循环流化床锅炉自动控制系统的研究与设计
|
摘要
循环流化床锅炉(Circulating Fluidized Bed Boiler，简称CFBB或CFB锅炉)作为高效、低污染、燃烧适应性广、负荷调节性能好的洁净燃煤技术，在全世界受到广泛重视，正在成为燃煤技术的主力军。CFB锅炉商业化的迅速发展给它的运行自动化提出了更高的要求。
论文首先介绍了CFB锅炉的结构和工艺流程，然后分析了各主要参数之间的耦合关系及控制系统目前存在的问题。针对CFB锅炉燃烧过程的复杂特性，论文以35T／hCFB锅炉为研究对象，基于多变量频域解耦控制理论，提出了“热量-氧量”双交叉燃烧控制方案，实现了CFB锅炉主要参数之间的解耦控制，消除了燃烧过程中主要内扰的影响，同时保证了燃烧的经济性，进而提高了锅炉燃烧自动控制系统的连续投运率。对于汽水系统，基于模糊控制理论，论文提出了CFB锅炉主蒸汽温度和汽包水位模糊控制方案，并进行了仿真研究，仿真结果表明采用该方法可有效提高汽水系统的控制品质。
最后，根据集散控制系统设计的思想，论文提出了计算机监控系统的设计方案，提高了CFB锅炉实时监控与管理水平。
Circulating Fluidized Bed Boiler(CFBB or CFB Boiler) is becoming the main coal combustion technique all over the world for its attractive advantages of high combustion efficiency,efficient sulfur removal, low NOx emission, fuel flexibility and good load-following capability. To meet the need of its commercial development, higher demand of CFBB automation is proposed.
At first, the paper introduces the structure and process of CFBB, then analyzes the coupling relationship of parameters and problems of control system. Focusing on complex dynamic characteristic involved in combustion process of CFBB, here proposes a "thermal-oxygen" double-cross combustion control method for the 35T/h CFBB based on multivariable frequency decoupling control theory, which can effectively solve such problems as coupling relationship of key parameters, influence of inner disturbance, and burning efficency, thus enhance continuous automatic control of the boiler system. As to steam-water system, fuzzy control methods for main steam temperature control and water level control are introduced. The simulation results indicate that these methods can improve the control characteristic of steam-water system.
In the end, the computer monitoring system on the basis of distributed control system scheme is put forward, which can improve the real-time control and management level of the CFBB.
论文首先介绍了CFB锅炉的结构和工艺流程，然后分析了各主要参数之间的耦合关系及控制系统目前存在的问题。针对CFB锅炉燃烧过程的复杂特性，论文以35T／hCFB锅炉为研究对象，基于多变量频域解耦控制理论，提出了“热量-氧量”双交叉燃烧控制方案，实现了CFB锅炉主要参数之间的解耦控制，消除了燃烧过程中主要内扰的影响，同时保证了燃烧的经济性，进而提高了锅炉燃烧自动控制系统的连续投运率。对于汽水系统，基于模糊控制理论，论文提出了CFB锅炉主蒸汽温度和汽包水位模糊控制方案，并进行了仿真研究，仿真结果表明采用该方法可有效提高汽水系统的控制品质。
最后，根据集散控制系统设计的思想，论文提出了计算机监控系统的设计方案，提高了CFB锅炉实时监控与管理水平。
Circulating Fluidized Bed Boiler(CFBB or CFB Boiler) is becoming the main coal combustion technique all over the world for its attractive advantages of high combustion efficiency,efficient sulfur removal, low NOx emission, fuel flexibility and good load-following capability. To meet the need of its commercial development, higher demand of CFBB automation is proposed.
At first, the paper introduces the structure and process of CFBB, then analyzes the coupling relationship of parameters and problems of control system. Focusing on complex dynamic characteristic involved in combustion process of CFBB, here proposes a "thermal-oxygen" double-cross combustion control method for the 35T/h CFBB based on multivariable frequency decoupling control theory, which can effectively solve such problems as coupling relationship of key parameters, influence of inner disturbance, and burning efficency, thus enhance continuous automatic control of the boiler system. As to steam-water system, fuzzy control methods for main steam temperature control and water level control are introduced. The simulation results indicate that these methods can improve the control characteristic of steam-water system.
In the end, the computer monitoring system on the basis of distributed control system scheme is put forward, which can improve the real-time control and management level of the CFBB.
