CN114719242B - 一种直接掺烧湿污泥的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直接掺烧湿污泥的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制方法，采用湿污泥直接掺烧工程设备在循环流化床锅炉中直接掺烧湿污泥，在锅炉分散控制系统DCS或可编程逻辑控制器PLC中，通过组态或编程的方式实现通过调节湿污泥掺烧量辅助控制循环流化床锅炉主蒸汽压力。本发明通过调节湿污泥掺烧量实现辅助控制，能够在湿污泥掺烧量允许变化的范围内，发挥湿污泥掺烧量调节主蒸汽压力响应速度快的优势，规避湿污泥掺烧量调节精度差的不足，在提高主蒸汽压力控制品质的同时降低湿污泥输送管道堵塞的概率，优化控制效果明显。

Description

一种直接掺烧湿污泥的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制方法

技术领域

本发明属于热工自动控制技术领域，涉及一种直接掺烧湿污泥的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制方法。

背景技术

随着城市化发展，污水排放量迅速增加，作为污水处理主要副产物污泥的产生量也急剧增加。污泥恶臭且含有大量致病菌、有机毒物等，直接填埋污染环境占用土地，一些城市甚至出现“污泥围城”的情况。燃煤机组掺烧可以实现污泥的快速减容和无害化处理，同时可以利用污泥中的热量发电，有利于减少煤炭资源消耗和碳减排，兼具市政和发电双重效益。目前，已经有许多燃煤机组实施了污泥掺烧改造工程，另外许多新建燃煤机组在规划设计时即具备污泥掺烧功能。

污水处理厂产生的经过简单压滤处理后的污泥含水量高达60％～ 80％，称为湿污泥。污泥掺烧主要有两种方式：一种是湿污泥直接掺烧，即将湿污泥从缓冲仓内通过给料、加压、输送设备直接送入锅炉炉膛内燃烧，具有设备结构简单、工程施工量少投资小的优点，但会对燃烧造成不利影响；一种是湿污泥干化后同原煤混合掺烧，具有对燃烧状态影响小、可以大量掺烧的优点，但需要增加湿污泥干燥、存储、臭气处理等设备，施工量大投资大。

循环流化床锅炉具有燃烧稳定不易灭火、负荷调节范围宽、能够使用劣质燃料、低温燃烧NO_X生成量低等优点，易于实现湿污泥直接掺烧。这也是当前燃煤机组污泥掺烧改造的主要方式。改造后机组运行经验表明，当湿污泥掺烧量与给煤量之比小于20％时，不会明显降低锅炉效率和增加指标污染物排放。

湿污泥直接掺烧的工程设备包括：保浆缓存仓，用于暂时存储从污水处理厂运至发电厂的湿污泥；螺旋给料机，将湿污泥从缓存仓内按设定的流量送出；柱塞泵，将来自螺旋给料机的湿污泥加压输送；输送管道，连接污泥泵站至锅炉炉膛；旋转分料器，将来自输送管道的湿污泥以旋转间隔分配的方式分配至安装在锅炉炉墙上的多只污泥枪；污泥枪：将湿污泥喷入炉膛内燃烧。此外，还包括管道冲洗、臭气正压空气密封等设备。其中，通过改变螺旋给料机变频电机的频率，可以控制湿污泥的掺烧量。另外，由于湿污泥具有很强的粘结性，输送量长时间保持稳定不变时容易发生粘结堵塞，尤其在小输送量情况下更为严重。所以，通常需要在螺旋给料机的给料量指令上附加一个人为的脉动，即间隔一段时间后人为地增大再减小湿污泥给料量，防止发生堵塞。

典型动力煤水份含量小于20％，碳含量大于35％，热值大于 16MJ/kg；而典型湿污泥水份含量大于60％，碳含量小于10％，热值小于5MJ/kg。同动力煤相比，湿污泥属于高水份、低热值燃料，直接掺烧湿污泥会对循环流化床的燃烧过程造成一定程度的不利影响。其中之一是：将湿污泥投送到锅炉炉膛内时，会产生明显的“压火”现象。表现为：循环流化床锅炉炉膛内物料的燃烧温度在850℃～950℃之间，而湿污泥进入炉膛内时的温度为环境温度，其中的水份汽化、升温的过程需要吸收大量热量，会导致炉膛内温度瞬时降低，使得炉膛周围受热面吸热量瞬时降低；而水份变成高温水蒸汽与烟气混合后流经锅炉尾部受热面时，会使得尾部受热面吸热量缓慢增加；另外，由于湿污泥含有一定的热量，所以锅炉整体吸热量略微增加。

