CN102721036B - 具有自适应三分控制功能的水煤浆锅炉供汽工程系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有自适应三分控制功能的水煤浆锅炉供汽工程系统，由一监控级系统、一过程控制级系统和一现场控制级系统组成。监控级系统由一值班员生产过程监控计算机组成；过程控制级系统由与该值班员生产过程监控计算机分别连接的一高压模拟量控制子系统、一低压模拟量控制子系统、一蓄热器控制系统、一锅炉炉膛安全监视系统、一给水泵控制系统和一开关量控制功能块组成；现场控制级系统由高、低压水煤浆锅炉、蒸汽蓄热器、水泵和连接该水煤浆锅炉供汽工程系统的辅助设备系统组成。该系统解决了现有水煤浆锅炉中复杂的多品质、高波动用汽要求的难题，取得了很高的经济效益，开创了水煤浆锅炉高度自动化的先河。

Description

具有自适应三分控制功能的水煤浆锅炉供汽工程系统

技术领域

本发明涉及水煤浆技术，尤其指水煤浆锅炉供汽工程的控制系统改进技术。

背景技术

目前水煤浆技术概况简述如下：

1、我国水煤浆技术经过三十年的几代科技工作者的不断努力，其应用技术已趋成熟，并走在世界的前列。尤其是近期国际石油价格飙升以来，水煤浆代油技术取得了丰硕成果，2010年浙大《水煤浆燃烧技术产业化》获得国家科技进步二等奖。

然而，因为水煤浆是煤和水的多项液体混合物，其粒度，粘度，浓度，稳定性都有较大差异。因此，水煤浆锅炉燃烧控制上较比燃油困难得多。目前，水煤浆锅炉整体自动化水平还相对较低，多少影响水煤浆全面而快速推广。

2、水煤浆锅炉自动化现状：

国内水煤浆锅炉除大型电站水煤浆锅炉自动化水平较高之外，绝大部分中小型水煤浆工业锅炉自动化水平都较低，除配置一定的PLC控制主辅设备正常运行或应用可编程控制器实行单机集中控制之外，其他高层控制系统极少采用，部分手动操作占据很大比例。其原因主要有：

(1)水煤浆质量不一，易沉淀，不稳定，会使全自动控制十分复杂。

(2)水煤浆浆压、粘度，空压等相关参数尚无定量关系，使参数采集，变送，运算，控制等自控仪表的研制难度加大。

(3)国内各种仪表自控阀的质量不高，给连续稳定运行增加风险。

(4)自动控制水平过高，会给运行管理和维修带来困难，简单的手工操作，既减少投资又便于维护。

(5)自动化程度越高，成本越高，自动化控制的档次是没有终极的，不是技术问题，而是投入的成本问题。

正因为有如上诸多疑点和顾虑，一些水煤浆锅炉厂家不求技术进步，仅为用户上一些简单的控制系统了事，严重降低水煤浆应用的科技先进性。

3、复杂的水煤浆锅炉工艺系统：

水煤浆锅炉需要监控的设备和因素很多：一般锅炉控制系统包括：锅炉本体炉膛燃烧状况，燃烧器，出渣机，省煤器，空气预热器，布袋除尘器，水膜除气器，脱硫泵，引风机、鼓风机，卸浆泵，输浆泵、供浆泵、储气罐、给水泵，蓄热器等等。近二十台主辅设备及蒸汽压力，蒸汽温度，锅炉气包水位，给水流量，燃料流量，送风空气流量，引风量，过剩空气系数，炉膛负压，炉膛前后温度，烟气流经各设备进出温度等等数十个被控参数。以及数十项报警限位参数，组成整个锅炉的控制系统。加之，该工程为适应用户多品质蒸汽要求和负荷波动极大等要求和特征，需要配置两种不同蒸汽压力的锅炉和用于调峰的蓄热器系统。致使该系统更为复杂且技术要求更高。因此，没有高度自动化控制系统，该项工程就无法满足用户需要。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明提供一种具有自适应三分控制功能的水煤浆锅炉供汽工程系统。该系统解决了现有水煤浆锅炉中复杂的多品质、高波动用汽要求的难题，取得了很高的经济效益，开创了水煤浆锅炉高度自动化的先河。

为实现上述目的，本发明技术方案为：

具有自适应三分控制功能的水煤浆锅炉供汽工程系统，其包括一监控级系统、一过程控制级系统、一现场控制级系统；所述的监控级系统由一值班员生产过程监控计算机组成；所述的过程控制级系统由与该值班员生产过程监控计算机分别连接的一高压模拟量控制子系统、一低压模拟量控制子系统、一蓄热器控制系统、一锅炉炉膛安全监视系统、一给水泵控制系统和一开关量控制功能块组成；所述的现场控制级系统由高、低压水煤浆锅炉、蒸汽蓄热器、水泵和连接该水煤浆锅炉供汽工程系统的辅助设备系统组成，其中：

