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火电厂锅炉燃烧优化系统OPTC-Q
Combustion Optimization
 

 
 
      • MIMO多变量控制器
      • 基于运行数据的模型
      • 具有预测功能
      • 多重数据运算保护
      • 采用等级制和权重法优化方式
      • 实时在线闭环控制系统

         

 一、OPTC-Q介绍

    OPTC-Q先进状态优化系统是一种先进的现代过程控制系统,可用于实时闭环控制,或实时专家系统——开环控制应用。它可从实时的或历史正常运行的数据中,自动地产生过程模型,而不需要代价昂贵的工厂试验。通过模型和OPTC-Q的预测功能,系统能对生产过程进行及早地矫正,使其运行参数不要远离设定点。这样生产过程就能被快速有效地控制运行在最佳运行点。

    在燃煤电厂实施的多个实例中可以证实,通过采用OPTC-Q产品以OPC为媒介与控制系统DCS相联接,可以实现系统的闭环控制,从而很好的提升锅炉运行效率,并有效降低NOx排放,据统计采用OPTC-Q产品可以提高运行效率0.4%以上,降低Nox排放10%以上。大大提高电厂运行的经济性,并降低污染排放,无论在经济效益还是社会效益上都具有十分重要的意义。
 
二、OPTC-Q特点
 
基于现代控制理论的多输入多输出变量控制器
    OPTC-Q-燃烧优化闭环控制器是一个基于实际运行情况的带有预测功能的,模块化的多输入多输出(MIMO),且具有自适应的优化闭环控制器。其内部是由n个多输入单输出(MISO)控制器有机组合的MIMO。每一个(MISO)控制器均基于线性/非线性控制矩阵,控制矩阵由两部分组成,其一为差值矩阵,另一各是绝对矩阵。
基于现代控制论之上的优化闭环控制器,工程师按优化要求确定控制目标最佳值(CV),根据实时的系统干扰量(DV)来进行优化运算,计算出可变量(MV)。而此可变量(MV)即锅炉燃烧优化闭环控制器优化控制器的输出量,将作用于DCS使锅炉的燃烧系统达到一个优化状态。

 
 
强大的自适应与预测功能

    OPTC-Q系统有两大主要组成部分,一个是自适应控制器 – APC,另一个是离线工具。自适应控制器 – APC包含一个多达16预测控制器设定模块,各模块间是独立的,其包括模型,预测,控制和输出信号的产生。离线工具能根据历史数据快速开发出离线模型,以模拟控制情节的方式进行生产过程预测。模拟能力决定了模型的好坏,其允许工程师快速评定各类模型的组态情况。这里的模型指的就是用于自适应控制器内的模型预测控制器。

标准的通讯协议和接口

    OPTC-Q通过工业标准的 OPC 协议或者以太网的 DDE 接口,能同你现有的 PLC, DCS,或者 SCADA 控制系统直接进行数据通讯。如果需要,还可提供各类特殊的驱动程序,例如 Modbus级通讯。如果系统需要以毫秒级响应的高速处理时,将采用嵌套式的 VMIC PLC 系统。

完善的逻辑保护,确保安全投运
    OPTC-Q的系统组态通常不直接改变现有的 PLC 或者 DCS的控制理念。一般以偏置的方式加入原先的PID控制回路,即用OPTC-Q的优化值来替代运行人员的手动偏置。或者在确保安全的条件下亦可采用指令形式,直接对现场设备或运行参数进行控制。并且按电厂的实际控制情况,将为OPTC-Q设计特殊的跟踪逻辑,OPTC-Q在闭环方式下实现无扰切换。
 

   为确保锅炉燃烧优化闭环控制器优化程序的正常稳定运行,我们将设置多重可调变量的信号保护,这些保护包括信号量程的保护,信号变化速率的保护,信号跟踪保护等等,以防止在锅炉燃烧优化闭环控制器投用与切除过程中造成的各类扰动。

在通讯侧设计了特定的“看门狗/心跳”的检测方式来辨别通讯的有效性。一旦发现通讯故障,DCS将自动切除锅炉燃烧优化闭环控制器的优化作用。

 

