燃煤锅炉燃烧控制系统研究与工程化应用.docx

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1、燃煤锅炉燃烧限制系统的探讨及工程化应用指导老师：冯江涛学生姓名：冯鑫泽、李帅、康永财、毛曙兵摘要：本文以试验室SMPTTOOO为探讨对象，在了解其工艺流程和限制需求的基础上进行了燃烧系统的动态特性分析，建立了数学模型，确定了限制方案，并以试验室西门子过程限制系统PCS7为限制装置，进行了工程实施。运行结果表明，该方案不仅能满意负荷须要，而且保证了锅炉的平安和经济运行。关键词：Swyr1000；燃烧限制；PCS7；工程化应用Researchandengineeringapp1.icationofcombustioncontro1.systemforcoa1.firedboi1.erSummary

2、Jnthispaper,wemadeSMPT-1000inthethe1.aboratoryastheresearchobject.Afterunderstandingitsprocessf1.owandcontro1.requirement,wedidsomeresearchondynamiccharacteristicsofcombustionsystem,setupmathematica1.mode1.andsett1.edcontro1.scheme.Besides,weputitintoeffectonthebaseoftakingSiemensPCS7processcontro1.

3、systemforcontro1.device.Therunningresu1.tsshowedthatnoton1.ytheschemecanmeettheneedsof1.oad,buta1.soitcanensurethesafetyandeconomyofboi1.eroperation.Keywords:SMPT-1000;combustioncontro1.;PCS7;engirneeingapp1.ication1、燃煤锅炉的半实物仿真对象SMPTTOOO系统分析1.1 工艺流程分析所选被控对象是流程工业领域常见的强制通风式锅炉，通过锅炉辐射及对流传热，将肯定流量的物料A加热到工

4、艺要求的温度。G1*KiFV1.105:0.0000 %TI1.104 o.oooo,cFV1.101:0.0000 %P1.lOl0,00 %FI1.lOl0.OOOOHV1.lOl:0.0000 %H1.lOl0.0000 MPaFV1.104： 0.0000 %FI1.103:0D000 kgfeP1.102:0.0000 %FI1.104:0.0000 ra3sS1.101:0.0000 %FI1.105:00000 kg/sT1201:0.0000aCTI1.102:0.0000 ,cTI1103:SOoOOPDonorooooo%TI1. 105:0,0000Aiiiorooow%

5、FI1107:OOOOO kg/sTI1.lOl0.0000 1PI1102:0.0000 mmH2O图17锅炉工艺流程图如图IT所示，待加热物料A经由上料泵P1.1.O1.泵出，流量为F1.1.IO1,流量管线设有调整阀FV1.1.O1.和旁路阀HV1.Io1。待加热物料进入换热器EI1.O1.及热物料换热后，进入加热炉F1.IOI的对流段。进入换热器E1.1.O1.的待加热物料A走管程，一方面对热物料A的温度起到减温的作用，另一方面也能对待加热物料A起到肯定的预热作用。加热炉对流段由多段盘管组成，炉膛产生的高温烟气自上而下通过管间，及管内的物料A换热，回收烟气中的余热并使物料A进一步预热。

6、对流段流出的物料A全部进入F1.1.o1.辐射段炉管,接受燃烧器火焰的辐射热量，达到所要求的高温后出加热炉，进入换热器EIIO1,进行温度的微调并为冷物料预热，最终以工艺所要求的物料温度输送给下一生产单元。燃料经由燃料泵P1102泵入加热炉的燃烧器，流量为FI1103,压力为PIIIOI,燃料流量管线设调整阀FV1104,空气由变频鼓风机K1.1.O1.送入燃烧器，流量为F1.1.1.04o为适应生产负荷的变更，燃烧过程中有最佳比例K,比例K是随不同负荷和燃料的变更而变更。衡量燃烧效率的凹凸可用烟气中的含氧量AI1.1.O1.来评价。炉膛压力为PI1102,对流段的出口烟气温度为TI1105,