引文
[1]李明富，循环流化床锅炉的特点与发展现状．工程与技术，2001，7：19-20
[2]周一工．循环流化床锅炉的发展现状与前景．黑龙江电力技术，1997，7：146-150
[3]牛培峰等．循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望．动力工程，1998，18(6)：39-46
[4]阎维平．洁净煤发电技术．第一版．北京：中国电力出版社，2002．79-128
[5]Basu, P. Combustion of coal in circulating fluidized-bed boilers: a review. Chemical Engineering Science, 1999, 54(22): 5547-5557
[6]张冀等．循环流化床锅炉燃烧系统动态特性分析．能源研究与信息，2001，4：188-192
[7]王尊虎，刘丰怀，李晶．浅谈循环流化床锅炉的燃烧调整．发电设备，1999，5：1-2
[8]边立秀，周俊霞，赵劲松．热工控制系统．第一版．北京：中国电力出版社，2001．143-248
[9]熊淑燕，王兴叶，田建艳．火力发电厂集散控制系统．第一版．北京：科学出版社，2000．48-167
[10]姜波．循环流化床锅炉燃烧控制系统简介．四川电力技术，1999，4：18-22
[11]李欧．循环流化床锅炉的控制特点．吉林电力技术，2000，2：21-24
[12]黄素华．循环流化床锅炉控制系统的应用特点．华东电力，1999，10：20-22
[13]陈惠，余国贞等．循环流化床锅炉控制技术进展．化工自动化及仪表，1997，24(4)：6-10
[14]Kurjatko I, Placer F. Distribitd Control System For a Circulating fluidized Bed in Small Power Plant. The Proceedings of the 9th International Conference on Fluidized Bed Combustion, 1988:133-142
[15]牛培峰．采用沸腾燃烧锅炉的单元机组汽压自适应控制系统．热能动力工程，1996，6：398-401
[16]牛培峰，杜忠义，南敬修．循环流化床锅炉热工自动控制系统．动力工程．1993，13(4)：48-52
[17]牛培峰等．国产75t／h循环流化床锅炉的单元机组汽压自适应控制系统．控制理论与应用，1998，15(2)：82-86
[18]Shen You-ting, Song Ze-xi, Su Hong-Wei. Verification of the Tsinghua-CFBB Model with the Testing Results on an Industrial-Scale CFB Boiler. Proceedings of International Power Engineering Confenrence, Hangzhou, 1992:187-195
[19]杨文玉．影响循环流化床锅炉燃烧效率的因素分析，云南化工，2001，12：28-30
[20]刘伯谦等．国内循环流化床锅炉运行中的问题及原因探讨．煤炭转化，1998，21(1)：84-86
[21]高黛陵，吴麒．多变量频率域控制理论．第一版．北京：清华大学出版社，1998．78-129
[22]吕泽华，徐向东，曹仁风，张永哲．循环流化床燃烧控制系统设计．清华大学学报(自然科学版)，2000，10：70-72
[23]汤秀琴．双交叉燃烧控制系统的设计与实现．鞍山钢铁学院学报，2001，12：421-424
[24]周以琳等．锅炉燃烧系统优化控制及实现方法．工业仪表与自动化装置，1998，4：50-54
[25]Antsaklis P J., Defining intelligent control-Report of task force on intelligent control. IEEE Control Syst Mag. 1994,14(3): 4-5,58-66
[26]胡一倩，吕剑虹，张铁军．模糊控制在锅炉热工控制中的应用简介及研究前景．工业控制计算机，2002，4：25-27
[27]张小敏，楚彦君．模糊控制在电厂热工过程中的应用研究．陕西广播电视大学学报，2001，2：93-96
[28]易继锴，侯媛彬．智能控制技术．第一版．北京：北京工业大学出版社，1999．139-236
[29]杨晋萍，张兴中．基于模糊控制的电厂过热汽温控制系统仿真．太原理工大学学报，2002，4：400-402
[30]白建云，杨晋萍．电厂汽温控制对象的模糊控制系统仿真．电力学报，2002，2：79-81
[31]黄伟．工业锅炉汽包水位自动控制系统设计．自动化与仪器仪表，1999，6：14-17
[32]白素琴，惠长坤，耿超．基于MATLAB环境的工业锅炉汽包水位的模糊控制算法．华东船舶工业学院学报(自然科学版)，2001，2：56-59
[33]张良仪等，工业锅炉微机控制．第一版．上海：上海交通大学出版社，1991．65-121
[34]李广建，蒋建飞，王锦洋．循环流化床锅炉多媒体远程监控网络研究开发．测控技术，2000，19(8)：35-37
[35]陈增强，赵天航．基于Windows NT环境的工业锅炉监控系统设计．计算机工程于应用，2000，8：163-165
[36]李辉，陆继东，黄义华．循环流化床工业锅炉热工自动化及计算机监控．热力发电，2001，6：10-12
