基于专家系统的循环流化床锅炉智能控制

来源:用户上传      作者: 姜普洋

　　摘 要:针对国内循环流化床锅炉基本靠人控制的现状,提出采用智能专家系统控制的方法,有效地解决了较大滞后、较强耦合、工艺控制复杂等原因给控制带来的难题,使锅炉系统自动控制的连续运行成为可能。
　　关键词:循环流化床锅炉 专家系统 智能控制
　　中图分类号:TQ319 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0103-01
　　1循环流化床锅炉及其特点
　　循环流化床技术(Circulating Fluidized Bed,简称CFB)是20世纪80年代发展起来的可靠的低污染高清洁高效燃烧技术,其高效率、低污染和良好的经济性,无论从技术经济上还是从环境保护的社会意义上讲,都是非常适合我国国情的,因而它在我国火力发电上具有良好的市场应用和发展前景[1]。
　　循环流化床是处于煤的层燃燃烧和煤粉燃烧之间的一种燃烧方式,兼有这两种燃烧方式的优点:(1)燃料的适应性广,即可燃用优质煤,也可燃用各种劣质燃料。(2)燃烧效率高。大型CFB锅炉的热效率普遍达90%以上。(3)污染物排放低。由于CFB锅炉采用低温燃烧和分段燃烧技术,氮氧化物的排放量明显较其他锅炉低。(4)负荷调节范围大,负荷调节范围可达10%～110%,负荷调节速度可达每分钟5%～10%[2]。
　　
　　2发展的现状及存在的问题
　　近年来,国内循环流化床锅炉发展很快,但CFB锅炉的广泛应用同时对它的自动控制也提出了很高的要求。由于CFB锅炉是一个多输入多输出的变参数系统,炉内燃烧、风烟、汽水过程都十分复杂,过程具有强非线性、大滞后和强藕合性,而且CFB在理论实践方面仍有许多不完善之处,还没有较大机组运行的经验,因而它的自动控制问题一直没有得到很好的解决,这严重影响着它的使用范围和效率的提高。在这种情况下,研究CFB锅炉机组的智能控制系统具有重大价值。
　　
　　3CFB锅炉机组的智能控制系统结构
　　CFB锅炉机组应用智能控制在国内外也有比较多的报导。根据CFB锅炉的结构特点,研究开发了基于经验的专家系统智能控制策略,主要控制系统有炉膛负压控制、料层差压控制、汽包水位控制、主蒸汽温度控制、减温器喷水控制。
　　3.1 炉膛负压控制
　　炉膛负压控制采用总风量(送风量)前馈的单回路控制。需要指出的是负压只需控制在一定的范围之内,一般在-2500pa～2500pa之间。
　　3.2 料层差压控制
　　国内大多热电企业采用间隙排渣手段,本文采用计算机报警提示的人工放渣手段。负荷分高、中、低三段,在不同段负荷下通过查表方式取得料层差压高、低限。料层差压高、低限值由厂方通过实际运行经验提供,同时可在流程图上方便地修改。料层差压超高限时报警提示操作人员放渣一次。
　　3.3 汽包水位控制
　　汽包水位控制系统仍采用三冲量基础上的串级控制系统。本文提出的控制方案不同于常规三冲量控制。
　　(1)PID参数随负荷大小、水位偏差大小、偏差变化情况而变,所以不止一组,可称之为变PID三冲量控制。所有PID参数都可以在流程图上实时进行修改。
　　(2)水位偏差太大情况下改为规则控制。
　　(3)因为工艺原因引起三冲量水位控制与主蒸汽温度控制发生冲突,此时应两者结合考虑。当水位偏差较大而主汽温度较稳定时,主要采取水位控制;当主汽温度偏差较大而水位正常时,则主要采取主汽温度控制(此时均为规则控制)。
　　表1为变PID三冲量控制。其中:正常限外的规则控制是模仿操作人员的控制方法,在水位偏差较大的情况下,调节给水阀使得给水量快速跟随主汽流量变化而变化。
　　针对不同负荷给水量与主汽量平衡数值不一样、存在偏差的情况,采取给主汽量增加一个补偿,按负荷高中低,水位偏差高限、低限分共为六种情况。然后将给水量与补偿后的主汽量相比较。按“调一调、看一看”的原则,设一控制输出开关,设定时定周期开关。
　　3.4 主蒸汽温度控制
　　一般用减温器出口温度作为前馈以弥补主蒸汽温度的大滞后,但由于工艺上安装有困难,所以考虑用炉膛出口温度作为前馈。
　　3.5 减温器喷水控制
　　每一控制周期计算主蒸汽温度变化率,当此变化率超过高限时,开喷水一次门;若此变化率低于此高限但超过次高限,则再比较上次变化率,若大于上次,则开喷水一次门;若此变化率低于低限时,则关喷水一次门;若此变化率高于此低限但低于次低限,则再比较上次变化率,若低于上次,则关喷水一次;其他情况则不变。
　　
　　4300MW CFB锅炉机组的智能控制
　　基于300MW CFB锅炉的现场运行经验,给出了一系列关于锅炉各控制系统的控制表,主要有燃烧系统的控制规则库,将所有目标参数进行模糊化设定,所有设定均可在DCS组态上实时修改。根据CFB锅炉的动态特性情况,提出了仿人工智能控制系统。通过现场辩识,可以对CFB锅炉的汽压、床温等被控对象的动态特性进行简单的描述,同时为了保证锅炉燃烧的经济性,对锅炉热效率实施最优控制。
　　如今国内外对于CFB锅炉中的主汽压力和床温两个强耦合变量,一般采取的控制方法是以主汽压力为主,根据最佳风煤比原则调节一次风量,同时控制床温于所限定的范围内。根据CFB锅炉动态模型来预测床温和主汽压,得到的数值作为床温调节控制回路和主汽压调节控制回路的给定值,进而实现了床温和主汽压的解耦协调控制;另有研究者提出基于多变量频域理论的补偿式解耦方法来实施控制,即直接用床温这波动较大的信号,通过直接补偿和调整变频调速器的供煤转速,来达到补偿和调整供煤量的目的,这不仅克服了供煤粒度变化引起的煤量变化的强内扰,由于床温运行稳定,同时也提高了锅炉机组抗负荷变化的外扰能力。
　　
　　5结语
　　如今,300MW CFB锅炉机组燃烧系统专家智能控制已经成功投入运营,现场运行时,系统不但可以长期可靠地工作,而且基本杜绝了结焦事故发生,这大大减轻了工作人员的劳动强度。这个结果表明所设计控制方案正确且切实可行,符合国内CFB锅炉工艺设计及运行现状;由于燃烧系统的自动控制使得燃烧平稳,煤耗降低,取得了极大的经济效益和社会效益。因此该方法在国内同类型锅炉控制中有很高的推广价值。
　　
　　参考文献
　　[1] 刘国胜.循环流化床锅炉与环保综合利用[J].应用能源技术,2002(3):39～41.
　　[2] 宋瑞福.CFBB机组先进控制方法应用研究[M].山东大学,2005,5.

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