一、引言

循環(huán)硫化床作為一種清潔燃燒技術(shù)在國內(nèi)被廣泛認(rèn)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(yīng)性廣、燃燒效率高、燃燒強(qiáng)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(fù)荷調(diào)節(jié)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(tǒng)送入爐膛。送風(fēng)系統(tǒng)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?fàn)t膛內(nèi)有足夠高的灰度，保證流化；煙氣經(jīng)過除塵器由引風(fēng)機(jī)抽出。鍋爐控制系統(tǒng)主要有汽包水位自動控制、主汽壓力自動控制、爐膛壓力自動控制、給煤自動控制，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(jī)和水泵，而傳統(tǒng)的控制方式是采用檔板或閥門來調(diào)節(jié)風(fēng)量和流量，雖然方法簡單，但實(shí)際上是通過人為增加阻力的辦法達(dá)到調(diào)節(jié)的目的，這種節(jié)流調(diào)節(jié)方法浪費(fèi)大量電能。而采用變頻調(diào)速的特點(diǎn)是效率高，沒有因調(diào)速帶來的附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速的范圍大，精度高、無級調(diào)速。容易實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和閉環(huán)控制，由于可以利用原鼠籠式電動機(jī)，所以特別適合于對舊設(shè)備的技術(shù)改造，它既保持了原電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到節(jié)電的顯著效果，是鍋爐風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能的較理想的方法。

二、系統(tǒng)介紹

控制系統(tǒng)采用PLC、觸摸屏、 AI調(diào)節(jié)器、 變頻器等先進(jìn)的控制設(shè)備,對蒸汽鍋爐施行有效的聯(lián)動控制,系統(tǒng)具有聯(lián)鎖/手動切換功能，PLC 對鍋爐進(jìn)行可靠的聯(lián)鎖控制、 報(bào)警提示，確保鍋爐的安全運(yùn)行，由于采用變頻器對電機(jī)進(jìn)行起停控制，將節(jié)約大量電能，實(shí)現(xiàn)鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒。下面以10噸流化床控制系統(tǒng)為例：

2．主要監(jiān)視參數(shù)：

  汽包水位：汽包水位是鍋爐控制系統(tǒng)中zui重要的參數(shù)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，測量儀表將該電流信號轉(zhuǎn)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)作為自動調(diào)節(jié)的汽包水位測量信號，參與系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)。

主汽壓力：用壓力變送器將主汽壓力轉(zhuǎn)換為4—20mA的電流信號，通過調(diào)節(jié)儀表將主汽壓力顯示出來。

爐膛壓力：爐膛壓力采用微壓變送器將爐膛壓力轉(zhuǎn)換為4—20mA的電流信號，通過顯示儀表將爐膛壓力顯示出來。同時(shí)顯示儀表對爐膛壓力進(jìn)行判斷，當(dāng)爐膛壓力越*報(bào)警、停爐。

溫度系統(tǒng)測量：溫度監(jiān)視點(diǎn)包括爐膛溫度、給水溫度、排煙溫度、空預(yù)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(bào)警。

流量測量：蒸汽流量測量采用渦街流量計(jì)，將蒸汽流量轉(zhuǎn)換為頻率信號，送至流量記錄儀顯示出來。

  還有一次風(fēng)壓、二次風(fēng)壓、引風(fēng)電機(jī)/鼓風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速等。這些參數(shù)可以接到數(shù)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

汽包水位自動控制：汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)，水位過高，會破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致蒸汽帶水增多，增加在管壁上的結(jié)垢和影響蒸汽質(zhì)量。水位過低，則會破壞水循環(huán)，引起水冷壁管的破裂，嚴(yán)重時(shí)會造成干鍋，損壞汽包。所以其值過高過低都可能造成重大事故。它的被調(diào)量是汽包水位，而調(diào)節(jié)量則是給水流量，通過對給水流量的調(diào)節(jié), 使汽包內(nèi)部的物料達(dá)到動態(tài)平衡，變化在允許范圍之內(nèi)。AI調(diào)節(jié)器根據(jù)差壓變送器測得的水位信號，經(jīng)運(yùn)算后直接控制變頻器的頻率，水位高時(shí)轉(zhuǎn)速降低，水位低時(shí)轉(zhuǎn)速升高，確保汽包水位恒定在設(shè)定水位。用切換開關(guān)選擇#1、#2水泵運(yùn)行或備用。

