CN104406191B - 一种用于湿法脱硫机组风烟系统的压力控制方法 - Google Patents
一种用于湿法脱硫机组风烟系统的压力控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于湿法脱硫机组风烟系统的压力控制方法，其通过建立引风机入口负压P2调节回路、引风机出口负压P3调节回路和炉膛负压P1调节回路，将引风机入口负压P2调节回路的输出作为炉膛负压P1调节回路的前馈，将炉膛负压P1调节回路的输出作为引风机出口负压P3调节回路的前馈，通过∑求和功能块形成串级前馈，使引风机入口负压P2调节回路根据锅炉侧和脱硫侧设备的运行工况来协调炉膛负压P1调节回路和引风机出口负压P3调节回路，与串级前馈功能合用，按扰动量调节，通过引风机和增压风机的协调，同时通过三个回路各自的反馈调节，引风机出口负压P3调节回路、引风机入口负压P2调节回路和炉膛负压P1调节回路稳定性逐级提高，确保炉膛负压稳定。
Description
技术领域
本发明属于热工控制领域，尤其涉及一种用于湿法脱硫机组风烟系统的压力控制方法。
背景技术
随着火电装机容量的快速增长，锅炉烟气排放给环境带来的压力在增大，发展电力必须解决环保问题，湿法脱硫技术是国际上广泛采用的控制SO2排放的成熟技术．也是我国控制燃煤电厂SO2排放的主要途径，湿法烟气脱硫技术的特点是整个脱硫系统位于燃煤锅炉烟道的末端，除尘器之后，脱硫增压风机宜装设在脱硫装置进口处，在综合技术经济比较合理的情况下也可装设在脱硫装置出口处，当条件允许时，也可与引风机合并设置，但对除尘器、烟道等设备需要有更高的技术要求。对于已投产的燃煤机组，配置增压风机则是唯一的选择，研究增压风机和引风机的协调控制技术，有助于获得最佳控制效果，提高脱硫效率，减轻环境污染。以往的技术采用的压力控制系统多是通过引风机控制炉膛内压力，通过增压风机控制调节脱硫装置内压力，增压风机轻微的变化都会引起引风机前端炉膛压力的波动，造成整个内部压力系统的精确度无法得到有效控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种按扰动量调解，能有效抑制被调量变化的节能高效，直观快速的用于湿法脱硫机组风烟系统的压力控制方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种用于湿法脱硫机组风烟系统的压力控制方法，本方法通过建立引风机入口负压P2调节回路、引风机出口负压P3调节回路和炉膛负压P1调节回路，并将引风机入口负压P2调节回路的输出作为炉膛负压P1调节回路的前馈，将炉膛负压P1调节回路的输出作为引风机出口负压P3调节回路的前馈，通过∑求和功能块形成串级前馈，使引风机入口负压P2调节回路根据锅炉侧和脱硫侧设备的运行工况来协调炉膛负压P1调节回路和引风机出口负压P3调节回路，所述用于湿法脱硫机组风烟系统的压力控制方法与串级前馈功能合用，按扰动量调节，通过引风机和增压风机的协调，同时通过三个回路各自的反馈调节，引风机出口负压P3调节回路、引风机入口负压P2调节回路和炉膛负压P1调节回路稳定性逐级提高，确保炉膛负压稳定，其具体方法步骤如下：
步骤1、搭建五输入、两输出、三回路的前馈-反馈协调控制系统：
所述五输入包括：炉膛负压P1、引风机入口负压P2、引风机出口负压P3、总风量FL和总风量指令FD；
所述两输出包括：引风机控制指令ID和增压风机控制指令BFD；
所述三回路包括： 引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路、引风机出口负压P3的PID调节回路和炉膛负压P1的PID调节回路；
