專利名稱：：一種燃煤熱載體爐高精度溫度調(diào)節(jié)燃燒控制方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及DCS工業(yè)控制系統(tǒng)
技術領域：
，具體指大型鏈條煤層燃熱載體爐(簡稱"熱媒爐")高精度溫度調(diào)節(jié)燃燒控制方法。
背景技術：
：大型熱載體爐(簡稱"熱媒爐")作為大型的供熱設備，廣泛應用于化工、石化、冶金、紡織、塑料等許多行業(yè)。工業(yè)的飛速發(fā)展，離不開供熱設備。因此，大型熱媒爐這種熱能轉換設備也有著比較大的市場需求。但燃煤熱媒爐的燃燒控制比較困難，當用熱負荷要求較高的溫度精度時，溫度控制精度比較難達到；燃燒不充分，燃燒效率低，沒有燃盡的煤灰隨著煙氣排放，會對環(huán)境造成嚴重污染。因此，這些問題不解決，燃煤熱媒爐也只能是有限制的使用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的為克服上述現(xiàn)有技術存在的燃煤熱媒爐的燃燒控制比較困難，當用熱負荷要求較高的溫度精度時，溫度控制精度比較難達到；燃燒不充分，燃燒效率低，沒有燃盡的煤灰隨著煙氣排放，會對環(huán)境造成嚴重污染等缺失，而提出的高精度溫度調(diào)節(jié)燃燒控制系統(tǒng)，以解決燃煤熱媒爐的溫度控制難題和提高燃燒效率，提高勞動生產(chǎn)率、提高熱媒爐安全運行的可靠性。燃煤熱媒爐是一種以煤為燃料(爐排鏈條煤層燃)，以導熱油為熱載體(簡稱熱媒)，利用循油泵強制閉路液相循環(huán)，將熱能輸送給用熱設備后，繼續(xù)返回爐內(nèi)再加熱的直流式特種工業(yè)爐。熱媒爐燃燒控制主要控制的對象是鼓風機、引風機和爐排。鼓風機提供燃燒所需要的風(氧)、引風機是將煙氣引出、爐排是將燃料煤輸送進爐膛燃燒。采用變頻控制技術，調(diào)節(jié)鼓風機速度、引風機速度和爐排速度，使控制更加靈活，同時節(jié)電效果好。熱媒溫度的高精度控制燃煤熱媒爐的溫度控制取決于燃煤熱媒爐的燃燒控制。燃煤熱媒爐溫度控制的主要特點1)非線性——燃煤熱媒爐溫度控制系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)，因此不能用一般的線性控制方法來控制。2)干擾因素多——用熱量的變化、氣候?qū)Νh(huán)境的影響、進風溫度的變化(如余熱鍋爐等影響)等都會影響熱媒的溫度變化。3)不確定因素多——煤顆粒的大小、煤含水量的不同、煤質(zhì)的變化等都會影響燃燒。4)滯后性大——熱媒從進入爐體到流出爐體需要一定的時間，從改變?nèi)紵康饺紵a(chǎn)生的熱量，也需要一定的時間過程；因此如果采用常規(guī)的控制方式，根據(jù)爐體出口的熱媒溫度來控制進風量(調(diào)節(jié)鼓風機轉速)和進煤量(調(diào)節(jié)爐排速度)來直接控制燃燒強度會因較大的滯后性而帶來問題。5)人工干預多——該系統(tǒng)的部分控制要靠手動調(diào)節(jié)，例如點火過程、分室送風門調(diào)節(jié)、送煤口控制等，無法實現(xiàn)完全的自動控制。針對以上情況，要控制燃燒，使熱媒出口溫度精確控制在±rc范圍內(nèi)，只有采取以下措施，才有可能實現(xiàn)。1)選用合適的傳感器和變送器，獲取燃燒過程中影響燃燒和熱煤出口溫度的參數(shù)。如熱媒進出口溫度、熱媒流量、熱媒壓力、煙氣溫度、進風熱空氣溫度等；2)將影響燃燒和熱媒出口溫度的各因素區(qū)別對待，采用多回路調(diào)節(jié)，抓住主要問題進行擊破，避免各環(huán)節(jié)的相互影響；3)控制算法除在常規(guī)的PID基礎上，采用分段控制、前饋控制加自適應控制。