1. 母管制运行方式
几台锅炉并列运行同时向同一母管供汽以满足发电、供热需求的方式称为母管制运行方式。母管制机组具有运行稳定性好、安全性高,锅炉或汽机在故障、检修时可直接切除而不影响其它机炉运行等优点,现已广泛应用于电力、石化、冶金、造纸、热电联产等行业的热电企业。
目前,数量众多的母管制锅炉燃烧系统基本处于手动控制,运行中煤耗高、故障率高、效率低,蒸汽压力和蒸汽温度波动大,热用户的安全生产和产品质量也得不到保证。
母管制运行方式示意图
2.
母管制机组实现自动控制的作用
锅炉燃烧系统和母管蒸汽压力系统自动控制的主要作用如下:
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节约燃料,降低发电煤耗;
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控制蒸汽参数“压红线”运行,提高汽机效率和供汽质量;
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提高锅炉运行的安全性与稳定性,减少停炉次数;
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减轻运行人员的劳动强度,有效防止误操作。
3.母管制机组自动控制难点
上世纪90年代末期,我国大机组采用DCS和DEH后,其锅炉的燃烧系统自动问题基本得到解决,电厂运行的安全性和经济性明显提高,缩短了与发达国家的差距。但许多中小热电企业效仿大机组采用DCS和DEH后,均未能解决母管制锅炉燃烧系统和母管蒸汽压力的自动控制问题,电厂运行的安全性和经济性没有提高,投资也无法收回。其主要原因有:
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照搬大机组燃烧控制方案(如"燃料-空气"系统、具有氧量校正的控制系统、采用"氧量信号"的控制反系统、采用"热量-氧量"信号控制系统等),控制策略简单,未能与母管制锅炉具体特点相结合;
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母管制锅炉燃烧工况复杂、状态切换频繁,特性不稳,常规的控制策略无法适应;
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DCS系统(进口及国产)的控制组态主要基于PID控制器构成,只能完成简单、常规的控制策略,无法完成复杂的智能控制;
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母管制运行锅炉之间负荷相互干扰严重,外网负荷需求波动大、变化频繁,只有多台锅炉共同参与调压才能保持母管蒸汽压力稳定。母管蒸汽压力自动控制难度较大,控制算法复杂,常规组态无法实现。
4.母管制机组自动控制方案
方案总体框图:
给粉控制:
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针对母管制锅炉燃烧工况复杂、运行状态多变,单一控制策略无法满足各种运行工况自动控制要求的特点,建立了锅炉暂态、稳态、外扰、内扰四种运行模态的在线辨识方法、控制策略及各种运行模态下不同控制策略的自适应切换原则。
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针对发生大负荷扰动时,母管制运行锅炉与汽机无法像单元机组一样实现“机炉协调控制”,而现场的实际运行却要求锅炉负荷快速跟踪汽机负荷或外网负荷的需求,这就将导致给粉机转速大范围快速变化,严重时有灭火停炉的危险,特别是在汽机因故障等原因快速甩负荷时,调节系统难以跟上等问题,研发了给粉机自动快速投切控制技术。
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多模态控制策略自适应切换技术和给粉机自动快速投切控制技术的配合使用,实现了母管制锅炉负荷在70%-110%范围内快速波动时,燃料量自动控制系统快速稳定锅炉出口蒸汽压力,确保燃烧系统连续自动运行。
送风控制:
采用模糊自寻优策略在线搜索最优“风/煤比”,控制总送风量,然后通过一、二次风之间的相互协调及其二次风自动控制专家系统来实现既控制一次风压,保障安全送粉,又有效控制二次风速(风量),保证锅炉火燃中心稳定,实现最佳经济燃烧。
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二次风控制。二次风控制既要保证合适的风量,又要保证合适的风速,二者必须兼顾。控制过程中需要不断调整各层二次风量的比例来保持每层各角二次风速相等,使锅炉火燃中心在负荷变化过程中保持上下、大小稳定。
引风控制:
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将PID与FUZZY相结合,解决因炉膛漏风变化引起的送、引风系统难以控制问题。
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引风、送风协调控制,实现送风、引风系统的长期、稳定自动运行。
母管蒸汽压力控制:
母管制运行锅炉之间负荷相互干扰严重,单炉调压时由于调压能力有限,采用多炉同时调压时又会出现负荷“压柚”现象。母管蒸汽压力自动控制方案原理如下:
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在线识别和统计调压锅炉;
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以母管蒸汽压力为被控目标,设置母管压力调节器,计算整个母管中参与调压的所有锅炉的负荷总需求(亦即各调压锅炉负荷给定之和);
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负荷动态分配:按一定规则将总负荷需求分配给各台调压锅炉;
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各台锅炉燃烧过程自动控制。
实施平台:
锅炉控制:每台母管制锅炉配置一套HIC-2000/3000分布式控制系统。
母管蒸汽压力控制:全厂配置一套HIC-2000/3000分布式控制系统。
锅炉DCS与母管蒸汽压力DCS之间信息交换:为了提高运行可靠性,母管蒸汽压力DCS采用硬接线与各台母管制锅炉DCS进行信息交换,而不采用通信方式进行DCS系统之间的信息交换。
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