專利名稱：循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對固體燃料和空氣反應(yīng)燃燒的工業(yè)過程進(jìn)行自動調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，尤指一種循環(huán)流化床鍋爐燃燒的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
循環(huán)流化床鍋爐(CFBB)燃燒技術(shù)是一項(xiàng)近20年來發(fā)展起來的燃煤技術(shù)。它具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、環(huán)保(氮氧化物排放低，脫硫)、負(fù)荷調(diào)節(jié)比大和負(fù)荷調(diào)節(jié)快等突出優(yōu)點(diǎn)。
通常，循環(huán)流化床鍋爐包括風(fēng)板、爐膛、分離器、返料裝置、給煤機(jī)、過熱器、水冷壁、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、高壓風(fēng)機(jī)汽包等部件，其中爐膛有給煤進(jìn)口、石灰石進(jìn)料口、一次風(fēng)入口、二次風(fēng)入口、排渣口、返料口等。循環(huán)流化床鍋爐燃燒時，爐膛里有一個相對固定高度的床層，稱密相區(qū)。進(jìn)入床層的有新加入的燃料、循環(huán)返料和底料，在運(yùn)行中需維持適當(dāng)?shù)拇矊雍穸?800mm～1500mm)和床溫(850℃～1000℃)，一次風(fēng)從爐膛底部經(jīng)動風(fēng)板吹進(jìn)爐膛，床層中可燃性物料(煤)有一部分在此處開始與一次風(fēng)接觸燃燒，同時床層中相對細(xì)的高溫顆粒被一次風(fēng)吹起流動、流化，部分可燃性物料隨著與一次風(fēng)上升、接觸、反應(yīng)、燃燒，相對燃料量來說一次風(fēng)提供的風(fēng)量不足，為了進(jìn)一步燃燒和換熱要在適當(dāng)爐膛高度加入二次風(fēng)，二次風(fēng)補(bǔ)足流化物料中可燃性物料燃燒需要的風(fēng)量，增加燃料與風(fēng)量的接觸，同時加強(qiáng)對流化物料攪拌混合，增加換熱過程系數(shù)。離開爐膛出口的氣固兩相流經(jīng)過分離器分離，煙氣進(jìn)入煙氣通道，固體顆粒作為返料返回爐膛，形成循環(huán)流化。鍋爐燃料燃燒產(chǎn)生煙氣和固體顆粒，產(chǎn)生的熱量傳遞給汽水系統(tǒng)，汽包內(nèi)的飽和蒸汽經(jīng)過熱器、減溫器，形成合格壓力和溫度的過熱蒸汽，蒸汽匯集至蒸汽母管，再供給負(fù)荷設(shè)備使用。
燃燒調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是使燃料所產(chǎn)生的熱量能夠適應(yīng)負(fù)荷的需要，同時還要保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在燃燒過程中，負(fù)荷和煤種的變化是最主要的外部擾動，一般來說，調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)在外部擾動下要將主汽壓力、主汽溫度、床溫、含氧量、爐膛負(fù)壓和床壓穩(wěn)定在適當(dāng)?shù)姆秶３诌m當(dāng)?shù)娘L(fēng)煤比、一、二次風(fēng)比、爐膛負(fù)壓、灰濃度和爐膛出口溫度，實(shí)現(xiàn)能量平衡、物料平衡和動量平衡，保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。這些參數(shù)的最優(yōu)值(保護(hù)最經(jīng)濟(jì)燃燒)大都與負(fù)荷有關(guān)，可以通過負(fù)荷的折線函數(shù)來確定。
因?yàn)樵谘h(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)同時進(jìn)行著物料流動、燃燒、換熱。因而循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的控制特性是一個大滯后、強(qiáng)耦合、時變的非線性系統(tǒng)。強(qiáng)耦合表現(xiàn)在一個被調(diào)參數(shù)同時受到幾個調(diào)節(jié)參數(shù)的共同影響，如床層溫度要受到給煤量、石灰石供給量，一次風(fēng)量、返料量及排渣量等多個參數(shù)控制；同時，一個調(diào)節(jié)參數(shù)又影響多個被調(diào)參數(shù)，如給煤量不僅影響主汽壓力，還影響床溫、爐膛溫度、過量空氣系統(tǒng)及SO2含量等參數(shù)。大滯后主要反應(yīng)在燃燒和換熱過程中，燃料和空氣接觸燃燒直到燃燼需要相當(dāng)長的時間，同時在換熱過程中涉及因素和環(huán)節(jié)比較多，環(huán)節(jié)的容量大，造成換熱大滯后。時變的非線性表現(xiàn)在當(dāng)CFBB在燃用不同煤種、不同負(fù)荷下其爐內(nèi)燃燒及換熱過程差別很大，相應(yīng)的一、二次風(fēng)量分配、風(fēng)煤分配和灰濃度也不同。如，在燃用低揮發(fā)份的無煙煤時一次風(fēng)率較低，而在燃用高揮發(fā)份的煙煤時一次風(fēng)率較高。同樣，同一煤種在不同負(fù)荷下其一、二次風(fēng)的比例也會不同。在目前科技水平上很難建立數(shù)學(xué)模型及傳遞函數(shù)。
傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制策略采用一個調(diào)節(jié)參數(shù)控制一個被調(diào)參數(shù)或兩個調(diào)節(jié)參數(shù)控制一個被調(diào)參數(shù)等片面的方法來進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，如“以給煤量來調(diào)整負(fù)荷，以給風(fēng)量來調(diào)整床溫”，這樣造成自動調(diào)節(jié)只能在局部范圍、穩(wěn)定環(huán)境下運(yùn)行。如果負(fù)荷或煤種或設(shè)備等外擾動發(fā)生變化，重要運(yùn)行參數(shù)等內(nèi)擾動有較大變化時，穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性不能滿足現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)際要求，造成自動調(diào)節(jié)不能長期、穩(wěn)定、安全經(jīng)濟(jì)投入。同時原來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的回路也比較紊亂，造成分析問題的出發(fā)點(diǎn)、著重點(diǎn)出現(xiàn)偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠全部、連續(xù)和穩(wěn)定的投入閉環(huán)運(yùn)行。