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为节能减排添把火,看智能控制优化系统SY9000在生物质锅炉大显身手
发布时间:  2017/8/8  |  查看率:  468  |  作者:  互联网

背景:

山东郓城琦泉生物发电有限公司隶属琦泉能源科技有限公司,拥有两台130t/h高温超高压、带再热的生物质循环流化床锅炉发电机组,单元制运行。锅炉采用济南锅炉集团生产的YG-130/13.7-T锅炉,控制系统采用南京科远集团股份有限公司的NT6000分散控制系统。主要燃料为树皮、秸秆、单板等农林业废弃物。


2016年下半年,山东郓城琦泉生物发电有限公司#1机组正式投入商业运行。该生物质循环流化床机组初期很多控制回路没有实现自动,汽包水位、给料-主汽压力、一级、二级减温(主汽温度)、再热汽温、炉膛负压、二次风-氧量等控制回路均为手动操作。受燃料热值变化影响,运行中锅炉的汽包水位、主蒸汽压力等参数波动较大,运行人员频繁调整给水、给料量和二次风量,劳动强度较大;同时为了防止超温,运行人员通常过量喷减温水,导致主汽温度平均值偏低,没有实现经济燃烧,影响机组的热效率。


为了进一步提高锅炉的热效率,减少因人工调整不及时而造成的对锅炉效率的影响,实现效益最大化,满足电网和集团内部的考核要求,2017年5月,科远股份燃烧优化团队采用SY9000优化控制系统, #1机组实施燃烧优化改造。


SY9000优化控制系统由科远股份自主研发,由优化工作站、优化控制器、优化控制软件构成,运行稳定、可靠。SY9000可作为NT6000控制网络的一个节点,无需通讯协议转换,直接与现有控制网络连接,实现交互数据,具有较好的实时性。整体框架如下图所示:



燃烧优化项目实施过程

在与郓城琦泉生物质电厂的生产厂长、运行部长和锅炉专工等领导充分沟通的基础上,科远股份燃烧优化团队不到一月的时间,完成了#1机组的燃烧优化调试工作,并取得了令人满意的调试效果。


主要工作如下:

  • 优化平台部署,优化控制策略组态与静态调试;

  • 燃烧相关控制回路依次投入,参数整定与优化;

  • 资料整理、验收、工作交接、培训与文档备案。

前后时间大约两周。   


生物质燃烧优化控制策略特点:

  • 采用通用的基于辨识模型+最优控制理论整定PID参数控制思路。通过采集现场运行数据进行大数据分析,辨识被控对象特性传递函数,基于对象模型,按照最优控制理论设计PID参数。

  • 将模糊控制策略与PID+前馈控制策略相结合,实现主汽压力调节器参数的动态调整,获得更好的主汽压力调节性能。

  • 燃料主控调节器实现取料螺旋输送机指令调平,当自动状态中的某台取料螺旋输送机电机停运时,自动将该台转速指令平均分配给剩余参与自动调节的取料螺旋输送机。

  • 考虑承载螺旋输送机转动的频次对实际的取料量具有较大的影响,将运行中的取料螺旋输送机的平均电流信号作为判断依据,当该电流信号低于某限值时,自动依次转动→停止承载螺旋输送机,增加实际进入锅炉内部的给料量。

  • 完善的逻辑保护和语音报警功能:当测点或者执行机构出现异常时,优化控制系统自动切除,切换到运行人员手动状态,同时进行相应的语音报警提示。



以给料-主蒸汽压力控制回路为例,科远股份提供的控制原理图如下所示:

上述控制回路在采用了常规前馈+反馈控制策略的基础上,为了更好的调节品质,采用模糊控制策略对主汽压力调节器的参数进行实时动态调整。

燃烧优化效果

经过燃烧优化改造后,郓城琦泉#1机组的汽包水位、给料-主汽压力、一级、二级减温(主汽温度)、再热汽温、炉膛负压、二次风-氧量等控制回路均实现了自动,各控制回路自动投入率99%以上,大大减轻了运行人员工作强度。


机组各主要参数自动优化前后12小时数据样本对比曲线如下所示(蓝色曲线优化前,红色曲线优化后):

汽包水位

平均值

最大值

最小值

均方差

自动投入前

6.2233

85.3935

-110.7639

38.1689

自动投入后

4.5661

13.2408

-1.6086

6.7462

自动投入前后12小时数据分布对比,经过优化后汽包水位波动范围明显减少。以数理统计中均方差作为衡量标准,数据波动幅度仅为原来的17.67%。


主蒸汽流量

平均值

最大值

最小值

均方差

自动投入前

115.7501

121.4022

106.9388

2.1698

自动投入后

117.7759

120.4765

115.4189

0.7309

自动投入前后12小时数据分布对比,经过优化后主蒸汽流量波动范围明显减少。以数理统计中均方差作为衡量标准,数据波动幅度仅为原来的33.69%。


主蒸汽温度

平均值

最大值

最小值

均方差

自动投入前

529.2579

541.5142

518.2213

3.8072

自动投入后

534.7127

538.9659

527.8603

1.5327

自动投入前后12小时数据分布对比,经过优化后主蒸汽温度波动范围明显减少。以数理统计中均方差作为衡量标准,数据波动幅度仅为原来的49.89%,同时主蒸汽温度平均值提高了5度以上


主蒸汽压力

平均值

最大值

最小值

均方差

自动投入前

13.01138

13.3981

12.5894

0.1482

自动投入后

13.02211

13.2093

12.8569

0.0542

自动投入前后12小时数据分布对比,经过优化后主蒸汽压力波动范围明显减少。以数理统计中均方差作为衡量标准,数据波动幅度仅为原来的36.57%。

总结

  • SY9000智能控制优化系统成熟、可靠稳定,算法先进,易于安装部署;同时具有主流的工业以太网、MODBUS、OPC等通讯接口,可作为通用的优化控制平台对现有支持上述通讯接口的控制系统进行优化。

  • 本次针对生物质循环流化床锅炉,经过燃烧优化后,主要参数波动范围明显减少,在保证锅炉负荷快速响应生产需要的前提下主要参数波动范围减小一半以上。自动模式下机组燃料量、风量、给水流量、减温水流量实现精细化调整,可使锅炉受热面管束的热冲击减少,避免了系统手动状态下的阶跃性调整而造成的能源损耗,实现经济燃烧,减少了NOX环保数据越限的可能性,降低了运行人员调整不及时导致的锅炉超温乃至爆管,燃烧不充分导致结焦可能性,实现了锅炉处于安全状态下可长期稳定地在高负荷优化运行。

  • 以锅炉的吨料产汽量作为衡量依据,本次优化系统投运后节能效果明显,具有较好的经济效益。

  • SY9000智能控制优化系统可推广至相似类型的生物质循环流化床、垃圾焚烧炉等清洁能源机组,具有较好的社会效益。


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