一、引言

循環(huán)硫化床作為一種清潔燃燒技術(shù)在國內被廣泛認可，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，其具有燃燒適應性廣、燃燒效率高、燃燒強度大，溫度分布均勻、由于采用低溫分級燃燒，脫硫、氮氧化合物排量低、負荷調節范圍大、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送入爐膛。送風(fēng)系統由一次風(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，使爐膛內有足夠高的灰度，保證流化；煙氣經(jīng)過(guò)除塵器由引風(fēng)機抽出。鍋爐控制系統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)機和水泵，而傳統的控制方式是采用檔板或閥門(mén)來(lái)調節風(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到調節的目的，這種節流調節方法浪費大量電能。而采用變頻調速的特點(diǎn)是效率高，沒(méi)有因調速帶來(lái)的附加轉差損耗，調速的范圍大，精度高、無(wú)級調速。容易實(shí)現協(xié)調控制和閉環(huán)控制，由于可以利用原鼠籠式電動(dòng)機，所以特別適合于對舊設備的技術(shù)改造，它既保持了原電動(dòng)機結構簡(jiǎn)單、可靠耐用、維護方便的優(yōu)點(diǎn)，又能達到節電的顯著(zhù)效果，是鍋爐風(fēng)機水泵節能的較理想的方法。

二、系統介紹

控制系統采用PLC、觸摸屏、 AI調節器、 變頻器等先進(jìn)的控制設備,對蒸汽鍋爐施行有效的聯(lián)動(dòng)控制,系統具有聯(lián)鎖/手動(dòng)切換功能，PLC 對鍋爐進(jìn)行可靠的聯(lián)鎖控制、 報警提示，確保鍋爐的安全運行，由于采用變頻器對電機進(jìn)行起?？刂?，將節約大量電能，實(shí)現鍋爐的經(jīng)濟燃燒。下面以10噸流化床控制系統為例：

2．主要監視參數：

  汽包水位：汽包水位是鍋爐控制系統中zui重要的參數之一。 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，測量?jì)x表將該電流信號轉換為水位信號，直接在儀表上顯示汽包水位的高低。 該水位信號同時(shí)作為自動(dòng)調節的汽包水位測量信號，參與系統的自動(dòng)調節。

主汽壓力：用壓力變送器將主汽壓力轉換為4—20mA的電流信號，通過(guò)調節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換為4—20mA的電流信號，通過(guò)顯示儀表將爐膛壓力顯示出來(lái)。同時(shí)顯示儀表對爐膛壓力進(jìn)行判斷，當爐膛壓力越*報警、停爐。

溫度系統測量：溫度監視點(diǎn)包括爐膛溫度、給水溫度、排煙溫度、空預器后溫度、冷風(fēng)溫度、除塵器后溫度、返料溫度等，測溫元件所測信號送至溫度顯示儀表顯示，并對溫度進(jìn)行異常判斷，異常時(shí)將異常信號送至PLC報警。

流量測量：蒸汽流量測量采用渦街流量計，將蒸汽流量轉換為頻率信號，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/鼓風(fēng)電機轉速等。這些參數可以接到數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行的重要參數，水位過(guò)高，會(huì )破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴重時(shí)會(huì )導致蒸汽帶水增多，增加在管壁上的結垢和影響蒸汽質(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。它的被調量是汽包水位，而調節量則是給水流量，通過(guò)對給水流量的調節, 使汽包內部的物料達到動(dòng)態(tài)平衡，變化在允許范圍之內。AI調節器根據差壓變送器測得的水位信號，經(jīng)運算后直接控制變頻器的頻率，水位高時(shí)轉速降低，水位低時(shí)轉速升高，確保汽包水位恒定在設定水位。用切換開(kāi)關(guān)選擇#1、#2水泵運行或備用。

爐膛負壓自動(dòng)控制： 爐膛負壓的大小受引風(fēng)量、鼓風(fēng)量的影響。爐膛負壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設備與運行人員的安全。負壓太大，爐膛漏風(fēng)量增加，排煙損失增加，引風(fēng)機電耗增加。

蒸汽壓力自動(dòng)控制：對蒸汽壓力穩定有要求的場(chǎng)合需要對它進(jìn)行控制，通過(guò)控制鼓風(fēng)的轉速來(lái)保持蒸汽壓力的穩定。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)行調整。

