韶冶热电分厂流化床锅炉控制系统的研究与实现
|
摘要
循环流化床技术作为一种清洁燃煤技术,由于其低污染排放、燃料适应性广、燃烧效率高及负荷适应性强等优点,得到了迅猛的发展。从理论和实践出发,对流化床锅炉控制系统的研究成为势在必行的工作。
本论文首先分析了流化床锅炉的生产工艺。从对其工作过程的分析可以得出,流化床锅炉是一个复杂的系统,有多参数、非线性、时变、多变量紧密耦合特点。理想的控制系统应是多回路的控制系统。当系统受到某一扰动时,各个调节量同时协调动作,使所有的被调量都具有一定的精度;但是,这样的调节比较困难。目前工程处理上做了一些假设后,将流化床锅炉设备控制划分为若干个子控制系统。而在若干个子系统中,燃烧控制和汽包水位控制显得的尤为重要。
对于燃烧系统中所涉及到的主汽压和床温这对互相强耦合参数,本论文设计的控制系统采取的原则是控制床温稳定和在此基础上维持主蒸汽压力稳定。因此整个专家控制方案分为负荷粗调和床温细调两个部分。首先按照蒸汽压力大小设定给煤机转速(给煤量)和送风量以便快速跟随压力的大幅度扰动,然后根据床温调节给煤机转速和送风量。炉膛负压调节则采用随调方式。现场运行曲线表明,床温和主汽压得到有效的控制。
对于汽包水位控制,论文先分析了汽包水位的动态特性,阐明了产生虚假水位的原因。由于传统的汽包水位控制方法不能很好的满足
Circulating Fluidized Boiler, CFB, is a clear coal technology. In case of its low-pollution, wide fuel adaptability and high combustion efficiency, CFB is widely used. From theory and practice, the study of CFB is a necessary work.This paper analyzes the product process firstly, and draws the conclusion that CFB is a complicated system that has characteristic of multi-parameters, non-linear, time-change and parameter coupling. The ideal control system is mufti-loop. When a parameter of system is pretreated, the other control parameters should work coordinately. However, this control is difficult. At present, some assumptions have been done in the engineering. The control system of CFB includes many son control system. And in these systems, the combustion control system and the liquid location of steam beam control system are important.From analysis of the perform characteristic of combustion system, we conclude that the difficult of combustion system lies in each other's influence. This paper aims at controlling steady of temperature firstly and maintaining stability of main vapor pressure secondly. Compensatory solve coupling control method is used. And expert judgment is adopted in the system. The fuzzy control is added in the system. And according to the errors of main vapor pressure and change of it, the range of control amount is changed. All these methods improve the system quality and solve the problem of strong coupling. The practical curve shows it's useful.The reason of deceived liquid location is detected by analyzing the
stream beam perform characteristic. The traditional control algorithm isn't fit for the real working site. Based on the worker's experience, this paper proposed the method of expert PID expert control. Practical curve show this control algorithm is efficient.At last, the paper introduces the implementation of hardware and software. This work secures the successful control of CFB.