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

蒸汽壓力自動控制：對蒸汽壓力穩(wěn)定有要求的場合需要對它進(jìn)行控制，通過控制鼓風(fēng)的轉(zhuǎn)速來保持蒸汽壓力的穩(wěn)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(diào)整。

在這幾個(gè)控制回路中都采用AI人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，AI儀表具有模糊邏輯PID調(diào)節(jié)及參數(shù)自整定功能的先進(jìn)控制算法。在誤差大時(shí)，運(yùn)用模糊法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象；當(dāng)誤差減小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動學(xué)習(xí)和記憶被控對象的部分特征以使效果*化。其具有無超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡單，對復(fù)雜對象也能獲得較好控制效果等特點(diǎn)，其整體調(diào)節(jié)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(shè)置參數(shù)有：

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

Ctrl：控制方式，采用AI人工智能調(diào)節(jié)/PID調(diào)節(jié)，Ctrl＝APID。

P：比例系數(shù)，定義APID調(diào)節(jié)比例帶，單位與測量值相同。

I：積分時(shí)間，主要決定調(diào)節(jié)算法中的積分作用，I越小，系統(tǒng)積分作用越強(qiáng)。

    D：微分時(shí)間，主要是改善系統(tǒng)的滯后，D越大，超前調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)。

Ctl：輸出周期，反映儀表運(yùn)算調(diào)節(jié)的快慢。

InP：輸入反饋信號類型，設(shè)置為15，信號為4-20mA。

Opt：輸出方式，Opt=4-20，輸出為4-20mA。

Act：系統(tǒng)正反功能選擇，可以選擇系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方向。汽包水位和主汽壓力采用反作用調(diào)節(jié)方式，爐膛負(fù)壓采用正作用調(diào)節(jié)方式。

4、控制回路儀表的調(diào)試

   AI儀表是這個(gè)系統(tǒng)的核心控制設(shè)備，它的控制效果直接影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在調(diào)試的時(shí)候鍋爐是帶壓狀態(tài)，因?yàn)閹呵闆r下水泵、風(fēng)機(jī)的負(fù)荷要比平時(shí)大的多，調(diào)試的結(jié)果也更理想。在沒有經(jīng)驗(yàn)控制參數(shù)的時(shí)候，為了達(dá)到的控制效果，儀表要進(jìn)行PID自整定，但一般的調(diào)節(jié)儀表在自整定時(shí)的調(diào)節(jié)狀態(tài)是位式控制，輸出量要么zui大要么zui小，在鍋爐系統(tǒng)中調(diào)節(jié)輸出大幅變化是不允許的。AI-719調(diào)節(jié)器具有手動自整定模式可以很好的解決這個(gè)問題，完整操作是：把儀表切換到手動輸出狀態(tài)，通過儀表的△ ▽鍵調(diào)整輸出量，使測量值盡量和設(shè)定值保持一致，然后在這個(gè)狀態(tài)下啟動自整定，這樣儀表的輸出值將限制在當(dāng)前手動輸出值的±10%范圍內(nèi)，從而避免出現(xiàn)輸出值的大幅變化。在多數(shù)情況下，自整定一次就可以使獲得滿意的控制效果。如果控制有偏差時(shí)，可以通過微調(diào)P、I、D參數(shù)來修正。

5、鍋爐聯(lián)鎖

鍋爐聯(lián)鎖對確保鍋爐的安全運(yùn)行起著重要的作用。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(jī)運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)停引風(fēng)機(jī)，發(fā)出報(bào)警，同時(shí)停鼓風(fēng)機(jī)，（2）鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，且極低水位時(shí)，發(fā)出報(bào)警，同時(shí)停鼓風(fēng)機(jī)，停給煤。（3）二次風(fēng)機(jī)變頻故障時(shí)，發(fā)出報(bào)警，停給煤，停鼓風(fēng)和引風(fēng)機(jī)。

三、運(yùn)行和操作

1、引風(fēng)機(jī)控制

啟動條件：引風(fēng)機(jī)啟動時(shí)應(yīng)滿足以下條件

未按“引風(fēng)機(jī)停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，引風(fēng)機(jī)變頻器*信號發(fā)出，引風(fēng)機(jī)處于停運(yùn)狀態(tài)。此時(shí)，按下“引風(fēng)機(jī)啟動”按鈕，引風(fēng)機(jī)將啟動運(yùn)行，“引風(fēng)機(jī)運(yùn)行指示燈”亮。調(diào)節(jié)儀表控制引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速