所述前馈-反馈协调控制系统为：所述引风机入口负压P2、引风机出口负压P3分别依次经微分、低限比较器后输入用于判断上述2个低限比较器输出同时为正或同时为负的第一与运算块，所述引风机入口负压P2与引风机入口负压设定值SP2输入偏差块△，所述偏差块△的输出经低限比较器后再进行一次与运算，之后与所述第一与运算块的输出共同输入至用于判断状态扰动的第二与运算块，所述第二与运算块的输出与经过高限比较器的炉膛负压P1共同输入用于判断炉膛稳定性的第三与运算块，所述第三与运算块输出至切换块T，所述切换块T用于完成设定值跟踪测量值和保持测量值这两种功能的无扰切换；所述偏差块△的输出反馈给切换块T，同时所述偏差块△输出至引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路，所述引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路的输出和总风量FL作为炉膛负压P1的PID调节回路的前馈，所述炉膛负压P1的PID调节回路的输出和总风量指令FD作为引风机出口负压P3的PID调节回路的前馈，通过∑求和功能块形成串级前馈，所述炉膛负压P1的PID调节回路输出引风机控制指令ID，所述引风机出口负压P3的PID调节回路输出增压风机控制指令BFD；
步骤2、实时采集数据，判断脱硫侧或锅炉侧是否开始产生扰动，判断炉膛负压是否稳定：
所述实时采集的数据包括引风机入口负压P2和引风机出口负压P3，利用引风机入口负压P2和引风机出口负压P3分别依次通过微分、低限比较器来判断其变化方向：
a.当2个所述低限比较器的输出同时大于零时，判断出脱硫侧开始产生扰动；
b.当2个所述低限比较器的输出同时小于零时，判断出锅炉侧开始产生扰动；
所述实时采集的数据还包括炉膛负压P1，炉膛负压P1通过高限比较器，利用高限比较器的输出判断炉膛负压P1是否稳定：
当高限比较器的高、低状态输出同时为1时，则炉膛负压P1大于负偏差，小于正偏差，即炉膛负压P1稳定；
步骤3、利用切换块T的输出，即状态扰动逻辑值A，当A=1时，证实脱硫侧或锅炉侧开始产生扰动但还没影响到炉膛负压P1，此时引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路解除跟踪TS、投入自动，设定值自动取状态扰动发生前的引风机入口负压P2值，所述引风机入口负压P2 值调整到扰动前的负压值或允许范围之内，所述允许范围通过外部高低限信号设定，此时，RS触发器复位，即状态扰动消除，当状态扰动消除或炉膛负压P1偏差大时状态扰动逻辑值A复位为0，所述引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路中用于积分校正的比例积分调节器PI2的设定值跟踪引风机入口负压P2测量值，输入偏差为0，输出不变，比例积分调节器PI2置跟踪状态；
所述比例积分调节器PI2的衰减率Ψ>0.9，不要出现振荡过程，所述比例积分调节器PI2的输出信号叠加在炉膛负压P1的PID调节回路输出的引风机控制指令ID上，所述引风机控制指令ID经函数转换后叠加在引风机出口负压P3的PID调节回路输出的增压风机控制指令BFD上，这样，在扰动一产生还没影响到炉膛负压P1时，引风机和增压风机就按前馈作用对状态变量进行闭环调节将扰动消除；
步骤4、将引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路的输出和总风量FL通过∑求和功能块得到引风机控制指令ID，同时，所述引风机控制指令ID经函数转换和总风量指令FD通过∑求和功能块得到增压风机控制指令BFD。
进一步的，所述步骤2中所述低限比较器的高、低限值均设为零或其高限值设定为一正值，其低限值设定为一负值。
进一步的，所述步骤2中高限比较器中高限值设为炉膛负压设定值SP1－△，低限值设为炉膛负压设定值SP1+△，其中△为稳态偏差。
本发明的有益效果是：
（1）采用五输入、两输出、三回路的前馈-反馈协调控制系统，集古典控制理论的输出反馈和现代控制理论的状态反馈于一体，引风机出口负压P3的PID调节回路和炉膛负压P1的PID调节回路都是前馈-反馈定值调节回路，前馈调节的特点就是按扰动量进行调解，有效抑制被调量变化，是开环调节，状态扰动超前控制比反馈调节动作快。