三、技术优势
    具有预测控制功能的动态多参数过程模型:优化模型具有从历史运行数据中预测目前燃烧状况的结果,且是多输入、多输出的动态线性/非线性模型。
    具有时间响应特性的参数模型:能反映及控制大延时系统的数学模型。模型的实际响应性取决于同DCS通讯速度和对象特性。根据我们以往工程的经验,模型的运行速度可达毫秒级。这完全能满足电厂锅炉的燃烧运行特性的需求。
    二次优化控制器:该控制器是基于DCS控制之上的,为确保机组运行在一个高水平基础上的二次优化控制器。
    自适应功能:该系统可在闭环模式下运行,所以二次优化控制器具有自适应功能。
    模块化设计:为方便安装、调试和维护,将MIMO采用模块化设计。
    OPTC-Q产品与传统国内优化运行软件的最大区别在于OPTC-Q可以实现闭环控制,使系统不仅存在于表面的指导意义而更注重使用的时效性,降低工人的劳动强度,提高了锅炉运行的经济性。

    OPTC-Q产品与其它国外相关产品相比较的优势在于OPTC-Q具有良好的开放性、易用性、可维护性,同时它的快速开发手段和能力是其他系统无法比拟的,这些优势可以为用户带来更多、更大的经济效益。

 
 
四、系统投运的预期目标与节能效果
    1. 通过锅炉燃烧优化闭环控制器,以达到合理送风、配风,优化制粉系统的煤/风比,提高过热蒸汽/再热蒸汽品质(使其逼近设计值),以及使某些尚处于手动的回路投入自动运行,锅炉效率能够提高0.3%~0.8%。
    2. 合理送风配风,优化制粉系统的煤/风比,提高过热蒸汽/再热蒸汽品质(改善蒸汽温度近3℃,也就是说可提高汽机效率近0.05%)
    3. 在以往我们所完成的优化燃烧课题中,辅机功耗均可下降0.1%左右。
600 MW 机组为例锅炉效率提高0.3%~0.8%发电煤耗可节省2克/kw。
如果以全年负荷率为85%,系统投运小时数为5500计,
全年节省标煤=600WM*85%*5500小时*2/kw=5600
依标煤价为500元吨,全年直接经济效益可达:
500/吨 * 5600吨 = 280万元
600MW机组全年的NOX 排放量大约为15000t。按照《排污费征收标准管理办法》中规定,自2004年7 月1 日起,按氮氧化物排放每一污染当量0.6元收费。如果能降低10%的NOX 排放量,即减少1500 t, 减少的污染当量为1770000,可以减少排放收费达100万元。
    4. 燃烧效率提高0.3%、NOX 排放降低10% ,这只是比较保守的估计NOx减排量预期可达到15%~30%。
    5. 机组的主要热力参数更加收敛和稳定克服运行人员的操作水平客观上存在差异,和凭运行经验进行的锅炉燃烧调整操作的随意性,始终保持锅炉处于最佳的运行状态。
 
五、成熟的产品丰富的实施经验
    Ø 为提高锅炉效率,降低NOx排放浓度,改善主、再热蒸汽温度控制品质,某发电有限公司引进了北京中合实创电力科技有限公司的燃烧优化闭环控制系统,应用于1号锅炉。经西安热工研究院有限公司对1号锅炉燃烧优化闭环控制系统的性能进行考核。
         i.      现场测试工作于2010年12月17日开始,2010年12月21日结束。测试内容包括空预器进出口烟气氧量、温度标定,300MW、250MW和200MW三个负荷下燃烧优化闭环控制系统启停状态下的锅炉热效率、NOx排放浓度。
       ii.      300MW、250MW和200MW三个负荷下的试验结果表明:当机组处于稳定运行状态时,与燃烧优化闭环控制系统停运时相比,系统投运后,锅炉热效率平均提高了0.42个百分点,折算到干基、6%O2下的NOx排放浓度平均降低了10.2%,同时烟气中CO浓度小于150µL/L,考核合格。
      iii.      三个负荷下的试验结果还表明:与燃烧优化闭环控制系统停运时相比,系统投运后,过热蒸汽温度平均提高1.6℃,再热蒸汽温度基本不变,考核合格。
    Ø 某发电厂320MW亚临界机组实施OPTC-Q燃烧优化系统,经锅炉效率试验得出,锅炉效率比燃烧优化系统投入前提高0.31%。

    Ø 600MW超临界电厂燃烧优化操作画面。

 
 
 
 
 
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