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括排渣量調(diào)節(jié)回路、一次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路、給煤調(diào)節(jié)回路、二次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路，以及引風(fēng)量調(diào)節(jié)回路，所述各調(diào)節(jié)回路采用網(wǎng)絡(luò)分層人工智能結(jié)構(gòu)，均包括輸入處理部分、調(diào)節(jié)控制部分和輸出處理部分，其中，所述各調(diào)節(jié)回路的輸入處理部分根據(jù)主汽流量、床壓、床溫、主汽壓力、含氧量、爐膛負(fù)壓及爐膛出口溫度的測量信號分別得到主汽流量、床壓、床溫、主汽壓力、含氧量、爐膛負(fù)壓及爐膛出口溫度信號，根據(jù)爐膛上下壓差測量信號得到爐膛灰濃度信號，根據(jù)一次風(fēng)流量或一次風(fēng)門開度和風(fēng)壓測量信號得到一次風(fēng)總量信號，根據(jù)二次風(fēng)流量或二次風(fēng)門開度和風(fēng)壓測量信號得到二次風(fēng)總量信號，根據(jù)一次風(fēng)總風(fēng)量信號和二次風(fēng)總風(fēng)量信號之和得到總風(fēng)量信號，根據(jù)汽包壓力測量信號得到汽包壓力信號，然后對所述汽包壓力信號進(jìn)行微分并乘上汽包容量系數(shù)，再與主汽流量信號相加得到鍋爐熱量信號，并由主汽流量信號計算出相應(yīng)的床壓給定值、主汽壓力給定值、床溫給定值、氧量給定值、爐膛壓力給定值；所述排渣量調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)控制部分根據(jù)所述床壓信號和床壓給定值生成的偏差信號，以及床溫信號運(yùn)算得到總排渣量指令，作為輸出處理部分的總排渣量反饋控制回路的給定值，然后從該控制回路輸出控制信號到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述一次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)控制部分根據(jù)所述主汽壓力信號和主汽壓力給定值生成的偏差信號，以及鍋爐熱量信號組成熱量需求信號，根據(jù)床溫信號和床溫給定值生成的偏差信號，以及爐膛灰濃度信號組成熱量傳遞信號，上述熱量需求信號和熱量傳遞信號生成偏差信號，再和根據(jù)床溫和床壓信號組成的修正信號相加運(yùn)算得到一次風(fēng)總風(fēng)量指令，作為輸出處理部分的一次風(fēng)總風(fēng)量反饋控制回路的給定值，然后從該控制回路輸出控制信號到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述給煤量調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)控制部分根據(jù)主汽壓力信號和主汽壓力給定值生成的偏差信號，以及鍋爐熱量信號組成熱量需求信號，除以設(shè)定的煤質(zhì)燃燒熱值，得到煤量需求信號，根據(jù)氧量信號和氧量給定值生成的偏差信號，以及床溫、床壓信號組成煤量修正信號，一次風(fēng)總風(fēng)量信號除以設(shè)定的一次風(fēng)煤比后，和上述兩個組成信號共同運(yùn)算得到總給煤量指令，作為輸出處理部分的給煤量反饋控制回路的給定值，然后從該控制回路輸出控制信號到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述二次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)控制部分根據(jù)所述主汽壓力信號和主汽壓力給定值生成的偏差信號，以及鍋爐熱量信號組成風(fēng)量需求信號，根據(jù)氧量信號和氧量給定值生成的偏差信號，以及總給煤量反饋乘以二次風(fēng)煤比得到的信號組成二次風(fēng)量修正信號，根據(jù)爐膛出口溫度和灰濃度信號得到的輸入信號和以上二個組成信號共同運(yùn)算得到二次風(fēng)總風(fēng)量指令，作為輸出處理部分的二次風(fēng)總風(fēng)量反饋控制回路的給定值，然后從該控制回路輸出控制信號到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述引風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)控制部分根據(jù)所述爐膛負(fù)壓信號和爐膛負(fù)壓給定值生成的偏差信號，以及總風(fēng)量信號運(yùn)算得到引風(fēng)總風(fēng)量指令，并經(jīng)輸出處理部分輸出到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
綜上所述，本發(fā)明針對循環(huán)流化床鍋爐的多變量，強(qiáng)耦合，慣性大、非線性的特點(diǎn)，充分考慮了循環(huán)流化床鍋爐(CFBB)燃燒系統(tǒng)流動、燃燒、換熱等過程的協(xié)調(diào)，同時還綜合考慮了系統(tǒng)被調(diào)量之間的相互影響，調(diào)節(jié)量之間的相互影響，被調(diào)量與調(diào)節(jié)量之間的相互影響。每個回路都針對多變量的綜合考慮，調(diào)節(jié)控制策略采用專家系統(tǒng)、模糊控制、復(fù)合串級PI調(diào)節(jié)相結(jié)合的方式來完成，中間采用超馳保護(hù)、輸出限制、輸出閉鎖等保護(hù)策略來實(shí)現(xiàn)人工操作思想，調(diào)一調(diào)，看一看。這些策略充分利用了PI的精確性和先進(jìn)控制的快速性。使自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠全部、連續(xù)和穩(wěn)定的投入閉環(huán)運(yùn)行，并具有較高的快速性和準(zhǔn)確性。


圖1A、1B、1C分別是本發(fā)明實(shí)施例排渣量調(diào)節(jié)回路的輸入處理部分、調(diào)節(jié)控制部分、輸出處理部分的控制流程示意圖(SAMA圖)；圖2A、2B是本發(fā)明實(shí)施例一次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路輸入處理部分的SAMA圖；圖2C是本發(fā)明實(shí)施例一次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)控制部分的SAMA圖；圖2D是本發(fā)明實(shí)施例一次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路輸出處理部分的SAMA圖；圖3A、3B、3C分別是本發(fā)明實(shí)施例給煤量調(diào)節(jié)回路的輸入處理部分、調(diào)節(jié)控制部分、輸出處理部分的SAMA圖；圖4A、4B、4C分別是本發(fā)明實(shí)施例二次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的輸入處理部分、調(diào)節(jié)控制部分、輸出處理部分的SAMA圖；圖5A、5B、5C分別是本發(fā)明實(shí)施例引風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的輸入處理部分、調(diào)節(jié)控制部分、輸出處理部分的SAMA圖；以及圖6是依照本發(fā)明實(shí)施例的燃燒自動調(diào)節(jié)曲線圖。
具體實(shí)施例方式