图1是现有技术中湿污泥给料量阶跃增加时锅炉热量的响应曲线，显示了湿污泥给料量阶跃增加时锅炉有效吸热量信号的响应曲线。在零时刻湿污泥量阶跃增加后，导致炉膛内温度降低炉膛吸热量降低，由于炉膛内传热速度相对较快，所以锅炉有效吸热量先快速降低；后期随着烟气流量增加，锅炉尾部受热面吸热量开增加，由于尾部受热面传热速度相对较慢，所以锅炉有效吸热量又呈现缓慢增加的趋势；当湿污泥热量充分释放后，锅炉有效吸热量会略微大于初始值。

由于缺乏直接测量锅炉有效吸热量的技术方法，火电机组通过直接或间接控制主蒸汽压力维持能量供需平衡。事实上，在燃烧状态发生变化时，主蒸汽压力反映锅炉有效吸热量变化的时间要更为滞后。表现为：当炉膛有效吸热量降低时，锅炉蒸发量降低，主蒸汽压力下降；而当锅炉尾部受热面吸热量增加时，首先会使得过热、再热蒸汽温度升高，过热、再热汽温控制系统为保证汽温不变增加过热、再热减温水喷入量后，才会使得主蒸汽压力回升。图2是现有技术中湿污泥给料量阶跃增加时锅炉热量的响应曲线，其中实线对应热量；虚线对应主蒸汽压力。

常规控制系统中，循环流化床锅炉通过给煤量控制主蒸汽压力，主蒸汽压力升高/降低时减少/增加给煤量。直接掺烧湿污泥会对循环流化床锅炉的燃烧过程造成扰动，湿污泥投入量的变化对常规主蒸汽压力控制系统而言也是一种扰动。主蒸汽压力是循环流化床机组的一个非常重要的运行参数，压力过高时机组运行安全性差；压力过低时机组带负荷能力和发电效率降低，机组协调控制系统的主要任务之一即是将主蒸汽压力控制在设定值附近。由于被控对象存在大惯性大迟延、机组发电负荷指令复杂多变、燃料性质不稳定等原因，主蒸汽压力非常难以控制，波动幅度经常超过±1MPa，影响机组安全经济运行。

通过调节湿污泥掺烧量辅助控制主蒸汽压力，能够变不利因素为有利因素，是一种两全其美的控制方法，然而现有技术中尚没有这样的控制方法。

发明目的

本发明的目的就在于解决现有技术所面临的问题，提出一种直接掺烧湿污泥的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制方法，通过调节湿污泥掺烧量实现辅助控制，能够在湿污泥掺烧量允许变化的范围内，发挥湿污泥掺烧量调节主蒸汽压力响应速度快的优势，规避湿污泥掺烧量调节精度差的不足，在提高主蒸汽压力控制品质的同时降低湿污泥输送管道堵塞的概率，优化控制效果明显。

发明内容

本发明提供了一种直接掺烧湿污泥的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制方法，采用湿污泥直接掺烧工程设备在循环流化床锅炉中直接掺烧湿污泥，在锅炉分散控制系统DCS或可编程逻辑控制器PLC中，通过组态或编程的方式实现通过调节湿污泥掺烧量辅助控制循环流化床锅炉主蒸汽压力，包括以下步骤：

步骤1、采用带限幅功能的比例-微分PD控制器，对主蒸汽压力反馈值信号与主蒸汽压力设定值信号的差进行PD运算和限幅处理，所述PD控制器输出信号乘以在0～1之间变化的补偿强度信号后，再进行带死区的惯性滤波处理，得到湿污泥掺烧量动态补偿指令信号；

步骤2、将步骤1中所得到的湿污泥掺烧量动态补偿指令信号与原湿污泥流量控制回路中的湿污泥流量自动指令信号相迭加，构成新的湿污泥流量自动指令，实现依据主蒸汽压力反馈值和设定值的偏差及偏差变化速率实时调整湿污泥掺烧量；所述动态补偿指令信号的补偿强度信号由运行人员设置的补偿强度信号乘以由湿污泥流量自动指令信号经一个多点折线函数计算后得到的补偿强度修正信号的乘积，经滤波后得到；

