一、引言 循環(huán)硫化床作為一種清潔高效燃燒技術在國內被廣泛認可，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，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，高效脫硫、氮氧化合物排量低、負荷調節(jié)范圍大、污染物排放低、灰渣綜合利用性能好等特點，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。送風系統(tǒng)由一次風（鼓風）和二次風組成，一次風由爐床下部送入爐膛，主要保證料層流化：二次風沿燃燒室分級多點送入，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入分離器，經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，使爐膛內有足夠高的灰度，保證流化；煙氣經過除塵器由引風機抽出。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機和水泵，而傳統(tǒng)的控制方式是采用檔板或閥門來調節(jié)風量和流量，雖然方法簡單，但實際上是通過人為增加阻力的辦法達到調節(jié)的目的，這種節(jié)流調節(jié)方法浪費大量電能。而采用變頻調速的特點是效率高，沒有因調速帶來的附加轉差損耗，調速的范圍大，精度高、無級調速。容易實現(xiàn)協(xié)調控制和閉環(huán)控制，由于可以利用原鼠籠式電動機，所以特別適合于對舊設備的技術改造，它既保持了原電動機結構簡單、可靠耐用、維護方便的優(yōu)點，又能達到節(jié)電的顯著效果，是鍋爐風機水泵節(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調節(jié)器、 變頻器等先進的控制設備,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行起?？刂疲瑢⒐?jié)約大量電能，實現(xiàn)鍋爐的經濟燃燒。下面以10噸流化床控制系統(tǒng)為例： 1．系統(tǒng)控制總體框圖如下： 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)中最重要的參數(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。 該水位信號同時作為自動調節(jié)的汽包水位測量信號，參與系統(tǒng)的自動調節(jié)。 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，通過調節(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。同時顯示儀表對爐膛壓力進行判斷，當爐膛壓力越限時報警、停爐。 溫度系統(tǒng)測量：溫度監(jiān)視點包括爐膛溫度、給水溫度、排煙溫度、空預器后溫度、冷風溫度、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，并對溫度進行異常判斷，異常時將異常信號送至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。 還有一次風壓、二次風壓、引風電機/鼓風電機轉速等。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，嚴重時會導致蒸汽帶水增多，增加在管壁上的結垢和影響蒸汽質量。水位過低，則會破壞水循環(huán)，引起水冷壁管的破裂，嚴重時會造成干鍋，損壞汽包。所以其值過高過低都可能造成重大事故。它的被調量是汽包水位，而調節(jié)量則是給水流量，通過對給水流量的調節(jié), 使汽包內部的物料達到動態(tài)平衡，變化在允許范圍之內。AI調節(jié)器根據(jù)差壓變送器測得的水位信號，經運算后直接控制變頻器的頻率，水位高時轉速降低，水位低時轉速升高，確保汽包水位恒定在設定水位。用切換開關選擇#1、#2水泵運行或備用?？驁D如下： 爐膛負壓自動控制： 爐膛負壓的大小受引風量、鼓風量的影響。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，爐膛漏風量增加，排煙損失增加，引風機電耗增加?？驁D如下： 在這幾個控制回路中都采用AI人工智能工業(yè)調節(jié)器進行調節(jié)，AI儀表具有模糊邏輯PID調節(jié)及參數(shù)自整定功能的先進控制算法。在誤差大時，運用模糊法進行調節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象；當誤差減小時，采用改進后的PID算法進行調節(jié)，并能在調節(jié)中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果最優(yōu)化。