7、在烟道内设有挡板DOIIOIo为了使炉膛内保证肯定的负压，并且有效利用烟气的温度，必需限制挡板在一个合适的开度，并且适应生产的变更。物料A出料口流量为FI1105,温度为TI1104,并且管道上设有阀FV1.IO5,维持流量稳定和温度稳定是整个限制系统的最终目的。协同整个管道上调整阀的开度的变换，可使流量稳定，通过TI1104可作为反馈限制换热器的效果。1.2 限制需求分析1.2.1 满意生产指标的考虑在热物料A流量稳定的前提下，保证热物料A的出口温度维持在工艺要求范围之内。通过限制燃料和空气的比值，来限制锅炉的温度，结合换热器的出口温度限制，从而实现对物料A加热到所要求的温度，从而达到限制要

8、求。全部操作要保证有序进行，工况要保持全程稳定，并要充分考虑生产过程中可能出现的异样工况。1.2.2 满意节能指标的考虑出于对效能、环境等因素的考虑，要求在限制系统的设计和实施中对燃料用量等能耗等指标予以充分考虑，通过实时的对加热炉加热物料流程的限制，可以有效的削减燃料奢侈。1.2.3 满意全自动限制的要求从生产单元冷态起，依据开车步骤实施全自动依次限制，保证开车稳步进行，保证系统无扰投运。1.2.4 满意系统平安限制的要求强制通风式锅炉在一般不加以平安联锁限制的状况下，可能会发生一些意向不到的事故，例如，物料上料不刚好，导致锅炉干烧，从而可能导致爆炉；在开车前不刚好检测炉膛内是否有燃料或者是

9、炉膛气体是否在爆炸限一下，也可能发生事故等，所以通过一系列包括声光报警、平安联锁、紧急停车、平安仪表等功能设计及限制，从而较小事故的发生率，保隙工况正常平稳运行，进而提高生产效率。1.3 对象特性分析为了进行SMPTIOoo锅炉动态特性的探讨，事先将锅炉调控在一个稳定状态，见图1-1所示。其中，物料A进口流量限制阀FVI1.O1.开度20%、热物料出口流量限制阀FVI1.05开度100%、燃料流量限制阀FVI1.o4开度25%、鼓风机（空气流量）SHO1.开度20%、烟气挡板DoI1.O1.开度100机图IT对象的初始稳定状态1.3.1 物料流量的动态特性分析影响物料流量变更的因素：物料进口调

10、门开度、物料出口调门开度、物料供料压力以及旁路调门开度的大小等。在旁路调门全关、物料调门全开、对物料进口调门开度施加幅值为10%阶跃信号时，物料流量的动态响应曲线如图1-2所示。图1-2物料流量的动态响应曲线由图1-2可知，物料流量动态响应过程是无延迟、有惯性的。当物料流量的阀门开度从20%开度到30%开度变更时，依据切线法可以得出，物料A的阀门开度变更时流量的动态特性传递函数可以近似表示为：依据上述结论，当物料A进口流量限制阀FV1.1.O1.开度依次变更为：20%30%40%-30%,相对应物料流量的动态特性及传递函数基本相符。物料温度的动态特性分析影响物料温度变更的因素有燃料流量、物料流

11、量、空气量、烟气挡板开度。在物料流量为15%,送风量SII(H为20%,烟道挡板DO1.1.O1.全开、对燃料量调门开度施加幅值为5%的阶跃信号，物料温度的动态响应曲线如图1-3所示。00号昼0w0sraI 二Ig1.- O残1. E1S1JIgl.昼Ia3 -0呼一0后一昼二0贫0希。亨0Ob片一氏*9ie1.eak-l，s1Tel.:1ep171riKY91.01h】K1)w157.031*3771.T111O5P11102AIIIOI一T11O3T1.1.104r11O4图1-3燃料量扰动的动态响应曲线由图1-3可知，燃料量扰动下的物料出口温度动态响应过程是有延迟、有惯性的。当燃料流量限

