纯低温余热发电控制技术的研究

摘要

低温余热发电是水泥厂提高生产效益、节约能源、实现可持续发展的重要途径。低温余热发电系统是一个相互关联的复杂控制系统，由于其热源为水泥回转窑排放的废热烟气，受水泥窑生产状况影响较大，与一般带有燃烧系统的电站相比具有很大的特殊性。余热电站的控制也与一般带燃烧系统的电站的控制有很大不同，目前国内还没有形成针对余热电站控制的有效地的控制方案。
　　 余热电站与通常的电站相比，主要是水泥回转窑排放的烟气量和烟气温度不可控制，水泥回转窑既生产水泥熟料，同时又利用余热发电，由于水泥窑的生产工艺、生产方法、原料、燃料条件的变化，其产生的烟气余热的品质随之产生很大的波动，给纯低温余热利用带来了很多困难。既要保证纯低温余热电站尽可能适应水泥窑的变化，产生稳定的蒸汽参数，对汽轮机产生较小的影响，又要最大限度的利用烟气的余热，这是纯低温余热电站控制系统设计的难点和重点。
　　 本论文在对水泥余热发电的结构和工艺流程进行深入研究的基础上，结合水泥生产工况，对余热发电控制系统进行了分析，把整个余热发电系统分为四部分进行控制技术的研究，分别是烟气入口阀门控制技术、汽包水位控制技术、除氧器凝汽器水位控制技术、汽轮机功率控制技术。
　　 新型干法水泥工艺余热发电系统是一个多变量、强耦合、非线性、大滞后的复杂系统，系统难以建立传统控制方法的精确的数学模型，传统的控制方法无法投入运行。本论文对余热发电系统各个主要控制环节的动态特性和控制要求进行了详细的分析，并结合水泥窑的工况和模糊智能控制理论对余热发电的各主要环节进行了优化控制技术研究。入口烟气控制主要是适应水泥窑工况变化，既要尽量保持烟气温度流量的稳定，还要跟随窑况变化最大限度的利用余热，本优化控制技术利用模糊智能控制理论把反映烟气品质的温度和流量作为输入来调节烟气入口阀门，结合现场操作人员的经验设计了一套模糊控制方案，使余热电站更能适应水泥窑况的变化。汽包水位控制是在传统控制基础上，引入烟气温度变量设计了一套模糊控制方案来修正汽包水位，使其更适应余热热源的特点，避免出现虚假水位。除氧器凝汽器水位控制是在现有控制方法的基础上把两者作为一个整体考虑，设计了一个两输入两输出的模糊控制器来调节水位，使其更能适应现场情况。由于余热电站热源变化引起的系统热储能变化时，发电机负荷要进行及时的调整才能最大限度的利用热能，提高余热利用率，本汽轮机功率控制方案是把机前蒸汽压力作为输入设计了一个模糊控制器，使汽轮机负荷能跟随系统储能变化进行调整，提高余热利用率。
　　 论文的最后对控制技术方案进行了仿真实验，仿真结果表明本方案更能适应水泥余热发电系统的特点，提高了余热的利用率，对企业降低操作人员劳动强度，节约成本，提高经济效益具有实际意义。