久久久91-久久久91精品国产一区二区-久久久91精品国产一区二区三区-久久久999国产精品-久久久999久久久精品

文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2025）03-082-04中圖分類號：TP273

★雷云飛（國家能源集團寧夏煤業有限責任公司煤制油分公司，寧夏靈武750415）

關鍵詞：化工裝置；鍋爐控制；先進控制；全自動優化控制

1　前言

大型煤化工裝置動力站共有10臺煤粉爐、8臺汽輪發電機組及9個壓力等級蒸汽管網，其中4臺鍋爐為帶再熱系統600t/h鍋爐，6臺鍋爐為不帶再熱640t/h鍋爐；蒸汽管網系統壓力等級多，管網系統中還混入化工區余熱回收蒸汽，減溫減壓操作非常復雜。生產過程中各主要生產用汽壓力、溫度控制皆不穩定，母管制運行的情況下，鍋爐、汽機、管網等復雜系統相互影響。

對于多壓力等級存在的蒸汽管網，鍋爐本身、鍋爐爐群和蒸汽管網都是復雜的耦合系統，鍋爐負荷-給煤-制粉-送風-引風-蒸汽母管高度關聯。當系統發生擾動或某個用戶生產裝置的升降負荷，都會造成這個多爐多管網大系統的波動，進而也影響到主生產裝置的穩定運行。現場雖然單爐有自動控制，但是對于整個蒸汽管網運行時無法達到所需要的控制指標，不斷進行大范圍的加減負荷，壓力控制曲線如圖1所示。

圖1  蒸汽母管壓力控制曲線

2　研究內容

根據鍋爐特點，本研究從現場設備、儀表現狀及操作人員水平出發，構建了動力站“多爐多機多等級蒸汽管網”控制優化系統，開發了適用于鍋爐燃燒、脫硫脫硝、多等級母管制蒸汽減溫減壓等工藝流程的先進控制算法，解決了復雜工況下多變量耦合、大滯后、時變等控制難題。

本研究的研究思路如圖2所示，通過實現所有系統的全自動優化控制，使各生產裝置達到最經濟化運行。本研究實現的先進控制回路和優化控制回路如下（包括但不限于）：

（1）鍋爐負荷先進控制與協調優化控制及給煤優化控制；

（2）多爐多機多等級蒸汽管網大系統協調優化控制；

（3）計劃性升降負荷智能操作模塊。

圖2  研究思路

3　鍋爐負荷先進控制與協調優化控制及給煤優化控制

3.1　研究內容

3.1.1　汽包水位優化控制

該回路采用了帶有燃燒因素專家算法的三沖量控制算法。所謂燃燒因素是指當鍋爐升降負荷時必須以調整爐膛燃燒強度為前提。RASO系統建立了能表征爐膛燃燒強度的前饋算法，并把它引入到經典三沖量控制模型中，進一步提高了該回路的抗干擾能力和汽包水位的控制精度。其具體方案框圖如圖3所示。

圖3  汽包水位優化控制原理

該方案所設計的水位設定值可隨鍋爐負荷高低實時變化，有助于提高鍋爐運行安全穩定性。

3.1.2　主汽溫度優化控制

該回路采用了帶有燃燒因素前饋算法的主汽溫度-減溫水流量-減溫水閥串級控制算法，也可采用帶有汽溫擾動觀測器算法的主汽溫度-減溫水閥單回路控制算法來達到較高精度的主汽溫度控制。該方案考慮鍋爐在低負荷運行工況下汽溫可能會偏低，將造成母管溫度偏低的情況，為此設計了多爐協調算法，即經過模型計算后可通過提高其他鍋爐蒸汽溫度設定值用以平衡母管汽溫。其具體方案框圖如圖4所示。

圖4  主汽溫度優化控制

專家算法通常由人機交互界面、知識庫、推理機、解釋器、綜合數據庫、知識獲取6個部分構成，如圖5所示。專家系統的體系結構隨專家系統的類型、功能和規模的不同而有所差異。

圖5  專家算法原理

3.1.3　鍋爐負荷-給煤優化控制

該回路通過控制各給煤機變頻指令實現對本鍋爐負荷的控制。操作人員設置鍋爐基本負荷控制點和本臺鍋爐負荷的優化運行區間，多爐協調優化模型可根據母管壓力波動情況對基本負荷控制點進行修正，同時調整給煤量、給煤機變頻指令，燃料氣摻燒及廢液摻燒量變化時相應修正給煤量控制點，一次風、二次風、引風及汽水系統控制回路都將進行相應調整。其具體方案框圖如圖6所示。