步骤3、将所述补偿强度信号经过一个多点折线函数计算后得到循环流化床锅炉的原主蒸汽压力控制系统的控制强度修正信号，乘以所述原主蒸汽压力控制系统中比例-微分-积分PID控制器前的偏差信号，用以修正所述原主蒸汽压力控制系统的控制强度。

优选地，所述湿污泥直接掺烧工程设备包括：

保浆缓存仓，用于暂时存储从污水处理厂运至发电厂的湿污泥；螺旋给料机，用于将湿污泥从所述缓存仓内按设定的流量送出；柱塞泵，用于将来自所述螺旋给料机的湿污泥加压输送；

输送管道，连接污泥泵站至所述循环流化床锅炉炉膛；

旋转分料器，将来自输送管道的湿污泥以旋转间隔分配的方式分配至安装在所述循环流化床锅炉炉墙上的多只污泥枪；

污泥枪，用于将湿污泥喷入炉膛内燃烧；

管道冲洗、臭气正压空气密封设备；

其中，通过改变螺旋给料机变频电机的频率，控制湿污泥的掺烧量。

进一步优选地，步骤2中所述湿污泥掺烧量动态补偿指令信号的计算流程包括以下步骤：

步骤S21、循环流化床锅炉主蒸汽压力反馈值通过第一减法计算模块SUB1减去主蒸汽压力设定值的差，进入带限幅功能的PD控制器模块；

步骤S22、由运行人员设置的补偿强度模块输出0～1之间的设置补偿强度信号，通过第二乘法计算模块MUL2乘以由原湿污泥掺烧量自动指令经过第一多点折线函数计算模块F(x)1计算得到的补偿强度修正信号，再经过一阶惯性环节LAG滤波后，得到实际补偿强度信号；

步骤S23、所述PD控制器的输出信号与实际补偿强度信号经过第一乘法计算模块MUL1相乘后，得到滤波前湿污泥掺烧量补偿信号；

步骤S24、所述滤波前湿污泥掺烧量补偿信号经过第二减法计算模块SUB2减去湿污泥掺烧量动态补偿信号后的差，经过死区模块 DZ作死区计算，再经过增益计算模块K调整强度后，进入积分计算模块INTE进行积分处理，即得到湿污泥掺烧量动态补偿信号。

进一步优选地，步骤2中所述湿污泥掺烧量动态补偿指令信号与原湿污泥流量控制回路中的湿污泥流量自动指令信号相迭加的过程为：所述湿污泥掺烧量动态补偿信号通过求和计算模块SUM，与原湿污泥流量自动指令信号相加，得到新的湿污泥掺烧量自动指令信号，替换掉原湿污泥掺烧量控制回路中的原湿污泥掺烧量自动指令信号。

优选地，步骤3中所述原主蒸汽压力控制系统的控制强度修正信号由实际补偿强度信号经过第二多点折线函数计算模块F(x)2计算后而得到。

进一步优选地，步骤3中，所述原主蒸汽压力控制系统的控制强度修正信号通过第三乘法计算模块MUL3与原主蒸汽压力控制系统控制器前偏差信号相乘，得到新的主蒸汽压力控制系统控制器前偏差信号，替换掉主蒸汽压力控制系统控制器前偏差信号；

所述原主蒸汽压力控制系统控制器前偏差信号为主蒸汽压力设定值与反馈值的偏差信号或直接能量平衡DEB热量信号设定值与反馈值的偏差信号。

优选地，在设置初始参数时，将带限幅功能的PD控制器的比例作用KP初始值设置为0；将微分增益系数KD初始值设置为0，将微分惯性时间TD初始值设置为30s，限幅值的上下限值分别设置为额定湿污泥掺烧量的正负30％；

将死区模块DZ的上下死区值分别设置为额定湿污泥掺烧量的正负5％；

将增益模块K的增益值设置为0.2；

将所述一阶惯性滤波模块LAG的惯性时间设置为100s；

由运行人员设置补偿强度模块E的初始输出值设置为0。

附图说明

图1是现有技术中湿污泥给料量阶跃增加时锅炉热量的响应曲线。

图2是现有技术中湿污泥给料量阶跃增加时锅炉热量的响应曲线。

图3是动态死区滤波环节结构框图。

图4是本发明实施例中湿污泥掺烧量动态补偿信号及原主蒸汽压力控制回路强度修正信号逻辑SAMA图。

图5是本发明实施例中湿污泥掺烧量动态补偿信号与原湿污泥掺烧量控制回路接口逻辑SAMA图。

图6是本发明实施例中原主蒸汽压力控制回路强度修正信号与原主蒸汽压力控制回路接口逻辑SAMA图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，需要说明是，具体实施例仅是示例性地说明，而不应被视为对本发明范围的限定，不脱离本发明主旨和灵魂的各种变体或等效替代都落入本发明的范围，本发明的范围由所附的权利要求所决定，

