1、典型应用工程研究典型应用工程研究 杭州自动化有限公司杭州自动化有限公司 HOLLYSYSHOLLYSYS循环流化床锅炉的先进控制策略循环流化床锅炉的先进控制策略及工程应用研究及工程应用研究2022-11-151循环流化床锅炉（CFBB）介绍图 1.1 典型的循环流化床燃烧系统示意图烟气送至尾部受热面旋风分离器立管返料机构水冷壁炉膛二次风燃料 脱硫剂一次风排渣2022-11-152研究的意义和价值研究的意义和价值z循环流化床锅炉正成为锅炉发展的方向循环流化床锅炉正成为锅炉发展的方向 高效、高效、清洁、低污染清洁、低污染 燃料适应性广燃料适应性广 负荷调节性能好负荷调节性能好 灰渣易于综合利用灰渣
2、易于综合利用z商业化的迅速发展对自控的高要求商业化的迅速发展对自控的高要求z自控水平低，一般采用手控，效果差自控水平低，一般采用手控，效果差z本工程研究的理论意义和实用价值本工程研究的理论意义和实用价值2022-11-153CFBB控制上的特点和难点1 图 1.2 CFB 锅炉对象图炉膛负压烟气氧含量燃料量一次风引风量二次风给水量减温水汽包水位蒸汽温度CFB 锅炉燃料品质 负荷飞灰返料蒸汽压力料床温度料层差压2022-11-154CFBB控制上的特点和难点2z分布参数、非线性、时变、大滞后、多变量分布参数、非线性、时变、大滞后、多变量耦合严重耦合严重z受控变量和操纵变量多受控变量和操纵变量多z
3、过程复杂，难于建模过程复杂，难于建模z相同控制手段的不同控制效果相同控制手段的不同控制效果z易发生结焦、熄火等安全事故易发生结焦、熄火等安全事故z国内锅炉经常出现的堵煤、堵灰情况国内锅炉经常出现的堵煤、堵灰情况z检测元件及执行机构的限制检测元件及执行机构的限制2022-11-155国内外模型化及控制现状z模型化模型化 尚未出现用于实时控制的模型z控制现状控制现状 采用煤粉炉的控制方案，简单分解组成多个单回路 主蒸汽压力控制系统 料床温度控制系统z控制水平控制水平 实验室成功仿真，实际现场应用不理想 国内基本采用操作人员手动操作2022-11-156控制水平低原因分析z忽视耦合严重性，简单搬用煤
4、粉炉方案忽视耦合严重性，简单搬用煤粉炉方案z没有有效克服大滞后的方法没有有效克服大滞后的方法z控制主次目标掌握不好控制主次目标掌握不好z只控料床温度，忽视整个炉膛温度分布只控料床温度，忽视整个炉膛温度分布z没有考虑频繁出现的堵煤、堵灰等事件的没有考虑频繁出现的堵煤、堵灰等事件的自动处理，控制系统无法长期投运自动处理，控制系统无法长期投运z结论：常规控制无法达到满意效果结论：常规控制无法达到满意效果 学习熟练操作工，采用专家智能控制学习熟练操作工，采用专家智能控制2022-11-157专家智能控制z智能控制相对常规控制的扩展功能智能控制相对常规控制的扩展功能x(1)可以处理非数字化的、不精确的操
5、作经验，进行复杂控制，提高控制质量x(2)模仿人的行为，采用专家经验，自动修改参数和算法，形成各种性质算法的选择和组合x(3)当部件失效、系统大扰动或出现突发事件时仍能进行有效处理z仿人智能控制仿人智能控制z专家控制专家控制2022-11-158面向CFBB的实时专家控制z专家系统的实时性问题专家系统的实时性问题 过程控制对专家系统的挑战z实时专家控制系统实时专家控制系统 能表示与时间有关的知识 动态数据采集功能 进行限时推理、中断功能 数据可靠性判断 人机对话、交互能力z并行推理并行推理z级进推理级进推理2022-11-159燃烧系统的实时专家控制结构控制器用户接口知识层3知识层2知识层1数
6、据库动态静态短期长期u1u2u3推理机构前向推理后向推理过程r(n)y(n)u(n)图 3.5 基于级进推理的实时专家控制系统2022-11-1510燃烧系统的实时专家控制z基于级进推理的燃烧系统实时专家控制基于级进推理的燃烧系统实时专家控制z 第一层 基于状态模糊区分的多变量规则控制器z 第二层 调整状态模糊区分的模糊边界值LhT床=g1(M，D，D)LLT床=g2(M，D，D)等z 第三层 操作提示及监控z并行推理的实现并行推理的实现Sf TTTTT(,)11222022-11-1511实时专家汽水控制结构图 3.6 专家系统与实时控制协调的实时控制系统专家系统控制器操作人员输入输出过程负
