淺析熱電廠鍋爐控制中的智能化控制技術(shù)的應(yīng)用

余堃

（中機(jī)國能江山熱電有限公司，浙江 江山 324100）

近年來，智能控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用。智能控制技術(shù)能夠大大提高工作效率，降低勞動強(qiáng)度，特別是在熱電廠的鍋爐控制中以及電氣工程自動化方面應(yīng)用效果較好。隨著越來越多的熱電廠在DCS上引入智能控制技術(shù)，大大節(jié)省了能源的消耗，提高了熱電廠的自動化管理程度。鍋爐是熱電廠中的重要設(shè)備之一，鍋爐在使用過程中，其對應(yīng)運行參數(shù)的合理性、規(guī)范性、安全性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個熱電廠的運行是否安全、經(jīng)濟(jì)，同時也會對鍋爐設(shè)備的使用產(chǎn)生間接影響。因此，有必要將熱電廠中的鍋爐在DCS上，智能化控制作為重點內(nèi)容進(jìn)行研究和攻關(guān)。

1 智能控制技術(shù)及特點分析

在DCS上實現(xiàn)智能控制技術(shù)是根據(jù)工藝要求事先編制好的計算機(jī)程序，該技術(shù)是能夠極大解放人工勞動，提升工作效率，同時解決常規(guī)PID控制難以實現(xiàn)的自動控制的問題。智能控制技術(shù)具有較好的發(fā)展?jié)摿?，它是基于計算機(jī)的操作系統(tǒng)，將現(xiàn)代化工作模式融入其中。相比而言，熱電廠鍋爐在DCS上實現(xiàn)智能控制技術(shù)能夠大大降低系統(tǒng)運行過程中發(fā)生故障的概率，使熱電廠鍋爐運行指標(biāo)在規(guī)定合理范圍內(nèi)，達(dá)到相關(guān)要求。由于智能控制過程中避免了人員的參與，所以其數(shù)據(jù)可信度更高，每一天鍋爐的正常運轉(zhuǎn)都需要相關(guān)工作人員的參數(shù)設(shè)，使熱電廠鍋爐運行可以實現(xiàn)自動化、智能化，提高了效率。在DCS上實現(xiàn)智能化控制技術(shù)是將人工智能技術(shù)在DCS上建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行計算機(jī)編程，在生產(chǎn)過程中快速進(jìn)行統(tǒng)計數(shù)據(jù)、故障診斷和參數(shù)的處理，從而實現(xiàn)控制，使熱電廠鍋爐系統(tǒng)在運行過程中更加穩(wěn)定安全。

2 熱電廠鍋爐在DCS上實現(xiàn)智能控制過程探討

熱電廠鍋爐控制系統(tǒng)的特點較為突出，其控制對象組成復(fù)雜，在系統(tǒng)運行過程中極易受到外界環(huán)境的干擾，系統(tǒng)數(shù)據(jù)擾動、滯后、耦合較為嚴(yán)重。在常規(guī)熱電廠鍋爐的控制系統(tǒng)過程中，雖然采用DCS控制系統(tǒng)，還是用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)，因負(fù)荷波動大，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)常常不夠穩(wěn)定，不夠可靠，只實現(xiàn)了部份的自動控制功能，主要的燃燒控系統(tǒng)中，外部熱負(fù)荷的變化，需及時準(zhǔn)確在調(diào)節(jié)給煤量相應(yīng)的一次風(fēng)、二次風(fēng)量，使鍋爐的負(fù)荷適應(yīng)外部的變化，正常的調(diào)節(jié)系統(tǒng)外部的熱負(fù)荷的變化與給煤量存在滯后嚴(yán)重的問題，使鍋爐的主蒸汽壓力波動很大，同時風(fēng)煤比的控制與一、二次風(fēng)系統(tǒng)和引風(fēng)系統(tǒng)存在耦合嚴(yán)重和的問題，系統(tǒng)中外部擾動很多，難以使鍋爐在最佳的工況下運行；只有靠鍋爐運行人員的運行經(jīng)驗結(jié)合參數(shù)的變化進(jìn)行手動調(diào)節(jié)給煤量和調(diào)節(jié)一、二次的風(fēng)量，系統(tǒng)運行難以達(dá)到要求最佳狀況下燃燒，安全隱患也比較嚴(yán)重；同時并且需配足相應(yīng)的有經(jīng)驗的鍋爐運行人員才能保證運行，在目前人力資源不足的情況下，人工成本成為企業(yè)主要的成本之一，如果采用常規(guī)的運行管理理念人工成本顯得很高，影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。同樣，在控制主蒸汽溫度時，影響鍋爐主蒸汽溫度的參數(shù)主要有主要主蒸汽流量、鍋爐溫度、鍋爐用煤量、減溫水流量等。

