鍋爐先進(jìn)控制在陜化3號(hào)鍋爐上的應(yīng)用

邊利利，宋瑞蓮

（陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司，陜西渭南 714100）

陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“陜化”）動(dòng)力站建設(shè)有3臺(tái)240 t/h 煤粉鍋爐（P=9.81 MPa，t=540 ℃，#3爐擴(kuò)容改造成260 t/h），鍋爐采用單汽包、自然循環(huán)、固態(tài)排渣、中速磨直吹式四角切圓燃燒方式。系高壓?jiǎn)五佂病⒆匀谎h(huán)、集中下降管、倒U型布置的固態(tài)排渣煤粉爐。配套2臺(tái)25 MW 熱電機(jī)組（一臺(tái)抽背，一臺(tái)抽凝），機(jī)組母管制運(yùn)行，抽汽帶一臺(tái)后置機(jī)，背壓排汽并入供熱母管，為園區(qū)供熱，以熱定電。由于園區(qū)生產(chǎn)用熱量變化較大，造成整個(gè)母管壓力不穩(wěn)定。為穩(wěn)定壓力，滿足生產(chǎn)需求，需要頻繁地調(diào)整操作，造成勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且存在運(yùn)行參數(shù)控制不穩(wěn)定、機(jī)組效率無(wú)法保證、機(jī)組間耦合嚴(yán)重等問(wèn)題。根據(jù)“雙碳”目標(biāo)，以及企業(yè)提出智能化建設(shè)的愿景，采用和利時(shí)鍋爐先進(jìn)控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“APC”），在3號(hào)鍋爐上實(shí)施，解決運(yùn)行與操作的問(wèn)題，同時(shí)提升陜化的智能化程度。

1 鍋爐先進(jìn)控制系統(tǒng)總體框架

陜化3號(hào)鍋爐的DCS 系統(tǒng)采用和利時(shí)M5的控制系統(tǒng)，APC 系統(tǒng)采用外掛APC 服務(wù)器，與DCS 系統(tǒng)通過(guò)和利時(shí)自有的通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互：從DCS系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，在APC 服務(wù)器中進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，之后將計(jì)算的設(shè)備指令回傳給DCS 系統(tǒng)，下發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在控制室3 號(hào)爐操作站右側(cè)增加APC 服務(wù)器。此服務(wù)器僅用于數(shù)據(jù)計(jì)算，無(wú)需在此電腦上操作。整個(gè)系統(tǒng)的操作還是在原有DCS 系統(tǒng)上，僅增加兩張畫(huà)面，項(xiàng)目的所有回路投切、目標(biāo)值設(shè)定更改均在這兩張畫(huà)面中完成。

此服務(wù)器同時(shí)具有真人語(yǔ)音報(bào)警功能：

（1）回路自動(dòng)切除報(bào)警。

（2）參與調(diào)節(jié)測(cè)點(diǎn)的品質(zhì)報(bào)警等。

2 鍋爐先進(jìn)控制系統(tǒng)主要實(shí)施內(nèi)容

項(xiàng)目整體實(shí)施，通過(guò)前期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研后確認(rèn)實(shí)施內(nèi)容及方案，具體的實(shí)施內(nèi)容如下。

（1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備特性檢查：設(shè)備調(diào)節(jié)死區(qū)，設(shè)備靈敏度，設(shè)備線性度檢查等[1]。

