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轮回流化床汽锅汽包水位的智能节制

背景: 1. 合肥大沽煤化工股分無限工厂的; 2. 山西国超信心科技信息無限工厂的 做者:杨广鑫,刘占查 否认日期英文:2019-06-16 08:47:53
 [择要]在氯碱行业配备水泥厂循环流化床汽锅汽包水量的积极主动控制中援用了原生态智力、自因应、恍惚等发展先辈的控制企业理念,构想并全面实施二维Fuzzy-PID混杂控制,做完了供热公司汽锅汽包水量的智力控制,有防范了蒸气负荷率公司改变申请、熄火操作公司改变申请和集中供热阻力公司改变申请对汽包水量的影晌,汽锅汽包水量保持不变在±10mm(差压式水量精确测量)、±20mm(电解电容式水量精确测量)左右(方法要求±50mm),做完了汽锅的灵动转动。
 
        轮回流化床(CFB)汽锅手艺是最近几年来在国际上成长起来的新一代高效、低净化洁净熄灭手艺。CFB汽锅手艺是我国电力产业的跨世纪导向工程,是操纵较广的环保煤发电手艺之一,CFB汽锅是化工行业用电、供热的首要装备。在CFB汽锅操纵进程中,主动化节制题目是搅扰其手艺成长的关头身分之一。今朝,在我国化工企业自备电厂的轮回流化床汽锅的运转中,汽水、熄灭两大体系根基上均为野生手动遥控操纵。笔者就CFB汽锅不变运转的主动节制停止了切磋、试探、理论,操纵野生智能手艺、自顺应和恍惚理念,完成了CFB汽锅汽包水位的智能节制。
 
1、CFB汽锅
      锅(汽水体系):由省煤器、汽包(汽水分手器)、降落管、联箱、水冷壁、过热器和再热器等装备及其毗连管和阀门组成。炉(熄灭体系):由炉膛、熄灭器、燃烧装配、氛围预热器、烟风道及炉墙、构架等组成。
 
CFB汽锅的任务可分为3个进程:燃料熄灭、烟气传热和水的汽化。
(1)熄灭进程。燃料由煤斗经由进程给煤机、送煤风和播煤风将燃煤送入炉膛,当煤在达到熄灭温度后,一边熄灭,一边向后移动。
(2)传热进程。燃料熄灭开释出热量,其烟气与炉膛内的水管停止激烈的辐射传热,随后烟气进入尾部烟道,与省煤器和预热器停止热互换,很是终由烟囱排挤。
(3)汽化进程。是蒸汽的发生进程,包含水轮回和汽水分手两个局部。化学处置后的水经由进程除氧器除氧后经省煤器预热,进入汽包。CFB汽锅工艺流程如图1所示
燃煤汽锅工艺流程表示图
2、题目的提出
汽锅汽包水位不变便是蒸汽流量即是给水流量(产出蒸汽与汽包供水相称)。
 
影响汽包水位不变的身分有蒸汽负荷(汽轮机发电、对外供热等)、熄灭工况(煤质、煤量、一次风、二次风等)、给水体系压力等。这些工艺参数发生变更,直接影响汽包水位的不变性。
 
今朝我国热力汽锅(供热或发电)主动化程度相对较低,汽包水位节制给水由野生长途手动操纵,休息强度大、水位动摇频仍,影响汽水分手后蒸汽的品德,严峻(蒸汽带水)时易破坏汽轮发机电喷嘴和叶轮片等装备,更加严峻的是断水十几秒后汽锅将烧干或爆炸。今朝,汽锅汽包水位接纳的主动节制体例大局部基于三冲量PID、多变量前馈-反应、PID串级等节制手艺,在汽锅运转相对不变(内、外扰动小)的环境下完成主动节制,抗搅扰才能弱。
 
