CN2711539Y - 循环流化床锅炉燃烧自动调节系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种循环流化床锅炉燃烧自动调节系统,其中一次风量调节回路采用复合串级回路方式,床温给定值和测量信号送入床温PID控制器,灰浓度给定值和测量信号送入灰浓度PI控制器,主汽压力给定值和测量信号送入主汽压力PI控制器,上述三个控制器的输出在加法器中相加后输入一次风量PI控制器作为给定值,而将一次风量测量信号输入一次风量PI控制器作为反馈信号,一次风量PI控制器输出控制信号到一次风机变频器。此外还包括煤调节回路、二次风量调节回路以及引风量调节回路。本实用新型的每个回路都针对多变量的综合考虑,并采用了复合串级PID、前馈等控制方式,使自动调节系统能够全部、连续和稳定的投入闭环运行。

Description

循环流化床锅炉燃烧自动调节系统
技术领域
本实用新型涉及一种对固体燃料和空气反应燃烧的工业过程进行自动调节的系统,尤指一种循环流化床锅炉的燃烧自动调节回路。
背景技术
循环流化床锅炉(CFBB)燃烧技术是一项近20年来发展起来的燃烧技术。它具有燃料适应性广、燃烧效率高、环保(氮氧化物排放低,脱硫)、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点。
循环流化床锅炉燃烧时,炉膛里有一个相对固定高度的床层,称密相区。进入床层的有新加入的燃料、循环返料和底料,一次风从炉膛底部经布风板吹进炉膛,炉膛中可燃性物料(挥发份和炭)有一部分在此处开始与一次风接触燃烧,同时床层中相对细的高温颗粒被一次风吹起流动、流化,部分可燃性物料随着与一次风上升、接触、反应、燃烧,相对燃料量来说一次风提供的风量不足,为了进一步燃烧和换热要在适当炉膛高度加入二次风,二次风补足流化物料中可燃性物料燃烧需要的风量,增加燃料与风量的接触,同时加强对流化物料搅拌混合,增加换热过程系数。离开炉膛出口的气固两相流经过分离器分离,烟气进入烟气通道,固体颗粒作为返料返回炉膛,形成循环流化。锅炉燃料燃烧产生烟气和固体颗粒,产生的热量传递给汽水系统,汽包内的饱和蒸汽经过热器、减温器,形成合格压力和温度的过热蒸汽,蒸汽汇集至蒸汽母管,再供给负荷设备使用。
燃烧控制系统的基本任务是使燃料所产生的热量能够适应负荷的需要,同时还要保证锅炉的安全经济运行。因为在循环流化床锅炉炉膛内同时进行着物料流动、燃烧、换热。因而循环流化床锅炉内的控制特性是一个大滞后、强耦合、时变的非线性系统。强耦合表现在:一个被调参数同时受到几个调节参数的共同影响,如床层温度要受到给煤量、石灰石供给量,一次风量、返料量及排渣量等多个参数控制;同时,一个调节参数又影响多个被调参数,如给煤量不仅影响主汽压力,还影响床温、炉膛温度、过量空气系统及SO2含量等参数。大滞后主要反应在燃烧和换热过程中,燃料和空气接触燃烧直到燃烬需要相当长的时间,同时在换热过程中涉及因素和环节比较多,环节的容量大,造成换热大滞后。时变的非线性表现在:当CFBB在燃用不同煤种、不同负荷下其炉内燃烧及换热过程差别很大,相应的一、二次风量分配、风煤分配和灰浓度也不同。在目前科技水平上很难建立数学模型及传递函数。
传统循环流化床锅炉燃烧控制策略是采用一个调节参数控制一个被调参数或两个调节参数控制一个被调参数等片面的方法来进行控制调节,如“以给煤量来调整负荷,以给风量来调整床温”,这样造成自动调节只能在局部范围、稳定环境下运行。如果负荷或煤种或设备等外扰动发生变化,重要运行参数等内扰动有较大变化时,稳定性、快速性、准确性不能满足现场运行实际要求,造成自动调节不能长期、稳定、安全经济投入。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种循环流化床锅炉燃烧自动调节系统,能够连续、稳定地投入运行,并具有好的动态稳态性能。