高压模拟量控制子系统：其对应连接高压水煤浆锅炉，该控制模块由多个连接高压水煤浆锅炉的子系统设备和与该多个子系统设备对应相接的子系统参数控制单元组成，并由值班员生产过程监控计算机来控制高压水煤浆锅炉的工作参数；

低压模拟量控制子系统：其对应连接低压水煤浆锅炉，该控制模块由多个连接低压水煤浆锅炉的子系统设备和与该多个子系统设备对应相接的子系统参数控制单元组成，并由值班员生产过程监控计算机来控制低压水煤浆锅炉的工作参数；

蓄热器控制系统：其连接一蒸汽蓄热器，该蒸汽蓄热器分别连接高、低压水煤浆锅炉；并由值班员生产过程监控计算机根据用户用汽压力大小，调节水煤浆锅炉的蒸汽压力，使用户用汽压力达到平峰状态；

锅炉炉膛安全监视系统：其分别连接高、低压水煤浆锅炉，并由值班员生产过程监控计算机获取锅炉炉膛的燃烧数值，达到监视锅炉炉膛燃烧状态的目的；

给水泵控制系统：其连接一水泵，该水泵连接分别连接高、低压水煤浆锅炉，并由值班员生产过程监控计算机控制锅炉的蒸汽用量；

开关量控制功能块：其分别连接高、低压水煤浆锅炉、蒸汽蓄热器、水泵、子系统设备和辅助设备系统，并由值班员生产过程监控计算机执行保护、联锁和报警和辅机顺序控制的功能。

上述技术方案的有益之处在于：

水煤浆是一种特殊流体燃料，虽然能像油一样被雾化，但它由大量颗粒煤粒组成，极易堵塞雾化装置；粘度比油大的多，雾化困难；它含有大量水分，点火及稳定燃烧比油难度大。因此，在设计水煤浆锅炉自动化控制中，在诸多控制系统中，应将燃烧过程的自动控制放在第一位。如对喷浆量及其他燃烧参数均应采用自适应控制程序，尽量满足燃烧器在正常和非正常情况下的燃烧要求。抓住燃烧环节就从理论上突破水煤浆锅炉控制瓶颈。其他控制系统都比较常规和成熟。在自动控制系统中，检测，调节，操作和保护中，热工检测又是第一位的，用检测元件和显示仪表对系统的热工参量进行连续测量和显示，才能为调节和保护提供可靠的保证。自动化控制的执行器是接受自动调节信号去操作调节机构的重要部件，执行器是控制系统环路中的最终元件。直接用于控制操纵变量的变化过程。只有高可靠性的执行器和控制器才能组成高性能的自动化控制系统。本发明针对水煤浆锅炉供汽工程的蒸汽品质多，供应点多等复杂工艺要求，采用了一套相适应的全新控制系统，分级控制、分散控制和分时段控制的三分集成新型系统是集综合控制技术，计算机技术，信息技术等多种技术为一体，实现对生产过程的集中监视、操作、管理和分散控制的新型控制技术。本发明水煤浆锅炉供汽工程系统可满足：1、用户多品质蒸汽要求，两台6T水煤浆供汽能力和水平，超过原两台10T燃油锅炉，用户满意高。2、技术水平达到国内领先水平：两台水煤浆锅炉经省级检测部门检测分别达到85％-87％的锅炉热效益。3、环保效益，完全达到旅游城市的环保最高要求：烟气含尘量在50mg/m³以下；二氧化硫含量在50mg/m³以下。

附图说明

图1是本发明水煤浆锅炉供汽工程系统工作原理示意图。

具体实施方式

如图1所示的具有自适应三分控制功能的水煤浆锅炉供汽工程系统，其包括一监控级系统、一过程控制级系统、一现场控制级系统；所述的监控级系统由一值班员生产过程监控计算机组成；所述的过程控制级系统由与该值班员生产过程监控计算机分别连接的一模拟量控制功能块(该模拟量控制功能块由一高压模拟量控制子系统和一低压模拟量控制子系统组成)、一蓄热器控制系统、一锅炉炉膛安全监视系统、一给水泵控制系统和一开关量控制功能块组成；所述的现场控制级系统由高、低压水煤浆锅炉、蒸汽蓄热器、水泵和连接该水煤浆锅炉供汽工程系统的辅助设备系统组成，其中：