上述參數(shù)之間系統(tǒng)干擾來重及、延遲較大，如采用常規(guī)PID調(diào)節(jié)，難以達(dá)到控制主蒸汽溫度的效果，鍋爐針對上述的情況，有必要針對該問題進(jìn)行控制過程的分析與研究，確保系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行，達(dá)到控制效果，并且降低人工成本。為此需要對相關(guān)的熱電廠智能控制裝置的控制方案進(jìn)行研究分析。

3 熱電廠智能控制裝置的控制方案研究

針對這種情況，推出建立專家預(yù)測數(shù)學(xué)控制模型和常規(guī)PID相結(jié)合對鍋爐負(fù)荷的自功調(diào)節(jié)以適應(yīng)外網(wǎng)的負(fù)荷變化，和對主蒸汽的溫溫的調(diào)節(jié)。其智能控制方案的中的事鍋爐的溫度控制系統(tǒng)，在設(shè)計過程中主調(diào)節(jié)設(shè)備采用DCS控制，具體作用是對進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在傳統(tǒng)的熱電廠鍋爐智能控制系統(tǒng)方案實施過程中，控制方案將汽包的供水管道與溫水的供水管道設(shè)計成同一條共用管道，這就造成了系統(tǒng)運行過程中的大幅波動和不穩(wěn)定，根據(jù)測量結(jié)果，該擾動幅度大、穩(wěn)定性差，控制設(shè)備無法對其進(jìn)行有效地控制。為了避免上述問題的產(chǎn)生，熱電廠鍋爐智能控制系統(tǒng)方案實施過程中，筆者將汽包壓力、給水壓力、主蒸汽流量等參數(shù)引入控制系統(tǒng)，同過多變量引入DCS專家控制系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)判，同時對給水壓力、汽包水位、給水條閥進(jìn)行同步調(diào)整，避免了非線性變化帶來的不可調(diào)節(jié)性。如在需要增加減溫水量的同時，對汽包水位進(jìn)行預(yù)判，

在水位升高情況下則開大減溫水閥，并將給水壓力下降進(jìn)入調(diào)節(jié)參數(shù)，參與輔助；如水位穩(wěn)定則在開大減溫水調(diào)閥的同時，對給水泵變頻器增加提高頻率的指令穩(wěn)定給水壓力，做的基本線性調(diào)節(jié)。

在熱電廠鍋爐溫度控制系統(tǒng)的方案設(shè)計過程中，筆者主要對主要氣體溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析。鍋爐運行過程中，受到風(fēng)量、外供負(fù)荷、煤炭量以及各級溫度影響較大，如外網(wǎng)負(fù)荷減少，主汽壓力上升，則需要煤的供給量減少，將會使鍋爐溫度發(fā)生較大的變化，能量降低，同時系統(tǒng)會同步減少風(fēng)量，控制煙道氧量。由于總風(fēng)量減少，煙氣流速減慢，弱化了煙氣與管道之間的換熱，同時降低尾部煙道的溫度，造成主汽溫度發(fā)生較大變化。因此，對于主要汽溫度控制系統(tǒng)而言，煤的供給量和外網(wǎng)負(fù)荷主要的波動變化參數(shù)，筆者將該參數(shù)的型號數(shù)據(jù)進(jìn)入DCS進(jìn)行處理，并將其作為前期反饋信號進(jìn)行應(yīng)用，如果主要調(diào)節(jié)設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)發(fā)生變化，該系統(tǒng)可以快速反饋信息，煤的供給量減少或變化時，溫水流量智能控制裝置可迅速啟動，同比例減少溫水進(jìn)入量，及時對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高了智能控制的準(zhǔn)確性、及時性、速度和效率。