为了解决上述技术问题,本实用新型提供了循环流化床锅炉燃烧自动调节系统,包括一次风量调节回路、给煤调节回路、二次风量调节回路,以及引风量调节回路,其中:
所述一次风量调节回路采用复合串级回路方式,床温给定值和测量信号送入床温PID控制器,灰浓度给定值和测量信号送入灰浓度PI控制器,主汽压力给定值和测量信号送入主汽压力PI控制器,上述三个控制器的输出在加法器中相加后输入一次风量PI控制器作为给定值,而将一次风量测量信号输入一次风量PI控制器作为反馈信号,一次风量PI控制器输出控制信号到一次风机变频器。
所述给煤量调节回路采用复合串级回路方式,床温给定值和测量信号送入床温PID控制器,氧量给定值和测量信号送入氧量PI控制器,主汽压力给定值和测量信号送入主汽压力PID控制器,上述三个控制器的输出在加法器中相加后输入给煤量PI控制器作为给定值,而将给煤机转速测量信号输入煤量PI控制器作为反馈信号,煤量PI控制器输出控制信号到给煤机变频器。
所述二次风量调节回路采用串级回路方式,氧量给定值和氧量测量信号送入氧量PI控制器,氧量PI控制器的输出输入二次风量PI控制器作为给定值,而将二次风量的测量信号输入二次风量PI控制器作为反馈信号,将给煤量测量信号(转速测量信号变换得到)经一微分控制器作为前馈信号,与二次风量PI控制器的输出在一加法器中相加得到二次风机转速控制信号,再并输出至二次风机变频器。
所述引风量调节回路采用单回路调节方式,炉膛负压给定值和测量信号一起送入炉膛负压PI控制器,一次风量测量信号和二次风量测量信号在加法器中相加得到总风量信号,再经一微分控制器后作为前馈信号,与炉膛负压PI控制器的输出信号在一加法器相加得到的引风机转速控制信号,再输出至引风机变频器。
综上所述,本实用新型针对循环流化床锅炉的多变量,强耦合,惯性大、非线性的特点,充分考虑了循环流化床锅炉(CFBB)燃烧系统流动、燃烧、换热等过程的协调,同时还综合考虑了系统被调量之间的相互影响,调节量之间的相互影响,被调量与调节量之间的相互影响。每个回路都针对多变量的综合考虑,使自动调节系统能够连续稳定的投入闭环运行。调节控制策略采用了复合串级PID调节、前馈、反馈等多种控制方式。充分利用了PID的精确性和前馈的快速性,使本系统同样具有良好的动态和稳态性能。
附图说明
图1是本实用新型实施例一次风量调节回路的控制流程示意图(SAMA图);
图2是本实用新型实施例给煤量调节回路的SAMA图;
图3是本实用新型实施例二次风量调节回路的SAMA图;以及
图4是本实用新型实施例引风量调节回路的SAMA图。
具体实施方式
在现场调节时,当一个被调量变动时,因为被调量是耦合的,要从系统的角度来调节一个或几个调节量来实现调节,很难判断哪一个被调量占主要位置。因此在本实用新型中,改变以前以被调量为控制回路命名和主要关注点,采取以调节量为控制回路命名和主要关注点,以满足现场操作要求和符合调节习惯。本实用新型的燃烧自动调节系统包括:一次风量调节回路、给煤调节回路、二次风量调节回路,以及引风量调节回路。为了适应工艺过程的复杂性,解决调节控制变量的困难,每个方案涉及变量比较多。但每个回路的基本出发点是最基础的质量守衡、能量守衡、动量守衡。
在各调节回路中,调节量的给定值由人工设定,较佳根据主汽流量-调节量的折线函数确定,而测量信号则是由各自的现场测试仪表送来,为了去除测量信号中的噪声,还对各测量信号进行了滤波处理(即先经过一滤波器再输入控制器,在对各回路的说明中就不再重复)。控制器选用常规的模拟PID或PI控制器,其初值可以根据经验整定,再根据运行情况时行调整。下面将详细介绍各调节回路的组成。
一次风量调节回路控制
