(fēng)煤比：煤氣與空氣之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，每次優(yōu)化結(jié)束后該值是變化的；

氧含量修正模塊：根據(jù)負(fù)荷獲得氧含量的目標(biāo)值，該目標(biāo)值是動(dòng)態(tài)變化的，有實(shí)際測(cè)量和目標(biāo)值進(jìn)行比較，獲得需要增加或減少風(fēng)量的增量，沒(méi)有氧量測(cè)量時(shí)可以不用；

燃?xì)饬績(jī)?yōu)化模型：由于煤氣種類多，熱值變化大，該功能提供了一種尋找用更少燃?xì)饬縼?lái)保證負(fù)荷的可能性；

經(jīng)過(guò)優(yōu)化改造，雙方共同測(cè)試了優(yōu)化前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)，得出如下結(jié)論：自控率94%，節(jié)能率3.65%。

3 結(jié)束語(yǔ)

蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司220 t/h燃?xì)忮仩tBCS燃燒優(yōu)化改造后，實(shí)現(xiàn)了燃?xì)忮仩t各控制回路的長(zhǎng)期可靠的全自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行，平均自控率達(dá)到了94%，顯著降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了噸汽煤氣耗降低3.65%。因此在蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司220 t/h燃?xì)忮仩t優(yōu)化控制升級(jí)改造中，通過(guò)引入BCS技術(shù)的方式，實(shí)現(xiàn)了燃?xì)忮仩t的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)與安全運(yùn)行，并達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。