本发明提供了一种控制循环流化床锅炉主蒸汽压力的方法。对于循环流化床锅炉，从给煤量发生变化到锅炉有效吸热量变化要经历原煤输送、煤粒着火燃烧、床料吸热换热等多个动态环节，其迟延时间大于60s、惯性时间大于150s。如果采用二级配煤给煤的方式，迟延时间则会超过120s。而从湿污泥给料量变化到锅炉有效吸热量变化的过程则相对较快。当螺旋给料机给料量变化时，柱塞泵推挤频率随之变化，湿污泥在输送管道内的流量随之变化，这种压力传播的推挤效应，使得实际进入锅炉炉膛内的湿污泥量能够较快地随螺旋给料机给料量变化而变化，其迟延时间小于30s；而湿污泥进入炉膛后，无论是从炉膛顶部送入还是从炉膛底部送入，都能够快速地破碎粉化，其中的水份会快速汽化，吸收大量炉膛热量改变炉膛温度，此过程的惯性时间小于60s。所以，将湿污泥给料量作为控制输入对被控参数的响应速度要明显快于给煤量，即湿污泥给料量-主蒸汽压力等效被控对象的惯性和迟延要明显小于给煤量-主蒸汽压力被控对象。

循环流化床锅炉给煤机采用称重式给煤机，能够实时测量实际给煤量变化，采用闭环控制确保每台给煤机给煤量快速跟随给煤量指令变化，给煤量信号准确度高。而对于湿污泥螺旋给料机，没有实时测量湿污泥量的装置，只能通过给料机转速变化大致估算给料量，实际给料量与旋转给料机转速的对应关系并不是十分准确，所以导致其调节精度较差。另外，由于湿污泥给料量受到最大掺烧比例的限制，调节过程中湿污泥给料量变化的幅度不能过大，这也限制了其调节范围。所以，湿污泥给料量不能作为稳态工况下的调节手段，只适合用于动态调节。

对于PID(比例-积分-微分)控制器，积分调节确保被控参数稳态无差，主要是在调节的后期发挥作用，所以辅助调节系统中不应该使用积分调节作用。而比例调节特别是微分调节，主要在调节初期发挥作用，能够快速消除扰动。所以辅助调节选择PD调节器，并且有限使用微分调节作用，以充分发挥将湿污泥给料量作为控制输入对被控参数的响应速度快的优势。同时，循环流化床机组主蒸汽压力变化较为频繁，经过微分后控制湿污泥掺烧量，也会使得湿污泥给料量出现频繁变化，由于湿污泥给料量控制侧本身就需要脉动防堵塞逻辑，所以这种控制方式，对降低湿污泥输送管道堵塞的概率也是有益的。

为了发挥湿污泥掺烧量控制主蒸汽压力调节速度快的优点，规避其调节精度差、调节范围小的缺点，设计辅助型控制方法，包括以下步骤：

(1)主蒸汽压力比例微分运算环节

采用带限幅度的PD控制器作为湿污泥掺烧量辅助控制主蒸汽压力回路的主控制器。对主蒸汽压力反馈值与设定值的偏差信号，进行 PD运算，即取其偏差和偏差的变化速率作为控制输出。微分作用具有超前调节的效果，在执行机构性能及锅炉燃烧状况允许的条件下，尽量采用强的微分调节作用。当控制输出波动幅度和频率变得难以接受的情况下，再使用比例调节作用。

设置限幅度目的在于：一方面，循环流化床锅炉直接掺烧湿污泥存在最大掺烧比例的限制，超过这一比例会明显影响燃烧稳定性，而掺烧量过小由容易导致湿污泥输送管道堵塞；另一方面，为了补偿被控对象大滞后的特性，需要设置较强的微分调节作用，微分调节作用放大信号中快速变化的部分，大幅快速动作对执行机构不利。

