智能变频技术在电站锅炉给水加药系统中的应用

资源类型:pdf 资源大小:30.00KB 文档分类:工业技术 上传者:程亮

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【作者】 张玉花  王康平 

【关键词】水处理 模型 电站 加药 变频器 锅炉 

【出版日期】2005-02-18

【摘要】首先分析了发电机组锅炉给水加药系统的特性,给出了给水除氧加联氨系统、给水pH值控制加氨系统的单输入多输出(SIMO)数学模型。针对这些SIMO模型的实际情况提出了变结构冗余仿人智能控制方法,最后介绍了一个用于300MW机组的实际加药控制系统的组成和应用。

【刊名】科技广场

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0引言在锅炉给水中加入一定的联氨和氨是防止锅炉氧化和腐蚀的重要方法。近年来,人们开始采用变频调速进行自动加药,由于不需要对管路进行改造,系统可靠,取得了良好的效果。在这些控制系统中,其控制算法大多采用了常规的PID控制及其改进算法。大多数给水加药系统采用单输入单输出(SISO)控制系统方案。本文根据电站锅炉给水加药系统的具体情况,研究了单输入多输出(SIMO)控制方案及其仿人智能控制算法,最后给出了一个300MW机组给水处理加药系统的应用实例。1电站锅炉给水加药系统的特性分析1.1给水除氧加联氨系统特性电站锅炉给水加联氨的目的是除去给水中的残余氧量。给水中加入适量的氨是为了将给水的pH值控制在一定的碱性范围之内(一般为8.8 ̄9.2),防止出现铜管和铁管腐蚀[1]。对于给水加药系统来讲,影响给水中含氧量或联氨含量的主要因素有:给水流量、除氧器的除氧效果及加药量,它们的关系可以用图一来描述,它是一个单输入双输出的被控对象。由于取样管路很长和仪表测量的反应时间的限制,该系统中的纯滞后时间很长,并且随着取样流量的变化而变化,因此它是一个时变对象。从控制理论的角度来讲,它是一类难于控制的对象。图一给水含氧量和联氨系统模型1.2给水pH值控制加氨系统的特性影响给水pH值的因素主要有:给水流量、凝结水和补水的pH值及氨的加药量,它们的关系可以用图二来描述,它是一个单输入多输出系统。同样该对象具有大时延时变特性,并且是一种典型的非线性系统。另外由于pH值在8.8 ̄9.3之间时,它的灵敏度很小,因此对测量的精度要求很高。而电导率的变化范围则相对较宽,灵敏度较高,容易做到高精度的测量,但是它与pH值没有单值对应关系。图二给水pH值系统模型2自动加药单输入多输出控制系统2.1单输入多输出给水除氧加联氨控制系统从图一我们知道,当不考虑干扰时,除氧联氨加药系统是一个单输入多输出系统,不考虑纯滞后时,系统的状态方程为:(1)(2)由式(2)可知,当两个对象的时间常数相等时,系统是不可控的。当两个时间常数很接近时,可控性能将变差。在绝大多数情况下,控制量将是不稳定的。不幸的是在给水除氧系统中,两个时间常数总是很接近的。在实际工程中,我们总是希望控制量尽量少波动,以减小系统的不稳定因素,特别是大纯滞后系统尤为如此。幸好我们并不是要让两个被控量都到达设定值。对于给水中的含氧量,只要保证其低于某一定值,就能保证锅炉不出现氧化,而联氨的含量保证在某一确定范围,就能消除掉可能出现的漏氧。因此,我们可以选择两个测量信号中的一个作为主要调整信号,另一个作为辅助调整信号。当其中的一个表计出现故障时,只用其中的一个信号作为调整依据。也就是说,它们是冗余的,由此可见,系统的可靠性得到了提高。系统的组成如图三所示。为了简单起见,图中没有画出干扰信号的框图。智能控制器中的控制算法应用仿人智能控制的方法,根据不同的运行工况和系统参数设置,控制器工作在不同的工作方式,即控制器是变结构的。这种具有变结构带有冗余功能的控制器的语言模型如下:(1)If K1=0and K2=0thenif O2≤So2and K=0then{Scontroller=SPID,call PID1,K=0}else if{So2L<O2<So2H or(So2L<O2≤So2,K=1)}then{Scontroller=SPID1,call PID1,K=1}else if{O2≥So2Hor(So2L<O2≤So2,K=2)}then{Scontroller=SPID,call PID1,K=2}else if O2<So2L then K=0(2)If{K1=0and K2=1}then{call PID2}(3)If{K1=1and K2=0}then{call PID3}第(1)条规则的意思是“如果系统处于全自动状态,当含氧量小于给定值时,基本控制器的给定值为Scontroller=SPID并调用控制器PID1;如果含氧量超出了给定值但没有超过危险值,基本控制器的给定值为Scontroller=SPID1并调用控制器PID1;如果含氧量超过了危险值,基本控制器的给定值为Scontroller=SPIDHH并调用控制器PID1”。