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徐志輝
1 引言
我國(guó)現(xiàn)有大量的電站鍋爐和供熱鍋爐，每年耗煤量占原煤產(chǎn)量的比例相當(dāng)驚人，但大多數(shù)工業(yè)鍋爐處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染等嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率，降低耗煤量，是一件具有深遠(yuǎn)意義的工作。采用鍋爐現(xiàn)代控制技術(shù)可取得最佳的“風(fēng)煤”比，“負(fù)荷/燃料”比，使煤得到充分燃燒，提高熱效率，使負(fù)荷和燃料的協(xié)調(diào)達(dá)到最理想狀態(tài)，從而節(jié)約大量燃料和電能，并使鍋爐壽命延長(zhǎng)，減輕了對(duì)大氣污染，真正達(dá)到了環(huán)保的目的。另外，鍋爐現(xiàn)代控制技術(shù)可保證鍋爐運(yùn)行的安全、穩(wěn)定，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
2 硬件系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)上位機(jī)采用兩臺(tái)工控計(jì)算機(jī)的冗余設(shè)計(jì)，兩臺(tái)上位機(jī)為對(duì)等關(guān)系，當(dāng)一臺(tái)主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)照樣運(yùn)行，不受影響。下位機(jī)采用山武公司的DMC50多回路調(diào)節(jié)器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制。上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件采用力控組態(tài)軟件組態(tài)。本系統(tǒng)采用局域網(wǎng)CAN總線(xiàn)設(shè)計(jì)。CAN通信控制器中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)線(xiàn)路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理。它是以通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼這種編碼方式可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接受到相同數(shù)據(jù)，在分布式系統(tǒng)中非常有用。較短的數(shù)據(jù)段在總線(xiàn)上傳輸?shù)臅r(shí)間較短，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并提供了相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能。因此又保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
DMC50多回路調(diào)節(jié)器，是通用智能演算分布式調(diào)節(jié)器，可用來(lái)控制溫度、壓力、流量、液位、pH等，具有控制精度高、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。DMC50具有4路模擬量輸入，2路模擬量輸出；12路數(shù)字量輸入，16路數(shù)字量輸出。輸入、輸出端口可擴(kuò)展。通過(guò)山武公司的通訊控制器與網(wǎng)絡(luò)連接、通訊。
3 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
3.1 鍋爐燃燒控制方案選擇
鍋爐的實(shí)際運(yùn)行中，現(xiàn)有的燃燒設(shè)備難以保證燃料和空氣的徹底混合，為保證完全燃燒必須提供過(guò)量空氣量。實(shí)際空氣量（V）與理論空氣量（V0）的比值稱(chēng)為過(guò)量空氣系數(shù)（用α表示）即： 
，α實(shí)質(zhì)上是反映燃料和空氣配比的一項(xiàng)指標(biāo)。α過(guò)大，一方面鍋爐排煙熱損失增加，送引風(fēng)機(jī)電耗增大，另一方面造成爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定，有滅火危險(xiǎn)；反之，α太小無(wú)法保證燃料完全燃燒。選擇合適的α是降低鍋爐熱損失，提高熱效率的重要手段。鍋爐效率的計(jì)算方法有兩種：一種是正平衡法。此法必須直接測(cè)定燃料消耗量及總有效利用熱量，公式為：
(1)
式中
為總有效利用熱量/每小時(shí)；
為進(jìn)入過(guò)路的總熱量/每小時(shí)。
由于煤粉量無(wú)法在線(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量，故直接通過(guò)公式1無(wú)法得到效率
，通常利用反平衡法來(lái)計(jì)算鍋爐熱效率，公式為：
(2)
式中
為排煙熱損失；
為氣體不完全燃燒損失；
為固體不完全燃燒熱損失；
為散熱損失；
為灰渣物理熱損失。
圖2 風(fēng)/煤比與鍋爐熱損失及效率曲線(xiàn)
即通過(guò)測(cè)定鍋爐各項(xiàng)熱損失來(lái)計(jì)算 。在一般鍋爐控制中，均取送風(fēng)量與給煤量的比值β來(lái)代替過(guò)量空氣系數(shù)α0，因此風(fēng)/煤比與α0等價(jià)。圖2表示風(fēng)/煤比與鍋爐熱損失及效率關(guān)系間的關(guān)系。
熱效率曲線(xiàn)為單峰向上凸的極值曲線(xiàn)，在煤質(zhì)、爐體等工況發(fā)生改變時(shí)，熱效率曲線(xiàn)的極值點(diǎn)在α附近―最佳燃燒區(qū)漂移，為實(shí)時(shí)保證鍋爐的最佳燃燒效率，需要不斷尋找這個(gè)最佳工作點(diǎn)。