分段控制，是根據(jù)熱媒爐所處的燃燒階段和熱負荷的變化情況，分段采用不同的控制算法和控制參數(shù)，達到動態(tài)快速響應和穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定的效果；前饋控制是按擾動量設計的控制，來克服擾動對最終結果的影響，由于熱媒系統(tǒng)是個大慣量和大滯后的系統(tǒng)，因此特別對那些入口的擾動進行關注并進行超前控制，可以達到減小擾動影響的良好效果；由于燃煤熱媒爐系統(tǒng)有許多不確定因素，而有些需要基于人工干預(如給煤層厚度控制)，因此采用基于燃燒熱值計算的自適應模糊控制器，克服非線性，能使燃燒控制在比較好的狀態(tài)下?；谏鲜鼋鉀Q方案，本系統(tǒng)采用了三個控制調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)和智能控制算法，克服非線性、干擾多和滯后大等帶來的影響，實現(xiàn)升溫過程的自動化控制和正常供熱時的自動化調(diào)節(jié)，達到了滿意的控制效果，實際熱媒出口溫度控制精度已達±0.7°C。所述的三個控制調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)包括1)控制燃料量的爐排速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；2)控制燃燒風量的鼓風機速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；3)控制爐膛負壓(微負壓爐)的引風機調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；專家系統(tǒng)故障分析和燃燒分析的專家診斷系統(tǒng)實現(xiàn)，有助于故障排除和提高燃燒效率。熱媒爐控制系統(tǒng)的專家診斷系統(tǒng)，方便操作員、管理員了解當前熱煤爐的運行狀態(tài)，及時排除故障或調(diào)整人工操作的給定(如給煤層厚度的調(diào)整等)。專家診斷系統(tǒng)是基于控制對象和控制規(guī)律的各種經(jīng)驗和知識集合的推理和推測在操作員屏幕上的顯示。熱媒爐控制系統(tǒng)的專家系統(tǒng)，包括故障分析診斷和燃燒狀態(tài)分析兩部分。故障分析診斷系統(tǒng)，是當故障出現(xiàn)時，操作員站屏幕上立即出現(xiàn)醒目的報警信息，在進入報警查詢畫面后，可以看到故障發(fā)生的可能原因分析，以幫助操作員了解情況，采取相應的措施。燃燒狀態(tài)分析，是在操作員站的每臺熱媒爐操作屏幕上實現(xiàn)。基于燃燒量的計算，當實際燃燒量與理論計算發(fā)生較大偏差或爐排(燃料量)與鼓風機調(diào)速(燃燒氧量)發(fā)生較大偏離時，提示操作人員當前燃燒情況不好，要增加或減少煤層厚度，來提高燃燒效率。圖1為本發(fā)明燃煤熱載體爐高精度溫度調(diào)節(jié)燃燒控制方法回路調(diào)節(jié)圖；圖2為本發(fā)明的一個實施例的分段控制示意圖。具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述下面給出的是燃燒控制調(diào)節(jié)回路示意圖(如圖1所示)。本發(fā)明的一種燃煤熱載體爐高精度溫度調(diào)節(jié)燃燒控制方法，包括熱媒溫度調(diào)節(jié)和爐膛負壓調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)燃燒的主要對象是鼓風機、引風機和爐排，鼓風和引風是提供燃燒所需要的氧量；爐排是提供燃燒用的燃料。燃煤熱媒爐的溫度控制取決于燃煤熱媒爐的燃燒控制。本發(fā)明熱媒溫度的高精度控制選擇包括熱煤進出口溫度、熱煤流量、熱煤壓力、煙氣溫度、進風熱空氣溫度，作為燃燒過程燃燒和熱煤出口溫度的參數(shù)。采用多回路調(diào)節(jié)，以減少燃燒和熱煤出口溫度各環(huán)節(jié)的相互影響。所述的控制算法，在常規(guī)的PID基礎上，采用分段控制、前饋控制加自適應控制。其中，自適應智能計算，其包括分別設定AFB為鼓風機轉速調(diào)節(jié)；AFC為爐排速度調(diào)節(jié)；AFs為引風機速度調(diào)節(jié)；TPV為熱媒出口溫度實測值；TIN為熱媒進爐溫度；TSP為熱媒出口溫度設定；V為熱媒流量；TF為出口煙氣溫度；TA為進爐熱風溫度；FS為引風機速度；FB為鼓風機速度；按下列公式運算AFB=f!