圖6  鍋爐負荷——給煤優化控制

該方案還設計了針對鍋爐某臺磨煤機事故跳閘時的煤量處理模型、給煤量自尋優模型以及應對各磨煤機性能不同的智能偏置算法。

3.1.4　一次風優化控制

該回路通過磨煤機熱一次風擋板實現鍋爐各磨煤機一次風量控制。其具體方案框圖如圖7所示。

圖7  一次風優化控制

每臺磨煤機一次風量的控制點等于各磨煤機煤粉流量乘以設定的風煤比，一次風測量信號中還包含控制風溫的冷風量，風溫控制回路為單回路PID。

3.1.5　二次風優化控制

該回路通過控制二次風擋板實現鍋爐煙氣含氧量在各種工況下的控制點浮動和精確控制，從而保證鍋爐的經濟燃燒。其具體方案框圖如圖8所示。

圖8  二次風優化控制

二次風量控制點模型包含三部分：基本二次風量、氧量補償風量（優化啟動前以固定氧含量控制二次風量，氧量控制點是經過優化而浮動的）、二次風優化風量（在煤質、負荷、儀表精度等發生變化時自動計算風量的增量修正二次風量，從而達到經濟燃燒）。

3.2　研究結論

鍋爐各控制回路實現全自動優化控制，且自控率達到100%。負荷控制回路、主汽溫度控制回路、汽包水位控制回路、爐膛負壓控制回路、一次風壓控制回路、煙氣氧量控制回路、制粉系統回路均實現全自動運行，自控率可以達到100%。

4　多爐多等級蒸汽管網大系統協調優化控制

4.1　研究內容

現場蒸汽管網系統壓力等級多，包括九個壓力等級，管網系統中還混入化工區余熱回收蒸汽，減溫減壓操作非常復雜。生產過程中各主要生產用汽壓力、溫度控制皆不穩定，母管制運行的情況下，鍋爐、汽機、管網等復雜系統相互影響，給后續化工裝置的長周期安全穩定運行帶來一定影響。

（1）根據蒸汽用戶總負荷、鍋爐的燃料-負荷特性曲線和各爐爐況智能動態確定各臺鍋爐出力，并使鍋爐在滿足總負荷需求的前提下總用煤量進一步減少；

（2）當某種干擾使蒸汽母管壓力發生波動時迅速使一臺或若干臺調節爐的負荷、給煤機、送風機、引風機同時動作以最快速度穩定蒸汽母管壓力，即多爐協調優化功能。

4.2　多爐協調優化算法

若干臺鍋爐運行產生11.5MPa高壓蒸汽匯入母管，母管蒸汽壓力是時刻都在波動的，鍋爐的運行變化、汽機發電負荷的調整、各個壓力等級用汽客戶的負荷變化都會導致母管壓力的波動。母管壓力的穩定主要靠鍋爐負荷以及汽機發電負荷的快速與精準調整來維持。本方案基于爐跟機運行模式來設計：即負荷優化分配模型根據干擾大小快慢以及各爐當前狀態智能決策充當調節爐的鍋爐的臺數以及各自承擔的最佳負荷調整量，各爐的先進控制與優化控制模型負責快、準、穩、優地把負荷調整指令執行到位。管網圖與鍋爐爐群關系簡畫如圖9所示。

圖9  多等級管網與鍋爐爐群關系

4.3　項目研究結果

通過曲線對比，BCS優化控制相對于DCS集散控制更加地平穩，控制對象運行更加穩定。

在BCS控制模式下，要求控制精度達到R±0.15MPa（90%時間），設定值為11.65MPa；要求范圍為（11.50~11.80MPa）壓力處于要求范圍時間在24小時內，測試時母管壓力平均值為11.65MPa，最大值11.78MPa，最低值11.50MPa；蒸汽母管壓力控制精度達到R±0.15MPa（90%時間），波動范圍收窄55%以上。