在体系中,为确保汽锅的宁静一般运转,汽包水位丈量需3种以上的丈量道理和多点检测,如双色水位计(云母水位计)、差压式水位计、电极式水位计和电容式液位计。电容式液位计的丈量是基于两电极间的液体及气体介电常数差别,液位降低或降落,使两电极间的电容量随之变更。但在汽锅汽包水位丈量中,被测介质的介电常数是随温度的变更而变更,气液相在汽水分手处介电常数靠近,使得在气液临界区丈量不稳(动摇),对完成汽包水位主动节制发生倒霉影响。
 
按照供热、发电等汽锅蒸汽出产的主动节制近况,汽锅运转道理及蒸汽出产进程中的各类搅扰身分,停止现实静态测试及数据回归阐发,传统的节制体例不能实时消弭汽锅汽包水位误差,抗搅扰才能差。
 
针对上述题目,笔者接纳一种新型的节制体例,即一个二维恍惚节制与PID节制相连系,组成汽锅汽包给水夹杂节制(Fuzzy-PID节制器),完成供热、发电CFB汽锅(220t/h、130t/hCFB汽锅)汽包水位的智能节制。
 
3、处置计划
热力汽锅汽包的水位会因负荷、熄灭工况和给水压力等参数的变更而动摇,汽包水位是汽锅运转
中一个很是首要的监控参数,它直接反应了汽锅负荷(发生的蒸汽量)和给水量之间的物料均衡干系,保障汽包内的水位在必然的许可规模内是汽锅和汽轮机宁静运转的首要前提之一。
3.1、汽包水位的丈量
因为电容式液位计在气液相分手处丈量极不不变,是以,对水位输入变量停止“峰谷回归”数据处置,有用按捺输入旌旗灯号的搅扰身分。而差压式液位 丈量,既使因为汽包内压力、温度变更形成液体的体 积( 密度) 变更,其均衡容器输入的差压值相对不 变。在汽包水位节制回路中,应尽量挑选差压式平 衡容器丈量法,为节制供给切确、不变的数据根据。 
3. 2 汽包水位的主动节制 
野生智能首要研讨用野生的体例和手艺,仿照、 延长和扩大人的智能,恍惚节制是智能节制的一个首要分支。 针对诸多影响身分,连系 PID 调理纪律、自适 应、古代节制理念、野生智能的恍惚节制,设想并实 施了汽锅汽包水位智能节制。 汽锅运转中的各类搅扰身分集合反应在水位的变更。设想一个二维恍惚节制器,即汽包水位丈量 为输入,水位丈量值 PV 与设定值 SP 计较后,获得 误差 e、误差变更率 Δe( 即 e = PV - SP,Δe = e') ,作 为恍惚节制器的输入。其恍惚节制器的组成如图 2所示。
二维恍惚节制器组成
 1) 输入变量: PV 的变更规模[0,500],SP 的 变更规模[0,500],e 的变更规模[- 50,50],△e 的 变更规模[- 5,5]。 PV 恍惚化[PVmin,PVLL,PVL,SP,PVH,PVHH, PVmax]论域的分别如图 3 所示。
恍惚化论域分别图
说话变量: X1,X2,…,Xn。 X1 = ( PV > SP) ∧回升; X2 = ( PV > SP) ∧降落; 
X3 = ( PV < SP) ∧回升;
X4 = ( PV < SP) ∧降落; 
X5 = ( PV > PVH ) ∧回升; 
X6 = ( PV > PVH ) ∧降落;
X7 = ( PV < PVL ) ∧回升; 
X8 = ( PV < PVL ) ∧降落; 
X9 = ( PV > PVHH ) ∧回升; 
X10 = ( PV > PVHH ) ∧降落;
X11 = ( PV < PVLL ) ∧回升; 
X12 = ( PV < PVLL ) ∧降落。
 