{(TPV_TIN)*V}+f2{(TSP_TPV)*V}+f3(TF)+f4(TA)+f5(Fs)AFc=f!{(TPV_TIN)*V}+f2{(TSP_TPV)*V}+f6(FB)AFs=f7(PPV-PSP)+f8(FB)。所述的分段控制，根據(jù)熱媒爐所處的燃燒階段可分為升溫階段At>L、偏離階段丁3>At^T2、偏差階段T2》At^V平衡階段At《V超調(diào)階段At《T。)；和熱負荷的變化情況，分段采用不同的控制算法和控制參數(shù)，達到動態(tài)快速響應和穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定的效果；升溫階段各溫度段需要控制的溫升速度是不同的，為了使溫度上升平穩(wěn)，采用變給定的PID算法(附圖2中控制算法1);偏離階段，分為正偏離與負偏離，這時出口溫度離設置值偏離較大，采用快速糾正算法(附圖2中控制算法4);偏差階段，分為正偏差與負偏差，這時溫度有小的偏差，采用標準的算法(附圖2中控制算法3);平衡階段，這時溫度基本在設置值附近，采用小參數(shù)調(diào)節(jié)，維持平穩(wěn)(附圖2中控制算法2);超調(diào)階段，這時溫度超過了設定的值，必須快速降溫，同時要防止控制系統(tǒng)震蕩，采用快速趨勢調(diào)節(jié)算法(附圖2中控制算法5);同時考慮進口溫度、熱媒流量、進爐空氣、出口煙氣等的變化情況綜合作為擾動。所述的前饋控制是按擾動量設計的控制，由于熱媒爐系統(tǒng)是個大慣量和大滯后的系統(tǒng)，為克服擾動對最終結果的影響，因此特別對那些入口的擾動進行關注并進行超前控制，以達到減小擾動的影響。針對以上情況，要控制燃燒，使熱媒出口溫度精確控制在±rc范圍內(nèi)，只有采取6以下措施，才有可能實現(xiàn)。1)選用合適的傳感器和變送器，獲取燃燒過程中影響燃燒和熱煤出口溫度的參數(shù)。如熱媒進出口溫度、熱媒流量、熱媒壓力、煙氣溫度、進風熱空氣溫度等；2)將影響燃燒和熱媒出口溫度的各因素區(qū)別對待，采用多回路調(diào)節(jié)，抓住主要問題進行擊破，避免各環(huán)節(jié)的相互影響；3)控制算法除在常規(guī)的PID基礎上，采用分段控制、前饋控制加自適應控制。分段控制，是根據(jù)熱煤爐所處的燃燒階段和熱負荷的變化情況，分段采用不同的控制算法和控制參數(shù)，達到動態(tài)快速響應和穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定的效果；前饋控制是按擾動量設計的控制，來克服擾動對最終結果的影響，由于熱媒系統(tǒng)是個大慣量和大滯后的系統(tǒng)，因此特別對那些入口的擾動進行關注并進行超前控制，可以達到減小擾動影響的良好效果；由于燃煤熱媒爐系統(tǒng)有許多不確定因素，而有些需要基于人工干預(如給煤層厚度控制)，因此采用基于燃燒熱值計算的自適應模糊控制器，克服非線性，能使燃燒控制在比較好的狀態(tài)下。基于上述解決方案，本系統(tǒng)采用了三個控制調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)和智能控制算法，克服非線性、干擾多和滯后大等帶來的影響，實現(xiàn)升溫過程的自動化控制和正常供熱時的自動化調(diào)節(jié)，達到了滿意的控制效果，實際熱媒出口溫度控制精度已達±0.7°C。專家系統(tǒng)故障分析和燃燒分析的專家診斷系統(tǒng)實現(xiàn)，有助于故障排除和提高燃燒效率。熱媒爐控制系統(tǒng)的專家診斷系統(tǒng)，方便操作員、管理員了解當前熱煤爐的運行狀態(tài)，及時排除故障或調(diào)整人工操作的給定(如給煤層厚度的調(diào)整等)。專家診斷系統(tǒng)是基于控制對象和控制規(guī)律的各種經(jīng)驗和知識集合的推理和推測在操作員屏幕上的顯示。熱煤爐控制系統(tǒng)的專家系統(tǒng)，包括故障分析診斷和燃燒狀態(tài)分析兩部分。