在現(xiàn)場調(diào)節(jié)時，當(dāng)一個被調(diào)量變動時，因?yàn)楸徽{(diào)量是耦合的，要從系統(tǒng)的角度來調(diào)節(jié)一個或幾個調(diào)節(jié)量來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)時很難判斷哪一個被調(diào)量占主要位置。因此在本發(fā)明中，改變以前以被調(diào)量為控制回路命名和主要關(guān)注點(diǎn)的作法，采取以調(diào)節(jié)量為控制回路命名和主要關(guān)注點(diǎn)，以滿足現(xiàn)場調(diào)節(jié)要求和符合操作習(xí)慣。據(jù)此，本發(fā)明的燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括排渣調(diào)節(jié)回路、一次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路、給煤調(diào)節(jié)回路、二次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路，以及引風(fēng)量調(diào)節(jié)回路。為了適應(yīng)工藝過程的復(fù)雜性和多樣性，解決調(diào)節(jié)控制變量的困難，每個方案涉及變量比較多。但每個回路設(shè)計的基本出發(fā)點(diǎn)是基礎(chǔ)的質(zhì)量守衡、能量守衡和動量守衡。
本發(fā)明采用網(wǎng)絡(luò)分層人工智能結(jié)構(gòu)，把每個調(diào)節(jié)回路分成三層輸入處理部分(信號處理、保護(hù)和報警)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制部分，以及輸出處理部分(執(zhí)行處理、保護(hù)和報警)。每個回路輸入、輸出處理部分的原理大致相近。下面將參照附圖對各個調(diào)節(jié)回路進(jìn)行詳細(xì)說明。對于各回路相同的功能模塊，一般只在一個回路中加以說明。
上述各調(diào)節(jié)回路均用計算機(jī)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，如DCS系統(tǒng)，通過計算機(jī)接口采樣得到各調(diào)節(jié)回路的測量信號，本發(fā)明的循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)處理，再將最后得到的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換為模擬信號后輸出至現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)。實(shí)施例中的PI、各種傳遞函數(shù)、濾波、加法器、乘法器、無憂切換模塊、模糊控制器及軟手操器等等模塊都是數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的部件，其調(diào)節(jié)和整定也十分方便。
排渣調(diào)節(jié)回路控制排渣量直接影響到床層的物料平衡和床溫，該回路主要的作用是通過調(diào)節(jié)排渣量以維持床層物料平衡，維持一個穩(wěn)定的熱源。
如圖1A所示，排渣量調(diào)節(jié)回路的輸入處理部分中，兩個測點(diǎn)的主汽流量測量值濾波去除噪聲后，送入流量溫壓補(bǔ)償器，綜合同一測點(diǎn)的主汽壓力、主汽溫度信號進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，然后再取均值得到主汽流量信號(負(fù)荷)。而床壓信號(反應(yīng)床層高度)由兩個不同測點(diǎn)的密相區(qū)床壓測量值進(jìn)行濾波、取均值得到。床溫信號由N個不同點(diǎn)的床溫測量值經(jīng)濾波、取均值而得到。而床壓給定值則是將上述得到的主汽流量信號進(jìn)行折線函數(shù)運(yùn)算而得到的。
濾波環(huán)節(jié)也可以放在取均值之后再進(jìn)行，其效果是一樣的。而當(dāng)設(shè)備的測點(diǎn)不是兩個時，同樣取均就可以了。根據(jù)實(shí)際情況也可以采用取大值、取小值等方法。
為了防止發(fā)生事故或事故擴(kuò)大。本實(shí)施例在對信號濾波后，都設(shè)置了一個比較器來比較濾波后的信號和原始信號，在正常情況下，兩者的差值不大，而在信號丟失等故障情況下，兩者的差值會超過設(shè)定的范圍。這時系統(tǒng)將發(fā)生故障的一路信號輸入切除并報警，改為直接將另一路輸入信號輸出(不再取均值)。當(dāng)然在濾波環(huán)節(jié)后置時，須采用其它判斷手段來檢測報警。
而對得到的主汽流量信號、床壓信號、床溫信號等信號，都在一個比較器上與設(shè)置的報警值進(jìn)行比較，如超出范圍就進(jìn)行工藝報警，工藝報警采用兩級報警，一級報警提示，二級報警動作。其它調(diào)節(jié)回路輸入處理部分中的總風(fēng)量、爐膛負(fù)壓、氧量、主汽壓力、汽包壓力、爐膛灰濃度、一次風(fēng)量、一次風(fēng)壓、一次風(fēng)溫、爐膛出口溫度、二次風(fēng)量、二次風(fēng)壓、二次風(fēng)溫等信號報警和工藝報警方式都是一樣的，在其它調(diào)節(jié)回路中就不再一一敘述。
因?yàn)槟軠?zhǔn)確反應(yīng)負(fù)荷大小的物理量應(yīng)當(dāng)是蒸汽的質(zhì)量，蒸汽的質(zhì)量無法直接測量，只能通過主汽流量來反映，而在不同的溫度和壓力下蒸汽的密度不同，因此利用同一測點(diǎn)的主汽壓力和主汽溫度，對主汽流量信號進(jìn)行校正后可以得到更合適的主汽流量(負(fù)荷)信號。以高壓(10-160公斤力/厘米2)高溫(300-500℃)鍋爐的主汽流量補(bǔ)償公式為例，其中的F11(x，y，z)(圖中的Fn()表示相應(yīng)的函數(shù))計算公式如下FS=K182.5×P×ΔPT+166.7-0.56×P]]>式中，F(xiàn)S主汽流量(單位T/H)；K孔板系數(shù)；T主汽溫度(單位℃)；ΔP主汽流量變送器差壓值(單位公斤力/厘米2)；P主汽壓力值(單位公斤力/厘米2)。
如圖1B所示，在調(diào)節(jié)控制部分中，床壓信號和床壓給定值信號一起送入PI進(jìn)行比較、運(yùn)算，輸出總排渣量的給定值，該P(yáng)I具有輸出范圍的限制。為了提高排渣調(diào)節(jié)回路對床溫變化的反應(yīng)調(diào)節(jié)速度，本發(fā)明將床溫信號和它的微分信號送入PI的前饋輸入端，工程上可以采用微分器(或PI)作為前饋控制器，而本實(shí)施例采用了魯棒性更好的二維模糊控制器。模糊控制是一種以知識工程為指導(dǎo)的智能控制方法，無需知道被控對象的數(shù)據(jù)模型，在處理高度復(fù)雜性的不確定性方面具有靈活的決策方式和應(yīng)變能力。本實(shí)施例二維模糊控制器的輸入是床溫信號和床溫的微分信號，下表是根據(jù)工程實(shí)踐得到的一個模糊控制表，通過查詢，將當(dāng)前模糊控制器輸入變量量化值所對應(yīng)的控制輸出值作為模糊邏輯控制器的最終輸出。圖中在床溫信號、床溫微分信號和模糊控制器輸出信號后都設(shè)了一乘法器，用于乘以某設(shè)定系數(shù)。F13(x，Δx)
本實(shí)施例在PI調(diào)節(jié)器后還串接了PI輸出變化限制模塊、PI輸出閉鎖保護(hù)模塊。其中PI輸出變化限制模塊用于限制信號變化的步長，將PI輸出值在單位時間內(nèi)的變化范圍作一個約束，使急劇的變化分步完成，這主要是避免產(chǎn)生不必要的擾動。
而PI輸出閉鎖保護(hù)模塊則是在輸入PI的調(diào)節(jié)信號的變化超越某一臨界值時，將該模塊的輸出強(qiáng)制為當(dāng)前值不再變化，這是在多個調(diào)節(jié)量與被調(diào)量之間相互關(guān)聯(lián)的情況下，建立各調(diào)節(jié)量、被調(diào)量之間的約束條件。如在床溫已超過一設(shè)定值后，需增大排渣量降低床溫，如果此時因?yàn)榇矇浩钚盘柕淖饔幂^強(qiáng)，使總排渣量指令不斷減小時，就需要通過輸出閉鎖保護(hù)模塊將其輸出的總排渣量指令強(qiáng)制為當(dāng)前值不再變化(通過計算機(jī)邏輯實(shí)現(xiàn))。