(2)动态死区滤波环节

受机组发电负荷调整、给水流量波动、测量干扰等因素的影响，主蒸汽压力存在小幅高频波动分量，经过PD控制器后，还会将这部分小幅高频波动分量放大，一方面还会使执行机构进行大量无用的动作增加磨损和故障概率；另一方面由于被控对象存在惯性特性，这部分波动分量会被滤除不会产生实际的调节作用。所以需要在控制逻辑中加以滤除。动态死区滤波环节，能够在不显著增加控制系统调节滞后的条件下滤除小幅高频波动分量。所述动态死区滤波环节结构框图如图3所示，工作原理是：

在没有死区环节DZ的情况下，动态滤波环节的传递函数为一阶惯性，输出信号为输入信号的一阶惯性滤波后输出，表示为如式(1) 所示：

式1中：r(s)为输入信号的拉氏变换，无量纲；y(s)为输入信号的拉氏变换，无量纲；K为增益，无量纲；s为拉氏变换的复变量，单位为秒。

死区环节DZ的描述函数如式(2)所示：

式(2)中：r为输入信号，无量纲；y为输出信号，无量纲；dz为死区环节的死区值，无量纲。

加入死区环节后，利用输入信号绝对值小于死区值时输出为零这一特性，当输入信号与输出信号的差没有超过死区的绝对值时，输出信号保持不变；当输入信号与输出信号的差超过死区的绝对值时，滤波环节的输出相当于输入信号消去正或负的死区值后再进行惯性滤波。整体滤波效果相当于划定与一阶惯性滤波后的输入信号平行的上下幅值为死区值的滤波带，滤波带内的小幅高频波动分量都会被滤除。能够可以用较小的惯性时间获得良好的滤波效果。

(3)原压力控制器增益补偿环节

依据控制理论，控制器的参数需要与被控对象的参数相适应。在未采用湿污泥掺烧量辅助控制主蒸汽压力时，控制系统的反馈信号为锅炉主蒸汽压力信号，系统只包含锅炉主控制器一个控制器，控制器输出为给煤量指令。采用湿污泥掺烧量辅助控制主蒸汽压力后，整个控制系统的反馈信号仍然为锅炉主蒸汽压力信号，但系统增加了一个控制器即湿污泥掺烧量辅助控制器和一个控制器输出即湿污泥动态补偿指令，所以系统控制强度整体增加，易产生过调影响系统稳定性，因此需要设计原主蒸汽压力控制器增益补偿环节。

采用将湿污泥掺烧量辅助控制的实际补偿强度信号，经过计算后得到原主蒸汽压力控制系统的控制强度修正信号，再乘以原主蒸汽压力控制系统控制器前偏差信号的方式进行修正。原主蒸汽压力控制器增益补偿环节的设计原则是：湿污泥掺烧量辅助控制调节作用越强，则原主蒸汽压力控制器的增益越弱。

针对掺烧式污泥循环流化床锅炉，在锅炉分散控制系统DCS或可编程逻辑控制器PLC中，通过组态或编程的方式实现通过调节湿污泥掺烧量辅助控制循环流化床锅炉主蒸汽压力的控制逻辑。控制逻辑SAMA图如图4～6所示，其中，图4是湿污泥掺烧量动态补偿信号及原主蒸汽压力控制系统的控制强度修正信号逻辑SAMA图；图5 是湿污泥掺烧量动态补偿信号与原湿污泥掺烧量控制回路接口逻辑 SAMA图；图6是原主蒸汽压力控制系统的控制强度修正信号与原主蒸汽压力控制回路接口逻辑SAMA图。图4～6中，E为模拟量常数输出模块，由运行人员设置，输出值在0.0～1.0之间可调；SUB1、 SUB2分别第一、第二减法计算模块，标注“+”的输入端为被减数输入端，标注“-”的输入端为减数输入端；PD为带限幅功能的比例 -微分控制器模块；MUL1～MUL3分别第一至第三乘法计算模块； DZ为死区计算模块；K为增益计算模块；INTE为积分计算模块；F(x)1、 F(x)2分别为第一、第二多点折线函数计算模块；LAG为一阶惯性模块；SUM为求和计算模块。