（2）炉膛负压P1的PID调节回路被调量是炉膛负压P1，主要外扰是总风量FL，引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路的输出代表了状态扰动补偿量，所以炉膛负压P1的PID调节回路以总风量FL和引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路的输出为前馈，引风机出口负压P3的PID调节回路的被调量是引风机出口负压P3，即增压风机入口负压，主要外扰直接来自引风量、间接来自总风量FL，但总风量FL先影响P1的PID调节回路再影响引风机出口负压P3的PID调节回路，过程量经过两级串联环节后，动态特性受到很大影响，总风量指令FD是随负荷变化的在整个风烟系统中相对稳定的需求信号，既比总风量FL超前又比负荷信号直观，所以引风机出口负压P3的PID调节回路以总风量指令FD和炉膛负压P1的PID调节回路的输出为前馈，引风机控制指令ID经函数转换，该指令包含了引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路输出量；这样，引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路输出作为炉膛负压P1的PID调节回路的前馈，炉膛负压P1的PID调节回路输出作为引风机出口负压P3的PID调节回路的前馈，形成串级前馈，通过Σ求和功能块完成串联前馈功能，这样引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路根据锅炉侧和脱硫侧设备的运行工况来协调炉膛负压P1的PID调节回路和引风机出口负压P3的PID调节回路，与串级前馈功能合用，通过引风机和增压风机的协调控制，使系统具有良好的动态特性；三回路各自又都是反馈调节，引风机出口负压P3、引风机入口负压P2、炉膛负压P1的PID调节回路稳定性逐级提高，确保炉膛负压稳定。
（3）引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路中的上、下限幅功能既规定了PI2调节器的作用范围，又能避免积分过调现象。
（4）使用切换块T完成设定值跟踪测量值和保持测量值功能的切换，具有很好的无扰切换功能。
附图说明
附图1为本发明的控制原理示意图。
附图2为本发明的使用关系示意图。
其中，为微分与低限比较器，微分输出大于或者小于0输出为1；
为与运算块，输入条件都为1时输出为1；
为PID块；从上到下依次为偏差，比例积分调节器，求和；
为带跟踪的PID块，从上到下依次为比例积分调节器，跟踪值，跟踪开关信号，外部高低限信号；
为高限比较器，当输入信号超过高限值，发出报警逻辑信号；
为切换块，当切换信号为1时输出一路，切换信号为0时输出另一路；
为时间延迟块；
为引风机入口负压的设定值SP2的偏差块。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图1~2及具体实施例进行详细描述。
本实施例中，本发明在整个湿法脱硫机组风烟系统中的位置关系如附图2所示，采集炉膛内的压力信号，通过压力传感器将压力信号经DCS-AI端子输入“五输入、两输出、三回路的前馈-反馈协调控制系统”，该控制系统的输出通过DCS-AO端子输出驱动就地执行机构，例如驱动引风机和增压风机的功率。
基于引风机与增压风机特性的分析，充分利用风机特性所设计的五输入、两输出、三回路、前馈—反馈新型协调控制系统如附图1所示，集古典控制理论的输出反馈和现代控制理论的状态反馈于一体。
五输入为：炉膛负压P1、引风机入口负压P2、引风机出口负压P3、总风量FL、总风量指令FD。
两输出为：引风机控制指令ID、增压风机控制指令BFD。
三回路为：P2的带跟踪的PID调节回路、P3的PID调节回路和P1的PID调节回路。