此外，為了在發(fā)生工藝報警時，模擬人工操作對調(diào)節(jié)量進(jìn)行大幅度快速調(diào)整，本發(fā)明采用了超馳保護(hù)的方式。如圖所示，在總排渣量指令輸出到輸出處理部分之前，設(shè)置了床溫超馳保護(hù)或床壓超馳保護(hù)，當(dāng)接收到床溫(工藝報警編號為10)或床壓(工藝報警編號為13)工藝報警信號后，根據(jù)設(shè)定的超馳保護(hù)曲線，在第一、第二加法器中將輸入信號與修正信號相加后再輸出，例如，在床壓(床層高度)超過下限發(fā)生工藝報警時，需迅速減小排渣量以使床壓升高，這時可以設(shè)定在調(diào)節(jié)系統(tǒng)的第一個運(yùn)算周期將其當(dāng)前輸出值減小20％(通過極性相反的修正信號與輸入信號相加實(shí)現(xiàn))，在第二個運(yùn)算周期將其當(dāng)前輸出值再減小15％，然后是10％、5％等等。從第二加法器的輸出端得到的是本實(shí)施例的總排渣量指令。
盡管各模塊可以根據(jù)需要增減和變換，但該調(diào)節(jié)控制部分要完成的基本功能是根據(jù)床壓信號和床壓給定值生成的偏差信號，以及床溫信號進(jìn)行運(yùn)算，得到并輸出總排渣量指令信號。
如圖1C所示，輸出處理部分中的總排渣量指令從調(diào)節(jié)控制部分引來，總排渣量反饋信號根據(jù)各排渣機(jī)的轉(zhuǎn)速測量值經(jīng)轉(zhuǎn)速-排渣量轉(zhuǎn)換、取總值后得到?？偱旁恐噶詈头答佒狄黄鹚腿隤I偏差端進(jìn)行比較、運(yùn)算，形成單臺設(shè)備輸出指令(即只有一臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)時的指令)。本實(shí)施例有兩臺排渣機(jī)，因此需對單臺設(shè)備指令進(jìn)行兩個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出分配(一般都是平均分配)。
每一單臺設(shè)備回路中還設(shè)置有一個排渣量-轉(zhuǎn)速變換模塊(其變換系數(shù)是轉(zhuǎn)換-排渣量變換系數(shù)的倒數(shù))，這個模塊用來將分配的排渣量信號轉(zhuǎn)換為排渣機(jī)的轉(zhuǎn)速控制信號，這個環(huán)節(jié)也可以綜合到輸出處理部分的PI中，但是獨(dú)立出來之后，操作人員可以直接改變該變換的系數(shù)，很方便地實(shí)現(xiàn)對控制變量的非線性調(diào)節(jié)，以在一定程度上抵消執(zhí)行機(jī)構(gòu)非線性的影響。同時，由于兩臺排渣機(jī)的工況可能不同，即對同樣的給定信號得到不同的排渣量，這時也可以通過改變該變換系數(shù)或進(jìn)行偏置(如將輸入轉(zhuǎn)速指令放大10％)，增大排渣較少的排渣機(jī)的轉(zhuǎn)速指令值，使排渣量均衡。
經(jīng)排渣量-轉(zhuǎn)速變換得到每臺排渣機(jī)的轉(zhuǎn)速指令，經(jīng)無擾切換模塊輸出到軟手操器，軟手操器的輸出再調(diào)節(jié)排渣機(jī)的轉(zhuǎn)速(如輸出到排渣機(jī)的變頻器)，增大或減小排渣量，以維持床層的物料平衡和穩(wěn)定的熱源。
軟手操器是在計算機(jī)中模擬現(xiàn)場的硬手操器的一種手動自動切換控制模塊，主要是為了方便操作人員在控制室內(nèi)進(jìn)行手動調(diào)節(jié)。本實(shí)施例中的軟手操器除具有手動-自動切換和手動設(shè)定輸出的功能外，還具有閉鎖、輸出范圍限制等功能，并可以手動增減其設(shè)定值，以起到保護(hù)執(zhí)行器的作用。在自動時，輸出由系統(tǒng)自動給定，在手動時，則由人工給定。
本實(shí)施例在軟手操器和排渣量-轉(zhuǎn)速變換模塊之間設(shè)置了無擾切換模塊。該模塊能夠在手動狀態(tài)下記錄輸出信號值，在切換到自動狀態(tài)時，可以按照設(shè)定的規(guī)則逐漸完成從手動狀態(tài)值到自動控制值的過渡，從而避免了切換時輸出值的急劇變化帶來的擾動等不利影響。本發(fā)明實(shí)施例的各個調(diào)節(jié)回路都采用了該模塊。
在輸出處理部分排渣機(jī)轉(zhuǎn)速反饋中，對測得的轉(zhuǎn)速信號濾波后，也設(shè)置了一個比較器比較濾波后的信號和原始信號，進(jìn)行信號報警(回路切除故障信號并報警)。同時，對濾波后的轉(zhuǎn)速反饋信號還在另一個比較器與實(shí)時的轉(zhuǎn)速指令(其中的1#和2#排渣機(jī)轉(zhuǎn)速指令為對應(yīng)的軟手操器的輸入信號，其它調(diào)節(jié)回路同此)進(jìn)行比較，如差值超過一定范圍，則進(jìn)行設(shè)備報警，并通過軟手操器進(jìn)行閉鎖。其它調(diào)節(jié)回路輸出處理部分的引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋、給煤機(jī)轉(zhuǎn)速反饋、一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋、二次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋等信號的報警方式和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)也是類似的，在其它回路中就不再一一敘述。
在軟手操器輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間，還可以加上一個濾波器，濾除輸出信號里的毛刺，以防止執(zhí)行設(shè)備經(jīng)常振動。
輸出處理部分形成了一個以總排渣量為變量的反饋控制回路，其中的排渣量-設(shè)備轉(zhuǎn)速變換、無憂切換、軟手操器、濾波都是可選用的，在只有一臺排渣時當(dāng)然也不需要進(jìn)行輸出分配。
以上對排渣調(diào)節(jié)回路中的各環(huán)節(jié)及這些環(huán)節(jié)的一些變換做了詳細(xì)的描述，在其它的調(diào)節(jié)回路中，這些環(huán)節(jié)的功能和可能的變換是類似的。
一次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路控制一次風(fēng)量影響著床料的流態(tài)化、燃料的燃燒、熱量的傳遞；影響熱量平衡(熱源的穩(wěn)定、熱量傳遞)，影響床層物料平衡，又影響爐膛內(nèi)的速度、濃度和溫度分布。所以系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制部分要綜合考慮輸入各個因素的影響。
如圖2A和2B所示，一次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的輸入處理部分根據(jù)主汽流量的折線函數(shù)得到一次風(fēng)量回路的主汽壓力給定值和床溫給定值(根據(jù)主汽流量折線函數(shù)得到的主汽壓力值都是一樣的，只是在不同回路需乘以不同的系數(shù)加以換算)；下表中給出了負(fù)荷與床溫折線函數(shù)的一個具體例子。其余參數(shù)與負(fù)荷的函數(shù)都可以直接通過查表來完成。
負(fù)荷-床溫設(shè)定函數(shù)F21(x)

根據(jù)兩個測點(diǎn)的主汽壓力測量值進(jìn)行濾波、取均值后得到主汽壓力信號；根據(jù)兩個測點(diǎn)的爐膛上下壓差值進(jìn)行濾波、取均值后，再進(jìn)行壓差-灰濃度折線函數(shù)的變換得到爐膛灰濃度(稀相區(qū)壓差)信號；由于蒸汽受熱面吸熱量可用蒸汽流量和汽包壓力的微分信號之和來表達(dá)，因此根據(jù)兩個測點(diǎn)的汽包壓力濾波、取均值后得到汽包壓力信號，然后通過一個微分器和乘法器(在乘法器中乘上設(shè)定的汽包熱容量系數(shù))，再在與主汽流量信號相加就得到了鍋爐熱量信號(Q+C*dPa/dt)。
