基于HoneywellDCS的锅炉燃烧稳态优化控
发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:370
热电厂提供的能源主要是以电能和热能的形式出现的，通常是利用锅炉生成蒸汽，然后将其中一部分提供给汽机发电，提供电力能源，另一部分作为热源直接供给用户。无论最后提供的能源形式是何种方式，锅炉负荷总是变化的。负荷既包含电力负荷也包含热能负荷。近年来，为解决锅炉燃烧过程的优化控制问题，国内外采取了多种控制手段。尽管它们在一定程度上提高了热效率，但不能彻底解决锅炉燃烧的控制问题，因为难于建立被控对象的精确数学模型１～２，仍需要根据负荷变化，人工调控锅炉运行，才能使锅炉燃烧过程更多时间处于相对平稳状态，提高燃烧效率。
为了达到提高燃烧效率这个目的，采用ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ｓ９０００系统构建集散控制系统，建立一个锅炉、汽机和电网、热网的监控系统，对系统中状态实施全面监测，无疑是一个很好的解决办法。该系统可将监测数据存入管理数据库，以便操作人员快速准确地了解系统运行状态，同时也使得管理人员能够分析运行情况，做出生产管理决策。通过对一些主要的过程变量实施自动控制，使得整个系统能够安全、有效地运行。在此基础上，对节能影响很大的锅炉燃烧系统建立稳态参数优化模型，并求得锅炉燃烧稳态优化模型参数。在这个优化结果的指导下，便可进行锅炉燃烧优化控制。
１ 基于ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ｄｃｓ的锅炉、汽机、电网、热网运行参数监控系统
美国ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ模块自动化控制系统是一种介于大型集散系统、单回路控制器和可编程控制器之间的中小型控制系统。ｓ９０００系统是基于９０００系列多回路控制器的优秀系统，它集所有主要控制硬件于一体，从而在一个使用方便且有效的单元中实现回路控制、逻辑控制、数据采集以及操作员接口等功能。ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ系统的网络通讯功能为开放式系统提供了灵活性，操作员／工程师以及过程控制器由基于ｔｃｐ／ｉｐ协议的ｅｔｈｅｒｎｅｔ网络连接，它们之间可以互通信息，也可与上层的工厂级计算机通讯。通过这一开放式系统的通讯平台容易建立管理级应用，与上层的工厂计算机系统资源进行信息交换，可以随时获得整个系统的信息。这一重要特性增强了用户快速做出有效决策的能力。所以采用ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ｓ９０００系统对热电厂汽机、锅炉和电网、热网的运行参数进行监控，用四个监视屏幕显示各种监控参数的实时数据、历史趋势图、故障报警等。
汽机主要监控参数有：转速、功率、主蒸汽温度、主汽门前压力、主汽门后压力、蒸汽流量、蒸汽流量累计、抽汽压力、抽汽流量累计、抽汽温度、抽汽流量、排汽真空、过冷度、排汽温度、凝结水温等；锅炉主要监控参数有：汽包压力控制、主蒸汽压力控制、给水压力、主蒸汽温度、给水温度、减温器前温度、减温器后温度、主蒸汽流量、给水流量、减温水前流量、减温水后流量、汽包水位控制、炉膛负压控制、炉膛温度、炉膛出口温度、含氧量、低温预热器左压力、低温预热器右压力、高温预热器左压力、高温预热器右压力、一次风压力控制、二次风压力、燃油流量、回油流量、燃油压力、排汽温度、燃油温度、引风机开度、引风机电流、送风机开度、送风机电流、给煤机电流、给煤机转速等；电网主要监控参数有：各汽机电压、电流和有功功率、电网电流、电压、有功功率、无功功率等；热网主要监控参数有：主要用户的蒸汽流量、蒸汽压力等。
２ 锅炉燃烧系统稳态参数优化
锅炉燃烧系统的状态好坏直接决定了能源利用率的高低，而锅炉稳态运行是否处在优化状态，对燃烧系统来说具有重要的作用。为了保证系统能够高效运行，可以采取两方面的措施：一是采用自动控制系统保证系统长时间稳定地运行；另一是保证系统稳态的最优状态，对锅炉燃烧系统稳态运行参数进行优化。
２．１ 优化模型及其求解
由燃料燃烧及热工控制的研究和实践可知，保持煤与风的合理配比，可以提高锅炉的热效率；控制与鼓风量相适应的引风量，使锅炉具有适宜的炉膛负压，可以避免因喷火或漏风而引起的热效率降低。当燃烧效率最高、热损失最小时，可得到最大的节能效果，对环境的污染也最小。由此可见，如何使燃烧过程工作在最佳燃烧区，从而达到最大热效率是燃烧控制的根本任务和难点所在。由燃煤链条锅炉的运行特点可知，燃烧过程的优劣主要取决于煤层厚度、链条运行速度和送风量、引风量的合理控制。 为此，构造一个优化模型，主要输入量是送风量、引风量和给煤量，输出量是氧含量、炉膛负压和主蒸汽压力。其目标函数是追求能量消耗最小，决策量是送风量（送风挡板开度）、引风量（引风挡板开度）和给煤量。在进行优化的过程中要满足锅炉运行的基本约束，即各个决策变量在一定的范围以内变化，且主蒸汽压力要控制在一个给定的范围之内。优化模型为：
ｍｉｎ ｚ＝ｃ１ｘ１＋ｃ２ｘ２＋ｃ３ｘ３(１)