12、制阀FV1.1.04开度变更为：25%-30%,保证其他变量不变的状况下，空气流量在肯定的范围内，由于燃料量增加,炉膛内的温度就会增加，对物料A供应的热量增加，因此热物料出口温度TII104上升。此时，其它条件肯定的状况下，依据切线法可以求出，燃料量的调门开度变更时出口温度的动态特性可以用下列传递函数近似表示：、1059.44G(S)=z-T7C(43.95+1)4(19.75s+1)依据上述结论，当燃料流量限制阀开度在30%335%340%依次变更时，相应的物料出口温度的动态特性及所建模型基本相符。在物料流量为15%,燃料量调门为25%,烟道挡板DO1.1.O1.全开、对送风量风机S1.1.

13、O1.施加幅值为5%的阶跃信号，物料温度的动态响应曲线如图1-4所示。图1-4送风量扰动的动态响应曲线由图1-4可知，送风量扰动下的出口温度动态响应过程是有惯性的。当鼓风机S1.1.OI开度变更为：20%一25%,保证其它量不变的状况下，送风量变更时相应物料温度的动态特性可以用下列传递函数近似表示:G(S)=139.44S(179.035+1.)3(78.77s+1.)依据上述结论，当鼓风机S1.1.o1.开度在25%30%f35%等变更时，相应的物料出口温度的动态特性及所建模型基本相符。同时，在保证其他变量不变的状况下，空气量的增多，会在排烟时带走炉膛内一部分热量，炉膛内温度降低，对物料A的

14、供热量减小，因此热物料出口温度T1.1.1.o4下降。但是，假如送风量正好合适时，因为燃料可以充分燃烧，可能会增加炉膛温度，对物料A的供热量增加，因此热物料出口温度TII1.(M也可能上升。同时，送风量增加，会导致烟气含氧量增加，炉膛真空度下降。从详细数值上看,炉膛真空度还在平安范围之内，而烟气含氧量超出了1%3%的范围，保证不了燃烧的经济性。在物料流量为15%,燃料量调门为25%,送风量SI1.o1.为20%、对烟道挡板DOnO1.全开、施加幅值为50%的阶跃信号，物料温度的动态响应曲线如图1-5所示。111B1-一1.-导-j1 1gl1glslilgll.d冲：*j5iihii1I-,l

15、1ai 一,j 旨Isi-ls1sr=s1ce1cs1c810i1v1。贫片由图1-6可知，变负荷工况下物料出口温度的动态响应过程是有延迟、有惯性的。当物料A进口流量限制阀FV1.1.O1.开度变更为：20%25%,保证其他变量不变的状况下，进物料增多，炉膛相对供应应物料A的热量减小，因此热物料出口温度TII1.O4出现先上升后下降的变更状况。而炉膛真空度和烟气含氧量均减小，但减小的幅度不大。此时，物料A阀门开度变更时出口温度的动态特性可以用下列传递函数近似表示：G(S)=319(67.17+1)3(59.78s+1)依据上述结论，当物料A阀门开度在25%30%35%等变更时，物料出口温度的动

16、态特性及所建模型基本相符。1.3.3烟气含氧量的动态特性分析影响烟气含氧量变更的因素有燃料量、烟气挡板开度、送风量。在物料流量为15%,燃料量调门为25%,烟道挡板DoIIO1.为IO0%、对送风量风机SIIO1.施加幅值为5%的阶跃信号，烟气含氧量的动态响应曲线如图1-7所示。由动态响应曲线图1-7可知，送风量扰动下的烟气含氧量动态响应过程是有延迟、有惯性的。当鼓风机S1.IO1.开度变更为：20%25%,保证其他变量不变的状况下，空气量增多，燃烧剩下的空气量增加，所以排出的烟气中含氧量明显上升。此时，鼓风机阀门开度变更时烟气含氧量的动态特性可以用下列传递函数近似表示：G(S)=55.36S

