一、引言
循環(huán)硫化床作為一種清潔高效燃燒技術(shù)在國(guó)內(nèi)被廣泛認(rèn)可，循環(huán)流化床的燃燒是介于層燃和室燃之間的一種燃燒技術(shù)，是采用流態(tài)化的燃燒，其具有燃燒適應(yīng)性廣、燃燒效率高、燃燒強(qiáng)度大，溫度分布均勻、由于采用低溫分級(jí)燃燒，高效脫硫、氮氧化合物排量低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、污染物排放低、灰渣綜合利用性能好等特點(diǎn)，屬于環(huán)保型鍋爐，是國(guó)家大力推廣的新型鍋爐。其燃燒工藝如下：燃料由爐前給煤系統(tǒng)送入爐膛。送風(fēng)系統(tǒng)由一次風(fēng)（鼓風(fēng)）和二次風(fēng)組成，一次風(fēng)由爐床下部送入爐膛，主要保證料層流化：二次風(fēng)沿燃燒室分級(jí)多點(diǎn)送入，主要增加爐膛的含氧量起到助燃作用。燃燒后的物料變成一些較小的顆粒隨煙氣一起進(jìn)入分離器，經(jīng)過(guò)固氣分離其中大部分顆粒由分離器下部的返料器重新送入爐膛，使?fàn)t膛內(nèi)有足夠高的灰度，保證流化；煙氣經(jīng)過(guò)除塵器由引風(fēng)機(jī)抽出。鍋爐控制系統(tǒng)主要有汽包水位自動(dòng)控制、主汽壓力自動(dòng)控制、爐膛壓力自動(dòng)控制、給煤自動(dòng)控制，鍋爐聯(lián)鎖控制等。其中汽包水位和主汽壓力、爐膛壓力主要是控制風(fēng)機(jī)和水泵，而傳統(tǒng)的控制方式是采用檔板或閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量和流量，雖然方法簡(jiǎn)單，但實(shí)際上是通過(guò)人為增加阻力的辦法達(dá)到調(diào)節(jié)的目的，這種節(jié)流調(diào)節(jié)方法浪費(fèi)大量電能。而采用變頻調(diào)速的特點(diǎn)是效率高，沒(méi)有因調(diào)速帶來(lái)的附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速的范圍大，精度高、無(wú)級(jí)調(diào)速。容易實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和閉環(huán)控制，由于可以利用原鼠籠式電動(dòng)機(jī)，所以特別適合于對(duì)舊設(shè)備的技術(shù)改造，它既保持了原電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠耐用、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到節(jié)電的顯著效果，是鍋爐風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能的較理想的方法。
二、系統(tǒng)介紹
控制系統(tǒng)采用PLC、觸摸屏、 AI調(diào)節(jié)器、 變頻器等先進(jìn)的控制設(shè)備,對(duì)蒸汽鍋爐施行有效的聯(lián)動(dòng)控制,系統(tǒng)具有聯(lián)鎖/手動(dòng)切換功能，PLC 對(duì)鍋爐進(jìn)行可靠的聯(lián)鎖控制、 報(bào)警提示，確保鍋爐的安全運(yùn)行，由于采用變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行起停控制，將節(jié)約大量電能，實(shí)現(xiàn)鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒。下面以10噸流化床控制系統(tǒng)為例：
1．系統(tǒng)控制總體框圖如下：
2．主要監(jiān)視參數(shù)：
汽包水位：汽包水位是鍋爐控制系統(tǒng)中最重要的參數(shù)之一。 采用單室平衡容器加差壓變送器的方法，可得到與汽包水位成正比的4—20mA的電流信號(hào)，測(cè)量?jī)x表將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為水位信號(hào)，直接在儀表上顯示汽包水位的高低。 該水位信號(hào)同時(shí)作為自動(dòng)調(diào)節(jié)的汽包水位測(cè)量信號(hào)，參與系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
主汽壓力：用壓力變送器將主汽壓力轉(zhuǎn)換為4—20mA的電流信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)儀表將主汽壓力顯示出來(lái)。
爐膛壓力：爐膛壓力采用微壓變送器將爐膛壓力轉(zhuǎn)換為4—20mA的電流信號(hào)，通過(guò)顯示儀表將爐膛壓力顯示出來(lái)。同時(shí)顯示儀表對(duì)爐膛壓力進(jìn)行判斷，當(dāng)爐膛壓力越限時(shí)報(bào)警、停爐。
溫度系統(tǒng)測(cè)量：溫度監(jiān)視點(diǎn)包括爐膛溫度、給水溫度、排煙溫度、空預(yù)器后溫度、冷風(fēng)溫度、除塵器后溫度、返料溫度等，測(cè)溫元件所測(cè)信號(hào)送至溫度顯示儀表顯示，并對(duì)溫度進(jìn)行異常判斷，異常時(shí)將異常信號(hào)送至PLC報(bào)警。
流量測(cè)量：蒸汽流量測(cè)量采用渦街流量計(jì)，將蒸汽流量轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，送至流量記錄儀顯示出來(lái)。
還有一次風(fēng)壓、二次風(fēng)壓、引風(fēng)電機(jī)/鼓風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速等。這些參數(shù)可以接到數(shù)顯儀表上顯示也可以接到PLC模擬量輸入模塊并可在觸摸屏上顯示。