湿污泥掺烧量动态补偿信号计算流程为：循环流化床锅炉主蒸汽压力反馈值通过第一减法计算模块SUB1减去主蒸汽压力设定值的差，进入带限幅功能的PD控制器模块；由运行人员设置的补偿强度模块输出0～1之间的设置补偿强度信号，通过第二乘法计算模块MUL2乘以由原湿污泥掺烧量自动指令经过第一多点折线函数计算模块F(x)1计算得到的补偿强度修正信号，再经过一阶惯性环节LAG 滤波后，得到实际补偿强度信号；PD控制器的输出信号与实际补偿强度信号经过第一乘法计算模块MUL1相乘后，得到滤波前湿污泥掺烧量补偿信号；滤波前湿污泥掺烧量补偿信号经过第二减法计算模块SUB2减去湿污泥掺烧量动态补偿信号后的差，经过死区模块DZ 作死区计算，再经过增益计算模块K调整强度后，进入积分计算模块INTE进行积分处理，即得到湿污泥掺烧量动态补偿信号。

原主蒸汽压力控制系统的控制强度修正信号计算流程为：实际补偿强度信号经过第二多点折线函数计算模块F(x)2计算后，得到原主蒸汽压力控制系统的控制强度修正信号。

湿污泥掺烧量动态补偿信号与原湿污泥掺烧量控制回路接口逻辑的信号流程为：本发明计算得到的湿污泥掺烧量动态补偿信号，通过求和计算模块SUM与原湿污泥掺烧量自动指令信号相加，得到新的湿污泥掺烧量自动指令信号，替换掉原湿污泥掺烧量控制回路中的原湿污泥掺烧量自动指令信号。

原主蒸汽压力控制系统的控制强度修正信号与原主蒸汽压力控制回路接口逻辑的信号流程为：本发明计算得到的原主蒸汽压力控制回路强度修正信号，通过第三乘法计算模块MUL3与原主蒸汽压力控制系统控制器前偏差信号相乘，得到新的主蒸汽压力控制系统控制器前偏差信号，替换掉主蒸汽压力控制系统控制器前偏差信号。原主蒸汽压力控制系统控制器前偏差信号，根据循环流化床机组锅炉主控采用的控制方案不同，可以是主蒸汽压力设定值与反馈值得的偏差信号，也可以是DEB(直接能量平衡)热量信号设定值与反馈值的偏差信号，但无论是何种偏差信号本发明方法均适用。

以下以一个具体实施例进一步说明本发明所述方法。

实施例

具体包括以下步骤：

(1)核实应用场景。

设备方面：本实施例适用于直接掺烧湿污泥的循环流化床锅炉，湿污泥给料量控制采用螺旋给料机变频方式控制；且锅炉主蒸汽压力控制、湿污泥给料量控制的控制逻辑在DCS(分散控制系统)或PLC (可编程逻辑控制器)中以组态方式实现，运行人员可以在操作员站上进行相关控制操作。

控制方面：锅炉主蒸汽压力采用炉跟机方式的机炉协调控制方案，即通过给煤量控制主蒸汽压力。

(2)控制逻辑组态。

在机组DCS或PLC等现场控制装置中，依照图4以组态方式实现湿污泥掺烧量辅助控制主蒸汽压力的基本控制逻辑，依照图5设计湿污泥掺烧量动态补偿信号与原湿污泥掺烧量控制回路的接口逻辑，依照图6设计原主蒸汽压力控制回路强度修正信号与原主蒸汽压力控制回路的接口逻辑。

(3)初始参数设置。

以下参数需要根据循环流化床锅炉设计以及实际运行情况设置初值：

1、带限幅功能的PD控制器，比例作用KP初始值设置为0；微分增益系数KD初始值设置为0，微分惯性时间TD初始值设置为30s，限幅值的上下限值分别设置为额定湿污泥掺烧量的正负30％；

2、死区模块DZ的上下死区值，分别设置为额定湿污泥掺烧量的正负5％；

3、增益模块K的增益值，设置0.2；

4、一阶惯性滤波模块LAG的惯性时间，设置为100s；

5、第一多点折线函数模块F(x)1的输入输出值，设置方式如表1 所示，其中q_w为额定湿污泥掺烧量，单位t/h；

表1第一多点折线函数模块F(x)1的初始值设置

点号	1	2	3	4	5	6	7	8
									X	<![CDATA[-1.0×q<sub>w</sub>]]>	<![CDATA[0.0×q<sub>w</sub>]]>	<![CDATA[0.1×q<sub>w</sub>]]>	<![CDATA[0.3×q<sub>w</sub>]]>	<![CDATA[0.7×q<sub>w</sub>]]>	<![CDATA[0.9×q<sub>w</sub>]]>	<![CDATA[1.0×q<sub>w</sub>]]>	<![CDATA[2.0×q<sub>w</sub>]]>
Y	0.0	0.0	0.2	1.0	1.0	0.2	0.0	0.0