17、(36.72+1)(33.787s+1.)依据上述结论，当鼓风机的阀门开度在25%30%35%等变更时，烟气含氧量的动态特性及所建模型基本相符。在物料流量为15%,燃料量调门为25%,送风量S1.1.O1.为20%时，对烟气挡板DO1.1.O1.施加幅值为50%的阶跃信号，烟气含氧量的动态响应曲线如图1-8所示。i事5I：I- iJ I 事 可1i1i-:-1.-oi片-il-ml-=Jg1一卷一l-gi0m.” 导.同周 M - =HU- V9 一Igl倒-l.-.llil.-,llgi-ocrJi一圈lsloJm 一豆Id一I.H7B266.19 I324.12813.697.091j80

18、Q.J5T1.l106PII1.o2FI1105图1-8烟气挡板扰动的动态响应曲线由动态响应曲线图1-8可知，烟气挡板扰动下的烟气含氧量动态响应过程是有延迟、有惯性的。依据前面的分析可知：当烟气挡板开度减小时，烟囱的抽力减弱，随烟气一同被抽入烟囱中的空气量削减，因此烟气中的含氧量AII1.ol上升。此时，烟气挡板阀门开度在50%到IO0%变更时烟气含氧量的动态特性可以用下列传递函数近似表示:G(S)=0.708(31.2s+ (24.66s+ 1)依据上述结论，当烟气挡板的阀门开度在30% 60%90%等变更时，烟气含氧量的动态特性及所建模型基本相符。由图1-3和图1-8可知，燃料量和送风量的

19、变更都会影响烟气含氧量。当燃料量和送风量之比在某一数值时，烟气含氧量会在要求的1.%-3%之间。因此，这里作了多个燃料量及送风量比值下，烟气含氧量的动态响应曲线。图1-9所示为燃料量及送风量比值由0.8变更为0.88时，烟气含氧量的动态响应曲线。同时可得出了多个比值下，烟气含氧量的数值，如下表1.2所示，作为烟气含氧量比值限制的依据。S.S11.l.81-LC_一 ” 亏01.424bb .4tt d忸62.936507.471讪jieYl 9.207T73812.39730004QO0 l JOOO60007000800090001TH105PH1021101FI1105TI1104图1-9

20、比值扰动的动态响应曲线表1-2燃料量及空气量不同比值下的烟气含氧量值燃料量：空气量(此处为限制阀开度比)烟气含氧量AI1.1.O1.25：25（I：I）3.75325：22（I：0.88）2.37925：20（I：0.8）1.381.30：20（I：0.67）0.010由动态响应曲线图1-9可知，燃料量及空气量比值扰动下的烟气含氧量动态响应过程是有延迟、有惯性的。志向的含氧量值在1-3之间，燃料量及空气量的比值增加，烟气中的含氧量下降。燃料量及空气量的比值减小，烟气中的含氧量上升。通过计算，得燃料量及空气量的比值应当为1.136。1.3.4炉膛负压的动态特性分析影响炉膛负压变更的因素有空气量大

21、小、烟气挡板开度。在物料流量为15%,燃料量调门为25%,烟气挡板开度DO1.1.O1.为100%、对送风量SI1.1.O1.施加幅值为5%的阶跃信号，炉膛负压的动态特性曲线如图1-10所示。者专Ii属s.得 JJ-圄-1一 躇.利圄利-一图1-10送风扰动的动态响应曲线由图I-Io可知，送风量扰动下的炉膛负压动态响应过程是有延迟、有惯性的。当鼓风机S1.1.o1.开度变更为：20%25%,保证其他变量不变的状况下，空气量增多，燃料相对削减，炉膛内的剩余空气量增多,使得炉膛真空度P1.II02下降，即炉膛内压力上升。此时，鼓风机的阀门开度在20%到25%变更时炉膛负压的动态特性可以用下列传递函