3．主要控制回路
汽包水位自動(dòng)控制：汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)，水位過(guò)高，會(huì)破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水增多，增加在管壁上的結(jié)垢和影響蒸汽質(zhì)量。水位過(guò)低，則會(huì)破壞水循環(huán)，引起水冷壁管的破裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成干鍋，損壞汽包。所以其值過(guò)高過(guò)低都可能造成重大事故。它的被調(diào)量是汽包水位，而調(diào)節(jié)量則是給水流量，通過(guò)對(duì)給水流量的調(diào)節(jié), 使汽包內(nèi)部的物料達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，變化在允許范圍之內(nèi)。AI調(diào)節(jié)器根據(jù)差壓變送器測(cè)得的水位信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算后直接控制變頻器的頻率，水位高時(shí)轉(zhuǎn)速降低，水位低時(shí)轉(zhuǎn)速升高，確保汽包水位恒定在設(shè)定水位。用切換開(kāi)關(guān)選擇#1、#2水泵運(yùn)行或備用。框圖如下：
爐膛負(fù)壓自動(dòng)控制： 爐膛負(fù)壓的大小受引風(fēng)量、鼓風(fēng)量的影響。爐膛負(fù)壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設(shè)備與運(yùn)行人員的安全。負(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增加，排煙損失增加，引風(fēng)機(jī)電耗增加?？驁D如下：
蒸汽壓力自動(dòng)控制：對(duì)蒸汽壓力穩(wěn)定有要求的場(chǎng)合需要對(duì)它進(jìn)行控制，通過(guò)控制鼓風(fēng)的轉(zhuǎn)速來(lái)保持蒸汽壓力的穩(wěn)定。如果要求不高的情況下在聯(lián)鎖控制時(shí)可以讓鼓風(fēng)跟隨引風(fēng)的大小進(jìn)行調(diào)整?？驁D如下：
在這幾個(gè)控制回路中都采用AI人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，AI儀表具有模糊邏輯PID調(diào)節(jié)及參數(shù)自整定功能的先進(jìn)控制算法。在誤差大時(shí)，運(yùn)用模糊法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象；當(dāng)誤差減小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動(dòng)學(xué)習(xí)和記憶被控對(duì)象的部分特征以使效果最優(yōu)化。其具有無(wú)超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡(jiǎn)單，對(duì)復(fù)雜對(duì)象也能獲得較好控制效果等特點(diǎn)，其整體調(diào)節(jié)效果比一般的PID算法更明顯。
儀表的型號(hào)為AI-808EI4X3L2L2，儀表的主要設(shè)置參數(shù)有：
HIAL：上限報(bào)警
LOAL：下限報(bào)警
Df：回差（死區(qū)、滯環(huán)），用于避免因測(cè)量輸入值波動(dòng)而產(chǎn)生報(bào)警頻繁動(dòng)作。
Ctrl：控制方式，采用AI人工智能調(diào)節(jié)/PID調(diào)節(jié)，Ctrl＝1。
M5：保持參數(shù)，主要決定調(diào)節(jié)算法中的積分作用，和PID積分時(shí)間類(lèi)似，M5越小，系統(tǒng)積分作用越強(qiáng)。M5=0時(shí)取消積分和AI人工智調(diào)節(jié)，成為PD調(diào)節(jié)器。
P：速率參數(shù)，與每秒內(nèi)儀表輸出變化100%時(shí)測(cè)量值時(shí)應(yīng)變化大小成正比，P=1000/每秒測(cè)量值的升高單位值（系統(tǒng)以0.1定義為一個(gè)單位）。
T：滯后時(shí)間，t越小，則比例和積分作用均成正比增強(qiáng)，而微分作用相對(duì)減弱，但整體反饋?zhàn)饔迷鰪?qiáng)：反之，t越大，則比例和積分作用均減弱，而微分作用相對(duì)增強(qiáng)。
Ctl：輸出周期，反映儀表運(yùn)算調(diào)節(jié)的快慢。
Sn：輸入反饋信號(hào)類(lèi)型，Sn=15，信號(hào)為4-20mA。
Opt：輸出方式，Opt=4，輸出為4-20mA。
CF：系統(tǒng)功能選擇，可以選擇系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方向。汽包水位和主汽壓力采用反作用調(diào)節(jié)方式，爐膛負(fù)壓采用正作用調(diào)節(jié)方式。
4、控制回路儀表的調(diào)試