7、荷、压力K11K2水位系统模糊状态 选用控制方式 控制器参数F(E,E,P,D,D)M1 PID 三冲量串级 P1,I1,D1F(E,E,P,D,D)M2 专家直接控制 表 3.1 汽包水位控制方式及控制参数专家调整表2022-11-1512面向CFBB的仿人智能采样控制z问题：问题：CFBB对象的大滞后特性对象的大滞后特性zSMITH预估对模型的要求预估对模型的要求z操作人员：操作人员：“等等、看看、调调等等、看看、调调”思想思想 等等看看调调图 4.2“等等、看看、调调”的原理2022-11-1513仿人智能采样控制结构图 4.3 智能采样控制原理图Gc(s)Gp(s)e-LsY(s)R(
8、s)F(s)K+_+Gc(s)Gp(s)e-LsY(s)R(s)F(s)K+_+ECD(s)图4.1 采样控制原理2022-11-1514CFBB仿人智能采样控制F(s)KR(s)+_EC3Gp(s)e-LsY(s)+EC2D(s)EC1专家智能控制器图 4.4 CFBB 仿人智能采样控制系统False),(0True),(11-1TTTTSSFSSFK2022-11-151575t/h循环流化床锅炉流程循环流化床锅炉流程2022-11-1516CFBB自动控制回路自动控制回路z汽包水位控制汽包水位控制z主蒸汽温度控制主蒸汽温度控制z料层差压控制料层差压控制z炉膛负压控制炉膛负压控制z燃烧控制
9、（给煤、一次风、二次风、二次燃烧控制（给煤、一次风、二次风、二次返料）返料）z主蒸汽压力控制主蒸汽压力控制2022-11-1517炉膛负压控制炉膛负压控制2022-11-1518料层差压控制料层差压控制2022-11-1519料层差压限料层差压限负荷负荷2022-11-1520CFBB汽包水位过程特性z问题：问题：“虚假水位虚假水位”的克服的克服 负荷大扰动 母管给水大扰动 煤质变化等燃烧不稳定z解决方法：专家解决方法：专家PID控制控制WDW1W2汽水汽包2022-11-1521CFBB汽包水位专家PID控制 图6.4 CFB锅炉汽包水位专家PID 控制原理图 COUT CIN Gp1HrE
10、COperatorGp2PwPdWDH+FDPK2022-11-1522CFBB汽包水位专家PID控制原理取负荷变化量D负荷变化趋势判断负荷取偏差专 家 规 则 控制低负荷专家规则控制限值内前馈系数K较大前馈系数K较小限值外大限值外PID 1组PID 2组控制输出专 家 规 则 控制低中、高负荷限 负荷限大小2022-11-1523主蒸汽温度控制主蒸汽温度控制2022-11-1524CFBB汽水系统智能协调控制z问题：水位控制与主汽温度控制会出现矛问题：水位控制与主汽温度控制会出现矛盾。盾。z解决方法：智能协调控制解决方法：智能协调控制 V1隔离阀旁路一次 旁路二次 V3电动隔离电动旁路一次
11、旁路二次旁路一次 旁路二次 V2隔离减温水给水一次 电动门去汽包给水总管分支到3#锅炉给水二次减温器2022-11-1525智能协调控制原理z 正常控制状态时，水位控制和主蒸汽温度控制独立按各自的控制方案进行控制，专家协调控制层监控系统行为；一旦两个控制系统出现矛盾时则启动智能协调方案。水位控制器汽包水位系统汽温控制器主汽温度系统专家协调控制层2022-11-1526智能协调控制方案z输入输出变量重新配对输入输出变量重新配对 给水阀、减温水阀、二次水阀z整体控制品质协调整体控制品质协调 主汽温度在范围内，水位偏差大，主要考虑水位控制，牺牲主汽温度。水位偏差不大，主汽温度偏差较大，主要考虑主汽温