22、数近似表示：G(W.(22.68s+D(17.69s+1)依据上述结论，当鼓风机的阀门开度在25%30%f35%等变更时，炉膛负压的动态特性及所建模型基本相符。在物料流量为15%,燃料量调门为25%,送风量SII1.O1.为20%、对烟气挡板开度DOI1.O1.施加幅值为50%的阶跃信号，炉膛负压的动态特性曲线如图1-11所示：,39OOtwoteODOO1.县.i与jQD.ID.UpD手g啊刎目nt1.mIhm 式mn 专 m0IR。域01.cl0l、6.86S04.177,二 一 ，Su4.9B265.47266.1 913.“1. I24.1 281 N. 73，*1 13.697工09

23、1OOO9000图1-11烟气挡板扰动的动态响应曲线由图1-11可知，烟气挡板扰动下的炉膛负压的动态响应过程是有延迟、有惯性的。当烟气挡板DO1.1.O1.开度变更为：100%50%,保证其他变量不变的状况下，烟囱的抽力减小，被排入烟囱中的烟气量削减，因此炉膛内真空度PH1.02下降，即炉膛内压力上升。此时，烟气挡板的阀门开度变更时炉膛负压的动态特性可以用下列传递函数近似表示：、265.18G(S)=；J；(41.3751(13.65s+1)依据上述结论，当烟气挡板的阀门开度在30%60%f90%等变更时，炉膛负压的动态特性及所建模型基本相符。2、限制方案须要从基础限制系统、开车依次限制系统、

24、平安系统等方面进行限制方案的设计和选择。其中平安系统的设计应包括燃料量限速限制、防止炉膛灭火、炉管爆裂、回火、脱火、进料中断等限制系统。在限制方案的选择上应充分考虑到绿色生产、节能减排降耗等，力求燃料量最少、废料最少、燃烧最充分等。下面仅介绍开车依次限制系统和基础的温度、物料、烟气含氧量和炉膛负压等限制方案。2.1 开车依次限制系统采纳SFC编程，实现从生产单元冷态起，依据开车步骤实施全自动依次限制，保证开车稳步进行且系统无扰投运，可使设计简洁、程序条理清晰、易读懂和修改，非原设计者也可以进行调试和修改，而且执行高效，平安牢靠。开车流程见图2-1所示。图2T开车方案流程图2.2 温度限制系统采

25、纳串级限制系统，运用副回路的快速作用，以锅炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉对流段入口温度为副变量，构成炉出口温度及炉对流段入口温度的串级限制系统有效地提高限制质量，以满意工业生产的要求。串级限制系统的工作过程，就是指在扰动作用下，引起主、副变量偏离设定值，由主、副调整器通过限制作用克服扰动，使系统复原到新的稳定状态的过渡过程。锅炉出口温度串级限制系统其结构方框图如图2-2所示：图2-2温度限制系统方案图图2-2中，出口温度限制器、燃料流量限制器和空气流量限制器均采纳PID限制。2.3 物料A进料流量限制系统当燃烧工况肯定时，燃料燃烧所释放出的能量是肯定的。依据能量守恒原理，当物料A的流量增

26、加时，物料A的出口温度会降低；反之，当物料A出口的流量削减时，物料A出口温度会上升。为了削减物料A进料流量波动对物料A出口温度的影响，要对物料A进料流量进行限制。图2-3物料A出口流量限制系统方框图图2-3中，物料A流量限制器采纳P1.D限制。2.4 烟气含氧量限制系统烟气含氧量风量闭环限制系统可以看作是一个燃料流量及风量的定比值限制系统，在燃烧过程中，为了使得燃料燃烧充分且烟气含氧量在最优值，一般燃料流量及风量成肯定比值，保证燃料燃烧充分且不奢侈。当燃料流量发生变更时，风量限制器的设定值将发生变更，刚好调整空气的流量，使得风量快速跟踪燃料量，保持肯定的比值。图2-4烟气含氧量风量闭环限制方块

