合理利用煙氣余熱是提高鍋爐熱效率、降低煤耗的有效節(jié)能措施之一,其控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性是衡量工程是否達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)性要求。針對(duì)節(jié)能推廣工程中的余熱利用項(xiàng)目被控對(duì)象存在的大遲延、耦合問題,引入了斷續(xù)控制的思路,模擬了參數(shù)正常波動(dòng)范圍的被控量或調(diào)節(jié)量的小信號(hào)剔除功能，對(duì)校正量信號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)輸出量信號(hào)進(jìn)行綜合處理,實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的合理化配置,既減少設(shè)備無功調(diào)節(jié)頻次、提高設(shè)備健康水平,又收到節(jié)能挖潛的良好效果。
隨著國(guó)家“十二五”規(guī)劃的實(shí)施，國(guó)內(nèi)能源行業(yè)的節(jié)能環(huán)保政策陸續(xù)實(shí)施。各發(fā)電集團(tuán)在煙氣余熱利用、機(jī)組通流增容等項(xiàng)目上著力開發(fā)實(shí)施，極大的提升了機(jī)組的效率、降低了耗能指標(biāo)。
煙氣余熱利用項(xiàng)目是能源行業(yè)內(nèi)推廣的節(jié)能示范項(xiàng)目。在項(xiàng)目閉環(huán)調(diào)試過程中，針對(duì)排煙溫度的大慣性遲滯原因，需要對(duì)變頻泵較多的往返無功調(diào)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化控制；另外，為了最大利用高負(fù)荷段的余熱，提高供水量也是需要跟進(jìn)的優(yōu)化要點(diǎn)之一。
一、斷續(xù)控制思路
控制系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)為實(shí)時(shí)閉環(huán)調(diào)節(jié)，被調(diào)量和設(shè)定值出現(xiàn)偏差即通過比例積分作用去消除偏差，執(zhí)行器動(dòng)作頻次較多。對(duì)于大遲延系統(tǒng)，多出現(xiàn)滯后或過調(diào)問題，類似鍋爐的汽溫度控制，還需要進(jìn)行建模、設(shè)計(jì)先進(jìn)的控制算法，才能得到較優(yōu)參數(shù)。而對(duì)于被調(diào)量有一定適用范圍、遲延較長(zhǎng)的系統(tǒng)，可參考類似電機(jī)開關(guān)的斷續(xù)控制模式進(jìn)行兩種信號(hào)處理方式的閉環(huán)調(diào)節(jié)[5]：①在PID調(diào)節(jié)器入口設(shè)置輸入偏差限值，被調(diào)量的變化在可控的物理范圍，調(diào)節(jié)器不調(diào)節(jié)；偏差越限后，調(diào)節(jié)器實(shí)施調(diào)節(jié)，如圖1；②在輸出調(diào)節(jié)量上設(shè)置限值，控制器調(diào)節(jié)量和已被執(zhí)行調(diào)節(jié)量的偏差達(dá)到限值后，輸出當(dāng)下調(diào)節(jié)量，主要用在有耦合的配對(duì)調(diào)節(jié)中。
二、余熱利用項(xiàng)目的控制優(yōu)化
（一）系統(tǒng)簡(jiǎn)介
低溫?fù)Q熱器布置在引風(fēng)機(jī)出口、脫硫吸收塔入口的水平煙道上，共計(jì)2組。換熱器采用表面換熱，加熱引自低加的凝結(jié)水。當(dāng)換熱器進(jìn)風(fēng)側(cè)原煙氣溫度、流量、壓力在設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，換熱器的凝結(jié)水溫度由65℃升高到105℃，凝結(jié)水流量約577t/h，總煙氣阻力小于600Pa。系統(tǒng)如圖3。運(yùn)行中，低溫?fù)Q熱器從8號(hào)低加入口取冷水、6號(hào)低加入口取熱水，保證混水溫度65℃，以熱水門作為主調(diào)節(jié)器，設(shè)計(jì)冷熱水門開度和為100%；通過增壓變頻泵調(diào)節(jié)進(jìn)水流量控制排煙溫度，確保換熱器的低溫腐蝕可控。
