PDF《电厂锅炉燃烧系统先进过程控制实验仿真平台1》

电力 系统的安全诊断与预测维护.. 基金项目:国家

863 高技术基金项目(NO.2011AA05A120) ;

国家大学生创新性实验计划资助项目(编号:101067311) ;

云南大 学理工科研基金资助项目(编号:2010YB026) . NNC)等已应用于电厂锅炉的燃烧的实际控制或仿真研究中,它对提高锅炉工艺参数的平 稳性, 提升锅炉能量转化的效率以及节能减排等方面发挥了较大的技术优势并具有更加广泛 的应用前景. 然而,不同于已广泛应用于工业过程控制的常规 PID 算法,APC 控制策略通常不能直 接应用到过程控制装置中,而是要经过实验研究之后才能投入实际应用.因此,为降低实验 成本并且满足反复实验的要求, 有必要设计和开发相应的验证平台. 仿真实验平台不仅可以 有效的重现实际的工业过程, 也是从工程角度验证各种优化控制算法的有力手段. 同时在实 验平台上的反复实验研究不仅避免了工业过程中存在的综合复杂性和各种干扰所带来的风 险,也为各种先进控制算法在实际的工业过程中的应用奠定了理论基础[3][4][5]. 但是现有的控制策略实验平台主要以 Matlab 作为仿真工具进行验证,而就工程应用而 言,控制策略主要通过 PLC、DCS 等控制装置和系统实现的.单纯的基于 Matlab 的仿真平 台只能对控制策略的算法本身进行验证,而无法针对基于 PLC、DCS 等控制装置开发的控 制策略程序进行验证, 因此仍然存在着算法研究与工程应用的脱节问题. 本文所设计的锅炉 燃烧系统先进过程控制实验仿真平台为验证 APC 控制策略的有效性和 PLC 顺序逻辑控制正 确性提供支持, 有助于工程设计人员在现场调试前对锅炉燃烧系统的顺序逻辑控制和先进 控制策略进行验证. 2. 电厂锅炉燃烧系统简介[1][2] 电厂锅炉的燃烧系统如图

1 所示, 除氧后的软化水经由上水泵泵出, 一路首先进入减温 器再进入省煤器,另外一路直接进入省煤器.进入减温器的锅炉上水走管程,一方面对最终 产品(过热蒸汽)的温度起到微调(减温)的作用,另一方面也能对锅炉上水起到一定的预 热作用.省煤器由多段盘管组成,燃料燃烧产生的高温烟气自上而下通过管间,与管内的锅 炉上水换热,回收烟气中的余热并使锅炉上水进一步预热. 被烟气加热成饱和水的锅炉上水全部进入汽包, 再经过对流管束和下降管进入锅炉水冷 壁,吸收炉膛辐射热在水冷壁里变成汽水混合物,然后返回汽包进行汽水分离.锅炉上汽包 为卧式圆筒形承压容器,内部装有给水分布槽、汽水分离器等,汽水分离是上汽包的重要作 用之一.分离出的饱和蒸汽再次进入炉膛进行汽相升温,成为过热蒸汽.出炉膛的过热蒸汽 进入减温器壳程,进行温度的微调并为锅炉上水预热,最后以工艺所要求的过热蒸汽压力、 过热蒸汽温度输送给下一生产单元. 图1电厂锅炉燃烧系统示意图 燃料经由燃料泵泵入炉膛的燃烧器;

空气经由变频鼓风机送入燃烧器. 燃料与空气在燃 烧器混合燃烧,产生热量使锅炉水汽化.燃烧产生的烟气带有大量余热,对省煤器中的锅炉 上水进行预热. 以上工艺流程要达到的目的是供给合格的蒸汽, 并使得锅炉发热量适应发电 负荷的需要.其中,锅炉的燃烧系统主要以蒸汽压力、烟气成分、炉膛负压为三被控变量, 分别利用燃料流量、 送风量和引风量作为三个操纵变量. 这三个被控变量和操纵变量互相关 联,组成合适的燃烧系统控制方案,以满足燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要.此外,燃料与空气必须保持一定比值,从而保证最优的燃烧效率,降低锅炉的能耗;