一种基于模糊控制方法的电站锅炉空气预热器漏风控制系统.pdf

热力发电 2007 12 收稿日期 200705 04 E mail ydsw_cbk 163. com 一种基于模糊控制方法的电站锅炉 空气预热器漏风控制系统 陈必坤 红海湾发电有限公司, 广东 汕尾 516623 [ 摘要] 介绍已应用于某发电厂的回转式空气预热器 空预器 漏风控制系统的工作原理。分析了 造成空预器漏风的主要原因, 提出了一种采用基于语言控制规则的模糊控制器来实现空 预器漏风控制的新方法。实际运行结果表明, 该系统能够有效地降低空预器的漏风, 使得 机组总体漏风率下降 10 , 为机组的安全满负荷运行提供了保证。 [ 关键词] 模糊控制; 电站锅炉; 回转式; 空预器; 负荷; 间隙; 漏风 [ 中图分类号] T P273. 4 [ 文献标识码] A [ 文 章 编 号] 10023364 2007 12007204 1 漏风原因 回转式空预器漏风包括携带漏风和直接漏风两部 分。携带漏风由空预器的结构形式、 尺寸大小和转速 决定。转速越低, 携带漏风越小。目前转子的设计速 度 低值 为 1 2 r/ min, 此种漏风无法减小; 直接漏 风与密封间隙成正比, 其中轴向和周向漏风约占总漏 风的 30 40, 其余 60 70 的漏风则是由径向 漏风造成 图 1 。因此, 要降低回转式空预器漏风, 应 主要减少径向漏风量。 随着锅炉向大容量、 高参数的发展, 回转式空预器 的直径不断增大, 300 MW 机组锅炉回转式空预器转 子的内径达到 10 m, 其在实际运行中产生的蘑菇状热 变形相对增大, 密封片与扇形板之间的间隙增大, 并且 随着炉膛温度的升高变形量增加, 造成的漏风也就越 大。变形量模型可以表示为 S f T, D 1 图 1 回转式空预器转子冷热状态比较 式中 S 为径向密封片与回转式空预器转子法兰面之 技术交流 热力发电 2007 12 间的距离; T 为省煤器出口烟气温度; D 为空预器转子 直径。 2 存在问题及解决方法 目前解决回转式空预器径向漏风主要从以下 2 个 方面考虑 1 从空预器本体结构入手, 采用变形较小的副转 子; 2 采用配有电动执行机构的扇形板调节装置, 在 回转式空预器运行过程中, 不断检测径向密封片与空 预器转子法兰面之间的距离, 反馈至执行机构进行调 整, 保持径向密封片与空预器转子法兰面在最佳位置。 目前国内多采用机械探针检测 上世纪 80 年代末 引进美国 CE 公司 300 MW 机组锅炉技术附带 , 径向 密封片与空预器转子法兰面之间的距离, 其原理是在 回转式空预器内安装一个机械探针, 探针前端与旋转 转子法兰面直接接触, 伸出另一端在外, 每 4 h 探测一 次 探测完毕提起探针 , 根据其位置的变化得到间隙 的变化, 并以此为依据进行调整。由于目前机组很少 能够长时间稳定运行, 特别是对于调峰机组, 随着负荷 的变化回转式空预器间隙也会发生变化。实践表明, 机械探针式测量空预器间隙存在以下缺点 1 随着下 探次数增加, 探针的磨损增大, 导致测量不准确, 控制 精度亦随之下降; 2 难以检测径向密封片与空预器转 子法兰面之间的精确距离, 无法实现漏风的控制。 为了克服上述缺点, 对回转式空预器中密封片与 扇形板之间的间隙进行了非接触式测量, 其特点如下 1 传感器可以在 800 高温区域内连续工作, 适 应锅炉烟道的高温环境。 2 传感器可不接触连续检测密封片与转子法兰 面之间的间隙, 不存在磨损问题。 3 传感器送出的信号经变送器放大、 整形和非线 性温度补偿后, 由计算机进行数据采集处理, 根据回转 式空预器运行的工况发出相应的控制信号, 形成调节 装置自动跟踪控制。 4 控制系统采用工控机, 可靠性高, 适用于长期 连续运行。 图 2为三分仓结构扇形板电动调节装置控制漏风 示意。图 2 中 3 块扇形板之间空隙部分分别表示空气 与烟气通道。 图 2 回转式空预器扇形板电动调节装置控制漏风示意 3 回转式空预器扇形板电动调节装置 回转式空预器扇形板电动调节装置包括间隙测 量、 信号转换及计算机控制几部分, 并具有检测多路故 障 传感器异常、 电动机过载、 上升越限、 下降越限等 的功能, 可采用通用数据接口进行通讯。该装置通过 安装于扇形板前端下表面的电涡流传感器连续检测转 子法兰面与扇形板之间的位移量, 由变送器将该测量 信号转换为标准信号送入相应的控制单元进行实时处 理。当实际间隙大于设定值时, 调节扇形板下降; 当实 际间隙小于设定值时, 提升扇形板; 当实际间隙与设定 值近似相等或偏差不大时, 保持扇形板位置不变。这 样, 使得回转式空预器间隙始终保持在所要求的范围 内, 从而使得漏风为最小, 以达到节能降耗目的。 3. 1 间隙测量与信号转换 1 间隙传感器 间隙传感器安装于回转式空预 器内部的调节扇形板上, 对空预器密封间隙进行连续 检测。 2 信号转换器 信号转换器与涡流传感器相对 应, 将检测到的间隙值转换为 4 20 mA 或 0 10 V 电信号。该转换器安装在回转式空预器外部适当的位 置, 环境温度低于 70 。 3 间隙传感器专用电源 专用电源为涡流传感 器提供工作电源。