对P2、P3信号微分后通过高、低比较器来判断它们的变化方向，高、低比较器的高、低限值设为零(为了滤掉微小的波动也可把比较器的高限值设定成某一正值、低限值设定成某一负值)，用2个比较器的输出同时大于零或同时小于零来判断脱硫侧或锅炉侧开始产生扰动，此处还可以添加时间延迟块，将进一步计算的时间延后。P1信号经高限比较器，高限比较器的高限值设为炉膛负压设定值SP1-△，低限值设为炉膛负压设定值SP1+△，其中△为稳态偏差；若高限比较器的高、低状态输出同时为1时，则炉膛负压值大于负偏差、小于正偏差，即炉膛负压稳定。同时出现以上条件，即附图1中状态扰动逻辑A=1时，证实脱硫侧或锅炉侧开始产生扰动但还没影响到炉膛负压。此时，P2的带跟踪的PID调节回路解除跟踪TS、投入自动，设定值自动取状态扰动发生前的P2值，PI2调节器主要是积分校正作用，衰减率Ψ>0.9，不要出现振荡过程，P2的带跟踪的PID调节回路中的PI2调节器输出信号叠加在P1的PID调节回路输出的引风机控制指令上，引风机指令经函数转换后叠加在P3的PID调节回路输出的增压风机控制指令上，这样，在扰动一产生还没影响到炉膛负压时，引风机和增压风机就按前馈作用对状态变量进行闭环调节将扰动消除。P2值调整到扰动前的负压值或允许范围之内(通过高、低比较器设定)，RS触发器复位，即状态扰动消除，状态扰动消除或炉膛负压偏差大时逻辑A复位为0，PI2调节器设定值跟踪P2测量值．输入偏差为0，输出不变，调节器置跟踪状态。 上、下限幅功能既规定了PI2调节器的作用范围，又可避免积分过调现象。切换块T完成设定值跟踪测量值和保持测量值的功能切换，具有很好的无扰切换功能。带有PI1、PI3调节器的都是前馈—反馈定值调节回路，P1的PID调节回路的被调量是炉膛负压P1，主要外扰是总风量FL，P2的带跟踪的PID调节回路的输出代表了状态扰动补偿量，所以P1的PID调节回路以总风量FL和P2的带跟踪的PID调节回路的输出为前馈。P3的PID调节回路的被调量是引风机出口（增压风机入口)负压，主要外扰直接来自引风量、间接来自总风量，但总风量FL先影响P1的PID调节回路再影响P3的PID调节回路，过程量经过两级串联环节后，动态特性受到很大影响，总风量指令FD是随负荷变化的在整个风烟系统中相对稳定的需求信号，既比总风量FL超前又比负荷信号直观，所以P3的PID调节回路以总风量指令FD和P1的PID调节回路输出(引风机指令经函数转换，该信号包含了P2的带跟踪的PID调节回路输出量)为前馈。这样，P2的带跟踪的PID调节回路的输出作为P1的PID调节回路的前馈，P1的PID调节回路的输出作为P3的PID调节回路的前馈，形成串级前馈，P1的PID调节回路、P3的PID调节回路的Σ功能块完成串联前馈功能。
前馈调节的特点就是按扰动量进行调解，有效抑制被调量变化，是开环调节，状态扰动超前控制比反馈调节动作要快。结果是，P2的带跟踪的PID调节回路根据锅炉侧和脱硫侧设备的运行工况来协调P1的PID调节回路和P3的PID调节回路，与串级前馈功能合用，通过引风机和增压风机的协调控制，使系统具有良好的动态特性。三回路各自都是反馈调节，P3的PID调节回路、P2的带跟踪的PID调节回路、P1的PID调节回路的稳定性逐级提高，确保炉膛负压稳定。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于湿法脱硫机组风烟系统的压力控制方法，其特征在于：通过建立引风机入口负压P2调节回路、引风机出口负压P3调节回路和炉膛负压P1调节回路，并将引风机入口负压P2调节回路的输出作为炉膛负压P1调节回路的前馈，将炉膛负压P1调节回路的输出作为引风机出口负压P3调节回路的前馈，通过∑求和功能块形成串级前馈，使引风机入口负压P2调节回路根据锅炉侧和脱硫侧设备的运行工况来协调炉膛负压P1调节回路和引风机出口负压P3调节回路；所述用于湿法脱硫机组风烟系统的压力控制方法与串级前馈功能合用，按扰动量调节，通过引风机和增压风机的协调，同时通过三个回路各自的反馈调节，引风机出口负压P3调节回路、引风机入口负压P2调节回路和炉膛负压P1调节回路稳定性逐级提高，确保炉膛负压稳定，其具体方法步骤如下：
步骤1、搭建五输入、两输出、三回路的前馈-反馈协调控制系统：
所述五输入包括：炉膛负压P1、引风机入口负压P2、引风机出口负压P3、总风量FL和总风量指令FD；
所述两输出包括：引风机控制指令ID和增压风机控制指令BFD；
所述三回路包括： 引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路、引风机出口负压P3的PID调节回路和炉膛负压P1的PID调节回路；