因?yàn)橛绊懭紵^程的空氣量是空氣質(zhì)量而不是空氣體積，因此本實(shí)施例對一次風(fēng)流量信號進(jìn)行溫壓補(bǔ)償后得到一次風(fēng)總量信號(二次風(fēng)也如此)，其方法與主汽流量的溫壓補(bǔ)償類似，而一次風(fēng)量、一次風(fēng)壓、一次風(fēng)溫都是對兩個測點(diǎn)的測量值進(jìn)行濾波和取均值而得到的；在輸入處理部分中，還對床溫信號進(jìn)行工藝報警。但是，設(shè)備上沒有流量測量儀時，可根據(jù)風(fēng)門開度和風(fēng)壓來近似計算風(fēng)量。
如圖2C所示，一次風(fēng)量調(diào)節(jié)控制部分包括第一PI，第二PI和第三PI。其中，主汽壓力信號和給定值輸入到第一PI的偏差信號輸入端，并將鍋爐熱量信號作為第一PI前饋補(bǔ)償信號，運(yùn)算得到熱量需求信號。床溫信號和給定值送入第二PI偏差信號輸入端，將爐膛灰濃度信號作為前饋，組成熱量傳遞信號(反映了能提供的熱量值)，這樣建立了能量之間的關(guān)系，以便適應(yīng)外擾動負(fù)荷的變化。將上述熱量需求信號和熱量傳遞信號一起送入第三PI生成偏差信號，并將床溫和床壓(床高)信號經(jīng)二維模糊控制器送入第三PI的前饋輸入端，通過床溫和床壓組成修正信號(因?yàn)榇哺?風(fēng)量反應(yīng)流化速度)。第三PI的輸出也經(jīng)過變化限制、閉鎖保護(hù)，以及床溫和主汽壓力的超馳保護(hù)，形成一次風(fēng)總風(fēng)量指令。
在輸入輸出信號相同的情況下，中間環(huán)節(jié)的模塊可以有很多種組合方式，例如鍋爐熱量信號和爐膛灰濃度信號可以不輸入到第一、第二PI的前饋端，而是分別通過一個加法器與第一、第二PI調(diào)節(jié)器的輸出信號相加，把床溫床壓作為輸入的模糊控制器的輸出信號也可以通過加法器來與第三PI調(diào)節(jié)器的輸出相加來形成一次風(fēng)總風(fēng)量指令。因?yàn)檫@些模塊都是通過計算機(jī)程序來模擬的，可以理解，在保證的輸入信號和信號之間作用關(guān)系不變的前提下，可以采用各種類型的運(yùn)算模塊進(jìn)行處理(并不局限于PI或PID調(diào)節(jié)器)，這些運(yùn)算模塊可以用不同的方式組合，都可以實(shí)現(xiàn)相同或相似的算法。本發(fā)明實(shí)施例其它回路的調(diào)節(jié)控制部分也一樣，具體的PI設(shè)置數(shù)量和連接方式并不局限于實(shí)施例中示出的一種。
PI調(diào)節(jié)器參數(shù)的初值可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，下表中給出了一次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路第一PI調(diào)節(jié)器(主汽壓力)初始設(shè)定值的示例，運(yùn)行時可以根據(jù)工程實(shí)踐進(jìn)行調(diào)整。


如圖2D所示，輸出處理部分中的一次風(fēng)總風(fēng)量指令從調(diào)節(jié)控制部分引來，一次風(fēng)總風(fēng)量信號從輸入處理部分引來，一起送入PI進(jìn)行比較、運(yùn)算，形成單臺設(shè)備輸出指令，并將其分配到兩臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)回路中，每一單臺設(shè)備回路中設(shè)置一個一次風(fēng)量-轉(zhuǎn)速變換模塊，得到每臺一次風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速指令，經(jīng)無擾切換模塊輸出到軟手操器。軟手操器輸出調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，增大或減小一次風(fēng)量。在輸出處理部分根據(jù)一次風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋信號還設(shè)置了信號報警和設(shè)備報警。這一部分形成了一個以一次風(fēng)總風(fēng)量為變量的反饋回路。
有必要說明的是，有的鍋爐設(shè)備里是通過改變一次風(fēng)機(jī)風(fēng)門的開度來調(diào)節(jié)一次風(fēng)量的，這時需把風(fēng)量-轉(zhuǎn)速變換模塊修改為風(fēng)量-風(fēng)門開度變換模塊，還要將測速機(jī)對轉(zhuǎn)速反饋信號的測量改為閥位的測量值。以下的二次風(fēng)和引風(fēng)量回路與此相同。
給煤調(diào)節(jié)回路控制給煤影響著穩(wěn)定燃燒、熱量的產(chǎn)生，同時又影響物料和空氣的配比。不同的煤質(zhì)包含不同物質(zhì)，并且物質(zhì)含量不同、顆粒大小不同，這是燃燒過程中最大的外界擾動。為了減少外界擾動對系統(tǒng)的影響，調(diào)節(jié)控制方案需要綜合考慮輸入各個因素的影響。
如圖3A所示，給煤調(diào)節(jié)回路的輸入處理部分根據(jù)主汽流量的折線函數(shù)得到給煤量回路主汽壓力給定值、氧量給定值，根據(jù)兩個測點(diǎn)的含氧量測量值進(jìn)行濾波、取均值后得到氧量信號，同時對床溫和主汽壓力信號進(jìn)行比較和工藝報警。
如圖3B所示，調(diào)節(jié)控制部分包括第一、第二及第三PI調(diào)節(jié)器。其中，第一PI調(diào)節(jié)器根據(jù)主汽壓力信號和給定值生成偏差信號，并以鍋爐熱量信號作為前饋信號，運(yùn)算得到熱量需求信號送入乘法器，除以設(shè)定的煤質(zhì)燃燒熱值，就得到了根據(jù)能量(熱量)平衡關(guān)系計算出的煤量需求信號。第二PI調(diào)節(jié)器根據(jù)氧量信號和給定值生成偏差信號，以床溫和床壓信號作為二維模糊控制器的輸入，而將模糊控制器的輸入作為前饋信號，通過氧量以及床溫和床壓綜合反應(yīng)煤和一次風(fēng)比例關(guān)系，這樣建立了物質(zhì)之間的關(guān)系，其輸出的是煤量修正信號。將上述煤量的修正信號和需求信號一起送入第三PI調(diào)節(jié)器偏差端，將一次風(fēng)總風(fēng)量信號送入乘法器，除以設(shè)定的一次風(fēng)煤比后作為前饋信號送入該P(yáng)I調(diào)節(jié)器，以建立一次風(fēng)和煤之間的快速前饋關(guān)系。第三PI調(diào)節(jié)器的輸出也經(jīng)過變化限制、閉鎖保護(hù)，以及床溫和主汽壓力的超馳保護(hù)，形成總給煤量指令。
如圖3C所示，輸出處理部分中總給煤量指令從調(diào)節(jié)控制部分引來，總給煤量反饋值根據(jù)多臺給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速測量值進(jìn)行轉(zhuǎn)速-給煤量轉(zhuǎn)換、取總值后得到?？偨o煤量指令和反饋值送入PI進(jìn)行比較、運(yùn)算，形成單臺設(shè)備輸出指令，并自動進(jìn)行多臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出分配，每一單臺設(shè)備回路中設(shè)置一個給煤量-轉(zhuǎn)速變換模塊，得到每臺給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速指令，經(jīng)無擾切換模塊輸出到軟手操器。軟手操器輸出調(diào)節(jié)給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速，增大或減小給煤量。該部分形成了一個以總給煤量為變量的反饋控制回路。