5　計劃性升降負荷智能操作模塊研究

5.1　研究內容

鍋爐在生產過程中經常受到外界工況的影響會發生快速升降負荷。在快速升降負荷發生時，會出現鍋爐整個爐況的變化，增加快速升降負荷模塊，該模塊通過當前負荷和目標負荷的偏差及時調整煤量，在調整煤量的同時，設定完成調整時間，計算出需要調整的煤量，而不是一味兒地進行加減煤或者是大幅度的加減煤。計算的結果可以比較平滑的輸出煤量，滿足工況的升降負荷。在調整過程中，該模塊的輸出還要跟蹤氧量、爐膛壓力、主汽溫度和主汽壓力的變化，不能一味兒地快速調整煤量。當氧量、爐膛壓力等一系列鍋爐運行數據發生較大的變化時，對應的控制回路也要做好相互協調。

5.2　負荷調整和氧量修正控制策略

鍋爐在負荷模式下，進行負荷快速調整，計算出煤量對應負荷的多少再進行逐步地調整煤量輸出。煤量輸出的同時，風機也要進行相應的調整，當煤量輸出到一個階段后就開始慢慢地調整煤量。風機控制需要根據實際的設定點進行調整，在調整過程中還需要根據。煤質修正函數和噸汽煤耗修正能夠穩定鍋爐對煤量和風量的調整，做到風煤優化輸出。投用鍋爐臺數越多越能減少煤量、風量對鍋爐出力的影響。

5.3　先進控制理論應用

由于鍋爐負荷控制的復雜，耦合性、時變性嚴重，常規PID算法無法實現精準控制。本研究創新性地使用了先進控制理論，把人的操作經驗、工況變化規律和現代控制理論結合在一起，達到理想的控制效果。先進控制模型融合了專家控制、預測控制、模糊控制、重疊控制、自適應PID等功能，將被控變量的變化趨勢、幅度以及干擾來源進行智能計算，作為智能控制器的輸入進而提高了控制品質。

5.4　最佳工況挖掘模塊原理

（1）自動完成數據收集、分析、處理、建模等全部過程；

（2）模塊定時啟動，可自動定時更新最佳工況模型；

圖10  最佳工況挖掘原理

（3）最佳工況模型可在線指導優化控制系統快速調整至最佳工況；

（4）優化系統備有安全保護機制，即使在最佳工況挖掘模型工作異常情況下也可保證裝置安全生產。

5.5　項目研究結果

本研究在自動變負荷控制回路中設定了兩種控制模式，分別為單爐負荷模式和母管壓力模式，兩種模式為無擾切換，可在給煤投用自動時任意選擇。通過現場單爐負荷、母管壓力控制的投用，鍋爐運行穩定，滿足工況的需求，單爐負荷下對母管壓力控制擾動能夠起到抑制作用，并且能夠跟隨設定負荷變化及時調整給煤量，實現鍋爐自動變負荷控制。

6　應用效果及推廣應用

本研究通過先進控制模型并結合爐群環保控制參數與復雜工況指標之間的數學模型，并基于該數學模型耦合傳統PID控制原理，解決了不同煤質及復雜工況下鍋爐及蒸汽大管網控制回路無法正常投用的問題，提高了控制精度，同時穩定了蒸汽管網的波動。同時，本研究使用先進控制理論，把人的操作經驗、工況變化規律和現代控制理論結合在一起，達到了理想的控制效果。先進控制模型融合了專家控制、預測控制、模糊控制、重疊控制、自適應PID等功能，將被控變量的變化趨勢、幅度以及干擾來源進行智能計算，作為智能控制器的輸入進而提高了控制品質。

作者簡介：

雷云飛（1990-），男，寧夏青銅峽人，中級工程師，學士，現就職于國家能源集團寧夏煤業有限責任公司煤制油分公司，研究方向為熱能與動力工程。

參考文獻：

[1]袁博.母管制運行鍋爐燃燒控制與負荷協調控制技術的研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業大學,2024.

[2]翟國明.母管制運行鍋爐負荷自動分配控制系統:CN201120095534[P].2024.

[3]孫艷,婁幸.母管制機組的爐機負荷分配運算與協調控制[J].自動化儀表,2003,24(10):4.

[4]周龍軍,于現軍.一種母管制鍋爐負荷精確調節控制方法:CN201310501888.2[P].CN103512021A2024.

摘自《自動化博覽》2025年3月刊