本论文首先分析了流化床锅炉的生产工艺。从对其工作过程的分析可以得出,流化床锅炉是一个复杂的系统,有多参数、非线性、时变、多变量紧密耦合特点。理想的控制系统应是多回路的控制系统。当系统受到某一扰动时,各个调节量同时协调动作,使所有的被调量都具有一定的精度;但是,这样的调节比较困难。目前工程处理上做了一些假设后,将流化床锅炉设备控制划分为若干个子控制系统。而在若干个子系统中,燃烧控制和汽包水位控制显得的尤为重要。
对于燃烧系统中所涉及到的主汽压和床温这对互相强耦合参数,本论文设计的控制系统采取的原则是控制床温稳定和在此基础上维持主蒸汽压力稳定。因此整个专家控制方案分为负荷粗调和床温细调两个部分。首先按照蒸汽压力大小设定给煤机转速(给煤量)和送风量以便快速跟随压力的大幅度扰动,然后根据床温调节给煤机转速和送风量。炉膛负压调节则采用随调方式。现场运行曲线表明,床温和主汽压得到有效的控制。
对于汽包水位控制,论文先分析了汽包水位的动态特性,阐明了产生虚假水位的原因。由于传统的汽包水位控制方法不能很好的满足
Circulating Fluidized Boiler, CFB, is a clear coal technology. In case of its low-pollution, wide fuel adaptability and high combustion efficiency, CFB is widely used. From theory and practice, the study of CFB is a necessary work.This paper analyzes the product process firstly, and draws the conclusion that CFB is a complicated system that has characteristic of multi-parameters, non-linear, time-change and parameter coupling. The ideal control system is mufti-loop. When a parameter of system is pretreated, the other control parameters should work coordinately. However, this control is difficult. At present, some assumptions have been done in the engineering. The control system of CFB includes many son control system. And in these systems, the combustion control system and the liquid location of steam beam control system are important.From analysis of the perform characteristic of combustion system, we conclude that the difficult of combustion system lies in each other's influence. This paper aims at controlling steady of temperature firstly and maintaining stability of main vapor pressure secondly. Compensatory solve coupling control method is used. And expert judgment is adopted in the system. The fuzzy control is added in the system. And according to the errors of main vapor pressure and change of it, the range of control amount is changed. All these methods improve the system quality and solve the problem of strong coupling. The practical curve shows it's useful.The reason of deceived liquid location is detected by analyzing the
stream beam perform characteristic. The traditional control algorithm isn't fit for the real working site. Based on the worker's experience, this paper proposed the method of expert PID expert control. Practical curve show this control algorithm is efficient.At last, the paper introduces the implementation of hardware and software. This work secures the successful control of CFB.
引文
[1] 岳光溪.流化床技术与发展(上).节能与环保,2003,2:13～18
[2] 张电,刘尚明,罗建国.流化床控制策略研究.煤汽轮机技术,2003,16(3):26～30
[3] 任毅,孙伟.我国流化床锅炉热工控制技术的发展与思考.煤矿机电,2004,1:10～14
