电站系统工程Power循环流化床锅炉计算机监控系统研究清华大学王鑫鑫徐向东番商要通过分析流化床锅炉特点，结合解耦广义预测控制和多变量参数估计原理，设计了解耦广义预测控制器，对主蒸汽压力和床温控制回路进行解耦协调控制。在此基础上，设计了套适合于循环流化床锅炉使用的计算机监控系统。

　　优越的性能和特点，但在商用化和大型化过程中还存在着许多亟待解决的问。除其本体设计和结构本身存在的问外，由于对循环流化床锅炉的内在过程的理解不够深入，其运行参数的匹配规律尚不清楚，对锅炉动态特性及控制策略的研究很不充分等，使得循环流化床锅炉热工自动控制方面的问已成为其推广应用成为其走向实用的关键之。

　　循环流化床锅炉是个分布参数非线性时变大滞后多变量紧密耦合的对象。

　　由于其燃烧过程的复杂性和特殊性，使得对其它锅炉行之有效的常规控制方法难以保证循环流化床锅炉各项控制指标的实现，因此实现循环流化床锅炉自动控制比般锅炉要困难得多。研究循环流化床锅炉控制系统的特点，设计适合流化床锅炉的控制方案，提高运行管理水平，进而提高流化床运行效率和控制污染的效率，是非常必要的。

　　针对上述情况，研究开发了套适合循环流化床锅炉使用的计算机监控系统。该系统硬王鑫鑫，男，1974年生，直博研究生。热能工程系，100084件上实现了多冗余，并且有自检自诊断功能；采用了广义预测控制理论常规控制和模糊控制相结合的方案，实现循环流化床锅炉的实时监控，提高了控制品质。该系统已成功地应用于山东某厂351也循环流化床锅炉上。

　　1系统硬件配置及结构系统硬件结构1.系统从硬件上分为上位机和下位机两部分。其中上位机完成人机界面协调解耦控制等工作；下位机完成数据采集和过程控制工作。

　　为提高系统的可靠性，上位机采用双机系统。采用两台配置相同的工控机，台操作员站，台工程师站。两站之间通过以太网进行通讯。上位机为研华公司的工控机，并采用触摸屏作为人机交互的介质。

　　正常工作状态下，司炉在操作员站进行操作，监视并控制锅炉的正常运行；在工程师站也可以监视锅炉运行，但不可以操作。工程师站的数据与操作员站的数据通过网络同步，主要提供历史数据存盘修改量程等管理功能。

　　当操作员站故障时，工程师站立即取代操作员站完成监控锅炉运行的任务。

　　下位机完成数据采集和实际控制的功能，可分为控制站和数采站两种。控制站按照不同控制任务。数采站不具备控制功能，主要进行数据采集。上位机间通讯由以太网络完成。下位机与上位机间以及下位机之间的通讯通过485通讯完成。下位机采用86，1公司的87 2循环流化床控制方案分析循环流化床锅炉是个非线性分布参数多变量紧密耦合大延迟的对象，同时存在若干个干扰因素。其控制系统需要完成比般锅炉更复杂的控制任务。具体需要控制的量包括主蒸汽压力炉膛温度炉膛负压烟气含氧量炉内料层厚度烟气中802含量主蒸汽温度汽包水位等，系统的可控输入为给煤量次送风量次送风量引风量排渣量返料风量石灰石送入量锅炉给水量减温水量等。各变量之间的关系2.

　　由于锅炉内主蒸汽压力和床温的强耦合性，使得循环流化床控制系统的设计相当困难。现有大多数控制方案中已经考虑了这个问中有些已用于锅炉的控制或有较好的工程应用潜力，但由于循环流化床锅炉的复杂性和特殊性，它们难以兼顾锅炉中诸多的相关因素，而对象的非线性又使控制器的参数设置非常困难。当锅炉燃烧处于不同的反应状态氧化或还原态锅炉处于不同的负荷偏差的方向和大小不同时，都要采用相应的控制策略，这样的协调控制用常规的反馈控制系统实现是非常困难的。