（2）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與數(shù)學(xué)建模。

（3）單爐自動(dòng)控制調(diào)試。①給水自動(dòng)（汽包水位）：大數(shù)據(jù)分析，機(jī)器自學(xué)習(xí)給水與蒸汽流量偏差，用質(zhì)量平衡進(jìn)行控制[2]。②一二級(jí)減溫水自動(dòng)（主汽溫度）：大數(shù)據(jù)分析，機(jī)器自學(xué)習(xí)噴水后溫度目標(biāo)，限制噴水進(jìn)行控制[3]。③引風(fēng)自動(dòng)：引入雙機(jī)調(diào)平，與煤量、送量交叉聯(lián)鎖和限制，讓送風(fēng)、燃料量、引風(fēng)量協(xié)調(diào)同步增減控制[4]。④送風(fēng)自動(dòng)：送風(fēng)量自動(dòng)辨識(shí)和優(yōu)化，負(fù)荷與送風(fēng)量學(xué)習(xí)，燃料量與送風(fēng)量學(xué)習(xí)，共同確定送風(fēng)量目標(biāo)進(jìn)行控制，氧量偏差修正。⑤一次風(fēng)壓自動(dòng)：一次風(fēng)壓是負(fù)荷的函數(shù)，加煤先加一次風(fēng)。⑥燃料量自動(dòng)：總煤量根據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)煤質(zhì)、煤耗和當(dāng)前負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)和限制，分配到多臺(tái)給煤機(jī)，維持總煤量穩(wěn)定[5]。⑦磨出口溫度自動(dòng)：風(fēng)煤配比，熱風(fēng)與冷風(fēng)一起穩(wěn)定磨出口溫度。⑧燃燒優(yōu)化調(diào)試：大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器自學(xué)習(xí)煤質(zhì)，根據(jù)預(yù)測(cè)煤量進(jìn)行控制燃料預(yù)測(cè)控制調(diào)試；熱值自動(dòng)辨識(shí)和修正、多變量預(yù)測(cè)控制；負(fù)荷偏差、主汽壓力偏差限制和修正。配風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)尋優(yōu)[6]。

（4）多爐母管協(xié)調(diào)控制調(diào)試：①單爐燃燒自動(dòng)是前提；②多臺(tái)母管鍋爐負(fù)荷分配和協(xié)調(diào)，避免爐間搶負(fù)荷。

3 鍋爐先進(jìn)控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果

項(xiàng)目從2021年10月26日開(kāi)始調(diào)試，11月9日開(kāi)始調(diào)試給煤回路，11月12日晚上6點(diǎn)開(kāi)始連續(xù)投入，截至15日凌晨所有回路一直投入APC 控制，3號(hào)鍋爐定壓力模式運(yùn)行，自動(dòng)根據(jù)壓力變化調(diào)整，自動(dòng)響應(yīng)外界負(fù)荷的變化，3號(hào)鍋爐投入APC 控制以后，主蒸汽壓力、爐膛負(fù)壓、二減溫度等主要參數(shù)波動(dòng)范圍明顯減少，參數(shù)趨近穩(wěn)定。

其中，一級(jí)減溫水投入自動(dòng)以后，溫度抗干擾能力提高，投入以后，吹灰時(shí)運(yùn)行人員不需要手動(dòng)干預(yù)，可以保證蒸汽溫度在指標(biāo)范圍內(nèi)。

3.1 爐膛負(fù)壓參數(shù)對(duì)比

如圖2所示，左側(cè)為手動(dòng)調(diào)整時(shí)，爐膛負(fù)壓的波動(dòng)，右側(cè)為APC 控制時(shí)爐膛負(fù)壓的波動(dòng)，波動(dòng)趨勢(shì)明顯減少。

圖2 爐膛負(fù)壓手動(dòng)與APC控制對(duì)比圖

3.2 主蒸汽壓力參數(shù)對(duì)比

如圖3所示，左側(cè)為手動(dòng)調(diào)整時(shí)，主蒸汽壓力的波動(dòng)，右側(cè)為APC 控制時(shí)主蒸汽壓力的波動(dòng)，波動(dòng)趨勢(shì)明顯減少。

圖3 主蒸汽壓力手動(dòng)與APC控制對(duì)比圖

3.3 二減入口溫度參數(shù)對(duì)比

如圖4所示，左側(cè)為手動(dòng)調(diào)整時(shí)，二減入口溫度的波動(dòng)，右側(cè)為APC 控制時(shí)二減入口溫度的波動(dòng)，波動(dòng)趨勢(shì)明顯減少。

圖4 二減入口溫度手動(dòng)與APC控制對(duì)比圖

3.4 煤耗對(duì)比

分別取手自動(dòng)3個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，手自動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)度相同，分別取時(shí)段內(nèi)的使用煤量的累積值和產(chǎn)生的累積主蒸汽流量，最終分別匯總手動(dòng)和自動(dòng)的總用煤量和總產(chǎn)汽量，分別計(jì)算煤耗，初步計(jì)算煤耗降低約0.5%左右，具體手動(dòng)控制與APC 控制對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 手動(dòng)控制模式與優(yōu)化控制模式參數(shù)與指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著智能化的發(fā)展，以及環(huán)保要求的提高，電站均需要提高自動(dòng)化水平，通過(guò)節(jié)能降耗、減員增效等來(lái)降低企業(yè)的成本。