在這個調(diào)節(jié)回路的第一PI調(diào)節(jié)器、第三PI調(diào)節(jié)器和軟手操器都設(shè)有跟蹤功能，其中第一PI調(diào)節(jié)器的跟蹤端(TRACK端)跟蹤第二PI調(diào)節(jié)器的輸出信號，第三PI調(diào)節(jié)器的跟蹤端跟蹤總給煤量反饋信號，各軟手操器的跟蹤端跟蹤相應(yīng)給煤機(jī)測速機(jī)的轉(zhuǎn)速測量信號，設(shè)置這些跟蹤信號的都是為了減小信號中斷后恢復(fù)時的擾動，即從對應(yīng)信號的當(dāng)前值開始變化。跟蹤設(shè)置的原則如果一個PI調(diào)節(jié)器輸出到下一級PI調(diào)節(jié)器的偏差端，則將它的跟蹤端與下一級PI調(diào)節(jié)器偏差端的另一個輸入信號相連，而軟手操的跟蹤端則與相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋信號相連，本發(fā)明其它調(diào)節(jié)回路也設(shè)置有上述的跟蹤功能(有的在圖中未示出)。
二次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路控制二次風(fēng)量影響著物料充分燃燒、爐膛內(nèi)壓力、溫度場的均勻分布。不同的燃料性質(zhì)具有不同的燃煤比、配風(fēng)比。所以調(diào)節(jié)控制方案要綜合考慮輸入各個因素的影響。
如圖4A所示，二次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的輸入處理部分根據(jù)主汽流量的折線函數(shù)得到二次風(fēng)量回路的主汽壓力給定值和氧量給定值；根據(jù)兩個測點(diǎn)的爐膛出口溫度測量值進(jìn)行濾波、取均值后得到爐膛出口溫度信號；二次風(fēng)總風(fēng)量的信號是在風(fēng)量溫壓補(bǔ)償器中對二次風(fēng)量信號進(jìn)行壓力和溫度修正后得到的，而二次風(fēng)量、二次風(fēng)壓、二次風(fēng)溫都是對兩個測點(diǎn)的測量值進(jìn)行濾波和取均值而得到的；在輸入處理部分中，還對氧量信號進(jìn)行工藝報警。
如圖4B所示，二次風(fēng)量調(diào)節(jié)控制部分包括第一、第二和第三PI調(diào)節(jié)器。其中，第一PI調(diào)節(jié)器根據(jù)氧量信號和給定值生成偏差信號，通過氧量來反應(yīng)煤和二次風(fēng)比例關(guān)系，并考慮了二次風(fēng)煤比這個變系數(shù)，將給煤調(diào)節(jié)回路輸出處理部分得到的總給煤量反饋信號乘以設(shè)定的二次風(fēng)煤比，然后作為前饋送入第一PI調(diào)節(jié)器，這樣建立了物質(zhì)之間的關(guān)系，其輸出作為二次風(fēng)量修正信號。第二PI調(diào)節(jié)器根據(jù)主汽壓力信號和給定值生成偏差信號，將鍋爐熱量信號作為前饋，組成風(fēng)量需求信號。上述風(fēng)量需求信號和修正信號一起送入第三PI調(diào)節(jié)器的偏差輸入端，并將爐膛出口溫度和爐膛灰濃度信號作為二維模糊控制器的輸入，該模糊控制器輸出信號送入第三PI調(diào)節(jié)器的前饋輸入端，建立快速反饋關(guān)系。第三PI調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過變化限制、閉鎖保護(hù)，以及氧量和爐膛出口溫度的超馳保護(hù)，形成二次風(fēng)總風(fēng)量指令。
如圖4C所示，二次風(fēng)總風(fēng)量指令從調(diào)節(jié)控制部分引來，二次風(fēng)總風(fēng)量信號從輸入處理部分引來，一起送入PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行比較、運(yùn)算，形成單臺設(shè)備輸出指令，并將其分配到兩臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)回路中，每一單臺設(shè)備回路中設(shè)置一個二次風(fēng)量-轉(zhuǎn)速變換模塊，得到每臺二次風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速指令，經(jīng)無擾切換模塊輸出到軟手操器。軟手操器輸出調(diào)節(jié)二次風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，增大或減小二次風(fēng)量。在輸出處理部分還根據(jù)二次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號進(jìn)行信號報警和設(shè)備報警。該部分形成了一個以二次風(fēng)總量為變量的反饋控制回路。
引風(fēng)量調(diào)節(jié)回路爐膛壓力的高低關(guān)系著鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，一般要求爐膛壓力略低于大氣壓力，該調(diào)節(jié)回路主要是維持氣體平衡，維持一個穩(wěn)定的燃燒、流動和換熱環(huán)境。
如圖5A所示，引風(fēng)量調(diào)節(jié)回路輸入處理部分得到爐膛壓力給定值、爐膛負(fù)壓和總風(fēng)量信號。其中，爐膛壓力給定值由主汽流量和設(shè)定的主汽流量與引風(fēng)量回路爐膛壓力折線函數(shù)得到；爐膛負(fù)壓信號由兩個測點(diǎn)的爐膛負(fù)壓測量值經(jīng)濾波器濾波、取均值后得到；作為前饋信號的總風(fēng)量由一次風(fēng)總風(fēng)量和二次風(fēng)總風(fēng)量求和后得到。
如圖5B所示，在調(diào)節(jié)控制部分中，爐膛負(fù)壓信號與給定值一起送入PI調(diào)節(jié)器的偏差輸入端進(jìn)行比較、運(yùn)算，并對運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行變化限制和閉鎖。由于總風(fēng)量發(fā)生變化時，需經(jīng)過一段時間爐膛負(fù)壓才發(fā)生變化，故在引風(fēng)量控制系統(tǒng)中把總風(fēng)量和它和微分信號先送入一個二維模糊控制器，該模糊控制器的輸出再送入PI的前饋輸入端，以提高一、二次風(fēng)量變化時控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性。與排渣量調(diào)節(jié)回路類似，本回路也設(shè)置了串接的兩個加法器，分別與爐膛負(fù)壓超弛保護(hù)模塊和總風(fēng)量超馳保護(hù)模塊相連。最后得到引風(fēng)總風(fēng)量指令。