一次风量影响着床料的流态化、燃料的燃烧、热量的传递;影响热量平衡(热源的稳定、热量传递),影响床层物料平衡。与主汽压力、床温、炉膛灰浓度等参数都有密切的关系,所以系统调节控制部分要综合考虑输入各个因素的影响。
如图1所示,一次风量调节回路采用复合串级回路方式,床温给定值和测量信号一起送入床温PID控制器(用与PI控制器相同的符号表示)11,灰浓度给定值和测量信号送入灰浓度PI控制器12,主汽压力给定值和测量信号送入主汽压力PI控制器13,上述三个控制器的输出在加法器14中相加后作为一次风量PI控制器15的给定值,而将一次风量测量信号作为输入一次风量PI控制器15的反馈信号,一次风量PI控制器15的输出先送入一手操器16,再输出至一次风机变频器17。手操器16安装在现场,可以实现现场的手动-自动转换和手动调节。
本实施例中床温PID控制器参数可设定为:比例带P=40%~80%,积分时间Ti=20~52s,微分系数Kd=1~2,微分时间Td=10~20s,灰浓度PI控制器参数可设定为:比例带P=40%~80%,积分时间Ti=20~52s,主汽压力PI控制器的比例带P=20%~40%,积分时间Ti=10~30s,一次风量PI控制器参数可设定为:比例带P=40%~80%,积分时间Ti=20~52s。调试的结果是:注汽压力动态过程特性在给定值正负0.06兆帕范围内变化;对于满负荷5%的变化,超调量0.15兆帕,动态时间为2个过程周期。
给煤调节回路控制
给煤影响着稳定燃烧、热量的产生,同时又影响物料和空气的配比(由氧量来反应)。给煤量与床温、主汽压力和氧量等参数都有密切的关系,因而调节控制方案需要综合考虑输入各个因素的影响。
如图2所示,给煤量调节回路采用复合串级回路方式,床温给定值和测量信号送入床温PID控制器21,氧量给定值和测量信号送入氧量PI控制器22,主汽压力给定值和测量信号送入主汽压力PID控制器23,上述三个控制器的输出在加法器24中相加后作为给煤量PI控制器25的给定值,而将给煤机转速测量信号作为输入给煤量PI控制器25的反馈信号,煤量PI控制器25输出先送入一手操器26,再输出至给煤机变频器27。
本实施例中床温PID控制器参数可设定为:比例带P=40%~80%,积分时间Ti=20~52s,微分系数Kd=1~2,微分时间Td=10~20s,氧量PI控制器参数可设定为:比例带P=80%~120%,积分时间Ti=40~80s,主汽压力PID控制器的比例带P=40%~80%,积分时间Ti=20~52s,微分系数Kd=3~7,微分时间Td=10~20s,给煤量PI控制器参数可设定为:比例带P=20%~40%,积分时间Ti=10~30s。调试的结果是:床温动态过程特性在给定值正负6度范围内变化;对于满负荷5%的变化,超调量16度,动态时间为2个过程周期。
二次风量调节回路控制
二次风量影响着物料充分燃烧、炉膛内压力、温度场的均匀分布,同时又影响物料和空气的配比。二次风量与氧量、给煤量等参数密切相关,所以调节控制方案要综合考虑输入各个因素的影响。
如图3所示,二次风量调节回路采用串级回路方式,氧量给定值和氧量测量信号送入氧量PI控制器31,PI控制器31的输出作为二次风量PI控制器32的给定值,而将二次风量的测量信号作为对应的反馈信号,为了对给煤量的变化做出快速反应,以保持一定的二次风煤比,将给煤量测量信号(转速测量信号变换得到)经一微分控制器33作为前馈信号,与二次风量PI控制器32的输出在加法器34相加得到二次风机转速控制信号,先送入一手操器35,再输出至二次风机变频器36。
本实施例中氧量PI控制器参数可设定为:比例带P=40%~80%,积分时间Ti=20~40s,二次风量PI控制器参数可设定为:比例带P=40%~80%,积分时间Ti=20~40s,给煤量前馈的微分控制器设定为:微分系数Kd=10~30,微分时间Td=20~40s。调试的结果是:烟气氧含量动动态过程特性在给定值正负0.8%范围内变化;对于满负荷5%的变化,超调量1.4%,动态时间为2个过程周期。