 ( 2) 输入变量: u1,u2,…,un。
 ( 3) 节制变量: OP。
 ( 4) 恍惚推理。 IF( X1 = T or X2 = T or X3 = T or X4 = T) and PV < PVH THEN 法则 1;
 IF ( X1 = T or X2 = T or X3 = T or X4 = T) and PV > PVL THEN 法则 1;
 IF X5 = T and PV < PVHH THEN 法则 2;
 IF X6 = T and PV < PVHH THEN 法则 1; 
IF X7 = T and PV > PVLL THEN 法则 1;
 IF X8 = T and PV > PVLL THEN 法则 3;
 IF X9 = T THEN 法则 4; IF X10 = T THEN 法则 5;
 IF X11 = T THEN 法则 6; IF X12 = T THEN 法则 7。
20200616085008.jpg
法则 1 ~ 法则 3 中: K、K1 为比例因子; T 为节制
周期; Ti 为累加因子; TD 为超前因子。 
法则 4,( u4 ) = - K2·f( en ) 等百分比递加; 法则 5,( u5 ) = Ts_[- K2·f( en) ]按时等百分 比递加; 
法则 6,( u6 ) = Ts_[K2·f( en) ]按时等百分比 递增;法则 7,( u7 ) = K2·f( en ) 等百分比递增。
法则 4 ~ 法则 7 中: K2 为比例因子; f( en ) 为其余“法则 i”的运算模子; Ts 为运算周期的按时器。
 
( 6) 反恍惚化。
节制( 切确) 量: OP = OP + u1 ; OP = OP + u2 ; OP = OP + u3 ; OP = OP + u4 ; OP = OP + u5 ; OP = OP + u6 ; OP = OP + u7。 汽包水位在 PVL 至 PVH 规模内,实行“法则 1” 运算节制,知足汽锅体系相对不变的任务进程。 
 
当汽包水位回升至[PVH,PVHH]地区或降落至 [PVLL,PVL]地区后,由“法则 2”“法则 3”( 恍惚补 偿器) 对给水量停止批改。 
 
当汽包水位回升至[PVHH,PVmax]地区或降落至 [PVmin,PVLL]地区后,由“法则 4”“法则 5”“法则 6” “法则 7”( 恍惚弥补器) 对给水量停止二次批改,然 后停止恍惚规复批改水位的风险变更。 
 
实行汽锅汽包水位主动给水智能节制手艺的构 成如图 4 所示。 理论证实: Fuzzy - PID 夹杂节制对 CFB 汽锅汽包水位的给水调理,能够或许知足汽锅运转工艺参数,即汽包水位不变在 ± 50 mm 规模内。
汽包水位智能节制组成图
4 汽包水位智能节制实例 
该主动节制体系操纵在山西长治霍家产业霍氏自备电厂1 台220 t /h CFB 汽锅上,接纳差压法停止丈量,汽锅汽包水位根基不变在 ± 10 mm 之内; 该自 动节制体系操纵在陕西北元团体锦源化工热电分厂 2 台 130 t /h CFB 汽锅上,接纳电容式停止丈量,锅 炉汽包水位根基不变在 ± 20 mm 之内。能够看出: 削弱了熄灭体系和排放等关键的搅扰身分。 
220 t/h CFB 汽锅汽包水位曲线图
图 5 为山西霍家产业霍氏自备电厂 220 t /h CFB 汽锅汽包水位智能节制运转曲线,图 6 为陕西 北元锦源化工热电分厂 130 t /h CFB 汽锅汽包水位手动与智能节制的运转曲线的比拟环境。
130 t/h CFB 汽锅汽包水位手动与智能节制的运转曲线的比拟
颠末永劫间运转,证实 CFB 汽锅汽包水位智能节制有如下上风: 汽包水位不变,节制活络,宁静靠得住性高,有用防止了内、外扰动身分的搅扰,知足了节制请求。 
 
5 结语
热力汽锅的水位节制进程具备非线性、不不变性、时滞等特色,传统的汽锅水位节制体系均接纳串 级三冲量 PID 节制,其节制机能不变,但不能很好地 处置“子虚液位”和外界较大搅扰的题目。接纳 Fuzzy - PID 夹杂节制有用防止了蒸汽负荷变更、燃 烧工况变更和供水压力变更对汽包水位的影响,完成了汽锅的宁静运转。
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