基于DCS系统的循环流化床锅炉给煤机智能控制程序设计

李辉德

[摘    要] 目前我国许多火电厂采用循环流化床锅炉进行产汽发电，锅炉给煤机的给煤控制大多采用单纯的PID闭环调节控制来实现。在实际生产运行过程中会出现皮带机运行故障，或者煤湿结团等原因导致进煤口堵煤，单纯PID闭环调节就无法控制在设定给煤量，导致入炉煤总量减少，人工调整不及时就会造成锅炉生产的负荷波动，影响锅炉的产汽量，最终影响汽轮发电机的发电效率。通过在DCS系统设计给煤机智能控制程序，能够实现多台给煤机之间相互监督，出现异常能够实时相互弥补给煤的差量，从而保证整体入炉煤总量不变。实际运行后表明，此设计可以避免锅炉给煤机故障，或者堵煤等不畅带来的负面影响，保证了循环流化床锅炉的稳定运行。

[关键词]给煤机;DCS系统;PID调节;智能控制程序

[中图分类号]TP23 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）02–000–04

Design of Intelligent Control Program for Coal Feeder of

Circulating Fluidized Bed Boiler Based on DCS System

Li Hui-de

[Abstract]At present， many thermal power plants in my country use circulating fluidized bed boilers to generate steam and generate electricity. Most of the coal feeding control of the coal feeder of the boiler is realized by simple PID closed-loop regulation control. In the actual production and operation process， there will be belt conveyor failures， or coal wet agglomeration， etc.， which may cause coal blockage at the coal inlet. Simple PID closed-loop adjustment cannot control the set coal feeding amount， resulting in a reduction in the total amount of coal fed into the furnace， and artificial If the adjustment is not timely， it will cause the load fluctuation of the boiler production， affect the steam production of the boiler， and ultimately affect the power generation efficiency of the turbine generator. By designing the intelligent control program of the coal feeder in the DCS system， it is possible to realize the mutual supervision of multiple coal feeders， and to make up for the difference in coal feeding in real time in case of abnormality， so as to ensure that the overall total amount of coal fed into the furnace remains unchanged. After the actual operation， it is shown that this design can avoid the negative impact of the failure of the coal feeder of the boiler or the blockage of coal， and effectively ensure the stable operation of the circulating fluidized bed boiler.

[Keywords]coal feeder; DCS system; PID adjustment; intelligent control program

某公司熱电装置有两台130 t/h循环流化床锅炉，设计一台25 MW的抽背机组，是肩负着全公司生产集中供热、供电的重要装置。每台循环流化床锅炉有3台给煤机同时为锅炉给煤，在实际运行过程中，难免会有部分给煤机电机等设备故障，或者雨季煤湿结团等原因造成进煤口堵煤情况的发生，发现和调整不及时就会影响汽轮机负荷波动以及下游生产装置的用汽质量。因此，给煤机智能程序设计，使给煤机之间具备相互监督、相互弥补的功能，提高整个给煤机系统自身抗干扰能力，对于全公司生产具有重要的意义。

1 原系统程序设计及特点

1.1 给煤机的工作原理

给煤机系统主要由储煤仓、进口闸阀、皮带输送机、称重传感器、出口闸阀等组成。现场布置了电气控制柜，柜内设置了皮带秤控制仪、变频器等电气设备。储煤仓中的煤通过进口闸阀进入给煤机皮带，皮带秤对皮带上的煤进行称重，通过调节变频器的频率可以控制皮带机的运行速度，进入锅炉内部的瞬时煤量与进入皮带上的实际煤量和皮带机的速度成正比，即皮带上的煤越多，皮带转速越快，进入锅炉内部的煤就越多。通过称重传感器把给煤瞬时称重量实时上传到DCS系统，操作人员可以根据负荷要求调节不同的给煤量。525B1428-FFEF-4C7E-A6AE-0DA00EFC1391

1.2 传统给煤机控制程序的缺陷

传统设计锅炉现场每台给煤机都配置一台变频器，一般通过手动调整变频器的频率来实现调整皮带转速，从而达到所需要的给煤量。或者单纯做一个PID控制，通过DCS系统可以远程设定生产所需要的给定值，PID控制根据实际给煤量与设定给煤量进行比较，通过连续闭环控制系统的不断调整，使得实际给煤量维持在设定值，实现锅炉负荷的稳定，控制原理如图1所示。

当被控制对象也就是给煤机出现故障或者堵煤时，实际给煤量会逐渐减少，与设定给煤量差值会逐增大，原有的闭环连续控制将被打破，通过PID控制无法完成调节，最终输出的给煤量也无法维持，随之锅炉负荷也就出现波动。

2 智能程序设计

某公司拥有的两台循环流化床锅炉，每台锅炉分别由3台皮带式给煤机为锅炉炉膛输送燃煤。DCS系统采用ABB公司提供的AC800F系统，现场与DCS系统之间重要参数变量主要有给煤机电机运行信号、煤的瞬时重量、控制变频器转速的输出信号等。每台给煤机有独立的皮带秤进行称重，有独立的变频器控制皮带转速，主要通过对给煤机运行状况和给煤机入口的堵煤状态进行实时监控，从而把任意运行故障的给煤机或者堵煤的给煤机引起的给煤差量平均分配到运行正常的给煤机。