在這幾個(gè)控制回路中都采用AI人工智能工業(yè)調節器進(jìn)行調節，AI儀表具有模糊邏輯PID調節及參數自整定功能的先進(jìn)控制算法。在誤差大時(shí)，運用模糊法進(jìn)行調節，以消除PID飽和積分現象；當誤差減小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調節，并能在調節中自動(dòng)學(xué)習和記憶被控對象的部分特征以使效果*化。其具有無(wú)超調、高精度、參數確定簡(jiǎn)單，對復雜對象也能獲得較好控制效果等特點(diǎn)，其整體調節效果比一般的PID算法更明顯。儀表的型號為AI-719EI4X3L2L2，儀表的主要設置參數有：

CHYS：回差（死區、滯環(huán)），用于避免因測量輸入值波動(dòng)而產(chǎn)生報警頻繁動(dòng)作。

Ctrl：控制方式，采用AI人工智能調節/PID調節，Ctrl＝APID。

P：比例系數，定義APID調節比例帶，單位與測量值相同。

I：積分時(shí)間，主要決定調節算法中的積分作用，I越小，系統積分作用越強。

    D：微分時(shí)間，主要是改善系統的滯后，D越大，超前調節作用越強。

Ctl：輸出周期，反映儀表運算調節的快慢。

InP：輸入反饋信號類(lèi)型，設置為15，信號為4-20mA。

Opt：輸出方式，Opt=4-20，輸出為4-20mA。

Act：系統正反功能選擇，可以選擇系統的調節方向。汽包水位和主汽壓力采用反作用調節方式，爐膛負壓采用正作用調節方式。

4、控制回路儀表的調試

   AI儀表是這個(gè)系統的核心控制設備，它的控制效果直接影響整個(gè)系統的正常運行。在調試的時(shí)候鍋爐是帶壓狀態(tài)，因為帶壓情況下水泵、風(fēng)機的負荷要比平時(shí)大的多，調試的結果也更理想。在沒(méi)有經(jīng)驗控制參數的時(shí)候，為了達到的控制效果，儀表要進(jìn)行PID自整定，但一般的調節儀表在自整定時(shí)的調節狀態(tài)是位式控制，輸出量要么zui大要么zui小，在鍋爐系統中調節輸出大幅變化是不允許的。AI-719調節器具有手動(dòng)自整定模式可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題，完整操作是：把儀表切換到手動(dòng)輸出狀態(tài)，通過(guò)儀表的△ ▽鍵調整輸出量，使測量值盡量和設定值保持一致，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前手動(dòng)輸出值的±10%范圍內，從而避免出現輸出值的大幅變化。在多數情況下，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P、I、D參數來(lái)修正。

5、鍋爐聯(lián)鎖

鍋爐聯(lián)鎖對確保鍋爐的安全運行起著(zhù)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)機運行時(shí)，出現停引風(fēng)機，發(fā)出報警，同時(shí)停鼓風(fēng)機，（2）鼓風(fēng)機運行時(shí)，且極低水位時(shí)，發(fā)出報警，同時(shí)停鼓風(fēng)機，停給煤。（3）二次風(fēng)機變頻故障時(shí)，發(fā)出報警，停給煤，停鼓風(fēng)和引風(fēng)機。

三、運行和操作

1、引風(fēng)機控制

啟動(dòng)條件：引風(fēng)機啟動(dòng)時(shí)應滿(mǎn)足以下條件

未按“引風(fēng)機停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，引風(fēng)機變頻器*信號發(fā)出，引風(fēng)機處于停運狀態(tài)。此時(shí)，按下“引風(fēng)機啟動(dòng)”按鈕，引風(fēng)機將啟動(dòng)運行，“引風(fēng)機運行指示燈”亮。調節儀表控制引風(fēng)機轉速

停止條件：當以下任一條件滿(mǎn)足時(shí)，引風(fēng)機停止運行

“緊急停爐”按鈕按下，引風(fēng)機變頻故障，“引風(fēng)機停止”按鈕按下。

轉速調節：

Ⅰ、手動(dòng)調節：當“爐膛負壓”智能調節儀表AI-719顯示為輸出狀態(tài)時(shí)，按菜單鍵，“MAN”指示燈亮，此時(shí)按△ ▽鍵可調節儀表的輸出電流，通過(guò)變頻器即可改變引風(fēng)機轉速。