故障分析診斷系統(tǒng)，是當故障出現(xiàn)時，操作員站屏幕上立即出現(xiàn)醒目的報警信息，在進入報警查詢畫面后，可以看到故障發(fā)生的可能原因分析，以幫助操作員了解情況，采取相應的措施。燃燒狀態(tài)分析，是在操作員站的每臺熱煤爐操作屏幕上實現(xiàn)。當基于燃燒量的計算，實際燃燒量與理論計算發(fā)生較大偏差或爐排(燃料量)與鼓風機調(diào)速(燃燒氧量)發(fā)生較大偏離時，提示操作人員當前燃燒情況不好，要增加或減少煤層厚度，來提高燃燒效率?？刂凭韧ㄟ^對爐排的變頻調(diào)節(jié)、鼓風機的變頻調(diào)節(jié)和引風機的變頻調(diào)節(jié)或風門開度調(diào)節(jié)，使熱媒爐穩(wěn)態(tài)時i)設定溫度-rc-熱媒出口溫度《設定溫度+rc2)設定壓力-5Pa《爐膛壓力《設定壓力+5Pa創(chuàng)新性1)首次解決了燃煤熱媒爐溫度高精度控制的難題，使熱媒出口溫度長期穩(wěn)定控制在士rc范圍內(nèi)。2)提供的燃燒狀態(tài)分析的專家系統(tǒng)，可以幫助操作員調(diào)節(jié)熱煤爐的人工調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，提高了燃燒效率。節(jié)能情況燃煤熱媒爐控制系統(tǒng)第一套供熱循環(huán)系統(tǒng)投入運行，到目前為止已有多套供熱系統(tǒng)、數(shù)十臺熱煤媒爐投入運行，系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定，燃燒狀態(tài)良好，滿足了用戶的要求，獲得了用戶的好評。以一臺700萬大卡的熱媒爐需要消耗的燃料(燃油和燃煤)比較如下表，來進行熱煤爐運行成本比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>[OO71](以上的燃料價格為2004年情況。)由上表可知，一臺700萬大卡的燃煤熱媒爐比同樣功率的燃油熱媒爐消耗的燃料價格一年節(jié)省接近300萬人民幣，九臺700萬大卡的燃煤熱媒爐一年就節(jié)省了2565萬人民幣。這還是以80%效率計算的結果，如果提高燃燒效率到90%，運行成本更可降低。因此，九臺700萬大卡的燃煤熱媒爐的控制系統(tǒng)不需要2個月就可以從燃料上收回投資成本。—種燃煤熱媒爐高精度燃燒控制方法的實現(xiàn)，從控制上確保了熱媒溫度的控制精度和提高燃煤燃燒效率的可能。由于其良好的控制效果，較低的運行成本，使燃煤熱媒爐替代燃油熱媒爐成為可能，并具有廣闊的市場前景。權利要求一種燃煤熱載體爐高精度燃燒控制方法，包括PLC控制器，控制算法及變頻控制技術系統(tǒng)，其特征是，所述的變頻控制技術系統(tǒng)，包括鼓風機速度、引風機速度和爐排速度的調(diào)節(jié)；為解決燃煤熱媒爐溫度調(diào)節(jié)中非線性、擾動多、滯后大、慣性大，采用智能PID技術及自適應和前饋控制技術的控制算法。2.如權利要求1所述的燃煤熱載體爐高精度燃燒控制方法，其特征是，所述的控制算法，在常規(guī)的PID基礎上，采用分段控制、前饋控制加自適應控制；所述的自適應智能計算，其包括分別設定AFB為鼓風機轉速調(diào)節(jié)；AFe為爐排速度調(diào)節(jié)；AFs為引風機速度調(diào)節(jié)；TPV為熱媒出口溫度實測值；TIN為熱媒進爐溫度；TSP為熱媒出口溫度設定；V為熱媒流量；TF為出口煙氣溫度；TA為進爐熱風溫度；FS為引風機速度；FB為鼓風機速度；按下列公式運算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>所述的分段控制，根據(jù)熱煤爐所處的燃燒階段可分為升溫階段At>L、偏離階段T3>At>U扁差階段T2>At>1\、平衡階段At《1\、超調(diào)階段At《T。)