如圖5C所示，引風(fēng)總風(fēng)量指令從調(diào)節(jié)控制部分引來，總風(fēng)量信號從輸入處理部分引來，一起送入PI進(jìn)行比較、運(yùn)算，然后形成單臺設(shè)備指令，本發(fā)明有兩臺引風(fēng)機(jī)，因此需對單臺設(shè)備指令進(jìn)行兩個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出分配，每一單臺設(shè)備回路中設(shè)置一個引風(fēng)量-轉(zhuǎn)速變換模塊，將引風(fēng)量指令轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速指令輸出到軟手操器。手操器輸出再調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，增大或減小引風(fēng)量，從而控制爐膛負(fù)壓滿足機(jī)組運(yùn)行要求。同時根據(jù)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號進(jìn)行信號報警和設(shè)備報警。這個部分并非真正的反饋控制回路，因?yàn)榭傦L(fēng)量信號已作為前饋輸入，在輸出處理部分也可以不設(shè)置PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)設(shè)備上設(shè)有引風(fēng)流量測試儀表時，最好將引風(fēng)量總風(fēng)量的反饋值與引風(fēng)總風(fēng)量指令生成偏差信號。
需要說明的是，在上面的描述中將各測量得到的信號的處理均歸在某個調(diào)節(jié)回路的輸入處理部分，事實(shí)上很多信號，如主汽壓力、主汽流量、床溫等等，在幾個回路中都作為輸入信號參與計算，因此，也可以把上述各個回路的輸入處理部分合并起來，作為整個CFBB燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入處理部分。
綜上所述，本發(fā)明針對循環(huán)流化床鍋爐的多變量，強(qiáng)耦合，慣性大、非線性的特點(diǎn)，充分考慮了循環(huán)流化床鍋爐(CFBB)燃燒系統(tǒng)流動、燃燒、換熱等過程的協(xié)調(diào)，同時還綜合考慮了系統(tǒng)被調(diào)量之間的相互影響，調(diào)節(jié)量之間的相互影響，被調(diào)量與調(diào)節(jié)量之間的相互影響。每個回路都針對多變量的綜合考慮，調(diào)節(jié)控制策略采用專家系統(tǒng)、模糊控制、復(fù)合串級PI調(diào)節(jié)相結(jié)合的方式來完成，中間采用超馳保護(hù)、輸出限制、輸出閉鎖等保護(hù)策略來實(shí)現(xiàn)人工操作思想，調(diào)一調(diào)，看一看。這些策略充分利用了PI的精確性和先進(jìn)控制的快速性，并對各種非正常工況設(shè)置了仿人工的自動處理方式。因而，本發(fā)明的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠全部、連續(xù)和穩(wěn)定的投入閉環(huán)運(yùn)行。
對于煤種的擾動，在運(yùn)算中采用預(yù)先設(shè)定的煤質(zhì)燃燒值、二次風(fēng)煤比、一次風(fēng)煤比等系數(shù)進(jìn)行預(yù)先的調(diào)整。對于負(fù)荷的擾動，通過負(fù)荷的折線函數(shù)改變各參數(shù)的給定值，從而能快速適應(yīng)外部擾動，并且穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。
圖6所示是在循環(huán)流化床鍋爐上采用本發(fā)明實(shí)施例的燃燒自動調(diào)節(jié)回路進(jìn)行運(yùn)行實(shí)驗(yàn)得到的燃燒自動調(diào)節(jié)曲線。從圖中可以看出，該循環(huán)流化床鍋爐的燃燒實(shí)現(xiàn)了全部、連續(xù)和穩(wěn)定的投入閉環(huán)運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括排渣量調(diào)節(jié)回路、一次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路、給煤調(diào)節(jié)回路、二次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路，以及引風(fēng)量調(diào)節(jié)回路，其特征在于所述各調(diào)節(jié)回路采用網(wǎng)絡(luò)分層人工智能結(jié)構(gòu)，均包括輸入處理部分、調(diào)節(jié)控制部分和輸出處理部分，其中，所述各調(diào)節(jié)回路的輸入處理部分根據(jù)主汽流量、床壓、床溫、主汽壓力、含氧量、爐膛負(fù)壓及爐膛出口溫度的測量信號分別得到主汽流量、床壓、床溫、主汽壓力、含氧量、爐膛負(fù)壓及爐膛出口溫度信號，根據(jù)爐膛上下壓差測量信號得到爐膛灰濃度信號，根據(jù)一次風(fēng)流量或一次風(fēng)門開度和風(fēng)壓測量信號得到一次風(fēng)總量信號，根據(jù)二次風(fēng)流量或二次風(fēng)門開度和風(fēng)壓測量信號得到二次風(fēng)總量信號，根據(jù)一次風(fēng)總風(fēng)量信號和二次風(fēng)總風(fēng)量信號之和得到總風(fēng)量信號，根據(jù)汽包壓力測量信號得到汽包壓力信號，然后對所述汽包壓力信號進(jìn)行微分并乘上汽包容量系數(shù)，再與主汽流量信號相加得到鍋爐熱量信號，并由主汽流量信號計算出相應(yīng)的床壓給定值、主汽壓力給定值、床溫給定值、氧量給定值、爐膛壓力給定值；所述排渣量調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)控制部分根據(jù)所述床壓信號和床壓給定值生成的偏差信號，以及床溫信號運(yùn)算得到總排渣量指令，作為輸出處理部分的總排渣量反饋控制回路的給定值，然后從該控制回路輸出控制信號到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述一次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)控制部分根據(jù)所述主汽壓力信號和主汽壓力給定值生成的偏差信號，以及鍋爐熱量信號組成熱量需求信號，根據(jù)床溫信號和床溫給定值生成的偏差信號，以及爐膛灰濃度信號組成熱量傳遞信號，上述熱量需求信號和熱量傳遞信號生成偏差信號，再和根據(jù)床溫和床壓信號組成的修正信號相加運(yùn)算得到一次風(fēng)總風(fēng)量指令，作為輸出處理部分的一次風(fēng)總風(fēng)量反饋控制回路的給定值，然后從該控制回路輸出控制信號到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述給煤量調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)控制部分根據(jù)主汽壓力信號和主汽壓力給定值生成的偏差信號，以及鍋爐熱量信號組成熱量需求信號，除以設(shè)定的煤質(zhì)燃燒熱值，得到煤量需求信號，根據(jù)氧量信號和氧量給定值生成的偏差信號，以及床溫、床壓信號組成煤量修正信號，一次風(fēng)總風(fēng)量信號除以設(shè)定的一次風(fēng)煤比后，和上述兩個組成信號共同運(yùn)算得到總給煤量指令，作為輸出處理部分的給煤量反饋控制回路的給定值，然后從該控制回路輸出控制信號到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述二次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)控制部分根據(jù)所述主汽壓力信號和主汽壓力給定值生成的偏差信號，以及鍋爐熱量信號組成風(fēng)量需求信號，根據(jù)氧量信號和氧量給定值生成的偏差信號，以及總給煤量反饋乘以二次風(fēng)煤比得到的信號組成二次風(fēng)量修正信號，根據(jù)爐膛出口溫度和灰濃度信號得到的輸入信號和以上二個組成信號共同運(yùn)算得到二次風(fēng)總風(fēng)量指令，作為輸出處理部分的二次風(fēng)總風(fēng)量反饋控制回路的給定值，然后從該控制回路輸出控制信號到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述引風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)控制部分根據(jù)所述爐膛負(fù)壓信號和爐膛負(fù)壓給定值生成的偏差信號，以及總風(fēng)量信號運(yùn)算得到引風(fēng)總風(fēng)量指令，并經(jīng)輸出處理部分輸出到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入處理部分中，對各測量信號均進(jìn)行濾波處理，對多測點(diǎn)的測量信號作取均值處理，對主汽流量信號、一次風(fēng)總風(fēng)量信號、二次風(fēng)總風(fēng)量信號均進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，并設(shè)置有信號報警和工藝報警。