6、第二多点折线函数模块F(x)2的输入输出值，设置方式如表2 所示：

表2第二多点折线函数模块F(x)2的初始值设置

点号	1	2	3	4	5	6	7	8
									X	10.0	0.0	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	10.0
Y	1.0	1.0	1.0	0.99	0.97	0.94	0.9	0.9

7、由运行人员设置补偿强度模块E的初始输出值设置为0。

(4)控制系统参数调试。

在锅炉及湿污泥掺烧设备正常运行后进行控制系统参数调试，机炉协调控制系统和湿污泥给料量控制系统均已经投入自动控制。

系统中仅需PD控制器中的比例作用KP、微分增益系数KD的数值需要进行调试。调试过程为：由运行人员将补偿强度信号的输出值由0.0设置为0.2，热工人员将微分增益系数KD、比例作用KP分别由0.0逐渐调大，优先调大微分增益系数KD，如果给料量变化过于频繁，则可适当减小微分增益系数KD并加大比例作用KP，使得主蒸汽压力信号在允许变化范围内变化时，湿污泥掺烧量动态补偿信号的变化幅度达到±6％额定给料量，观察旋转螺旋给料机工作情况主蒸汽压力辅助调节效果、锅炉炉膛温度变化情况；如果设备和参数均正常，由运行人员继续将补偿强度信号的输出值由0.2设置为0.6，使得主蒸汽压力在允许变化范围内变化时，湿污泥掺烧量动态补偿信号的变化幅度达到±18％额定给料量，观察旋转给料机工作情况主蒸汽压力辅助调节效果、锅炉炉膛温度变化情况，适当调整微分增益系数KD、比例作用KP；如果设备和参数均正常，由运行人员继续将补偿强度信号的输出值由0.6设置为1.0，主蒸汽压力在正常变化范围内变化时，湿污泥掺烧量动态补偿信号的变化幅度达到±30％额定给料量，观察旋转给料机工作情况主蒸汽压力辅助调节效果、炉膛温度变化情况，适当调整微分增益系数KD、比例作用KP，如果设备和参数均正常，则控制逻辑可以投入使用。

相较于现有技术，本发明具有如下优点：

(1)补偿控制效果好，操作使用方便。通过调节湿污泥掺烧量辅助控制主蒸汽压力，具有调节速度快、补偿效果好、能够降低湿污泥输送管道堵塞概率的优点。其辅助调节强度可以由运行人员根据需要设置，在不同的辅助调节强度下不会影响原著蒸汽压力控制系统的稳定性，操作灵活使用方便。

(2)控制逻辑设计简单、现场调试方便。循环流化床锅炉通过湿污泥掺烧量辅助控制主蒸汽压力的控制逻辑结构简单，易于在现场DCS、 PLC等控制系统中组态实现；控制逻辑中的可调参数均具有明确的物理意义，调试过程有规律可循、简单快捷。

Claims (7)

1.一种直接掺烧湿污泥的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制方法，采用湿污泥直接掺烧工程设备在循环流化床锅炉中直接掺烧湿污泥，在锅炉分散控制系统DCS或可编程逻辑控制器PLC中，通过组态或编程的方式实现通过调节湿污泥掺烧量辅助控制循环流化床锅炉主蒸汽压力，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采用带限幅功能的比例-微分PD控制器，对主蒸汽压力反馈值信号与主蒸汽压力设定值信号的差进行PD运算和限幅处理，所述PD控制器输出信号乘以在0～1之间变化的补偿强度信号后，再进行带死区的惯性滤波处理，得到湿污泥掺烧量动态补偿指令信号；

步骤2、将步骤1中所得到的湿污泥掺烧量动态补偿指令信号与原湿污泥流量控制回路中的湿污泥流量自动指令信号相迭加，构成新的湿污泥流量自动指令，实现依据主蒸汽压力反馈值和设定值的偏差及偏差变化速率实时调整湿污泥掺烧量；所述动态补偿指令信号的补偿强度信号由运行人员设置的补偿强度信号乘以由湿污泥流量自动指令信号经一个多点折线函数计算后得到的补偿强度修正信号的乘积，经滤波后得到；