傳統(tǒng)的送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用直接保持燃料量與送風(fēng)量成比例關(guān)系的比值調(diào)節(jié)方式，但不能對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正，由于燃煤質(zhì)量等外界因素的不確定性，保持風(fēng)/煤比固定方式不能始終確保鍋爐燃燒過(guò)程的最佳經(jīng)濟(jì)性。基于煙氣氧量矯正的控制方法雖然可實(shí)現(xiàn)鍋爐高效燃燒，但當(dāng)負(fù)荷大幅變化或過(guò)剩空氣率變化很大時(shí)，很難有效提高燃燒率。因此選用風(fēng)/煤比自尋優(yōu)控制方法。
3.2 鍋爐效率自尋優(yōu)控制方法
(1) 鍋爐效率尋優(yōu)指標(biāo)
由于鍋爐每小時(shí)的總有效利用熱量
越高其效率也越高，而可以在線(xiàn)計(jì)算，故實(shí)際控制中采用來(lái)代替作為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。的計(jì)算公式如(3)，
(3)
式中，
為產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽所需要的熱量；
為排污水帶走的總熱量；
為再熱蒸汽帶走的總熱量；
為其它利用的總熱量。
通過(guò)對(duì)過(guò)熱蒸汽、排污水等焓值隨溫度變化規(guī)律的分析，可得到鍋爐熱效率尋優(yōu)指標(biāo)表達(dá)式(4)，
(4)
(2) 自尋優(yōu)控制設(shè)計(jì)思想
如果上次風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度變化與本次熱量信號(hào)的符號(hào)同為正向，則下次擋板開(kāi)度變化為正；如果上次風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度變化與本次熱量信號(hào)的符號(hào)同為反向，則下次擋板開(kāi)度變化取為原來(lái)的反向；如果上次風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度變化為反向，本次熱量信號(hào)為正向，說(shuō)明鍋爐效率處于反向增大階段，則下次風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度變化繼續(xù)取反；如果上次風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度變化為正向，本次熱量信號(hào)為反向，鍋爐效率正在下降，則下次風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度變化繼續(xù)取反向。經(jīng)過(guò)以上分析可得：如果本次熱量信號(hào)為正，則保持原來(lái)風(fēng)機(jī)擋板變化方向不變；如果本次熱量信號(hào)為負(fù)，則改變?cè)瓉?lái)風(fēng)機(jī)擋板變化方向不變。當(dāng)負(fù)荷作微小擾動(dòng)時(shí)，
不頻繁改變送風(fēng)量；當(dāng)
，
時(shí)表示已搜索到最佳工作點(diǎn)，鍋爐運(yùn)行在最佳燃燒狀態(tài)。
4 系統(tǒng)功能
(1) 監(jiān)控功能
系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，上位機(jī)將下位機(jī)采集上來(lái)的鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)和熱力站傳送上來(lái)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、液位、流量等工藝過(guò)程參數(shù)的模擬動(dòng)態(tài)顯示。通過(guò)下位機(jī)的反饋至上位機(jī)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表、風(fēng)機(jī)、水泵及上煤系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。
(2) 調(diào)節(jié)功能
通過(guò)控制軟件實(shí)現(xiàn)燃燒的最優(yōu)控制。
(3) 報(bào)警功能
系統(tǒng)具有故障報(bào)警（風(fēng)機(jī)、水泵、上煤系統(tǒng)等的啟、停故障等）和超限報(bào)警（高、低液位、壓力、流量、溫度報(bào)警等）。
(4) 數(shù)據(jù)查詢(xún)、報(bào)表記錄功能
可根據(jù)用戶(hù)的要求，對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)、打印、形成報(bào)表匯總。
(5) 曲線(xiàn)功能
對(duì)用戶(hù)關(guān)心的溫度、流量等信號(hào)，系統(tǒng)以實(shí)時(shí)、歷史趨勢(shì)曲線(xiàn)的形式直觀(guān)地表示出來(lái)。
5 結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)采用DMC50智能調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，系統(tǒng)功能完善，結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理，便于維護(hù)，可靠性高，使鍋爐熱效率有很大提高，尤其是鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，效率提高顯著。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)