27、图图2-4中，空气流量限制器和烟气含氧量限制器均采纳PID限制。2.5 炉膛负压限制系统当锅炉运行，机组负荷发生变更时，进入炉膛的燃料量和风量将相应发生变更，那么燃料在炉膛中燃烧产生的烟气也将随之变更。为了保证炉膛内的正常负压，必需对烟道挡板行相应的调整。因为当炉膛内负压过低，势必使炉膛、烟道的漏风量进一步加大，不仅燃烧损失增加，而且可能造成燃烧不稳、燃烧恶化而使锅炉灭火；假如炉膛内负压过高，炉膛内的火焰和高温烟气就会向外喷泄，影响加热炉的平安运行。所以炉膛负压调整系统就是维持炉膛压力在肯定允许范围内，保证锅炉燃料能稳定燃烧。当烟道挡板开度小时，烟囱口温度就会低，对流段的余热回收率就高，但是炉

28、膛负压会增大；当挡板开的大时，炉膛压力会减小，但是炉膛热量会散失的多，尾烟的余热回收率就会低。为此，当炉膛负压在规定值范围内，用烟道挡板出口处的温度去限制挡板的开度；当炉膛负压在规定值之外时，利用压力限制器去限制挡板的开度。这样就可以在保证炉膛负压的同时，还可以体现节能减排的经济性。炉膛负压图2-5炉膛负压限制系统方框图图2-5中，压力限制器和烟气温度限制器均采纳PTD限制。3、工程化应用在确定了限制方案的基础上，我们对系统所需的检测元件和执行机构进行了选择，对DCS系统的硬件进行选型，确定了体系结构。最终以试验室的西门子PCS7为限制装置，以SMPTIoOo为过程对象，进行了CFC的组态及调

29、试，最终的运行结果表明臼限制方案的可行性。3.1检测元件和执行机构的选择依据系统工艺流程以及工艺要求的特点，结合所选输入输出点对测量元件进行配置选型，详细如表3-1所示。表3-1设备清单序号检测点说明位号测点类型仪表类型型号厂家1物料A进料流量FT1.1.O1.AI涡街流量计1.UGB江苏宏光2换热器入口物料流量FT1.102AI涡街流量计1.UGB江苏宏光3燃料流量FT1.103AI涡街流量计1.UGB江苏宏光4空气量FT1.104AI涡街流量计1.UGB江苏宏光5热物料A出口流量FT1.105AI浮子流量计1.ZH江苏宏光6炉膛中心火焰温度TI1.1.O1.AI铠装热电偶WGKR重庆川仪7

30、对流段出口物料温度TT1.102AI铠装热电阻WZGPK重庆川仪8辐射段出口物料温度TT1.103AI铠装热电阻WZGPK重庆川仪9热物料出口温度TT1.104AI铠装热电阻WZGPK重庆川仪10烟气温度H1.105AI铠装热电阻WZGPK重庆川仪11燃料压力PT1.1.O1.AI差压变送器1.H-3851/DP江苏宏光12烟气含氧量AI1.1.O1.AI氧化错分析仪YB-88重庆川仪13炉膛压力PT1.102AI微差压变送器1.H-3852/GP江苏宏光14炉膛燃烧状态指示D1.1.O1.DO指示灯XB2-B施耐德15物料进料管限制阀FV1.1.O1.AO电动阀VBD重庆川仪16燃料管限制阀