停止條件：當(dāng)以下任一條件滿足時(shí)，引風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行

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

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：

Ⅰ、手動調(diào)節(jié)：當(dāng)“爐膛負(fù)壓”智能調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)儀表的輸出電流，通過變頻器即可改變引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

Ⅱ、自動調(diào)節(jié)：儀表自動調(diào)節(jié)輸出電流，通過變頻器改變引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，自動控制爐膛負(fù)壓。自動調(diào)節(jié)時(shí)，當(dāng)儀表顯示為測量值、設(shè)定值狀態(tài)時(shí)，按△▽鍵可調(diào)節(jié)儀表的設(shè)定壓力，從而改變爐膛負(fù)壓的大小。

2、鼓風(fēng)機(jī)控制

啟動條件：鼓風(fēng)機(jī)啟動時(shí)應(yīng)滿足以下條件

未按“鼓風(fēng)機(jī)停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，鼓風(fēng)機(jī)變頻器*信號發(fā)出，鼓風(fēng)機(jī)處于停運(yùn)狀態(tài)。無“蒸汽壓力高”信號，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，給水泵運(yùn)行。此時(shí)，按下“鼓風(fēng)機(jī)啟動”按鈕，鼓風(fēng)機(jī)將啟動運(yùn)行，“鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行指示燈”亮。調(diào)節(jié)儀表控制鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速

停止條件：當(dāng)以下任一條件滿足時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行

“緊急停爐”按鈕按下，鼓風(fēng)機(jī)變頻器故障，引風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，給水泵停止，蒸汽壓力高報(bào)警，爐膛負(fù)壓高報(bào)警，汽包水位低報(bào)警，“鼓風(fēng)機(jī)停止”按鈕按下。

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：

Ⅰ、手動調(diào)節(jié)：當(dāng)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(diào)節(jié)儀表的輸出電流，通過變頻器即可改變鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

Ⅱ、自動調(diào)節(jié)：儀表自動調(diào)節(jié)輸出電流，通過變頻器改變鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，自動控制蒸汽壓力。自動調(diào)節(jié)時(shí)，在儀表顯示為測量值、設(shè)定值狀態(tài)時(shí)，按△▽鍵可調(diào)節(jié)儀表的設(shè)定壓力，從而改變蒸汽壓力的大小。

3、給煤機(jī)控制

啟動條件：給煤機(jī)啟動時(shí)應(yīng)滿足以下條件

未按“給煤機(jī)停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，給煤機(jī)變頻器*信號發(fā)出，給煤機(jī)處于停運(yùn)狀態(tài)。鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，此時(shí)，按下“給煤機(jī)啟動”按鈕，給煤機(jī)將啟動運(yùn)行。“給煤機(jī)運(yùn)行指示燈”亮，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速設(shè)定器可改變給煤機(jī)轉(zhuǎn)速

停止條件：當(dāng)以下任一條件滿足時(shí)，給煤機(jī)停止運(yùn)行

“緊急停爐”按鈕按下，給煤機(jī)變頻器故障，鼓風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行， “給煤機(jī)停止”按鈕按下。

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：

給煤機(jī)啟動運(yùn)行后，轉(zhuǎn)動給煤機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，可調(diào)節(jié)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速。順時(shí)針調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速增大，逆時(shí)針調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速降低。同時(shí)，若鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，給煤機(jī)轉(zhuǎn)速為 0，鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，給煤機(jī)轉(zhuǎn)速升為設(shè)定轉(zhuǎn)速。

4、給水泵控制

#1給水泵啟動條件：#1 給水泵啟動時(shí)應(yīng)滿足以下條件

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(yùn)狀態(tài)，#1/#2水泵切換開關(guān)切至#1。此時(shí)，按下“給水泵啟動”按鈕，給水泵將啟動運(yùn)行。調(diào)節(jié)儀表控制#1給水泵轉(zhuǎn)速

停止條件：當(dāng)以下任一條件滿足時(shí)，#1給水泵停止運(yùn)行

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

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：

Ⅰ、手動調(diào)節(jié)：當(dāng)“汽包水位”調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)儀表的輸出電流，通過變頻器即可改變給水泵轉(zhuǎn)速。