[4] 李人厚.智能控制理论和方法.西安:西安电子科技大学出版社,1999.90～96
[5] 岳光溪.流化床技术与发展(下).节能与环保,2004,1:15～18
[6] 西安电力学校锅炉教研组.小型电站锅炉设备及运行.北京:水利电力出版社,1988.63～70
[7] 袁南儿,等.计算机新型控制策略及其应用.清华大学出版社,1998.13～18
[8] 郭爽,边立秀,张玉萍,等.循环流化床锅炉及其控制系统.河北电力技术,2000,6(9):33～38
[9] 王洪滨.循环流化床锅炉控制系统的设计.山西电力,2002,5(2):12～17
[10] 陈惠,余国贞,阳永荣.循环流化床锅炉控制技术进展.化工自动化及仪表,1997,6:36～40
[11] 田倩.循环流化床锅炉控制策略浅析.上海电力学院学报,2001,4(6):26～29
[12] 牛培峰,孙键,柴天佑.循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望.动力工程,1998,6:29～34
[13] 张燕秦,徐向东.循环流化床锅炉控制系统设计研究.电站系统工程,2003,5(3):25～28
[14] 张俊奎.循环流化床锅炉的控制现状.山西电力,2004,1:3～8
[15] 刘成.循环流化床锅炉控制系统的设计.山西电力,2003,5:7～11
[16] 李玉.循环流化床锅炉的控制特点.电力勘测设计,2003,12(4):13～18
[17] 薛雷,姜威,姜义道.循环流化床锅炉可控性的研究.动力工程,2001,8(4):11～15
[18] 俞海斌,褚建.75t/h循环流化床锅炉专家控制系统.化工自动化及仪表,1999.26:23～28
[19] 周水良,谢力,叶敏.大型循环流化床锅炉控制系统.发电设备,2003,(1):39～42
[20] 杜丽华.循环硫化床锅炉控制系统的探讨.山西电力,2004,2(1):13～18
[21] 张翼,马永光.循环流化床锅炉燃烧系统动态特性分析.锅炉技术,2001,10(10):26～32
[22] 岑可法,等.循环流化床锅炉理论设计与运行.北京:中国电力出版社,2002.113～118
[23] 徐天芳.I/A系列分散控制系统在大型循环流化床锅炉中的应用.中国电力,1997,11:30～33
[24] 牛培峰.循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望.动力工程,1998,18(2):13～18
[25] 李振国,等.锅炉改造燃烧过程的自动控制.上海大学学报,2002,7(5):52～56
[26] 俞海斌,褚建.75t/h循环流化床锅炉专家控制系统.化工自动化及仪表,1999,26(1):61～65
[27] 牛培峰.大型国产循环流化床锅炉燃烧过程智能控制系统应用研究.中国电机工程学报,2002,20(12):53～58
[28] 陈永顺,向军,等.循环流化床锅炉的发展方向.节能,2000(12):10～12
[29] 俞海斌,褚建,张伯立,等.基于专家智能的循环流化床锅炉自动控制系统.发电设备,1999(4):14～21
[30] 何玉彬.神经网络控制技术及其应用.科学出版社,2000.110～120
[31] 李明,徐向东.循环流化床锅炉控制系统.清华大学学报,2002,42(5):50～54
[32] 李士勇等.模糊控制和智能控制理论与应用.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1990.90～99
[33] 吕泽华,徐向东.循环流化床燃烧的补偿式解耦控制系统.热能动力工程,2002,15(89):61～65
[34] 吕泽华.带有可调喷嘴的分轴燃气轮机传递函数矩阵数学模型及解耦器和控制器设计程序.热能动力工程,1987,8(4):343～352.
[35] 金以慧.过程控制.北京:清华大学出版社,1993.210～222
[36] 刘焕彩.流化床锅炉原理与设计.武汉:华中理工大学出版社,1988.250～261
[37] 黄郁南.循环流化床锅炉的加权模糊控制.热电技术,1997,(2):10～12
[38] 徐天芳.I^A系列分散控制系统在大型循环流化床锅炉中的运用.中国电力,1997,(11):10～12
[39] 牛培峰.循环流化床锅炉热工自动控制.动力工程,1998,18(6):39～46
[40] 吕泽华.带有可调喷嘴的分轴燃汽轮机传递函数矩阵表达式及解耦器和控制器设计程序.仪器仪表学报,1987,8(4):343～352
[41] 俞海斌,褚健.CFB锅炉汽包水位的专家PID控制.机电工程,2000(3):10～12
[42] 李晓燕.电站锅炉汽包水位优化运行控制的探讨.山东大学,2002.212～222
[43] 容銮恩,袁镇福,等.电站锅炉原理.北京:中国电力出版社,1997.110～122
[44] Go rdon Pellegrinetti and Joseph Bentsman. Nonlinear Contro l O riented Bo iler Modeling—A Benchmark Problem fo rContro ller Design. IEEE Trans. Control System s Techno fogy, 1996, 4 (1): 57～64
[45] 王耀南.智能控制系统.长沙:湖南大学出版社,1996.214～225
[46] 郑明方,肖立川,薛国新,等.燃煤锅炉水位神经元网络优化控制,2000(12):50～56
[47] 清华大学自动化系.智能信息处理和智能控制.杭州:浙江科学技术出版社,1998,154～155.
[48] H. Kitano. Neurogenetic Learning An Integrated Me2thod of Designing and Training NN with GA [M].Physics D75 , 1994, 225～238.