31、FV1.104AO电动阀VBD重庆川仪17物料出料管限制阀FV1.105AO电动阀VBD重庆川仪18烟气挡板DO1.1.O1.AO19物料进料管旁路阀HV1.1.O1.AO电动阀VBD重庆川仪20上料泵启停开关HS1.1.O1.DI角行程电动机RHA-M重庆川仪21燃料泵启停开关HS1.102DI角行程电动机RHA-M重庆川仪22鼓风机启停开关HS1.103DI变频鼓风机M重庆川仪23炉膛点火按钮HS1.104DI按钮ZB2-B施耐德设备选择说明：（1）1.UGB涡街流量计，压力损失小，测量范围大，精度高，几乎不受流体密度、压力、温度等参数的影响，测量介质温度范围-20250。符合本次试验要求

32、。（2）铠装热电偶温度范围-40-1200,输出信号为标准4-2OMA信号。木设计中用于炉膛内温度测量。一般炉膛温度范围900-1IOOeC,不超过1200eCo（3）装热电阻温度范围-200-600,输出信号为标准4-20MA信号。木设计中用来测量其他温度的测量。如主蒸汽出口温度最高限制在300左右，一般为200左右。换热器进入对流段物料温度在60C左右。进入辐射段温度为120左右。出辐射段物料温度为220C左右。物料初始温度为20C。（4） 1.H-3851/1851GP型压力变送器，最小测量负压IKpa,适用对象液体，气体和蒸汽。输出标准信号。本设计中用于测量炉膛负压。一般炉膛负压范围-

33、20-60Pa。（5） 1.H-3851/1851DP型压力变送器，测量范围OVKpa,适用对象液体，气体和蒸汽。本设计中用于其他压力的测量。（6）烟气正常含氧量为3%-8%o本次设计中选用的分析仪为氧化铝分析仪，本系统中烟气含氧量为5%左右。（7）热物料A出口流量限制在15kgs,由于出口温度的限制因此测量元件选用金属管浮子流量计，该流量计具有耐高温、高压的特性，同时可以用于测量腐蚀、不透亮介质，输出信号为模拟量4-20MA标准信号。（8） RHAf角行程智能电动执行机构误差小，是智能一体机。同时输出模拟信号4-20MA标准信号，可及PROF1.BUS、HART等通讯。（9） M系列智能变频

34、电动执行机构分辩率高、无磨损、寿命长、数字信号干脆传输微处理器，传感器精度高，抗干扰实力强，不受环境温度的影响，可配置PROFIBUS等现场总线。3.2 DCS选型及体系结构限制系统采纳西门子SIMAT1.CPCS7过程限制系统，所需的硬件配置见表3-2所示，所确定的体系结构见图3-1所示。表3-2PCS7硬件配置表序号设备名称数量说明1P1.C400H2冗余P1.C4002ET200MIM153-21集中式外围设备3SM323DI8D08DC24V0.5A18路数字输入/8路数字输出4SM331AI8*16BIT28路模拟量输入（420mA）5SM332A08*12BIT38路模拟量输出（4

35、20mA）6SM322A02*12BIT12路模拟量输出(420mA)7PRoF1.BUSDP线及接插头2P1.C400及ET200M的连接8PC机1OS/ES单站系统说明：(1) SM323类型8通道24VDC的数字量输入、8通道24VDC的数字量输出模块，用于采集设备的状态信号以及电机、开关阀的开启关闭。(2)采纳SM331类型8通道*16位的模拟量输入模块，用于采集设备温度信号、流量信号、压力信号、液位信号等。(3)采纳SM332类型8通道*16位的模拟量输出模块，输出模拟信号用于限制阀门状态。图3-1限制系统体系结构3.3 工程实施对项目的工程实施包括DCS系统组态、CFC和SFC、W

36、INCC监控画面的组态。下面仅结合锅炉的限制给出对应的CFC组态图及SFC功能图。(1) 物料A出口流量CFC组态见图3-2所示。份钵g即仅ceuggttr模口6昌31解金SXSnFa%sk?8isi图3-2物料A出口流量CFC组态图(2) 物料出口温度限制CFC组态见图3-3所示。tdtMrt如OebuogDrttgDtfs,esxsaQ%ff1.?B爵EB!(3) 炉膛负压限制CFC组态见图3-4所示。O*tBtXgEjSbCm的ggDtfAr的一JX国口距/e日E?BA7HJAZShMH0U5CFCeCOMTAO1. CK.CDNIRCVHSIIOI WK图3-4炉膛负压CFC组态图(4