高压模拟量控制子系统：其对应连接高压水煤浆锅炉，该控制模块由多个连接高压水煤浆锅炉的子系统设备和与该多个子系统设备对应相接的子系统参数控制单元组成，并由值班员生产过程监控计算机来控制高压水煤浆锅炉的工作参数；

低压模拟量控制子系统：其对应连接低压水煤浆锅炉，该控制模块由多个连接低压水煤浆锅炉的子系统设备和与该多个子系统设备对应相接的子系统参数控制单元组成，并由值班员生产过程监控计算机来控制低压水煤浆锅炉的工作参数；

蓄热器控制系统：其连接一蒸汽蓄热器，该蒸汽蓄热器分别连接高、低压水煤浆锅炉；并由值班员生产过程监控计算机根据用户用汽压力大小，调节水煤浆锅炉的蒸汽压力，使用户用汽压力达到平峰状态；

锅炉炉膛安全监视系统：其分别连接高、低压水煤浆锅炉，并由值班员生产过程监控计算机获取锅炉炉膛的燃烧数值，达到监视锅炉炉膛燃烧状态的目的；

给水泵控制系统：其连接一水泵，该水泵连接分别连接高、低压水煤浆锅炉，并由值班员生产过程监控计算机控制锅炉的蒸汽用量；

开关量控制功能块：其分别连接高、低压水煤浆锅炉、蒸汽蓄热器、水泵、子系统设备和辅助设备系统，并由通过保护、联锁、报警系统和辅机顺序控制系统执行由值班员生产过程监控计算机控制的保护、联锁和报警和辅机顺序控制功能。

所述高、低压模拟量控制子系统中的子系统参数控制单元包括：

一点火参数控制单元：其包括一点燃轻油的、通过一光电检测仪跟踪点火全过程的高能点火装置，该高能点火装置连接高、低压水煤浆锅炉；

一供水参数控制单元：其包括一根据水位信号和蒸汽流量信号来加给水量的前馈双回路的三冲量复合系统，该系统连接高、低压水煤浆锅炉；

一供浆参数控制单元：其包括一调整供浆量以达到水煤浆锅炉的负荷平衡的蒸汽压力调节设备，该蒸汽压力调节设备连接高、低压水煤浆锅炉；

一供风参数控制单元：其包括一根据温度变化信号，反应和调整风煤比的锅炉炉膛温度自动跟踪系统，该系统连接高、低压水煤浆锅炉；通过调整鼓风机的送风量，以维持锅炉炉膛温度稳定；

一引风参数控制单元：其包括一连接高、低压水煤浆锅炉的锅炉负压调整的送风量调节器和引风量调节器，该送风量调节器的输出端连接该引风量调节器的输入端，送风量调节器的输出信号作为该引风量调节器的前馈信号，避免锅炉炉膛压力负压波动现象的出现。

本发明的水煤浆锅炉供汽工程系统具有的显著优点：

1、过程控制级系统是一类能够适应过程变化或环境条件变化，自动调整控制器参数的自适应控制系统。因为大多数工业过程是非线性的并具有时变特征，要满足稳定运行和适应过程特性的变化，必须及时对被控过程输入输出进行测量和评价，并及时进行最优先指标的比较和评价，然后及时指示自动调整机构进行控制参数调整，使控制系统能够在最优状态下运行。例如：蒸汽锅炉蒸汽压力的变化，必须让燃料的加入量随动变化，才能维持燃烧与供汽的稳定。这种自适应过程是水煤浆锅炉自动化的基础。

2、监控级系统、过程控制级系统和现场控制级系统的分级控制也称分层控制，即将复杂的控制系统分解成若干层次，上一层次的控制机构对下一层次进行指导性和导向性控制。利用计算机技术及现代通讯技术经过功能组合和优化设计，对生产过程自动监视和协调。最上层为组织级，然后是控制与协调级，最下层为执行级。它是执行现场控制功能的基础层，其控制精度和实时性要求最高。一般利用PLC控制器实现各种最优控制。

3、生产过程分散控制也称生产过程分布控制，其主要技术特点是：1、控制功能分散，操作管理上集中兼顾复杂生产过程的局部自治和整体协调。本工程中高、低压水煤浆锅炉及蓄热器各自形成独立的自适应闭环控制系统，外部波动后，各自又是整体协调中的组成部分，承担不同功能任务，共同完成生产任务。

4、分时段控制，由于锅炉系统要维持最佳燃烧及经济效益，必须满足必要的外部条件和环境。当外部条件如蒸汽用量发生较大变化时，分散控制的局部子系统就应在上层管理层的指挥下作开停处理，这时新的整体控制系统发生变化，就必须按分时段控制方案进行新的程序控制：