　　广义预测控制，是在自适应控制中广义*小方差控制的基础上，在优化中引入了多步预测的思想而形成的种预测控制方法。

　　它适用于有纯时延开环不稳定的非*小相位系统，抗负载扰动随机噪声时延变化的能力很强。为了对主蒸汽压力和床温的控制取得满意的效果，本系统采用广义预测控制算法设计相应的控制回路。

　　3循环流化床锅炉各回路控制原理循环流化床锅炉的控制系统分为汽水系统和燃烧系统两部分。汽水系统包括汽包水位和主蒸汽温度调节；燃烧系统包括主蒸汽压力炉床温度次风量次风量引风量排渣量和返料风的控制等。

　　3.1汽水控制系统3.1.1汽包水位控制系统汽包水位是锅炉安全运行的重要参数，同时，它还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志。影响汽包水位的因素主要有给水量耗汽量和燃料量等。本系统采用冲量串级控制方案。其中主回路用于直接控制水位，主调节器采用，1控制器，维持稳态水位不变并保证稳态静差为零；副回路是流量控制系统，以进入汽包的净流量=给水流量主蒸汽流量带温度压力补偿作为反馈信号，副调节器也采用，1方式，但积分部分的系数取得较小，主要以比例进行调节，保证调节的快速性。从现场的运行情况来看，只要执行器良好，参数合适，可以保证调节效果良好。

　　3.1.2主蒸汽温度控制系统影响锅炉主蒸汽温度的主要因素有蒸汽流量烟气侧传热量和减温水流量。考虑系统结构简单易于实现，采用减温水流量作为调节量构成串级控制系统。主回路以有较大容积延迟的主蒸汽温度为控制参数，副回路调节减温水流量。主副回路都采用模糊控制器，3 3.2燃烧控制系统燃烧系统中主蒸汽压力和炉床温度的控制是难点。原因之是床内煤颗粒燃烧释放热量温对给煤量和送风量的响应有明显的纯延迟，而且响应参数随运行工况的不同而变化。采用常规的，正控制器无法满足控制要求。第个原因是给煤量和送风量同时影响主蒸汽压力和床温，使者成为紧密的强耦合量。例如当主汽压力低于额定值时需要加煤，但如果床温过高，为防止结焦影响运行安全，很可能还要减煤，使得锅炉无法满足发电负荷的需要。如果孤立考虑床温和主蒸汽压力控制，而不考虑它们之间的耦合关系，必然影响系统的控制品质，甚至会引起系统震荡，使得控制系统无法投入。

　　本控制系统运用了广义预测控制和多变量参数估计原理，设计了4的解耦广义预测控制器，通过协调改变床温和主蒸汽压力协调控制。广义预测控制器利用循环流化床动态模型预测床温和主蒸汽压力，然后由给定发生器产生床温和主蒸汽压力的给定，传给床温控制器和主蒸汽压力控制器，实现床温调节和主蒸汽压力控制的解耦协调控制总的控制目标可以述为主蒸汽压力尽可能快地跟随外界负荷的需要，床温在上下限之内。

　　3.2.1主蒸汽压力控制系统实际生产中要求主蒸汽压力保持稳定，即在负荷变化时，主蒸汽压力要尽快恢复到设定水平。本系统是通过改变给煤机的转速来调节给煤量，从而实现主蒸汽压力的调节。

　　主蒸汽压力控制原理5.由于在循环流化床锅炉中，给煤量的变化到影响锅炉床温，再到影响主蒸汽压力，这两个环节都有较大的滞后。所以在本系统中，引入床温信号和炉膛上部温度信号作为主蒸汽压力主调节器的输出补偿信号，以防止这两个温度超出正常的范围，保护锅炉的正常运行。具体控制方法，在这两个温度过高时降低给煤机的转速在这两个温度过低时增大给煤机的转速。同时，由于对床温的控制只要在允许的范围内，因此使用了采用阈值控制的比例调节器，并将其输出作为主蒸汽压力控制回路的输出补偿。

　　3.2.2床温控制系统循环流化床锅炉的料床温度控制在850，9501范围内，在这个温度范围是实现炉内脱硫的*佳温度，同时，的产生量也比较小。

　　床温过高或者过低对锅炉的运行都会带来不利料层厚度给煤量供给的石灰石量次风量次风量等。床温控制系统的原理6.