所述前馈-反馈协调控制系统为：所述引风机入口负压P2、引风机出口负压P3分别依次经微分、低限比较器后输入用于判断上述2个低限比较器输出同时为正或同时为负的第一与运算块，所述引风机入口负压P2与引风机入口负压设定值SP2输入偏差块△，所述偏差块△的输出经低限比较器后再进行一次与运算，之后与所述第一与运算块的输出共同输入至用于判断状态扰动的第二与运算块，所述第二与运算块的输出与经过高限比较器的炉膛负压P1共同输入用于判断炉膛稳定性的第三与运算块，所述第三与运算块输出至切换块T，所述切换块T用于完成设定值跟踪测量值和保持测量值这两种功能的无扰切换；所述偏差块△的输出反馈给切换块T，同时所述偏差块△输出至引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路，所述引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路的输出和总风量FL作为炉膛负压P1的PID调节回路的前馈，所述炉膛负压P1的PID调节回路的输出和总风量指令FD作为引风机出口负压P3的PID调节回路的前馈，通过∑求和功能块形成串级前馈，所述炉膛负压P1的PID调节回路输出引风机控制指令ID，所述引风机出口负压P3的PID调节回路输出增压风机控制指令BFD；
步骤2、实时采集数据，判断脱硫侧或锅炉侧是否开始产生扰动，判断炉膛负压是否稳定：
所述实时采集的数据包括引风机入口负压P2和引风机出口负压P3，利用引风机入口负压P2和引风机出口负压P3分别依次通过微分、低限比较器来判断其变化方向：
a.当2个所述低限比较器的输出同时大于零时，判断出脱硫侧开始产生扰动；
b.当2个所述低限比较器的输出同时小于零时，判断出锅炉侧开始产生扰动；
所述实时采集的数据还包括炉膛负压P1，炉膛负压P1通过高限比较器，利用高限比较器的输出判断炉膛负压P1是否稳定：
当高限比较器的高、低状态输出同时为1时，则炉膛负压P1大于负偏差，小于正偏差，即炉膛负压P1稳定；
步骤3、利用切换块T的输出，即状态扰动逻辑值A，当A=1时，证实脱硫侧或锅炉侧开始产生扰动但还没影响到炉膛负压P1，此时引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路解除跟踪TS、投入自动，设定值自动取状态扰动发生前的引风机入口负压P2值，所述引风机入口负压P2 值调整到扰动前的负压值或允许范围之内，所述允许范围通过外部高低限信号设定，此时RS触发器复位，即状态扰动消除，当状态扰动消除或炉膛负压P1偏差大时状态扰动逻辑值A复位为0，所述引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路中用于积分校正的比例积分调节器PI2的设定值跟踪引风机入口负压P2测量值，输入偏差为0，输出不变，比例积分调节器PI2置跟踪状态；
所述比例积分调节器PI2的衰减率Ψ>0.9，不要出现振荡过程，所述比例积分调节器PI2的输出信号叠加在炉膛负压P1的PID调节回路输出的引风机控制指令ID上，所述引风机控制指令ID经函数转换后叠加在引风机出口负压P3的PID调节回路输出的增压风机控制指令BFD上，这样，在扰动一产生还没影响到炉膛负压炉膛负压P1时，引风机和增压风机就按前馈作用对状态变量进行闭环调节将扰动消除；
步骤4、将引风机入口负压P2的带跟踪的PID调节回路的输出和总风量FL通过∑求和功能块得到引风机控制指令ID，同时，所述引风机控制指令ID经函数转换和总风量指令FD通过∑求和功能块得到增压风机控制指令BFD。
2.根据权利要求1所述的一种用于湿法脱硫机组风烟系统的压力控制方法，其特征在于：所述步骤2中所述低限比较器的高、低限值均设为零。
3.根据权利要求1所述的一种用于湿法脱硫机组风烟系统的压力控制方法，其特征在于：所述步骤2中所述低限比较器的高限值设定为一正值，其低限值设定为一负值。
4.根据权利要求2或3所述的一种用于湿法脱硫机组风烟系统的压力控制方法，其特征在于：所述步骤2中高限比较器中高限值设为炉膛负压设定值SP1－△，低限值设为炉膛负压设定值SP1+△，其中△为稳态偏差。
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