和熱負荷的變化情況，分段采用不同的控制算法和控制參數(shù)，達到動態(tài)快速響應和穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定的效果；升溫階段各溫度段需要控制的溫升速度是不同的，為了使溫度上升平穩(wěn)，采用變給定的PID算法；偏離階段，分為正偏離與負偏離，這時出口溫度離設置值偏離較大，采用快速糾正算法；偏差階段，分為正偏差與負偏差，這時溫度有小的偏差，采用標準的算法；平衡階段，這時溫度基本在設置值附近，采用小參數(shù)調(diào)節(jié)，維持平穩(wěn)；超調(diào)階段，這時溫度超過了設定的值，必須快速降溫，同時要防止控制系統(tǒng)震蕩，采用快速趨勢調(diào)節(jié)算法；同時考慮進口溫度、熱媒流量、進爐空氣、出口煙氣等的變化情況綜合作為擾動；所述的前饋控制是按擾動量設計的控制，由于熱煤系統(tǒng)是個大慣量和大滯后的系統(tǒng)，為克服擾動對最終結果的影響，因此特別對那些入口的擾動進行關注并進行超前控制，以達到減小擾動的影響；由于燃煤熱媒爐系統(tǒng)有許多不確定因素，而有些需要基于人工干預的給煤層厚度控制，因此采用基于燃燒熱值計算的自適應模糊控制器，以克服非線性，使燃燒控制在比較好的狀態(tài)；為克服非線性、干擾多和滯后大帶來的影響，本系統(tǒng)采用了控制燃料量的爐排速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)和控制燃燒風量的鼓風機速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)及控制爐膛負壓即微負壓爐的引風機調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)三個控制調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)和智能控制算法。3.如權利要求1或2所述的燃煤熱載體爐燃燒控制系統(tǒng)方法，其特征是，選擇包括熱媒進出口溫度、熱媒流量、熱媒壓力、煙氣溫度、進風熱空氣溫度，作為燃燒過程燃燒和熱媒出口溫度的參數(shù)；采用多回路調(diào)節(jié)，以減少燃燒和熱媒出口溫度各環(huán)節(jié)的相互影響；為有助于故障排除和提高燃燒效率，設置有專家系統(tǒng)，其包括故障分析診斷和燃燒狀態(tài)分析兩部分；故障分析診斷系統(tǒng)，是當故障出現(xiàn)時，操作員站屏幕上立即出現(xiàn)醒目的報警信息，在進入報警查詢畫面后，可以看到故障發(fā)生的可能原因分析，以幫助操作員了解情況，采取相應的措施；燃燒狀態(tài)分析，是在操作員站的每臺熱煤爐操作屏幕上實現(xiàn)，當基于燃燒量的計算，實際燃燒量與理論計算發(fā)生較大偏差，或爐排即燃料量與鼓風機調(diào)速即燃燒氧量發(fā)生較大偏離時，提示操作人員當前燃燒情況不好，要增加或減少煤層厚度，來提高燃燒效率。全文摘要本發(fā)明一種燃煤熱載體爐高精度溫度調(diào)節(jié)燃燒控制方法，涉及DCS工業(yè)控制系統(tǒng)
技術領域：
，具體指大型鏈條煤層燃熱載體爐(簡稱“熱媒爐”)高精度溫度調(diào)節(jié)燃燒控制。如所周知，燃煤熱媒爐的溫度控制取決于燃煤熱媒爐的燃燒控制。為此選用合適的傳感器和變送器，獲取燃燒過程中影響燃燒和熱媒出口溫度的參數(shù)；將影響燃燒和熱媒出口溫度的各因素區(qū)別對待，采用多回路調(diào)節(jié)，抓住主要問題進行擊破，避免各環(huán)節(jié)的相互影響；在控制算法除在常規(guī)的PID基礎上，采用分段控制、前饋控制加自適應控制。基于上述方案，克服非線性、干擾多和滯后大等帶來的影響，實現(xiàn)升溫過程的自動化控制和正常供熱時的自動化調(diào)節(jié)，實際熱媒出口溫度控制精度已達±0.7℃。文檔編號F23N5/24GK101749730SQ200810204238公開日2010年6月23日申請日期2008年12月9日優(yōu)先權日2008年12月9日發(fā)明者嚴敏,嚴海,盧志航,周智,王超,郭勝軍,陳潔申請人:上海交技發(fā)展股份有限公司