其中，ｙｆ＿ｍｉｎ＜ｘ１＜ｙｆ＿ｍａｘ 热电厂提供的能源主要是以电能和热能的形式出现的，通常是利用锅炉生成蒸汽，然后将其中一部分提供给汽机发电，提供电力能源，另一部分作为热源直接供给用户。无论最后提供的能源形式是何种方式，锅炉负荷总是变化的。负荷既包含电力负荷也包含热能负荷。近年来，为解决锅炉燃烧过程的优化控制问题，国内外采取了多种控制手段。尽管它们在一定程度上提高了热效率，但不能彻底解决锅炉燃烧的控制问题，因为难于建立被控对象的精确数学模型１～２，仍需要根据负荷变化，人工调控锅炉运行，才能使锅炉燃烧过程更多时间处于相对平稳状态，提高燃烧效率。 １ 基于ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ｄｃｓ的锅炉、汽机、电网、热网运行参数监控系统 美国ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ模块自动化控制系统是一种介于大型集散系统、单回路控制器和可编程控制器之间的中小型控制系统。ｓ９０００系统是基于９０００系列多回路控制器的优秀系统，它集所有主要控制硬件于一体，从而在一个使用方便且有效的单元中实现回路控制、逻辑控制、数据采集以及操作员接口等功能。ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ系统的网络通讯功能为开放式系统提供了灵活性，操作员／工程师以及过程控制器由基于ｔｃｐ／ｉｐ协议的ｅｔｈｅｒｎｅｔ网络连接，它们之间可以互通信息，也可与上层的工厂级计算机通讯。通过这一开放式系统的通讯平台容易建立管理级应用，与上层的工厂计算机系统资源进行信息交换，可以随时获得整个系统的信息。这一重要特性增强了用户快速做出有效决策的能力。所以采用ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ｓ９０００系统对热电厂汽机、锅炉和电网、热网的运行参数进行监控，用四个监视屏幕显示各种监控参数的实时数据、历史趋势图、故障报警等。 锅炉燃烧系统的状态好坏直接决定了能源利用率的高低，而锅炉稳态运行是否处在优化状态，对燃烧系统来说具有重要的作用。为了保证系统能够高效运行，可以采取两方面的措施：一是采用自动控制系统保证系统长时间稳定地运行；另一是保证系统稳态的最优状态，对锅炉燃烧系统稳态运行参数进行优化。 ２．１ 优化模型及其求解 由燃料燃烧及热工控制的研究和实践可知，保持煤与风的合理配比，可以提高锅炉的热效率；控制与鼓风量相适应的引风量，使锅炉具有适宜的炉膛负压，可以避免因喷火或漏风而引起的热效率降低。当燃烧效率最高、热损失最小时，可得到最大的节能效果，对环境的污染也最小。由此可见，如何使燃烧过程工作在最佳燃烧区，从而达到最大热效率是燃烧控制的根本任务和难点所在。由燃煤链条锅炉的运行特点可知，燃烧过程的优劣主要取决于煤层厚度、链条运行速度和送风量、引风量的合理控制。 为此，构造一个优化模型，主要输入量是送风量、引风量和给煤量，输出量是氧含量、炉膛负压和主蒸汽压力。其目标函数是追求能量消耗最小，决策量是送风量（送风挡板开度）、引风量（引风挡板开度）和给煤量。在进行优化的过程中要满足锅炉运行的基本约束，即各个决策变量在一定的范围以内变化，且主蒸汽压力要控制在一个给定的范围之内。优化模型为： 其中，ｙｆ＿ｍｉｎ＜ｘ１＜ｙｆ＿ｍａｘ
ｓｆ＿ｍｉｎ＜ｘ２＜ｓｆ＿ｍａｘ
为了达到提高燃烧效率这个目的，采用ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ｓ９０００系统构建集散控制系统，建立一个锅炉、汽机和电网、热网的监控系统，对系统中状态实施全面监测，无疑是一个很好的解决办法。该系统可将监测数据存入管理数据库，以便操作人员快速准确地了解系统运行状态，同时也使得管理人员能够分析运行情况，做出生产管理决策。通过对一些主要的过程变量实施自动控制，使得整个系统能够安全、有效地运行。在此基础上，对节能影响很大的锅炉燃烧系统建立稳态参数优化模型，并求得锅炉燃烧稳态优化模型参数。在这个优化结果的指导下，便可进行锅炉燃烧优化控制。
汽机主要监控参数有：转速、功率、主蒸汽温度、主汽门前压力、主汽门后压力、蒸汽流量、蒸汽流量累计、抽汽压力、抽汽流量累计、抽汽温度、抽汽流量、排汽真空、过冷度、排汽温度、凝结水温等；锅炉主要监控参数有：汽包压力控制、主蒸汽压力控制、给水压力、主蒸汽温度、给水温度、减温器前温度、减温器后温度、主蒸汽流量、给水流量、减温水前流量、减温水后流量、汽包水位控制、炉膛负压控制、炉膛温度、炉膛出口温度、含氧量、低温预热器左压力、低温预热器右压力、高温预热器左压力、高温预热器右压力、一次风压力控制、二次风压力、燃油流量、回油流量、燃油压力、排汽温度、燃油温度、引风机开度、引风机电流、送风机开度、送风机电流、给煤机电流、给煤机转速等；电网主要监控参数有：各汽机电压、电流和有功功率、电网电流、电压、有功功率、无功功率等；热网主要监控参数有：主要用户的蒸汽流量、蒸汽压力等。
２ 锅炉燃烧系统稳态参数优化
ｍｉｎ ｚ＝ｃ１ｘ１＋ｃ２ｘ２＋ｃ３ｘ３(１)
ｓｆ＿ｍｉｎ＜ｘ２＜ｓｆ＿ｍａｘ
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