4 熱電廠鍋爐智能控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

筆者在設(shè)計的過程中采用了降溫液體流量的微分形式進(jìn)行信息反饋，同時將其引入到主要的調(diào)節(jié)設(shè)備中進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的補(bǔ)償。常規(guī)熱電廠鍋爐控制降溫設(shè)備，其時間滯后，慣性也滯后，獨立采用PID技術(shù)難以精準(zhǔn)控制，效果不佳，采用DCS技術(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的建立與參數(shù)優(yōu)化。為了避免傳統(tǒng)的控制模式具有的復(fù)雜性，在參數(shù)調(diào)節(jié)過程中的靈活度差的問題，筆者采用了DCS專家控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多組運算模塊的同時進(jìn)行，實現(xiàn)多運算、多參數(shù)控制，通過編程實現(xiàn)多種控制算法的實現(xiàn)。燃燒系統(tǒng)控制主要為當(dāng)工業(yè)熱用戶熱負(fù)荷增加，表現(xiàn)為主汽壓力下降，汽機(jī)負(fù)荷增加，同時收集當(dāng)前狀態(tài)下的給煤量、主汽參數(shù)、煙風(fēng)量，對主汽壓力進(jìn)行微分，計算增加給煤量并微分，同時對爐膛溫度進(jìn)行微分，逐步增加給煤量至主汽壓力微分穩(wěn)定并在運行要求范圍內(nèi)，同時將給煤量微分信號給減溫水調(diào)節(jié)閥相關(guān)信息參數(shù)前饋補(bǔ)償。減溫水系統(tǒng)主要為當(dāng)工業(yè)熱用戶熱負(fù)荷增加，主汽壓力下降，汽包水汽先降后升（可采用常規(guī)三沖量調(diào)節(jié)），給水壓力受到汽包壓力波動對給水泵頻率調(diào)整影響波動，同時受到給煤量及風(fēng)量的預(yù)調(diào)整信號等，控制對上述信息計算，先預(yù)調(diào)整給水壓力，逐步調(diào)整二級減溫器開大，待一級減溫前溫度上升后調(diào)整一級減溫器并聯(lián)動調(diào)整二級減溫器。

筆者根據(jù)主要干擾因素制作參數(shù)調(diào)整圖，如圖1。

圖1

5 熱電廠智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用

筆者在一家熱電廠的DCS平臺上建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)投運并調(diào)試現(xiàn)場應(yīng)用過程中，該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、安全運行，使用后明顯發(fā)現(xiàn)運行中床溫、主汽壓力、主汽溫度與純手動控制良好，主汽溫度控制在5℃左右，指控控制系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整流暢。

同時該系統(tǒng)具有較好的抗干擾能力，持續(xù)運行時間較長，經(jīng)濟(jì)效益顯著，智能控制系統(tǒng)比常規(guī)的PID顯示了較好的優(yōu)越性，特別是在進(jìn)行熱電廠鍋爐控制參數(shù)運行上，效果顯著。在外面負(fù)荷變化較大的情況下，能快速響應(yīng)，并且平穩(wěn)過渡，可以節(jié)省人力，降低運行人員工作強(qiáng)度，并且獲得較好的運行經(jīng)濟(jì)性。

6 結(jié)語

筆者對相關(guān)智能控制技術(shù)進(jìn)行了分析與探討。具體研究了熱電廠鍋爐智能控制技術(shù)、智能控制過程、智能控制方案的優(yōu)化設(shè)計、熱電廠電氣工程自動化技術(shù)應(yīng)用等內(nèi)容。最終給出了相關(guān)改進(jìn)方案，并在DCS上實現(xiàn)熱電廠智能控制方案，進(jìn)而實現(xiàn)了熱電廠鍋爐工作過程的繁瑣控制，解決了熱電廠系統(tǒng)數(shù)據(jù)擾動、滯后、耦合等常規(guī)控制難以解決的問題，效果明顯，具有較好的推廣價值。同時該文對于熱電廠相關(guān)技術(shù)人員提升技術(shù)水平具有較好的參考意義。