Ⅱ、自動(dòng)調節：儀表自動(dòng)調節輸出電流，通過(guò)變頻器改變引風(fēng)機轉速，自動(dòng)控制爐膛負壓。自動(dòng)調節時(shí)，當儀表顯示為測量值、設定值狀態(tài)時(shí)，按△▽鍵可調節儀表的設定壓力，從而改變爐膛負壓的大小。

2、鼓風(fēng)機控制

啟動(dòng)條件：鼓風(fēng)機啟動(dòng)時(shí)應滿(mǎn)足以下條件

未按“鼓風(fēng)機停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，鼓風(fēng)機變頻器*信號發(fā)出，鼓風(fēng)機處于停運狀態(tài)。無(wú)“蒸汽壓力高”信號，引風(fēng)機運行，給水泵運行。此時(shí)，按下“鼓風(fēng)機啟動(dòng)”按鈕，鼓風(fēng)機將啟動(dòng)運行，“鼓風(fēng)機運行指示燈”亮。調節儀表控制鼓風(fēng)機轉速

停止條件：當以下任一條件滿(mǎn)足時(shí)，鼓風(fēng)機停止運行

“緊急停爐”按鈕按下，鼓風(fēng)機變頻器故障，引風(fēng)機停止運行，給水泵停止，蒸汽壓力高報警，爐膛負壓高報警，汽包水位低報警，“鼓風(fēng)機停止”按鈕按下。

轉速調節：

Ⅰ、手動(dòng)調節：當AI-719顯示為輸出狀態(tài)時(shí)，按菜單鍵，“MAN”指示燈亮，此時(shí)按△▽鍵可調節儀表的輸出電流，通過(guò)變頻器即可改變鼓風(fēng)機轉速。

Ⅱ、自動(dòng)調節：儀表自動(dòng)調節輸出電流，通過(guò)變頻器改變鼓風(fēng)機轉速，自動(dòng)控制蒸汽壓力。自動(dòng)調節時(shí)，在儀表顯示為測量值、設定值狀態(tài)時(shí)，按△▽鍵可調節儀表的設定壓力，從而改變蒸汽壓力的大小。

3、給煤機控制

啟動(dòng)條件：給煤機啟動(dòng)時(shí)應滿(mǎn)足以下條件

未按“給煤機停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，給煤機變頻器*信號發(fā)出，給煤機處于停運狀態(tài)。鼓風(fēng)機運行，此時(shí)，按下“給煤機啟動(dòng)”按鈕，給煤機將啟動(dòng)運行。“給煤機運行指示燈”亮，調節轉速設定器可改變給煤機轉速

停止條件：當以下任一條件滿(mǎn)足時(shí)，給煤機停止運行

“緊急停爐”按鈕按下，給煤機變頻器故障，鼓風(fēng)機停止運行， “給煤機停止”按鈕按下。

轉速調節：

給煤機啟動(dòng)運行后，轉動(dòng)給煤機轉速調節器，可調節給煤機轉速。順時(shí)針調節轉速增大，逆時(shí)針調節轉速降低。同時(shí)，若鼓風(fēng)機轉速低于設定轉速時(shí)，給煤機轉速為 0，鼓風(fēng)機轉速大于設定轉速時(shí)，給煤機轉速升為設定轉速。

4、給水泵控制

#1給水泵啟動(dòng)條件：#1 給水泵啟動(dòng)時(shí)應滿(mǎn)足以下條件

未按“給水泵停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，給水泵變頻器*信號發(fā)出，給水泵處于停運狀態(tài)，#1/#2水泵切換開(kāi)關(guān)切至#1。此時(shí)，按下“給水泵啟動(dòng)”按鈕，給水泵將啟動(dòng)運行。調節儀表控制#1給水泵轉速

停止條件：當以下任一條件滿(mǎn)足時(shí)，#1給水泵停止運行

“緊急停爐”按鈕按下，給水泵變頻器故障，#1/#2水泵切換開(kāi)關(guān)切至#2， “給水泵停止”按鈕按下。

轉速調節：

Ⅰ、手動(dòng)調節：當“汽包水位”調節儀表顯示為輸出狀態(tài)時(shí)，按菜單鍵，“MAN”指示燈亮，此時(shí)按△▽鍵可調節儀表的輸出電流，通過(guò)變頻器即可改變給水泵轉速。