[49] 李泠泠,赵全明,等.工业锅炉水位三冲量控制系统的改进.河北工业大学学报,2000(6):70～73
[50] 王诗宓.多变量控制系统的分析和设计.北京:中国电力出版社,1996 (12): 32～34
[51] Raju G V S, Jun Zhou, Fuzzy Logic Contro ller to A Steam Generator Feedwater F low. American Contro l Conference, 1990, 1491～1492
[52] 张玉铎,王满稼.热工自动控制系统.北京:水利电力出版社,1985.75～92
[53] 潘维加.汽包锅炉状态前馈-反馈给水控制.动力工程,2001,12(6):10～12
[54] 李士勇.模糊控制·神经控制和智能控制论[M].哈尔滨:洽尔滨工业大学出版社,1996.410～422
[55] KeigoW atanabe, etal, A Fuzzy-Gaussian N euralN etwo rk and ItsApp lication toMobile Robot Contro l. IEEE Trans. Control System s Technology, 1996, 4(2): 193～199
[56] 石成江,高巍.锅炉控制系统总体实施方案.沈阳化工学院学报,2004.3(1):61～65
[57] 王常力.集散型控制系统的设计与应用.北京:清华大学出版社,1993.156～163
[58] 贾胜海,刘明东.DCS在锅炉控制系统的应用.应用能源技术,2003,(2):10～12
[59] 长征航天控制工程公司.北京,DCS集散型控制系统及工业控制技术的最新进展.导弹与航天运载技术,2003,(3):29～32
[60] 牛培峰,孙键,柴天佑.循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望.动力工程,1998,12(6):79～62
[2] 张电,刘尚明,罗建国.流化床控制策略研究.煤汽轮机技术,2003,16(3):26～30
[3] 任毅,孙伟.我国流化床锅炉热工控制技术的发展与思考.煤矿机电,2004,1:10～14
[4] 李人厚.智能控制理论和方法.西安:西安电子科技大学出版社,1999.90～96
[5] 岳光溪.流化床技术与发展(下).节能与环保,2004,1:15～18
[6] 西安电力学校锅炉教研组.小型电站锅炉设备及运行.北京:水利电力出版社,1988.63～70
[7] 袁南儿,等.计算机新型控制策略及其应用.清华大学出版社,1998.13～18
[8] 郭爽,边立秀,张玉萍,等.循环流化床锅炉及其控制系统.河北电力技术,2000,6(9):33～38
[9] 王洪滨.循环流化床锅炉控制系统的设计.山西电力,2002,5(2):12～17
[10] 陈惠,余国贞,阳永荣.循环流化床锅炉控制技术进展.化工自动化及仪表,1997,6:36～40
[11] 田倩.循环流化床锅炉控制策略浅析.上海电力学院学报,2001,4(6):26～29
[12] 牛培峰,孙键,柴天佑.循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望.动力工程,1998,6:29～34
[13] 张燕秦,徐向东.循环流化床锅炉控制系统设计研究.电站系统工程,2003,5(3):25～28
[14] 张俊奎.循环流化床锅炉的控制现状.山西电力,2004,1:3～8
[15] 刘成.循环流化床锅炉控制系统的设计.山西电力,2003,5:7～11
[16] 李玉.循环流化床锅炉的控制特点.电力勘测设计,2003,12(4):13～18
[17] 薛雷,姜威,姜义道.循环流化床锅炉可控性的研究.动力工程,2001,8(4):11～15
[18] 俞海斌,褚建.75t/h循环流化床锅炉专家控制系统.化工自动化及仪表,1999.26:23～28
[19] 周水良,谢力,叶敏.大型循环流化床锅炉控制系统.发电设备,2003,(1):39～42
[20] 杜丽华.循环硫化床锅炉控制系统的探讨.山西电力,2004,2(1):13～18
[21] 张翼,马永光.循环流化床锅炉燃烧系统动态特性分析.锅炉技术,2001,10(10):26～32
[22] 岑可法,等.循环流化床锅炉理论设计与运行.北京:中国电力出版社,2002.113～118
[23] 徐天芳.I/A系列分散控制系统在大型循环流化床锅炉中的应用.中国电力,1997,11:30～33
[24] 牛培峰.循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望.动力工程,1998,18(2):13～18
[25] 李振国,等.锅炉改造燃烧过程的自动控制.上海大学学报,2002,7(5):52～56
[26] 俞海斌,褚建.75t/h循环流化床锅炉专家控制系统.化工自动化及仪表,1999,26(1):61～65
[27] 牛培峰.大型国产循环流化床锅炉燃烧过程智能控制系统应用研究.中国电机工程学报,2002,20(12):53～58
[28] 陈永顺,向军,等.循环流化床锅炉的发展方向.节能,2000(12):10～12
[29] 俞海斌,褚建,张伯立,等.基于专家智能的循环流化床锅炉自动控制系统.发电设备,1999(4):14～21
[30] 何玉彬.神经网络控制技术及其应用.科学出版社,2000.110～120
[31] 李明,徐向东.循环流化床锅炉控制系统.清华大学学报,2002,42(5):50～54
[32] 李士勇等.模糊控制和智能控制理论与应用.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1990.90～99
[33] 吕泽华,徐向东.循环流化床燃烧的补偿式解耦控制系统.热能动力工程,2002,15(89):61～65
[34] 吕泽华.带有可调喷嘴的分轴燃气轮机传递函数矩阵数学模型及解耦器和控制器设计程序.热能动力工程,1987,8(4):343～352.