（二）排煙溫度調(diào)節(jié)相關(guān)問題及優(yōu)化
Q為低溫?fù)Q熱器系統(tǒng)引水總量，通過調(diào)節(jié)凝結(jié)水變頻增壓泵的頻率來改變Q，控制換熱器煙氣側(cè)出口溫度；換熱器出口單側(cè)2點(diǎn)溫度，兩側(cè)共4點(diǎn)溫度檢測(cè)，單側(cè)取均值后兩側(cè)取低最為PV值。
此子系統(tǒng)存在以下特點(diǎn)：
①系統(tǒng)慣性時(shí)間較大：從供水端至換熱器出口，管路較長(zhǎng)，導(dǎo)致出口煙氣溫度調(diào)整滯后，容易引起過調(diào)或振蕩波動(dòng)，導(dǎo)致變頻器往返調(diào)節(jié)。
②變頻泵調(diào)節(jié)范圍窄、容量小，高負(fù)荷段即使達(dá)到50HZ全出力仍不能完全利用煙氣余熱儲(chǔ)能。
針對(duì)特點(diǎn)①，如采用預(yù)估器或其他優(yōu)化算法進(jìn)行控制，但相對(duì)復(fù)雜，類似“高射炮打蚊子”；可設(shè)置斷續(xù)調(diào)節(jié)控制，在確保排煙溫度高于煙氣露點(diǎn)保護(hù)值的前提下，減少變頻泵的調(diào)節(jié)。
通過實(shí)施優(yōu)化，煙氣出口溫度的擺動(dòng)和變頻泵的調(diào)節(jié)次數(shù)降低90%以上，既滿足了工藝要求又降低了設(shè)備磨損。
針對(duì)特點(diǎn)②，采用增加高負(fù)荷段入口混水調(diào)門大開度控制，提高供水壓力，充分利用煙氣余熱。

由歷史曲線可見：在煙氣溫度設(shè)定值為95℃的情況下，實(shí)際平均溫度控制在96.93℃，波動(dòng)范圍為94.4―100.37，確保了設(shè)備的酸腐蝕可控；通過設(shè)置調(diào)節(jié)器的入口偏差優(yōu)化，變頻器調(diào)節(jié)曲線比較理想，沒有出現(xiàn)往返波動(dòng)情況；增加煙氣高溫（高負(fù)荷）段的凝結(jié)水流量，充分吸收了煙氣熱量；整體達(dá)到比較合理的節(jié)能控制配置組合。
（三）入口混水溫度調(diào)整門耦合信號(hào)優(yōu)化控制
T1為6號(hào)低加入口熱水溫度，T2為8號(hào)低加入口冷水溫度。當(dāng)T1>65℃時(shí)，T2<65℃時(shí)，6號(hào)、8號(hào)低加引水入口調(diào)節(jié)閥打開，保證混水溫度等于65℃設(shè)定值。
此系統(tǒng)存在以下特點(diǎn)：
①類似磨煤機(jī)風(fēng)溫控制，此系統(tǒng)冷熱水調(diào)節(jié)存在耦合：設(shè)計(jì)方案二者指令關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致2套調(diào)門同時(shí)變化，互有干擾。
②沒有充分利用系統(tǒng)余熱：由于調(diào)門開度總指令（指令和100%）的限制，導(dǎo)致供水量有限制，間接導(dǎo)致變頻泵調(diào)節(jié)指令達(dá)到上限。
針對(duì)以上2點(diǎn)，采取解決方案如下：以熱水調(diào)門為主調(diào)設(shè)備，冷水調(diào)門為輔調(diào)設(shè)備，冷水調(diào)門指令設(shè)置閾值，僅在其指令變化量達(dá)到一定限值后輸出控制指令。引入功率信號(hào)折算函數(shù)替代兩套閥門開度指令和（100%），在高負(fù)荷時(shí)開大調(diào)門，增加供水量，充分利用余熱潛能。
由運(yùn)行曲線可見，混水溫度保持在64.4―65.9之間變化（SP=65），熱水調(diào)整門為隨動(dòng)變化，而冷水調(diào)整門控制頻次銳減，沒有出現(xiàn)振蕩波動(dòng)；另一方面，在負(fù)荷高段，增大了供水增量設(shè)置，增加了75%以上負(fù)荷段約100t/h凝結(jié)水40℃溫升的余熱利用量，進(jìn)一步提高了節(jié)能增效的作用。
三、小結(jié)
斷續(xù)有差控制在溫度緩變系統(tǒng)上可以進(jìn)行優(yōu)化推廣，用開關(guān)量控制的思路去實(shí)施閉環(huán)調(diào)整，最終達(dá)到比較合理的邏輯配置，對(duì)調(diào)節(jié)器起到減少磨合，對(duì)系統(tǒng)起到減少無功往返波動(dòng)的優(yōu)化目的。隨著更多改造工程的實(shí)施，還有較多基礎(chǔ)性工作等待去挖掘、分析和優(yōu)化實(shí)施。