Ⅱ、自動(dòng)調節：儀表自動(dòng)調節輸出電流，通過(guò)變頻器改變給水泵轉速，自動(dòng)控制汽包水位。自動(dòng)調節時(shí)，在儀表顯示為測量值、設定值狀態(tài)時(shí)，按△▽鍵可調節儀表的設定液位，從而改變汽包水位的大小。

#2給水泵啟動(dòng)條件：#2給水泵啟動(dòng)時(shí)應滿(mǎn)足以下條件

未按“給水泵停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，給水泵變頻器*信號發(fā)出，給水泵處于停運狀態(tài)，另未將泵切換開(kāi)關(guān)切至#1水泵。此時(shí)，按下“給水泵啟動(dòng)”按鈕，給水泵將啟動(dòng)運行。調節儀表控制#2給水泵轉速

停止條件：當以下任一條件滿(mǎn)足時(shí)，#2給水泵停止運行

“緊急停爐”按鈕按下，給水泵變頻器故障，水泵切換開(kāi)關(guān)切至#1，“給水泵停止”按鈕按下。

轉速調節：與#1水泵調節方式一樣。

當所有設備啟動(dòng)完成后，且*發(fā)生，就可以切換到聯(lián)鎖控制狀態(tài)。

5、聯(lián)鎖報警控制

系統應具有可靠的報警裝置，當出現以下情況時(shí)，蜂鳴器將發(fā)出聲訊報警，同時(shí)，相應報警指示燈閃爍：

爐膛負壓高、蒸汽壓力高、汽包水位高、汽包水位低、爐膛溫度高、排煙溫度高、空預器后溫度高、給水溫度低、引風(fēng)機變頻器故障、鼓風(fēng)機變頻器故障、給煤機變頻器故障、給水泵變頻器故障等。

出現以上異常后，PLC將根據聯(lián)鎖條件決定停下相應的設備。按下“消音”按鈕后，蜂鳴器停發(fā)聲訊，報警指示燈常亮，直到報警信號消除為止。

四、結語(yǔ)

   系統采用智能儀表進(jìn)行自動(dòng)調節，PLC聯(lián)鎖保護，控制精度和穩定性大大提高，是一個(gè)比較理想的控制方案，且鍋爐變頻改造后有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　　　1、變頻起動(dòng)對電網(wǎng)任何沖擊小。由于有變頻調節，對于風(fēng)機可以實(shí)現變頻軟起動(dòng)，風(fēng)機在低頻下啟動(dòng)，啟動(dòng)電流很小，啟動(dòng)時(shí)間延長(cháng)，避免了原來(lái)在較大慣性負荷情況下，數倍的額定起動(dòng)電流對電網(wǎng)和機械設備的沖擊，有效延長(cháng)了電機壽命。而且變頻還可以隨時(shí)起動(dòng)或停止；

　　　　2、按需調節風(fēng)量，避免浪費。由于變頻器通過(guò)變頻調節風(fēng)機的轉速來(lái)控制風(fēng)機的送風(fēng)量而不再需要由風(fēng)門(mén)來(lái)調節，其調節范圍可以從0%—*；因而可以根據生產(chǎn)工藝要求隨意調節風(fēng)量，減少了不必要的浪費；

　　　　3、變頻節能運行，節約了大量能源。采用變頻使用后，不再使風(fēng)機一直處于滿(mǎn)負荷工作狀態(tài)，另外風(fēng)機閥門(mén)處于全開(kāi)狀態(tài)，其節能效率顯著(zhù)；

　　　　4、降低風(fēng)機工作強度，延長(cháng)使用壽命。采用變頻使用后，風(fēng)機的大部分工作時(shí)間都在較低的速度下運行，因而大大降低了風(fēng)機工作的機械強度和電氣沖擊，將會(huì )大大延長(cháng)風(fēng)機的使用壽命，降低維修強度；

　　　　5、使用變頻后，由于啟動(dòng)和停止時(shí)間都可以設定，減少了對煙道、風(fēng)道和風(fēng)門(mén)擋板的沖擊腐蝕，相應的延長(cháng)了很多零件的使用壽命，有效的提高了相應設備的檢修周期，節約了大量維護費用。

　　    6、可使電動(dòng)機與風(fēng)機直接相連接，減少傳動(dòng)環(huán)節的費用；

　　　　7、電機和風(fēng)機運轉速度下降，潤滑條件改善，傳動(dòng)裝置的故障下降；

　　　　8、系統壓力降低，對管道的壓力和密封等條件緩解，延長(cháng)使用壽命等。