Ⅱ、自動調(diào)節(jié)：儀表自動調(diào)節(jié)輸出電流，通過變頻器改變給水泵轉(zhuǎn)速，自動控制汽包水位。自動調(diào)節(jié)時(shí)，在儀表顯示為測量值、設(shè)定值狀態(tài)時(shí)，按△▽鍵可調(diào)節(jié)儀表的設(shè)定液位，從而改變汽包水位的大小。

#2給水泵啟動條件：#2給水泵啟動時(shí)應(yīng)滿足以下條件

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(yùn)狀態(tài)，另未將泵切換開關(guān)切至#1水泵。此時(shí)，按下“給水泵啟動”按鈕，給水泵將啟動運(yùn)行。調(diào)節(jié)儀表控制#2給水泵轉(zhuǎn)速

停止條件：當(dāng)以下任一條件滿足時(shí)，#2給水泵停止運(yùn)行

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

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：與#1水泵調(diào)節(jié)方式一樣。

當(dāng)所有設(shè)備啟動完成后，且*發(fā)生，就可以切換到聯(lián)鎖控制狀態(tài)。

5、聯(lián)鎖報(bào)警控制

系統(tǒng)應(yīng)具有可靠的報(bào)警裝置，當(dāng)出現(xiàn)以下情況時(shí)，蜂鳴器將發(fā)出聲訊報(bào)警，同時(shí)，相應(yīng)報(bào)警指示燈閃爍：

爐膛負(fù)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(yù)器后溫度高、給水溫度低、引風(fēng)機(jī)變頻器故障、鼓風(fēng)機(jī)變頻器故障、給煤機(jī)變頻器故障、給水泵變頻器故障等。

出現(xiàn)以上異常后，PLC將根據(jù)聯(lián)鎖條件決定停下相應(yīng)的設(shè)備。按下“消音”按鈕后，蜂鳴器停發(fā)聲訊，報(bào)警指示燈常亮，直到報(bào)警信號消除為止。

四、結(jié)語

   系統(tǒng)采用智能儀表進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，PLC聯(lián)鎖保護(hù)，控制精度和穩(wěn)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、變頻起動對電網(wǎng)任何沖擊小。由于有變頻調(diào)節(jié)，對于風(fēng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)變頻軟起動，風(fēng)機(jī)在低頻下啟動，啟動電流很小，啟動時(shí)間延長，避免了原來在較大慣性負(fù)荷情況下，數(shù)倍的額定起動電流對電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備的沖擊，有效延長了電機(jī)壽命。而且變頻還可以隨時(shí)起動或停止；

　　　　2、按需調(diào)節(jié)風(fēng)量，避免浪費(fèi)。由于變頻器通過變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量而不再需要由風(fēng)門來調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)范圍可以從0%—*；因而可以根據(jù)生產(chǎn)工藝要求隨意調(diào)節(jié)風(fēng)量，減少了不必要的浪費(fèi)；

　　　　3、變頻節(jié)能運(yùn)行，節(jié)約了大量能源。采用變頻使用后，不再使風(fēng)機(jī)一直處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，另外風(fēng)機(jī)閥門處于全開狀態(tài)，其節(jié)能效率顯著；

　　　　4、降低風(fēng)機(jī)工作強(qiáng)度，延長使用壽命。采用變頻使用后，風(fēng)機(jī)的大部分工作時(shí)間都在較低的速度下運(yùn)行，因而大大降低了風(fēng)機(jī)工作的機(jī)械強(qiáng)度和電氣沖擊，將會大大延長風(fēng)機(jī)的使用壽命，降低維修強(qiáng)度；

　　　　5、使用變頻后，由于啟動和停止時(shí)間都可以設(shè)定，減少了對煙道、風(fēng)道和風(fēng)門擋板的沖擊腐蝕，相應(yīng)的延長了很多零件的使用壽命，有效的提高了相應(yīng)設(shè)備的檢修周期，節(jié)約了大量維護(hù)費(fèi)用。

　　    6、可使電動機(jī)與風(fēng)機(jī)直接相連接，減少傳動環(huán)節(jié)的費(fèi)用；

　　　　7、電機(jī)和風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度下降，潤滑條件改善，傳動裝置的故障下降；

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