步骤3、将所述补偿强度信号经过一个多点折线函数计算后得到循环流化床锅炉的原主蒸汽压力控制系统的控制强度修正信号，乘以所述原主蒸汽压力控制系统中比例-微分-积分PID控制器前的偏差信号，用以修正所述原主蒸汽压力控制系统的控制强度。

2.根据权利要求1所述的一种直接掺烧湿污泥的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制方法，其特征在于，所述湿污泥直接掺烧工程设备包括：

保浆缓存仓，用于暂时存储从污水处理厂运至发电厂的湿污泥；

螺旋给料机，用于将湿污泥从所述缓存仓内按设定的流量送出；

柱塞泵，用于将来自所述螺旋给料机的湿污泥加压输送；

输送管道，连接污泥泵站至所述循环流化床锅炉炉膛；

旋转分料器，将来自输送管道的湿污泥以旋转间隔分配的方式分配至安装在所述循环流化床锅炉炉墙上的多只污泥枪；

污泥枪，用于将湿污泥喷入炉膛内燃烧；

管道冲洗、臭气正压空气密封设备；

其中，通过改变螺旋给料机变频电机的频率，控制湿污泥的掺烧量。

3.根据权利要求2所述的一种直接掺烧湿污泥的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制方法，其特征在于，步骤2中所述湿污泥掺烧量动态补偿指令信号的计算流程包括以下步骤：

步骤S21、循环流化床锅炉主蒸汽压力反馈值通过第一减法计算模块SUB1减去主蒸汽压力设定值的差，进入带限幅功能的PD控制器模块；

步骤S22、由运行人员设置的补偿强度模块输出0～1之间的设置补偿强度信号，通过第二乘法计算模块MUL2乘以由原湿污泥掺烧量自动指令经过第一多点折线函数计算模块F(x)1计算得到的补偿强度修正信号，再经过一阶惯性环节LAG滤波后，得到实际补偿强度信号；

步骤S23、所述PD控制器的输出信号与实际补偿强度信号经过第一乘法计算模块MUL1相乘后，得到滤波前湿污泥掺烧量补偿信号；

步骤S24、所述滤波前湿污泥掺烧量补偿信号经过第二减法计算模块SUB2减去湿污泥掺烧量动态补偿信号后的差，经过死区模块DZ作死区计算，再经过增益计算模块K调整强度后，进入积分计算模块INTE进行积分处理，即得到湿污泥掺烧量动态补偿信号。

4.根据权利要求3所述的一种直接掺烧湿污泥的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制方法，其特征在于，步骤2中所述湿污泥掺烧量动态补偿指令信号与原湿污泥流量控制回路中的湿污泥流量自动指令信号相迭加的过程为：所述湿污泥掺烧量动态补偿信号通过求和计算模块SUM，与原湿污泥流量自动指令信号相加，得到新的湿污泥掺烧量自动指令信号，替换掉原湿污泥掺烧量控制回路中的原湿污泥掺烧量自动指令信号。

5.根据权利要求4所述的一种直接掺烧湿污泥的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制方法，其特征在于，步骤3中所述原主蒸汽压力控制系统的控制强度修正信号由实际补偿强度信号经过第二多点折线函数计算模块F(x)2计算后而得到。

6.根据权利要求5所述的一种直接掺烧湿污泥的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制方法，其特征在于，步骤3中，所述原主蒸汽压力控制系统的控制强度修正信号通过第三乘法计算模块MUL3与原主蒸汽压力控制系统控制器前偏差信号相乘，得到新的主蒸汽压力控制系统控制器前偏差信号，替换掉主蒸汽压力控制系统控制器前偏差信号；

所述原主蒸汽压力控制系统控制器前偏差信号为主蒸汽压力设定值与反馈值的偏差信号或直接能量平衡DEB热量信号设定值与反馈值的偏差信号。

7.根据权利要求6所述的一种直接掺烧湿污泥的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制方法，其特征在于，在设置初始参数时，

将带限幅功能的PD控制器的比例作用KP初始值设置为0；将微分增益系数KD初始值设置为0，将微分惯性时间TD初始值设置为30s，限幅值的上下限值分别设置为额定湿污泥掺烧量的正负30％；

将死区模块DZ的上下死区值分别设置为额定湿污泥掺烧量的正负5％；

将增益模块K的增益值设置为0.2；

将所述一阶惯性滤波模块LAG的惯性时间设置为100s；

由运行人员设置补偿强度模块E的初始输出值设置为0。

Images