输入 220 V 交流电源, 即可获得 4 路独立 15 V 直流电源。该电源安装在现场就地操 作柜内。 技术交流 热力发电 2007 12 4 间隙指示表 间隙指示表安装在现场就地操 作柜上, 用于指示转子法兰与扇形板之间的实际间隙 值。方便用户现场监视操作。 3. 2 控制系统 空预器漏风控制系统采用工控机实现对多路间隙 信号的实时数据采集、 处理和漏风控制, 并将信号传输 至 DCS 实现运行状态监视、 报警、 打印报表等功能。 该控制系统工控机组态软件采用美国 Rockwell 公司的人机界面软件 Rsview32。 Rsview32 将 VBA 作 为其系统功能的扩展语言, VBA 集成开发环境帮助 用户在 Rsview32 内建立、 调试和运行 VBA 子程序, 通过 VBA 实现 Rsview32 数据与第三方程序捆绑。 由于 Rsview32 与微软产品使用了相同的编程语言, 因此 Rsview32 与 Access、 Excel 等拥有模块级的内部 可交互性, 可在软硬件功能上进行扩展。 4 基于模糊 Fuzzy的控制策略 由于回转式空预器运行过程中转子受热后发生的 蘑菇状变形规律复杂, 其规律不具有严格的线性关系, 精确关系无法求得。对此, 采用基于经典控制论的常 规控制方法无法满足控制要求[ 1, 2]。因此, 提出了采用 以控制径向漏风间隙最小为目标的模糊控制策略实现 回转式空预器径向漏风控制。 基于 Fuzzy 控制策略可分为基于模糊关系方程方 式和基于语言控制规则方式 2 种。 本系统采用基于语言控制规则方式。取输入变量 与输出变量语言值的模糊子集为 { NB, NM, NS, Z, PS , PM, PB}。 输入变量 E S0– S k S0为间隙给 定值, Sk 为实际间隙检测值 , 设 E 的论域为X , 控 制量 U 的论域为 Y, 并将其大小量化为 7 个等级, 分别 表示为- 3, - 2, - 1, 0, 1, 2, 3, 则 X Y {- 3, - 2, - 1, 0, 1, 2, 3}。 考虑到算法的实时性, 对输出变量在精确化过程 中采用了选择最大隶属度方法。选取 Fuzzy 子集中隶 属度最大的元素作为控制量。如在表 1 中, 对应于 NM 的最大隶属度为 1, 此时, 输出元素为- 7, 选择控 制动作执行电动机上升 7 s。依此, 对应处理各种不同 间隙误差值, 其执行电动机动作时间见表 2。 表 1 输出控制量 NBNMN SZPSPMPN 上升 10 s 上升 7 s 上升 4 s 保持不变 下降 4 s 下降 7 s 下降 10 s 表 2 输入变量的模糊子集 - 6 - 5 - 4 - 3 - 2 - 10123456 PB0000000000. 1 0. 4 0. 81. 0 PM000000000. 2 0. 7 1. 0 0. 70. 2 PS00000000. 8 1. 0 0. 7 0. 200 O000000. 510. 500000 N S000. 2 0. 7 1. 0 0. 90000000 N M 0. 2 0. 7 1. 0 0. 7 0. 200000000 N B 1. 0 0. 8 0. 4 0. 1000000000 控制规则用语言描述为, 若 E 为负大, 则 U 为正 大; 若 E 为负小, 则 U 为正小; 若 E 为零, 则 U 为零, 反之, 依此类推。在实际系统运行中, 输入变量的模糊 化 即隶属函数的选取 是整个系统稳定运行的技术关 键。本系统的变量模糊关系是在多台机组上进行大量 试验的基础上总结得到的。 采用以上控制方案, 基本解决了回转式空预器径 向漏风问题, 该控制系统实际应用结果表明, 机组总体 漏风率下降了近 10 。在某电厂 300 MW 机组锅炉 上进行了空预器漏风试验, 试验测试条件为在投入控 制系统和不投控制系统时对风道中的烟气含量进行测 定并进行折算, 试验结果见表 3。 表 3 试验结果机组负荷 288 MW 项目 投运前 漏风率/ 投运后 漏风率/ 送风机 电流/ A 引风机 电流/ A 一次风机 电流/ A A 侧18. 310. 840. 1170.596. 6 B 侧19. 911. 441. 1171.697. 2 5 结 语 基于 Fuzzy 控制器的空气预热器漏风控制系统投 入使用后, 系统性能得到明显改善, 完全消除了文献 [ 1] 中提到的空预器扇形板被提至上限时因上限行程 开关触点未动作而导致其扇形板调节电动机过载损坏 的现象。在机组稳定运行中, 空预器扇形板调节机构 技术交流 热力发电 2007 12 ∀ 动作频率减少, 延长了执行机构的使用寿命, 提高了控 制系统的鲁棒性, 一般 能使空预器漏风率降低约 10 。该控制系统作为电站锅炉的重要控制设备, 在 保证机组安全、 经济运行中发挥着积极的作用。到目 前, 该控制系统在国内外十余个电厂的近 30 多台机组 上投入实际应用, 取得了良好的经济效益。 [ 参 考 文 献] [ 1] 栾秀春, 李士勇. 火力发电机组锅炉控制技术的新进展 [J]. 热能动力工程, 2003, 18 4 329333. [ 2] 李士勇. 