引风量调节回路
炉膛压力的高低关系着锅炉的安全经济运行,一般要求炉膛压力略低于大气压力,该调节回路主要是维持气体平衡,维持一个稳定的燃烧、流动和换热环境。
如图4所示,引风量调节采用单回路调节方式,炉膛负压给定值和测量信号一起送入炉膛负压PI控制器41,在总风量变化时,为了使引风量能快速跟进变化,将一次风量测量信号和二次风量测量信号在加法器42中相加得到总风量信号,再经一微分控制器43作为前馈信号,炉膛负压PI控制器41的输出信号与所述前馈信号在加法器44相加得到的引风机转速控制信号,该控制信号先送入一手操器45,再输出至引风机变频器46。
本实施例中炉膛负压PI控制器参数可设定为:比例带P=120%~180%,积分时间Ti=40~80s,总风量前馈的微分控制器设定为:微分系数Kd=1~2,微分时间Td=10~20s。调试的结果是:炉膛负压动态过程特性在给定值正负25帕范围内变化;对于满负荷5%的变化,超调量30帕,动态时间为2个过程周期。
对于有多个测点得到同一工艺参数的测量信号,在均值器中取均值后作为输入控制器的测量信号。当有多个执行机构时,还需在上述输出的控制信号后加上分配器。

Claims (5)

1、一种循环流化床锅炉燃烧自动调节系统,包括一次风量调节回路、给煤调节回路、二次风量调节回路,以及引风量调节回路,其特征在于:
所述一次风量调节回路采用复合串级回路方式,床温给定值和测量信号送入床温PID控制器,灰浓度给定值和测量信号送入灰浓度PI控制器,主汽压力给定值和测量信号送入主汽压力PI控制器,上述三个控制器的输出在加法器中相加后输入一次风量PI控制器作为给定值,而将一次风量测量信号输入一次风量PI控制器作为反馈信号,一次风量PI控制器输出控制信号到一次风机变频器。
所述给煤量调节回路采用复合串级回路方式,床温给定值和测量信号送入床温PID控制器,氧量给定值和测量信号送入氧量PI控制器,主汽压力给定值和测量信号送入主汽压力PID控制器,上述三个控制器的输出在加法器中相加后输入给煤量PI控制器作为给定值,而将给煤机转速测量信号输入煤量PI控制器作为反馈信号,煤量PI控制器输出控制信号到给煤机变频器。
所述二次风量调节回路采用串级回路方式,氧量给定值和氧量测量信号送入氧量PI控制器,氧量PI控制器的输出输入二次风量PI控制器作为给定值,而将二次风量的测量信号输入二次风量PI控制器作为反馈信号,将给煤量测量信号(转速测量信号变换得到)经一微分控制器作为前馈信号,与二次风量PI控制器的输出在一加法器中相加得到二次风机转速控制信号,再并输出至二次风机变频器。
所述引风量调节回路采用单回路调节方式,炉膛负压给定值和测量信号一起送入炉膛负压PI控制器,一次风量测量信号和二次风量测量信号在加法器中相加得到总风量信号,再经一微分控制器后作为前馈信号,与炉膛负压PI控制器的输出信号在一加法器相加得到的引风机转速控制信号,再输出至引风机变频器。
2、如权利要求1所述的循环流化床锅炉燃烧自动调节系统,其特征在于,所述各回路的控制信号均先送入一现场安装的手操器,再输出至相应的执行机构。
3、如权利要求1所述的循环流化床锅炉燃烧自动调节系统,其特征在于,所述各测量信号均经过一滤波器后再输入各控制器。
4、如权利要求1所述的循环流化床锅炉燃烧自动调节系统,其特征在于,所述同一工艺参数的测量信号有多个,该多个测量信号先经过一均值器后再输入各控制器。
5、如权利要求1所述的循环流化床锅炉燃烧自动调节系统,其特征在于,所述执行机构有多个时,所述控制信号先经过一分配器,再输出到各个执行机构。
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