12、度控制，牺牲水位控制z应用效果：满足工艺要求，提高自控投运率应用效果：满足工艺要求，提高自控投运率2022-11-1527CFBB燃烧控制的目标z安全、稳定的燃烧安全、稳定的燃烧z维持主蒸汽压力基本恒定，保证主蒸汽品维持主蒸汽压力基本恒定，保证主蒸汽品质。质。控制设计中基本围绕上述两个目标进行，采控制设计中基本围绕上述两个目标进行，采用用规则控制规则控制实现。实现。2022-11-1528CFBB燃烧系统专家智能控制1基本负荷煤 种补 偿前馈调节器主蒸汽压力 设定值增 益补 偿锅 炉 母管扰动主蒸汽压力K主蒸汽 流 量#1#2#3燃烧系统 给煤设定值（给煤速度）控 制规则库二次返料一次风二次风
13、床温炉膛出口温度烟气含氧量堵煤及给煤不均匀煤颗粒分布d12d2022-11-1529CFBB燃烧系统专家智能控制2z目标参数的模糊化目标参数的模糊化z 把料床温度、炉膛出口温度模糊化量为五个值HH，H，M，L，LLz 床温及炉膛出口温度的变化率并模糊化为七个量HR，FR，SR，ST，SD，FD，LDz系统状态的获取系统状态的获取z控制规则库控制规则库x、故障判断及事件处理规则x、正常状态控制规则库Sf TTTTT(,)11222022-11-1530燃烧系统专家智能控制规则库规则举例规则举例：x烟气氧含量增大超过1（或T出口快降且T床平稳、缓降或快降）判断：断煤 操作：.T床820且T床缓降、
14、快降 T床970且T床缓升、快升 操作：报警，.炉膛出口温变化率返料量二次风量一次风量给煤量床温床温变化率炉膛出口温度 模糊规则库T出口T床T出口T床2022-11-1531燃烧规则的获取途径燃烧规则的获取途径z热电厂运行工程师热电厂运行工程师z熟练操作工人熟练操作工人z锅炉制造厂家设计工程师锅炉制造厂家设计工程师z现场具有丰富经验的专家、高级工程师现场具有丰富经验的专家、高级工程师z现场经验摸索、归纳、总结及试验现场经验摸索、归纳、总结及试验2022-11-1532燃烧系统专家智能控制规则表2022-11-1533燃烧系统专家智能控制z长期量和暂时量长期量和暂时量z规则表达规则表达z规则修改
15、规则修改z规则库知识获取规则库知识获取z推理机推理机2022-11-1534控制效果及实现指标采用采用HOLLYSYS MACS HOLLYSYS MACS 为平台，在浙江省嵊州市热为平台，在浙江省嵊州市热电厂成功投运，达到下列指标电厂成功投运，达到下列指标：z自控投运率大于自控投运率大于90%90%z断煤报警正确率不低于断煤报警正确率不低于95%95%z正常工况下汽包水位控制在正常工况下汽包水位控制在 20mm20mmz料床温度控制在较好的料床温度控制在较好的850-950850-950之间之间z正常工况下主汽温度控制在正常工况下主汽温度控制在445445 1010、主汽压、主汽压力控制在力
16、控制在3.53.5 0.2Mpa0.2Mpa2022-11-1535规则的实时修改规则的实时修改2022-11-1536结论z本工程研究针对国内循环流化床锅炉对象本工程研究针对国内循环流化床锅炉对象存在的强非线性、不确定性、时变和大滞存在的强非线性、不确定性、时变和大滞后、多变量耦合严重及建模困难等复杂特后、多变量耦合严重及建模困难等复杂特性，采用面向性，采用面向CFBBCFBB对象的实时专家系统来对象的实时专家系统来控制循环流化床锅炉对象，并在实际工业控制循环流化床锅炉对象，并在实际工业现场取得了良好的控制效果，现场取得了良好的控制效果，大大提高了大大提高了CFBCFB锅炉对象的自控投运率锅
17、炉对象的自控投运率。2022-11-1537结论z针对针对CFBCFB锅炉具体对象提出了循环流化床锅锅炉具体对象提出了循环流化床锅炉的炉的燃烧专家智能控制系统燃烧专家智能控制系统，汽包水位控汽包水位控制专家制专家PIDPID控制策略控制策略和和汽水系统的智能协调汽水系统的智能协调控制控制，在实际现场取得满意的控制效果。，在实际现场取得满意的控制效果。z本工程的研究成果能给国内同类型锅炉的本工程的研究成果能给国内同类型锅炉的现场控制以启发和指导，具有很好的推广现场控制以启发和指导，具有很好的推广价值。价值。2022-11-1538谢谢各位！谢谢各位！请提宝贵意见！请提宝贵意见！2022-11-1539