2.1 DCS程序设计流程

程序的设计是建立在PID控制程序的基础上，主要是对给煤机现场经常出现的异常因素进行分析，并从程序设计上对这些异常因素进行规避，实现给煤机之间相互监督、相互补偿的功能，最终使得进入锅炉炉膛的煤总量不受影响，即当其中某台给煤机出现了设备故障，或者堵煤无法正常下料，这台给煤机原本的输煤量就会下降，此时控制系统将向操作人员进行故障报警，并把该台给煤机的实际给煤差量迅速由正常运行的给煤机承担，保证锅炉生产运行所需要的设定给煤量。设计程序流程如图2所示。

2.2 智能程序使用的变量

3台给煤机的运行反馈信号为bool型变量，分别为YL1、YL2、YL3，当YL1、YL2、YL3为bool值0时表示给煤机为故障状态，当YL1、YL2、YL3为bool值1时表示给煤机为正常运行状态。Set为float变量，是3台给煤机PID控制下运行时的设定值，入炉给煤总量为3Set。FI1、FI2、FI3为float变量，分别为3台给煤机PID控制运行下的实际给煤量。Δt1、Δt2、Δt3为浮点型变量，分别为3台给煤机在PID控制下运行过程中设定值与实际给煤机之间的差值，Δt1=Set-FI1、Δt2=Set-FI2、Δt3=Set-FI3、当给煤机没有故障或堵煤时，Δt1≈Δt2≈Δt3≈0。OP1、OP2、OP3为，3台给煤机变频器实际输出频。BJ1、BJ2、BJ3为bool型变量，分别为3台给煤机的故障或堵煤标记，标记值为0表示给煤机正常运行，标记值1为给煤机出现故障或者出现堵煤，且在PID控制运行无法达到设定给煤量。

2.3 标记故障或堵煤的给煤机

设定3台给煤机实际运行过程中的异常触发条件，当给煤机出现故障而停止，或者实际给煤量与设定值差量达0.5 t/h，并且变频器输出频率达到了50 Hz时，判定正常进行PID控制运行无法满足设定给煤量，通过逻辑运算进行标记。标记程序如图3所示。

2.4 统计故障或堵煤给煤机的数量

SEL是一种二进制开关功能块，第一个引脚输入的二进制信号控制了随后两个输入引脚的值传递给输出值。通过标记信号可以对故障或堵煤给煤机进行数量统计，数量统计程序，如图4所示。

当BJ1、BJ2、BJ3值为bool型0时，把第二个输入引脚值0.0传递给GZ1、GZ2、GZ3。当BJ1、BJ2、BJ3值为bool型1时，把第二个输入引脚值1.0传递给GZ1、GZ2、GZ3，从而鉴别了给煤机异常的数量。因此通过标记变量就可以得出故障或堵煤给煤机的数量为GZ4=GZ1+GZ2+GZ3。

2.5 故障或堵煤造成的实际给煤差量

设定3台给煤机的给煤差量之和为Δt4，Δt4=Δt1+Δt2+Δt3，正常运行状态的给煤差量Δt1≈Δt2≈Δt3≈0。

当任意一台给煤机出现故障或堵煤时，其余两台给煤机正常运行，实际的给煤差量为Δt4，分配到两台正常给煤机的差量为Δt4/2=Δt5，并把赋值于Δt7，赋值程序如图5所示。

当任意两台给煤机出现故障或堵煤时，其余一台给煤机正常运行，实际的给煤差量为Δt4，分配到一台正常给煤机的差量为Δt4=Δt6，并把赋值于Δt8，赋值程序，如图6所示。

当3台给煤机同时出现故障或者堵煤时，智能程序退出，并做声光报警提醒由人工介入停炉。

实际的给煤差量为Δt9，因为GZ4=1与GZ4=2为不同时出现的两种情况，所以Δt9=Δt7、Δt8=0、或Δt9=Δt8、Δt7=0，即Δt9=Δt7+Δt8。

2.6 把故障或堵煤的给煤差量分配到正常的给煤机

在PID控制运行中3台给煤机的设定值分别为Set+ΔSet1、Set+ΔSet2、Set+ΔSet3，3台给煤机同时正常运行状态下ΔSet1、ΔSet2、ΔSet3均为0。当出现故障或者堵煤时，只有正常运行的给煤机会增加给煤差量，这样就把任意故障给煤机的给煤差量Δt9实时均分给了正常运行的给煤机，差量分配程序如图7所示。

3 运行结果与分析

在实际生产运行中，操作人员可以根据锅炉运行负荷来设定给煤机的总给煤量，设定给煤量平均分配到锅炉3台给煤机，作为智能程序控制的目标给定值，生产负荷相对稳定时投入智能控制程序，3台给煤机总入炉煤维持在设定值。当任意一台或者两台给煤机出现故障，或者单台实际给煤量与设定值大于0.5 t/h，同时变频器频率已升高至50 Hz，判定该台给煤机出现了异常，同时把给煤的差量平均分配到其他正常的给煤机，增加正常给煤机的设定值，最终保证了入炉煤的总量不变，运行画面如图8所示。运行结果表明，智能控制程序运行稳定，出现异常时能迅速作出调节反应，保证锅炉负荷稳定，达到了设计的预期。

4 结束语

隨着时代的发展，火电厂生产控制要求也会越来越高，需要其运行稳定性的要求也越来越高。给煤机智能控制程序的设计，克服了传统给煤机控制程序单纯使用PID控制的弊端，这种建立给煤机之间彼此相互监督相互补充的机制为锅炉稳定运行发挥显著的作用，为下游化工装置供电、供热提供了有力的保障。同时在专业的火力发电厂给煤机控制系统或其他类似给料环节的设备也具有一定的借鉴意义，通过在控制程序上去解决根本的问题，可以有效提高了生产设备的服务水平，促进企业经济效益的提高。

参考文献

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