AI儀表是這個(gè)系統(tǒng)的核心控制設(shè)備，它的控制效果直接影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在調(diào)試的時(shí)候鍋爐最好是帶壓狀態(tài)，因?yàn)閹呵闆r下水泵、風(fēng)機(jī)的負(fù)荷要比平時(shí)大的多，調(diào)試的結(jié)果也更理想。在沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)控制參數(shù)的時(shí)候，為了達(dá)到最佳的控制效果，儀表要進(jìn)行PID自整定，但一般的調(diào)節(jié)儀表在自整定時(shí)的調(diào)節(jié)狀態(tài)是位式控制，輸出量要么最大要么最小，在鍋爐系統(tǒng)中調(diào)節(jié)輸出大幅變化是不允許的。AI-808調(diào)節(jié)器具有手動(dòng)自整定模式可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題，具體操作是：把儀表切換到手動(dòng)輸出狀態(tài)，通過(guò)儀表的△ ▽鍵調(diào)整輸出量，使測(cè)量值盡量和設(shè)定值保持一致，然后在這個(gè)狀態(tài)下啟動(dòng)自整定，這樣儀表的輸出值將限制在當(dāng)前手動(dòng)輸出值的±10%范圍內(nèi)，從而避免出現(xiàn)輸出值的大幅變化。在多數(shù)情況下，自整定一次就可以使獲得滿(mǎn)意的控制效果。如果控制有偏差時(shí)，可以通過(guò)微調(diào)M5、P、T參數(shù)來(lái)修正。
5、鍋爐聯(lián)鎖
鍋爐聯(lián)鎖對(duì)確保鍋爐的安全運(yùn)行起著重要的作用。在本例中，考慮以下聯(lián)鎖條件：
其他聯(lián)鎖條件還有：（1）鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)停引風(fēng)機(jī)，發(fā)出報(bào)警，同時(shí)停鼓風(fēng)機(jī)，（2）鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，且極低水位時(shí)，發(fā)出報(bào)警，同時(shí)停鼓風(fēng)機(jī)，停給煤。（3）二次風(fēng)機(jī)變頻故障時(shí)，發(fā)出報(bào)警，停給煤，停鼓風(fēng)和引風(fēng)機(jī)。
三、運(yùn)行和操作
1、引風(fēng)機(jī)控制
啟動(dòng)條件：引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足以下條件
未按“引風(fēng)機(jī)停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，引風(fēng)機(jī)變頻器無(wú)故障信號(hào)發(fā)出，引風(fēng)機(jī)處于停運(yùn)狀態(tài)。此時(shí)，按下“引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)”按鈕，引風(fēng)機(jī)將啟動(dòng)運(yùn)行，“引風(fēng)機(jī)運(yùn)行指示燈”亮。調(diào)節(jié)儀表控制引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速
停止條件：當(dāng)以下任一條件滿(mǎn)足時(shí)，引風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行
“緊急停爐”按鈕按下，引風(fēng)機(jī)變頻故障，“引風(fēng)機(jī)停止”按鈕按下。
轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：
Ⅰ、手動(dòng)調(diào)節(jié)：當(dāng)“爐膛負(fù)壓”智能調(diào)節(jié)儀表AI-808顯示為輸出狀態(tài)時(shí)，按菜單鍵，“MAN”指示燈亮，此時(shí)按△ ▽鍵可調(diào)節(jié)儀表的輸出電流，通過(guò)變頻器即可改變引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
Ⅱ、自動(dòng)調(diào)節(jié)：儀表自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電流，通過(guò)變頻器改變引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，自動(dòng)控制爐膛負(fù)壓。自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)儀表顯示為測(cè)量值、設(shè)定值狀態(tài)時(shí)，按△▽鍵可調(diào)節(jié)儀表的設(shè)定壓力，從而改變爐膛負(fù)壓的大小。
2、鼓風(fēng)機(jī)控制
啟動(dòng)條件：鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足以下條件
未按“鼓風(fēng)機(jī)停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，鼓風(fēng)機(jī)變頻器無(wú)故障信號(hào)發(fā)出，鼓風(fēng)機(jī)處于停運(yùn)狀態(tài)。無(wú)“蒸汽壓力高”信號(hào)，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，給水泵運(yùn)行。此時(shí)，按下“鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)”按鈕，鼓風(fēng)機(jī)將啟動(dòng)運(yùn)行，“鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行指示燈”亮。調(diào)節(jié)儀表控制鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速
停止條件：當(dāng)以下任一條件滿(mǎn)足時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行
“緊急停爐”按鈕按下，鼓風(fēng)機(jī)變頻器故障，引風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，給水泵停止，蒸汽壓力高報(bào)警，爐膛負(fù)壓高報(bào)警，汽包水位低<
