本项目是对循环流化床锅炉机组石灰石粉气力输送系统控制系统进行优化，实现烟气污染物含量监测和控制，同时将采集到的环保相关数据，通过互联网远传到环保部门和厂级领导。由于循环流化床机组燃烧方式的独特性，锅炉对负荷响应的大惯性、纯迟延环节，风量的强耦合性，给机组自动控制系统控制策略的设计及控制参数的整定带来很大难度，石灰石在炉内脱硫过程也是比较复杂的一个过程。因原来系统没有设计自动控制功能，同时设计时也没有石灰石计量装置，在机组运行过程中，烟气中SO2含量完全由操作人员通过手动调节旋转给料阀的开度，来进行控制。由于所有的石灰石系统在设计时都没有称重设备，即加入炉内的石灰石粉的量是未知的，全靠操作人员感觉进行调节，这样在手动控制不仅会造成石灰石粉加入过量造成浪费，有时又会造成烟气中SO2含量超标，达不到环保局排放要求。 我公司根据多年现场工程实施经验，通过研究试验，开发出了本控制系统。石灰石自动控制系统采用大连凯博科技发展有限公司开发的凯博CFB锅炉燃烧过程优化控制系统（KB-APC）作为控制平台，通过标准的国际通用通讯协议，建立该系统与DCS系统的通讯，采集现场实时运行数据，通过复杂逻辑组态计算出控制指令后，通过通讯控制现场设备，最终实现石灰石自动控制（即根据操作人员给定的SO2给定值和实际SO2测量值得偏差来控制石灰石旋转给料阀的转速）。通过改造现场设备，安装微波固体质量流量计，改造原有烟气监测系统（可不改），并将环保局要求采集的数据通过互联网全部实时发送到环保部门。项目实施后，完全实现全自动化控制，仅需要操作人员给出烟气中SO2含量的给定值即可，其余石灰石加入量和旋转给料阀的转速全部由石灰石自动控制系统自动进行，计算后控制现场设备。 通过测量设备并可实现石灰石使用量实时数据测量、统计、查询等功能，利用互联网实现远程发送。 实现烟气污染物及相关测量数据的收集和远程发送，利用互联网专用网络实现在线实时监控。
本控制系统分为以下三个部分：①.石灰石自动控制系统；②、石灰石质量计量系统；③、烟气实时在线监测系统。 下面分别介绍各子系统如下： 2.1.石灰石自动控制系统： 石灰石自动控制系统采用大连凯博科技发展有限公司开发的凯博CFB锅炉石灰石给料自动控制系统（KB-APC）作为控制平台，通过标准的国际通用通讯协议，建立该系统与DCS系统的通讯，从而实现系统的外挂控制。 工业过程先进控制及仿真组态软件凯博CFB锅炉燃烧过程优化控制系统是一套实时的平台软件，带有工业过程基础模型库和先进控制及实时优化的基础算法库，并具备强大的在线计算能力和非线性工业模型的在线求解能力，可通过图形组态实现工业过程的先进控制、在线优化、软仪表和故障诊断等项技术。以该平台软件为开发和运行平台，可开发实施各类工业先进控制系统和在线优化、软仪表及故障诊断系统。软件同时具备仿真功能，通过图形组态便可组成各种仿真系统。适合于解决传统控制手段难于解决的控制问题：多变量和复合回路控制；时变过程和原料、负载多变的装置的控制；大滞后过程的控制；约束控制。 凯博CFB锅炉燃烧过程优化控制系统软件集成了自主开发的先进控制器－—无辨识自适应预估控制器IFAP和基于因素空间的故障诊断算法。先进控制器的最大特点是稳定性好，并具有在线自适应、自整定和预估校正的功能，可以实现像循环流化床这样工况多变，影响因素复杂并具有大滞后特性的过程的自动控制。同时，由于主要控制器参数实现了在线实时自整定，无需人工设定，使优化控制系统的后期维护相应简单，也使优化控制系统可以长期运行。 控制特色：首次将无辨识自适应预估控制技术用在CFB燃烧过程的闭环控制，并获得成功。特点：无需建立复杂模型、也无需在线和离线的模型辨识，适应各种流程和工艺。投运后无需人工调整参数，控制器能自动适应操作条件和各种工况的变化，自动调整相关控制器参数。系统通过组态可形成不同的先进控制器及各种单回路、串级、前馈和多变量的复杂控制系统，以满足不同的控制要求。 控制与优化技术：无辨识预估控制技术/大滞后时间自动搜寻和预估技术/基于因素的故障诊断技术/自组织智能优化技术IFA（identification-free adaptive control 无辨识自适应控制）算法和IFAP(identification-free adaptive predictive control无辨识自适应预估控制）算法。