3.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述總排渣量、一次風(fēng)總風(fēng)量、給煤量及二次風(fēng)總風(fēng)量輸出處理部分均包括一個PI調(diào)節(jié)器，其偏差輸入端分別接受總排渣量、一次風(fēng)總風(fēng)量、給煤量及二次風(fēng)總風(fēng)量指令和反饋信號，上述PI調(diào)節(jié)器的輸出信號通過一分配模塊形成對應(yīng)于單臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號。
4.如權(quán)利要求3所述的循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述排渣量、一次風(fēng)量、給煤量、二次風(fēng)量及引風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別為排渣機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)、二次風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)。所述對應(yīng)于單臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制號還經(jīng)過控制量-轉(zhuǎn)速變換模塊生成轉(zhuǎn)速控制信號，且該模塊的變換系數(shù)可以手動整定。
5.如權(quán)利要求3所述的循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述控制信號輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)之前，還經(jīng)過一軟手操器模塊，該模塊具有手動-自動切換和手動設(shè)定輸出、閉鎖及輸出范圍限制功能，并可以手動增減其設(shè)定值。
6.如權(quán)利要求5所述的循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述在所述軟手操器模塊之前還設(shè)有一無憂切換模塊，可使手動自動切換時信號按設(shè)定的規(guī)則過渡。
7.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述排渣量、一次風(fēng)量、給煤量、二次風(fēng)量和引風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)控制部分輸出指令到輸出處理部分前，均設(shè)有閉鎖保護(hù)模塊。
8.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述排渣量、一次風(fēng)量、給煤量、二次風(fēng)量和引風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)控制部分在輸出指令到輸出處理部分前，均設(shè)有兩個用于超馳保護(hù)的加法器，其中排渣量、一次風(fēng)量、給煤量、二次風(fēng)量和引風(fēng)量調(diào)節(jié)回路中分別實(shí)現(xiàn)對床溫和床壓、主汽壓力和床溫、主汽壓力和床溫、氧量和爐膛出口溫度、總風(fēng)量和爐膛負(fù)壓的超馳保護(hù)。
9.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述各調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)控制部分采用PI調(diào)節(jié)器對各信號進(jìn)行組合運(yùn)算，其中各信號和它們的給定值均一起送入PI調(diào)節(jié)器的偏差輸入端，而排渣量調(diào)節(jié)回路的床溫信號和它的微分信號、一次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的床溫信號和床壓信號、給煤量調(diào)節(jié)回路的床溫信號和床壓信號、二次風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的爐膛出口溫度信號和灰濃度信號以及排渣量調(diào)節(jié)回路的總風(fēng)量信號和它的微分信號均分別作為一個二維模糊控制器的兩個輸入信號，各二維模糊控制器的輸出信號再輸入PI調(diào)節(jié)器參與運(yùn)算。
10.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，所述各調(diào)節(jié)回路中，輸出信號到下一級PI調(diào)節(jié)器偏差端的PI調(diào)節(jié)器的跟蹤端與下一級PI調(diào)節(jié)器偏差端的另一個輸入信號相連，軟手操器的跟蹤端則與相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋信號相連。
全文摘要
本發(fā)明公開一種循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括排渣量、一次風(fēng)量、給煤量、二次風(fēng)量及引風(fēng)量調(diào)節(jié)回路，各回路考慮了循環(huán)流化床鍋爐(CFBB)燃燒系統(tǒng)流動、燃燒、換熱等過程的協(xié)調(diào)，同時還綜合考慮了系統(tǒng)被調(diào)量之間的相互影響，調(diào)節(jié)量之間的相互影響，被調(diào)量與調(diào)節(jié)量之間的相互影響。每個回路都針對多變量的綜合考慮，并采用了專家系統(tǒng)、模糊控制、復(fù)合串級PI調(diào)節(jié)相結(jié)合的方式，中間采用超馳保護(hù)、輸出限制和閉鎖、分配選擇、跟蹤等保護(hù)策略實(shí)現(xiàn)人工操作思想，以實(shí)現(xiàn)能量、物料及動量的平衡。本系統(tǒng)充分利用了PI的精確性和先進(jìn)控制的快速性，使自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠全部、連續(xù)和穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)地投入閉環(huán)運(yùn)行。
文檔編號F23C10/28GK1480682SQ03149548
公開日2004年3月10日 申請日期2003年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月2日
發(fā)明者張小輝, 郭敏 申請人:北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司