　　在本系统中，采用调节次风来调节锅炉炉的流化燃烧。床温的实际稳定运行值随负荷变化，控制系统中用负荷来修正床温给定，使床温*终稳定值与负荷对应。同时，将给煤量经过比例器作为输出补偿。本控制系统采用阈值控制，即床体温度在给定值范围内时不调节次风量，当床温过高或过低时再调节次风量，同时将实际调节器的参数也尽量取小。

　　3.2.3次风控制系统在般的锅炉控制系统中，次风通常用来补充燃烧，通过控制烟气含氧量来调节锅炉保证流化的次风量很大，使燃烧的空气过量系数很大，足够保证燃烧，因而并不需要再加次风来保证燃烧。在现场运行中发现，次风对锅炉顶部的温度影响较大，而锅炉顶部的温度对分离器的影响很大。因此采用调节次风量作为调节炉顶温度的主要手段，同时兼顾锅炉的含氧量。次风控制系统7.负压给定，负压调节送风，+引风机调节机两引风机风，门开度描炉负压变送器8负压控制系统原理锅炉风室锅炉风3.2.4负压控制系统锅炉的正常运行要求保证炉膛负压在定机变频转速来控制炉膛负压，下转第279页率对摩擦阻力系数的影响情况。

　　流体的阻力降，3；摩擦阻力系数；换热管的直径，1；测量段换热管长度，1；开孔面积比率可以看出，在本试验条件下开孔面积比率在小于20以内，摩擦阻力系数随开孔面积比率呈单调上升趋势；在开孔面积比率大于上接第262页同时用送风量作为输出补偿。

　　负压控制系统8.

　　3.2.5排渣控制系统排渣控制系统9.循环流化床锅炉运行时需要具有适宜的床层厚度，本系统通过检测锅炉风室压力，与给定压力比较，用调节器控制排渣阀的开关。当炉内渣层升高锅炉风室压力过大时，打开放渣阀排渣；反之关闭。

　　3.2.6返料风控制系统返料风控制系统1通过检测旋风分离器底部压力，判断灰层高度，控制返料风挡板，以达到正常回灰的目的。控制挡板的开度可以控制流化床的循环倍率，同时会影响流化床的炉床温度。

　　4系统功能本系统米用8，1姐4，6软件搭建了上位机控制平台，下位机程序采用8161公司Step7Microwin软件编写。软件包括同步数据库双机系统通讯实时数据库生成历史数据库生成报生成自启动密码保护等。

　　在数据采集上运用了多种数字滤波技术处20时，摩擦阻力系数随开孔面积比率呈单调下降趋势；开孔面积比率在40左右，开孔纽带摩擦阻力系数与光带基本持平。

　　4结语自转清洗纽带开孔对流体阻力的影响与纽带的开孔面积比率有关，其开孔面积比率达到20左右时阻力降达到*大值。在电厂凝汽器中，由于其污垢的特殊性，在工艺和纽带强度许可的情况下建议采用开孔面积比率大于40林宗虎。强化传热及其工程应用。北京机械工业出版社，杨善让，徐志明。换热设备的污垢与对策。北京科学出黄祥健。电厂真空冷凝器自转式清洗纽带清洗技术0.湘潭齐复东，贾树本，马义伟。电站凝汽设备和冷却系统。水利电力出版社，1990.

　　编辑霄珉理，并为系统设计了些自校验自诊断技术，使得系统能够长期工作，不受干扰，提高了系统的可靠性。

　　5结束语本套计算机监控系统已经在山东某厂35 1循环流化床锅炉上实现，经长期生产运行，证明系统性能稳定可靠，自控投入率高，减轻了运行人员的劳动强度，取得良好的经济效益。同时，由于本系统具有相当的可扩展性可移植性，通过对不同的控制回路重新规划，还可以应用到其他类型的锅炉上，所以具有相当的应用前景。