[2]周一工．循环流化床锅炉的发展现状与前景．黑龙江电力技术，1997，7：146-150
[3]牛培峰等．循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望．动力工程，1998，18(6)：39-46
[4]阎维平．洁净煤发电技术．第一版．北京：中国电力出版社，2002．79-128
[5]Basu, P. Combustion of coal in circulating fluidized-bed boilers: a review. Chemical Engineering Science, 1999, 54(22): 5547-5557
[6]张冀等．循环流化床锅炉燃烧系统动态特性分析．能源研究与信息，2001，4：188-192
[7]王尊虎，刘丰怀，李晶．浅谈循环流化床锅炉的燃烧调整．发电设备，1999，5：1-2
[8]边立秀，周俊霞，赵劲松．热工控制系统．第一版．北京：中国电力出版社，2001．143-248
[9]熊淑燕，王兴叶，田建艳．火力发电厂集散控制系统．第一版．北京：科学出版社，2000．48-167
[10]姜波．循环流化床锅炉燃烧控制系统简介．四川电力技术，1999，4：18-22
[11]李欧．循环流化床锅炉的控制特点．吉林电力技术，2000，2：21-24
[12]黄素华．循环流化床锅炉控制系统的应用特点．华东电力，1999，10：20-22
[13]陈惠，余国贞等．循环流化床锅炉控制技术进展．化工自动化及仪表，1997，24(4)：6-10
[14]Kurjatko I, Placer F. Distribitd Control System For a Circulating fluidized Bed in Small Power Plant. The Proceedings of the 9th International Conference on Fluidized Bed Combustion, 1988:133-142
[15]牛培峰．采用沸腾燃烧锅炉的单元机组汽压自适应控制系统．热能动力工程，1996，6：398-401
[16]牛培峰，杜忠义，南敬修．循环流化床锅炉热工自动控制系统．动力工程．1993，13(4)：48-52
[17]牛培峰等．国产75t／h循环流化床锅炉的单元机组汽压自适应控制系统．控制理论与应用，1998，15(2)：82-86
[18]Shen You-ting, Song Ze-xi, Su Hong-Wei. Verification of the Tsinghua-CFBB Model with the Testing Results on an Industrial-Scale CFB Boiler. Proceedings of International Power Engineering Confenrence, Hangzhou, 1992:187-195
[19]杨文玉．影响循环流化床锅炉燃烧效率的因素分析，云南化工，2001，12：28-30
[20]刘伯谦等．国内循环流化床锅炉运行中的问题及原因探讨．煤炭转化，1998，21(1)：84-86
[21]高黛陵，吴麒．多变量频率域控制理论．第一版．北京：清华大学出版社，1998．78-129
[22]吕泽华，徐向东，曹仁风，张永哲．循环流化床燃烧控制系统设计．清华大学学报(自然科学版)，2000，10：70-72
[23]汤秀琴．双交叉燃烧控制系统的设计与实现．鞍山钢铁学院学报，2001，12：421-424
[24]周以琳等．锅炉燃烧系统优化控制及实现方法．工业仪表与自动化装置，1998，4：50-54
[25]Antsaklis P J., Defining intelligent control-Report of task force on intelligent control. IEEE Control Syst Mag. 1994,14(3): 4-5,58-66
[26]胡一倩，吕剑虹，张铁军．模糊控制在锅炉热工控制中的应用简介及研究前景．工业控制计算机，2002，4：25-27
[27]张小敏，楚彦君．模糊控制在电厂热工过程中的应用研究．陕西广播电视大学学报，2001，2：93-96
[28]易继锴，侯媛彬．智能控制技术．第一版．北京：北京工业大学出版社，1999．139-236
[29]杨晋萍，张兴中．基于模糊控制的电厂过热汽温控制系统仿真．太原理工大学学报，2002，4：400-402
[30]白建云，杨晋萍．电厂汽温控制对象的模糊控制系统仿真．电力学报，2002，2：79-81
[31]黄伟．工业锅炉汽包水位自动控制系统设计．自动化与仪器仪表，1999，6：14-17
[32]白素琴，惠长坤，耿超．基于MATLAB环境的工业锅炉汽包水位的模糊控制算法．华东船舶工业学院学报(自然科学版)，2001，2：56-59
[33]张良仪等，工业锅炉微机控制．第一版．上海：上海交通大学出版社，1991．65-121
[34]李广建，蒋建飞，王锦洋．循环流化床锅炉多媒体远程监控网络研究开发．测控技术，2000，19(8)：35-37
[35]陈增强，赵天航．基于Windows NT环境的工业锅炉监控系统设计．计算机工程于应用，2000，8：163-165
[36]李辉，陆继东，黄义华．循环流化床工业锅炉热工自动化及计算机监控．热力发电，2001，6：10-12