其具有無超調、高精度、參數(shù)確定簡單，對復雜對象也能獲得較好控制效果等特點，其整體調節(jié)效果比一般的PID算法更明顯。 表的型號為AI-808EI4X3L2L2，儀表的主要設置參數(shù)有： HIAL：上限報警 LOAL：下限報警 Df：回差（死區(qū)、滯環(huán)），用于避免因測量輸入值波動而產生報警頻繁動作。 Ctrl：控制方式，采用AI人工智能調節(jié)/PID調節(jié)，Ctrl＝1。 M5：保持參數(shù)，主要決定調節(jié)算法中的積分作用，和PID積分時間類似，M5越小，系統(tǒng)積分作用越強。M5=0時取消積分和AI人工智調節(jié)，成為PD調節(jié)器。 P：速率參數(shù)，與每秒內儀表輸出變化100%時測量值時應變化大小成正比，P=1000/每秒測量值的升高單位值（系統(tǒng)以0.1定義為一個單位）。 T：滯后時間，t越小，則比例和積分作用均成正比增強，而微分作用相對減弱，但整體反饋作用增強：反之，t越大，則比例和積分作用均減弱，而微分作用相對增強。 Ctl：輸出周期，反映儀表運算調節(jié)的快慢。 Sn：輸入反饋信號類型，Sn=15，信號為4-20mA。 Opt：輸出方式，Opt=4，輸出為4-20mA。 CF：系統(tǒng)功能選擇，可以選擇系統(tǒng)的調節(jié)方向。汽包水位和主汽壓力采用反作用調節(jié)方式，爐膛負壓采用正作用調節(jié)方式。 4、控制回路儀表的調試 AI儀表是這個系統(tǒng)的核心控制設備，它的控制效果直接影響整個系統(tǒng)的正常運行。在調試的時候鍋爐最好是帶壓狀態(tài)，因為帶壓情況下水泵、風機的負荷要比平時大的多，調試的結果也更理想。在沒有經驗控制參數(shù)的時候，為了達到最佳的控制效果，儀表要進行PID自整定，但一般的調節(jié)儀表在自整定時的調節(jié)狀態(tài)是位式控制，輸出量要么最大要么最小，在鍋爐系統(tǒng)中調節(jié)輸出大幅變化是不允許的。AI-808調節(jié)器具有手動自整定模式可以很好的解決這個問題，具體操作是：把儀表切換到手動輸出狀態(tài)，通過儀表的△ ▽鍵調整輸出量，使測量值盡量和設定值保持一致，然后在這個狀態(tài)下啟動自整定，這樣儀表的輸出值將限制在當前手動輸出值的±10%范圍內，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，可以通過微調M5、P、T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）鼓風機運行時，出現(xiàn)停引風機，發(fā)出報警，同時停鼓風機，（2）鼓風機運行時，且極低水位時，發(fā)出報警，同時停鼓風機，停給煤。（3）二次風機變頻故障時，發(fā)出報警，停給煤，停鼓風和引風機。 三、運行和操作 1、引風機控制 啟動條件：引風機啟動時應滿足以下條件，未按“引風機停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，引風機變頻器無故障信號發(fā)出，引風機處于停運狀態(tài)。此時，按下“引風機啟動”按鈕，引風機將啟動運行，“引風機運行指示燈”亮。調節(jié)儀表控制引風機轉速。 停止條件：當以下任一條件滿足時，引風機停止運行 “緊急停爐”按鈕按下，引風機變頻故障，“引風機停止”按鈕按下。 轉速調節(jié)： Ⅰ、手動調節(jié)：當“爐膛負壓”智能調節(jié)儀表AI-808顯示為輸出狀態(tài)時，按菜單鍵，“MAN”指示燈亮，此時按△ ▽鍵可調節(jié)儀表的輸出電流，通過變頻器即可改變引風機轉速。 Ⅱ、自動調節(jié)：儀表自動調節(jié)輸出電流，通過變頻器改變引風機轉速，自動控制爐膛負壓。自動調節(jié)時，當儀表顯示為測量值、設定值狀態(tài)時，按△▽鍵可調節(jié)儀表的設定壓力，從而改變爐膛負壓的大小。 2、鼓風機控制 啟動條件：鼓風機啟動時應滿足以下條件，未按“鼓風機停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，鼓風機變頻器無故障信號發(fā)出，鼓風機處于停運狀態(tài)。無“蒸汽壓力高”信號，引風機運行，給水泵運行。此時，按下“鼓風機啟動”按鈕，鼓風機將啟動運行，“鼓風機運行指示燈”亮。調節(jié)儀表控制鼓風機轉速。 停止條件：當以下任一條件滿足時，鼓風機停止運行 “緊急停爐”按鈕按下，鼓風機變頻器故障，引風機停止運行，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，“鼓風機停止”按鈕按下。 轉速調節(jié)： Ⅰ、手動調節(jié)：當AI-808顯示為輸出狀態(tài)時，按菜單鍵，“MAN”指示燈亮，此時按△▽鍵可調節(jié)儀表的輸出電流，通過變頻器即可改變鼓風機轉速。 Ⅱ、自動調節(jié)：儀表自動調節(jié)輸出電流，通過變頻器改變鼓風機轉速，自動控制蒸汽壓力。自動調節(jié)時，在儀表顯示為測量值、設定值狀態(tài)時，按△▽鍵可調節(jié)儀表的設定壓力，從而改變蒸汽壓力的大小。 