模糊控制神经控制和智能控制论[M ]. 哈尔滨工 业大学出版社, 1998. AIRLEAKAGE CONTROL SYSTEM OF AIR PREHEATER FOR UTILITY BOILERS BASED ON FUZZY CONTROL CHEN Bikun Honghaiwan Power Generation Co Ltd, Shanwei 516623, Guangdong Province, PRC Abstract The working principles of air leakage control systems for rotary air preheaters used already in one power plant have been summarized, the main causes leading to airleakage of air preheaters being analysed, putting forward a new for realizing air leakage control of the air preheaters by using the fuzzy controller based on the language control regulations. Results of practical appli cation show that the said system can effectively reduce airleakage of the air preheater, making the total airleakage rate of the unit to be reduced by 10 , providing guarantee for safe operation under full load of the unit. Key wordsfuzzy control; utility boiler; rotary type; air preheater; load; clearance; airleakage 上接第 71 页 用电动机功率 380 kW。某热电厂 1 号泵房的 6 台 24Sh19型循环水泵实际运行扬程只有 22 m, 因实际运 行工况点偏离设计工况点较远, 运行效率一般只有 60 左右。为此, 对 6 台泵全部进行技术改造。改造 后, 最佳工况点的流量接近 3 600 m 3/ h, 扬程 24. 7 m, 效率 87. 3。与改造前相比, 实际流量约增加 300 m 3/ h, 效率提高约 17 个百分点。改后电流为 28. 5 A, 比改造前平均降低 8 A。按机组年运行 8 760 h 以及 年平均运行 4 台泵计算, 全年节电 236. 71 万 kW h, 按电价 0. 2 元/ kW h 计算, 则年节约电费 47. 342 万 元。 RETROFITTING TECHNOLOGY FOR ENERGYSAVING OF CIRCULATING WATER PUMPS AND APPLICATION THEREOF XIAO Xinghe, XUE Yanting Xi∀ an Thermal Power Research Institute Co Ltd, Xi∀ an 710032, Shaanxi Province, PRC Abstract Directing against problems of low efficiency in operation and high energy consumption etc. for various specifications of sin gle stage double suction horizontal type circulating water pumps, such as Sh series, XJ series, and SA series etc. , equiped in coordi nation with thermal power units of lower than 200 MW, technical retrofit for energy saving has been carried out for several tens of pumps. After retrofitting, the efficiency of said pumps has been enhanced, having remarkable enerysaving result. The related tech nologies and partial concrete examples of energysaving retrofit have been presented. Key words200 MW unit; circulating water pump; uplift head; technical retrofit for energysaving 技术交流