第(2)条规则的意思是“如果以氧量作为调节对象,则调用控制器PID2”。第(3)条规则的意思是“如果以联氨含量作为调节对象,则调用控制器PID3”。2.2单输入多输出给水加氨pH控制系统与联氨加药系统相似,给水加氨系统的反馈量为给水pH值和电导率,关于控制量的波动问题与除氧加药系统也是类似的。所不同的是在给定值附近,给水电导率的灵敏度比pH值的灵敏度要高得多,并且电导率表的准确性和可靠性要比pH表高得多。因此我们用电导率作为控制的主要参数,pH值作为校验参数,为了提高可靠性,可以选择其中的一个参数作为反馈信号。系统的组成如图四所示,其智能控制算法的语言模型如下:(1)If K1=0and K2=0thenif{SpHL<pH<SpHH,K=0}then{Scontroller=SPID,call PID1,K=0};else if{pH≤SpHLor(SpHL≤pH<SpHLL,K=1)}then{Scontroller=SPID1,call PID1,K=1};图三给水含氧量和联氨智能控制系统else if{pH≥SpH or(SpHLL≤pH<SpHH,K=2)}then(Scontroller=SPIDHH,call PID1,K=2)else if pH<SpHLL then K=0。(2)If K1=0and K2=1then call PID2。(3)If K1=1and K2=0then call PID3。图四给水加氨智能控制系统第(1)条规则的大意是“如果系统处于全自动状态,当pH值在规定的范围之内并且原来就在给定范围之内时,基本控制器的电导率给定值为Scontroller=SPID并调用控制器PID1;如果pH值小于下限给定值,基本控制器的给定值为Scontroller=SPID1并调用控制器PID1;如果含氧量超过了危险值,基本控制器的给定值为Scontroller=SPIDHH并调用控制器PID1”。第(2)条规则的意思是“如果以电导率作为调节对象,则调用控制器PID2”。第(3)条规则的意思是“如果以pH值作为调节对象,则调用控制器PID3”。3应用实例图五示出了某发电厂两台300MW机组的分布式自动加药控制系统的组成原理。系统由一台上位机和两台前置控制器组成,系统通过上位机与电厂的管理信息系统相连,可以通过网络浏览加药系统的有关信息。两台锅炉的加药系统是完全相同的,下面以其中的一台为例来说明系统的组成和功能。给水联氨加药除氧控制系统中,控制器的输入信号为给水联氨信号和给水含氧量,其输出的4 ̄20mA信号给联氨加药变频器,控制加药泵的转速,调节联氨加药量。给水加氨pH值控制系统中,控制器的输入为给水pH值和给水电导率,控制器输出的4 ̄20mA信号控制加氨变频器的频率,调节氨的加药量。该加药控制系统具有很强的功能,每个子系统可以有多种工作方式,其主要功能分别叙述如下。3.1给水除氧控制子系统该系统可以选择双信号(联氨和含氧量)反馈自动控制方式、联氨反馈自动控制方式(含氧量不参加控制)和含氧量反馈控制方式(联氨不参加控制),三种控制方式可以互相切换、互为备用,适应面比较宽。当不使用联氨作为除氧剂时,可以选择含氧量反馈控制方式。手动方式可用于异常工况下的调整,具有手动增加/减少功能和给定值手动设定功能。3.2给水pH控制子系统该系统可以选择双信号(pH值和电导率)反馈自动控制方式、pH反馈自动控制方式(电导率不参加控制)和电导率反馈控制方式(pH不参加控制),两种控制方式可以互相切换、互为备用,适应面比较宽。手动方式可用于异常工况下的调整,具有手动增加/减少功能和给定值手动设定功能。4结束语发电机组的给水水质控制关系到发电机组的安全运行,目前大部分机组采用了简单的单变量反馈控制方式,当反馈信号出现故障或检修时,控制系统就处于手动状态,自动投入率不高。采用本文介绍的多输出反馈信号控制系统,控制方式多样灵活。每个子系统中只要参与控制的一个反馈信号能够正常工作,系统就能正常工作,极大地提高了系统的可靠性,这正好解决了由于电厂化学仪表异常率高而引起的自动无法投入的问题。本文介绍的加药控制系统经过两个电厂4台300MW机组两年的实际运行,其可靠性和可利用律都是十分令人满意的。参考文献图五300MW机组炉内加药控制系统智能变频技术在电站锅炉给水加药系统中的应用@张玉花$平顶山工学院!平顶山467001 @王康平$平顶山工学院!平顶山467001水处理;;模型;;电站;;加药;;变频器;;锅炉首先分析了发电机组锅炉给水加药系统的特性,给出了给水除氧加联氨系统、给水pH值控制加氨系统的单输入多输出(SIMO)数学模型。针对这些SIMO模型的实际情况提出了变结构冗余仿人智能控制方法,最后介绍了一个用于300MW机组的实际加药控制系统的组成和应用。[1]肖作善编.热力设备水汽理化过程[M].北京:水利电力出版社,1987. [2]杨智、杨照华、魏列江.电厂锅炉给水加药PLC控制系统设计与实现[J]自动化仪表,2001,22(8)35-37

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