37、)烟气含氧量限制的CFC组态见图3-5所示。出atgrt6JQctug*w枷dow的口层(SKC1.匕金9X3%BAAhNt30835 OCeCCNTRa OCeCOHTRO1.WSI W KAK5KAXBTIIIFWnH1.aheh(4) 开车依次运用PCS7V7.O供应的依次功能图(SFe)实现，SFC可用于依次限制、逻辑等功能的实现，这些功能在SFC编辑器中以图形块的形式表示。如图3-6所示。茹/W0MaJXgOMStM-DGBk9PXee?GJt2JJdw*1.kJXFlfClg_I2j5SFQII图3-6开车依次SFC功能图3.4 参数整定及限制效果3.4.1 参数的整定系统参数整定

38、的方法有许多，包括理论计算整定法、工程整定法等。基于是工程实践中的参数整定,我们采纳了PID参数的工程整定方法，而在实际中衰减曲线法是我们主要的整定参数方案。经过大量的试验和参数的调整，最终的各个回路参数如表3-3所示。表33PID限制器参数限制回路PID限制器主要参数GAINTNTV物料A流量P1.D限制器0.42.00.0物料A出口温度PID主限制器0.31500.0物料A出口温度P1.D副限制器0.5IOOO0.0烟气含氧量风量PW限制器1100.0炉膛负压PID限制器1100.0限制效果(1)冷态开车到稳定在额定工况的响应曲线图3-7响应特性曲线图3-7为从冷态开车到稳定在额定工况的响

39、应曲线图。从图中可以看出，(1)实现出口流量变量保持在指定产量31kgs上下，上限不高于31.5kgs,下限不低于30.5kgs,稳态最小保持时间不小于5min；出口流量变量动态偏差、调整时间在要求范围内，动态偏差上下限为30kgs32kgs;(2)实现温度变量保持在设定值240上下，上限不高于241,下限不低于239,稳态最小保持时间不小于5min；温度变量动态偏差、调整时间在要求范围内，动态偏差上下限为235C245。(3)烟气含氧量稳定在1%3%范围内。(4)在P1102回路中，炉膛真空度稳定在IomnIH2060On1.mH20。(2)负荷扰动时的响应曲线图3-8为加入物料流量扰动，即

40、负荷变更时，温度、炉膛负压、烟气含氧量的变更曲线。从图中可知，在加入负荷扰动后，温度经过短暂的振荡很快复原设定值，炉膛负压维持不变，烟气含氧量略微上升最终维持在1.542%,在13%的允许范围之内。图3-7和3-8系统的限制效果表明白限制方案的可行和有效的。由此，该装置是一个困难的限制对象,具有惯性、耦合、慢时变等特点，我们针对系统中不同的限制对象采纳相应的限制策略，如流量、压力等无惯性、无延迟的限制对象，采纳单同路就可以达到限制目标；但像温度这种有惯性、有延迟特性的对象，采纳串级限制回路来限制物料的出口温度。从响应曲线，可以看到，流量物料出口温度到达稳态的时间短、超调小，且系统的震荡幅度微弱，动态性能优良，在到达稳态后几乎无波动，稳态性能可观，突出的反映了串级系统的优越性。4、结语本文以试验室SMPt-IOOO为探讨对象，在了解其工艺流程和限制需求的基础上进行了燃烧系统的动态特性分析，确定了限制方案，并以试验室西门子过程限制系统PCS7为限制装置，进行了工程实施。在不断的试验和调整之后，该方案不仅能满意负荷须要，而且保证了锅炉的平安和经济运行，同时动态性能良好，结果表明白方案的可行性。