中储式制粉系统过程优化与节能控制应用研究

【摘要】：钢球磨煤机制粉系统是火力发电厂热力系统中的关键设备，近几年由于国家节能政策的提出，加快了各行业的自动化进程，主要表现在设备的更新与过程控制系统的优化，以实现最大化的节能并提高经济效益。本系统以某发电厂#2机组（锅炉）中间储仓式制粉系统为背景，该系统目前主要依靠操作员根据个人经验，通过出入口压差和出口温度的实时值判断磨煤机的料位（无料位测量系统），受到煤质变化及操作水平的差异等方面的局限性，实际运行过程中，欠煤、堵煤、超温、超压、漏粉等现象时有发生，严重威胁锅炉的安全稳定运行，未能达到稳定、经济运行的要求。 通过对制粉控制系统原理分析与研究，针对强耦合、料位测量不准确造成的经济性能低等特性，提出了采用料位自寻优、动态矩阵预测控制DMC和模糊PID控制相结合的控制策略，并针对强耦合采用前馈解耦控制算法，实现在料位自动控制的前提下对出口温度与负压的解耦控制，首先根据现场采集的磨音信号、磨机负荷等参数采用料位自寻优算法能实时搜索磨机最大出力，使系统始终运行在最佳工作点；再根据系统在最佳工作点的料位控制量，采用前馈解耦控制算法，使出口温度与压差信号之间实现解耦控制；最后采用DMC动态矩阵预测PID控制算法对系统进行实时建模，实时优化以便系统模型更加准确，控制精度更高。 仿真和实验结果表明：本项目在新华DCS程序开发平台上，首先，实现了制粉系统的闭环自动控制，并且料位自寻优控制算法的实现使系统能实时搜索料位最佳运行点，在工况稳定的情况下，能使磨煤机出力点不断逼近最大出力点，提高了制粉效率。其次DMC动态矩阵模糊PID控制算法使得控制系统参数根据计算误差实时修正，能适应不同工况下出口温度、入口负压以及料位的稳定控制，再次通过前馈解耦控制算法实现了系统的三个强耦合回路之间的解耦合，提高了系统跟踪性能、抗扰性能等。通过系统控制性及经济性能分析，明显的降低单耗15%左右，提高制粉出力20%左右，降低磨煤钢耗10%以上，改善了系统的自动化水平与经济性能，有待于在实际中被广泛应用。 【关键词】：中储式制粉系统 最小二乘算法 前馈解耦算法 动态矩阵控制 寻优算法
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM621.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 课题的背景和研究意义10-12
• 1.2 制粉系统的发展概况12-16
• 1.3 制粉系统的控制难点及控制目标16-17
• 1.4 课题研究的内容17-19
• 2 中储式制粉系统控制方法研究19-31
• 2.1 中储式制粉系统简介19-21
• 2.1.1 中储式制粉系统工艺19-20
• 2.1.2 中储式制粉系统特点20-21
• 2.2 中储式制粉系统工况分析21-25
• 2.2.1 热风量扰动对制粉系统的影响22-23
• 2.2.2 再循环风扰动对系统的影响23-24
• 2.2.3 给煤量扰动对系统的影响24-25
• 2.3 中储式制粉系统料位特性及控制方案25-30
• 2.3.1 制粉系统控制回路原理26-27
• 2.3.2 制粉系统料位特性曲线分析27-28
• 2.3.3 中储式制粉系统控制方案28-30
• 2.4 小结30-31
• 3 中储式制粉系统建模31-39
• 3.1 中储式制粉系统数学模型建立31-34
• 3.2 递推最小二乘法建模34-38
• 3.3 小结38-39
• 4 前馈控制解耦算法研究39-52
• 4.1 常用解耦方法简介39-40
• 4.2 前馈控制解耦算法研究40-41
• 4.3 前馈控制解耦算法在制粉系统中的应用41-43
• 4.4 前馈解耦控制算法仿真与实现43-50
• 4.4.1 前馈解耦控制算法仿真43-47
• 4.4.2 前馈解耦控制算法 DCS 软件实现47-50
• 4.5 小结50-52
• 5 基于动态矩阵的预测模糊 PID 控制算法研究52-74
• 5.1 DMC 控制算法研究52-55
• 5.1.1 DMC 控制算法简介52-53
• 5.1.2 DMC 控制算法原理53-55
• 5.2 模糊 PID 控制算法研究55-58
• 5.3 基于动态矩阵 DMC 的预测模糊 PID 算法研究58-63
• 5.3.1 基于动态矩阵 DMC 的预测模糊 PID 算法原理58-59
• 5.3.2 基于动态矩阵 DMC 的预测模糊 PID 控制器设计59-63
• 5.4 智能算法在制粉系统中的应用63-69
• 5.5 料位寻优控制算法研究69-73
• 5.5.1 料位寻优控制算法原理分析69-70
• 5.5.2 料位寻优控制算法应用70-73
• 5.5.3 料位寻优控制算法测试仿真73
• 5.6 小结73-74
• 6 中储式制粉过程优化系统设计74-89
• 6.1 XDPS 6.0 简介74-75
• 6.2 中储式制粉系统软件结构75-77
• 6.3 中储式制粉系统 DCS 软件组态设计77-82
• 6.3.1 变量组态77-78
• 6.3.2 程序组态78-79
• 6.3.3 画面组态79-82
• 6.4 优化站 OPC 通讯系统82-84
• 6.5 项目系统调试84-86
• 6.6 中储式制粉系统优化节能分析86-88
• 6.6.1 系统控制性能分析86
• 6.6.2 系统经济性能分析86-87
• 6.6.3 系统社会效益分析87-88
• 6.7 小结88-89
• 7 总结与展望89-91
• 7.1 总结89-90
• 7.2 研究展望90-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-96
• 附录 1 研究生期间的研究成果96

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