[35] 金以慧.过程控制.北京:清华大学出版社,1993.210～222
[36] 刘焕彩.流化床锅炉原理与设计.武汉:华中理工大学出版社,1988.250～261
[37] 黄郁南.循环流化床锅炉的加权模糊控制.热电技术,1997,(2):10～12
[38] 徐天芳.I^A系列分散控制系统在大型循环流化床锅炉中的运用.中国电力,1997,(11):10～12
[39] 牛培峰.循环流化床锅炉热工自动控制.动力工程,1998,18(6):39～46
[40] 吕泽华.带有可调喷嘴的分轴燃汽轮机传递函数矩阵表达式及解耦器和控制器设计程序.仪器仪表学报,1987,8(4):343～352
[41] 俞海斌,褚健.CFB锅炉汽包水位的专家PID控制.机电工程,2000(3):10～12
[42] 李晓燕.电站锅炉汽包水位优化运行控制的探讨.山东大学,2002.212～222
[43] 容銮恩,袁镇福,等.电站锅炉原理.北京:中国电力出版社,1997.110～122
[44] Go rdon Pellegrinetti and Joseph Bentsman. Nonlinear Contro l O riented Bo iler Modeling—A Benchmark Problem fo rContro ller Design. IEEE Trans. Control System s Techno fogy, 1996, 4 (1): 57～64
[45] 王耀南.智能控制系统.长沙:湖南大学出版社,1996.214～225
[46] 郑明方,肖立川,薛国新,等.燃煤锅炉水位神经元网络优化控制,2000(12):50～56
[47] 清华大学自动化系.智能信息处理和智能控制.杭州:浙江科学技术出版社,1998,154～155.
[48] H. Kitano. Neurogenetic Learning An Integrated Me2thod of Designing and Training NN with GA [M].Physics D75 , 1994, 225～238.
[49] 李泠泠,赵全明,等.工业锅炉水位三冲量控制系统的改进.河北工业大学学报,2000(6):70～73
[50] 王诗宓.多变量控制系统的分析和设计.北京:中国电力出版社,1996 (12): 32～34
[51] Raju G V S, Jun Zhou, Fuzzy Logic Contro ller to A Steam Generator Feedwater F low. American Contro l Conference, 1990, 1491～1492
[52] 张玉铎,王满稼.热工自动控制系统.北京:水利电力出版社,1985.75～92
[53] 潘维加.汽包锅炉状态前馈-反馈给水控制.动力工程,2001,12(6):10～12
[54] 李士勇.模糊控制·神经控制和智能控制论[M].哈尔滨:洽尔滨工业大学出版社,1996.410～422
[55] KeigoW atanabe, etal, A Fuzzy-Gaussian N euralN etwo rk and ItsApp lication toMobile Robot Contro l. IEEE Trans. Control System s Technology, 1996, 4(2): 193～199
[56] 石成江,高巍.锅炉控制系统总体实施方案.沈阳化工学院学报,2004.3(1):61～65
[57] 王常力.集散型控制系统的设计与应用.北京:清华大学出版社,1993.156～163
[58] 贾胜海,刘明东.DCS在锅炉控制系统的应用.应用能源技术,2003,(2):10～12
[59] 长征航天控制工程公司.北京,DCS集散型控制系统及工业控制技术的最新进展.导弹与航天运载技术,2003,(3):29～32
[60] 牛培峰,孙键,柴天佑.循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望.动力工程,1998,12(6):79～62