(1)如该系统中用户用汽量只有5t/h低压蒸汽用量，按系统设计，只需开低压水煤浆锅炉(1.25MPa水煤浆锅炉)供汽，其燃烧状况和经济效益都就是最佳的。此时高压水煤浆锅炉(2.5MPa水煤浆锅炉)只处于待命或停炉状态。

(2)、如用户有高压用汽，且其高压用汽量与低压用汽量之和小于6t/h.。按系统设计只需开高压水煤浆锅炉供汽，此时低压水煤浆锅炉处于待命或停炉状态。

(3)如用户高、低压用汽总量超过6t/h，则按系统设计，需要两台锅炉同时运行。此时；两台锅炉的运行其最优的运行方案，设计中要求均衡产汽，才是燃烧和经济效益最佳的状态，那么此时计算机系统就应及时平衡两台锅炉均衡控制和调整。

上述三种调整状态必须在高度自控的分时段控制设计程序下完成。该设计不仅完全满足用户对蒸汽品质用量的需求，更为供汽过程创造和节约了可观的经济效益。

以上实施例仅为说明本发明的设计的简单描述，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.具有自适应三分控制功能的水煤浆锅炉供汽工程系统，特征在于：其包括一监控级系统、一过程控制级系统、一现场控制级系统；所述的监控级系统由一值班员生产过程监控计算机组成；所述的过程控制级系统由与该值班员生产过程监控计算机分别连接的一高压模拟量控制子系统、一低压模拟量控制子系统、一蓄热器控制系统、一锅炉炉膛安全监视系统、一给水泵控制系统和一开关量控制功能块组成；所述的现场控制级系统由高、低压水煤浆锅炉、蒸汽蓄热器、水泵和连接该水煤浆锅炉供汽工程系统的辅助设备系统组成，其中：

高压模拟量控制子系统：其对应连接高压水煤浆锅炉，该控制模块由多个连接高压水煤浆锅炉的子系统设备和与该多个子系统设备对应相接的子系统参数控制单元组成，并由值班员生产过程监控计算机来控制高压水煤浆锅炉的工作参数；

低压模拟量控制子系统：其对应连接低压水煤浆锅炉，该控制模块由多个连接低压水煤浆锅炉的子系统设备和与该多个子系统设备对应相接的子系统参数控制单元组成，并由值班员生产过程监控计算机来控制低压水煤浆锅炉的工作参数；

蓄热器控制系统：其连接一蒸汽蓄热器，该蒸汽蓄热器分别连接高、低压水煤浆锅炉；并由值班员生产过程监控计算机根据用户用汽压力大小，调节水煤浆锅炉的蒸汽压力；

锅炉炉膛安全监视系统：其分别连接高、低压水煤浆锅炉，并由值班员生产过程监控计算机获取锅炉炉膛的燃烧数值；

给水泵控制系统：其连接一水泵，该水泵连接分别连接高、低压水煤浆锅炉，并由值班员生产过程监控计算机控制锅炉的蒸汽用量；

开关量控制功能块：其分别连接高、低压水煤浆锅炉、蒸汽蓄热器、水泵、子系统设备和辅助设备系统，并由值班员生产过程监控计算机执行保护、联锁和报警和辅机顺序控制的功能。

2.如权利要求1所述的具有自适应三分控制功能的水煤浆锅炉供汽工程系统，其特征在于：所述高、低压模拟量控制子系统中的子系统参数控制单元包括：

一点火参数控制单元：其包括一点燃轻油的、通过一光电检测仪跟踪点火全过程的高能点火装置，该高能点火装置连接高、低压水煤浆锅炉；

一供水参数控制单元：其包括一根据水位信号和蒸汽流量信号来加给水量的前馈双回路的三冲量复合系统，该系统连接高、低压水煤浆锅炉；

一供浆参数控制单元：其包括一调整供浆量以达到水煤浆锅炉的负荷平衡的蒸汽压力调节设备，该蒸汽压力调节设备连接高、低压水煤浆锅炉；

一供风参数控制单元：其包括一根据温度变化信号，反应和调整风煤比的锅炉炉膛温度自动跟踪系统，该系统连接高、低压水煤浆锅炉；

一引风参数控制单元：其包括一连接高、低压水煤浆锅炉的锅炉负压调整的送风量调节器和引风量调节器，该送风量调节器的输出端连接该引风量调节器的输入端，送风量调节器的输出信号作为该引风量调节器的前馈信号。

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