I FA控制一般采样下述PSD算式： IFAP控制主要解决了大滞后条件下的工业闭环控制。 KB-APC控制系统软件为加挂在DCS系统上的上位软件，软件本身并不直接与现场硬件设备发生任何联系，而是通过DCS系统输入输出数据。常用通讯方式如下： 2.1.1.国际通用的OPC标准协议：采用OPC通讯方式，即在DCS系统上安装OPC服务器软件，燃烧优化软件通过OPC客户服务模块与DCS通讯。实时运行时启动OPC服务进程，燃烧优化软件通过自带的OPC客户模块与DCS网络上的OPC服务器相连，通过OPC服务器读取最新的实时测量数据，并将输出数据送给OPC服务器，再由OPC服务器将数据实时地写入DCS上相应的IO点。 数据交换逻辑如下： 2.1.2.国际通用的MODBUS标准协议：凯博CFB锅炉石灰石给料自动控制系统与DCS系统的MODBUS通讯方案： 凯博CFB锅炉石灰石给料自动控制系统与DCS系统之间的联结也可以在DCS系统底层采用MODBUS通讯的方式，硬件联结如下： 采用Modbus通讯方式与DCS底层读写数据，通过OPC服务器转为OPC通讯协议的数据通讯方式提供给凯博CFB锅炉石灰石给料自动控制系统。 数据交换过程如下图所示： 凯博CFB锅炉石灰石给料自动控制系统与现场DCS系统网络连接图如下： 控制系统中石灰石控制画面流程： 2.2. 石灰石质量计量系统： 基本上所有的工业领域都会用到密闭管道中输送固体颗粒的应用，而且需要计算流过管道的介质的质量总量。该质量流量计计算的结果一般是重量，测量是在一定的时间内完成的。如果在一定时间内总质量是已知的，那么单位时间内的质量测试的会更好，测试的结果是依据密度和介质流速的乘法运算。该流量计测量原理：采用物理学多普勒原理，采用24GHZ的微博雷达信号。当微波穿透流动的物料时，会损失能量，通过接收计算损失的能量信号，来计算流过管道的物料质量。然后根据物料密度和物料流速来计算单位时间内物料质量流量。 该产品采用进口德国产品，质量可靠，具有防爆型和普通型供用户选择。 设备及现场安装： 该设备一般安装在现场石灰石输送管道上，因微波不能穿透金属，所以需要在石灰石输送管道上钻一个洞，这个探头被焊接在管道上，也可以通过法兰安装固定，内部的探头和外界是封闭的。探头末端材质为耐磨陶瓷制作，耐磨损，使用寿命较长。 信号转换原件（信号处理单元）：该设备安装在现场控制箱内，探头的测量信号通过一个4线的电缆传输给信号处理单元，对采集的信号进行计算，完成石灰石质量流量的监测。该信号转换单元具有一个非常重要的标定功能，具有自动计算出一个标定曲线的功能。同时可以4行液晶显示实时的质量流量，包含不同国际标准的质量流量单位。 本系统即可以输出一个4—20mA的模拟信号，也可以通过485或232协议输出一个数字信号，用以连接笔记本电脑或工业PC机，以方便处理数据或对其进行标定。所有的功能均可以在笔记本上进行操作。报警功能齐全。设备如下图所示:
石灰石控制回路主要根据烟道出口二氧化硫的含量调节2台旋转给料机的指令，控制石灰石的给料量，维持出口烟气二氧化硫的含量在合适的范围内波动。该回路计算需要钙硫比来进行计算。脱硫控制系统主要根据SO2含量来调整石灰石的给料量，由于石灰石的反应有滞后，要加入预估控制，但是没有石灰石的称重，计算准确性会有一定影响。就本系统在已经实施的山东某电厂将近一年投运情况来看，该回路目前投运情况良好，效果比较显著： 图1 上图为石灰石控制曲线图，图中SO2含量最大值在400以内。由于石灰石粉有时下料不畅、反应滞后等原因，会造成SO2含量的突升突降现象。系统通过前馈和预估等手段，解决了这些问题。 图2 上图为石灰石控制曲线图，图中SO2含量最大值在420以内。 图3 上图为石灰石控制曲线图，图中SO2含量变化较快，系统通过前馈控制，使SO2含量快速降到给定值附近，逐渐稳定在给定值误差范围内。 通过长时间的投运对比，系统投运后，在不超上限的情况下，SO2含量要比手动控制时更接近合理的控制范围之内，大约提高60个点，这样大大节约了石灰石的用量。具体数据见下表