3、給煤機控制 啟動條件：給煤機啟動時應滿足以下條件，未按“給煤機停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，給煤機變頻器無故障信號發(fā)出，給煤機處于停運狀態(tài)。鼓風機運行，此時，按下“給煤機啟動”按鈕，給煤機將啟動運行?！敖o煤機運行指示燈”亮，調節(jié)轉速設定器可改變給煤機轉速。 停止條件：當以下任一條件滿足時，給煤機停止運行 “緊急停爐”按鈕按下，給煤機變頻器故障，鼓風機停止運行， “給煤機停止”按鈕按下。 轉速調節(jié)： 給煤機啟動運行后，轉動給煤機轉速調節(jié)器，可調節(jié)給煤機轉速。順時針調節(jié)轉速增大，逆時針調節(jié)轉速降低。同時，若鼓風機轉速低于設定轉速時，給煤機轉速為 0，鼓風機轉速大于設定轉速時，給煤機轉速升為設定轉速。 4、給水泵控制 #1給水泵啟動條件：#1 給水泵啟動時應滿足以下條件，未按“給水泵停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，給水泵變頻器無故障信號發(fā)出，給水泵處于停運狀態(tài)，#1/#2水泵切換開關切至#1。此時，按下“給水泵啟動”按鈕，給水泵將啟動運行。調節(jié)儀表控制#1給水泵轉速 停止條件：當以下任一條件滿足時，#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水泵切換開關切至#2， “給水泵停止”按鈕按下。 轉速調節(jié)： Ⅰ、手動調節(jié)：當“汽包水位”調節(jié)儀表顯示為輸出狀態(tài)時，按菜單鍵，“MAN”指示燈亮，此時按△▽鍵可調節(jié)儀表的輸出電流，通過變頻器即可改變給水泵轉速。 Ⅱ、自動調節(jié)：儀表自動調節(jié)輸出電流，通過變頻器改變給水泵轉速，自動控制汽包水位。自動調節(jié)時，在儀表顯示為測量值、設定值狀態(tài)時，按△▽鍵可調節(jié)儀表的設定液位，從而改變汽包水位的大小。 #2給水泵啟動條件：#2給水泵啟動時應滿足以下條件，未按“給水泵停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，給水泵變頻器無故障信號發(fā)出，給水泵處于停運狀態(tài)，另未將泵切換開關切至#1水泵。此時，按下“給水泵啟動”按鈕，給水泵將啟動運行。調節(jié)儀表控制#2給水泵轉速。 停止條件：當以下任一條件滿足時，#2給水泵停止運行 “緊急停爐”按鈕按下，給水泵變頻器故障，水泵切換開關切至#1，“給水泵停止”按鈕按下。 轉速調節(jié)： 與#1水泵調節(jié)方式一樣。 當所有設備啟動完成后，且無故障發(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(tǒng)應具有可靠的報警裝置，當出現(xiàn)以下情況時，蜂鳴器將發(fā)出聲訊報警，同時，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、引風機變頻器故障、鼓風機變頻器故障、給煤機變頻器故障、給水泵變頻器故障等。 出現(xiàn)以上異常后，PLC將根據(jù)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 系統(tǒng)采用智能儀表進行自動調節(jié)，PLC聯(lián)鎖保護，控制精度和穩(wěn)定性大大提高，是一個比較理想的控制方案，且鍋爐變頻改造后有以下優(yōu)點： 1、變頻起動對電網(wǎng)任何沖擊小。由于有變頻調節(jié)，對于風機可以實現(xiàn)變頻軟起動，風機在低頻下啟動，啟動電流很小，啟動時間延長，避免了原來在較大慣性負荷情況下，數(shù)倍的額定起動電流對電網(wǎng)和機械設備的沖擊，有效延長了電機壽命。而且變頻還可以隨時起動或停止； 2、按需調節(jié)風量，避免浪費。由于變頻器通過變頻調節(jié)風機的轉速來控制風機的送風量而不再需要由風門來調節(jié)，其調節(jié)范圍可以從0%—100%；因而可以根據(jù)生產工藝要求隨意調節(jié)風量，減少了不必要的浪費； 3、變頻節(jié)能運行，節(jié)約了大量能源。采用變頻使用后，不再使風機一直處于滿負荷工作狀態(tài)，另外風機閥門處于全開狀態(tài)，其節(jié)能效率顯著； 4、降低風機工作強度，延長使用壽命。采用變頻使用后，風機的大部分工作時間都在較低的速度下運行，因而大大降低了風機工作的機械強度和電氣沖擊，將會大大延長風機的使用壽命，降低維修強度； 5、使用變頻后，由于啟動和停止時間都可以設定，減少了對煙道、風道和風門擋板的沖擊腐蝕，相應的延長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(jié)約了大量維護費用。 6、可使電動機與風機直接相連接，減少傳動環(huán)節(jié)的費用； 7、電機和風機運轉速度下降，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。