文献标识码：B文章编号：1003-0492（2020）12-092-04中图分类号：TP29
Research on Load Coordination and Pipe Network Control Strategy of Large-scale Master Controlled Boiler
★王彦飞，张国民（国家能源集团宁夏煤业有限责任公司煤制油分公司，宁夏银JII750411）
★，李金（北京和隆优化科技股份有限公司，北京100096）
摘要：随着我国化工行业装置规模的日趋增大，用汽单元装置向多元化和多量化发展，耦合更加严重，业内对管网蒸汽品质提出了更高的要求，如何提高各级管网的蒸汽品质及锅炉蒸汽源与用汽单位汽量协调成为亟待解决的问题。为实现该任务，神华煤制油动力厂管网系统采用多变量解耦先控算法与负荷协调优化策略实现变负荷情况下不同压力等级的化工工艺生产装置能够在不同工况条件下安全、稳定运行，保证了锅炉产汽量与用汽单位的平衡，提高了蒸汽品质，以达到锅炉与蒸汽管网压力长期稳定运行。 关键词：蒸汽管网；负荷协调；先进控制；多变量解耦
Abstract：With the increasing scale of the equipment in China's chemical industry,the steam consumption units are developing towards diversification and multi quantification,and the coupling is more serious,which puts forward higher requirements for the steam quality of the pipeline network.The coordination of the steam source of the boiler group and the unit steam volume of steam consumption has become an urge nt problem to be solved.In order to achieve this task,the pipeline network system of Shenhua Coal-to-Liquids Power Plant adopts multivariable decoupling prior control algorithm and load coordination optimization strategy to realize that chemical process product!on devices with different pressure levels under variable load can be safe and stable under different working conditions.The operation guarantees the ba l a n ee between the steam output of the boiler and the steam unit, and improves the steam quality,so as to achieve the Iong-term stable operation of the boiler a nd steam pipe n e twork pressure.
Key words：Steam pipe network;Load coordination;Advaneed control;
Multivariable decoupli n g
1引言
煤制油分公司动力厂具有8个压力等级蒸汽管网，
11.5MPa的高压蒸汽母管有10台煤粉产汽锅炉。锅炉本身的运行变化、汽机发电负荷的调整、各个压力等级蒸汽管网用汽客户的负荷变化都会导致蒸汽母管压力的波动，尤其是空分跳车更加剧了多个管网压力波动，影响化工其他装置的正常生产。目前，管网负荷的分配主要以人工协调操作为主，较大的压力波动也是通过蒸汽放散阀（手动调整）与锅炉负荷手动控制为主，单位时间内蒸汽损失量较大。为解决以上问题，公司引入了蒸汽管网多变量解耦先控算法以及锅炉负荷协调控制系统，实现变负荷协调和各级管网协调控制，稳定母管压力，提高蒸汽有效利用率。
2蒸汽管网结构与网络布局
2.1蒸汽管网结构与参数
煤制油分公司动力厂蒸汽内管网系统简化结构如图1所示。
0.5MPa
11.5MPa/530C
5.4MPa/350C
4.0MPa/400C
2.8MPa/232C
2.2MPa/325C
1.0MPa/200C
图1
蒸汽内管网系统简图
全厂主要汽源为项目配套动力站10台煤粉锅炉，锅炉出口蒸汽采用单母管制与11.5MPa高压蒸汽母管直接连接，作为全厂蒸汽的直接来源。蒸汽内管网系统压力等级多，系统中还混入了预热回收蒸汽，减温减压操作繁而复杂（共计33个回路），各主要生产用汽压力、温度运行情况还有较大的提升空间，主要运行参数如表1所示。
表1蒸汽内管网运行情况列表
序号压力等级
蒸汽品质运行现状
补充说明压力运行参数温度运行参数
111.5->5.4MPa小于O.IMPa 333~365°C,
TR：350°C
小开度时阀门震荡
严重
211.5->4.0MPa 4.27-4.29MPa 386~405°C,
TR：400°C
小开度时阀门震荡
严重
311.5->2.8MPa 2.2〜2.5MPa 228~237°C,
TR：232°C
两个减温阀门开度
不协调
411.5->2.2MPa 2.0~2.2MPa 317~333°C,
TR：325°C
小开度时阀门震荡
严重
511.5->1.0MPa0.8-1.IMPa 190〜208°C,
TR：200°C
/
6 5.4->5.4MPa小于O.IMPa 343~355°C,
TR：350°C
/
7 2.2->1.0MPa0.9〜l.IMPa 186~199°C,
TR：198°C
小开度时阀门震荡
严重
8 1.0->0.5MPa0.51〜0.54MPa无减温/
9 4.0->2.2MPa 2.06-2.26MPa 309-353°C,
TR：325°C
/
针对以上运行情况，主要以优化管网负荷协调策略，以及提高各级蒸汽品质（压力、温度）精度为两大技
术目标，进行大型蒸汽管网协调控制策略的分析与研究O
2.2RASO系统网络布局
RASO边缘计算站是集先进控制算法、优化算法，以及网络安全等为一体的多功能控制系统平台。RASO 系统与DCS系统间的通讯，采用国际标准OPC通讯协议，完成两系统间的数据双向通讯。在原系统中增加控
制权切换功能，切换原理如图2所示。
切换条件
一-i
图2无扰切换原理图基于以上OPC通讯及无扰切换原理，实现原DCS 系统与RASO系统的数据读写功能。
原有动力站锅炉及管网系统，共分为7个网络域，各个网络域间做通讯隔离以提高网络安全性。而要实现管网负荷协调功能需要实现蒸汽管网与10台锅炉之间的数据传输，因此，在不改变原有域间隔离模式的前提下，设计如图3所示的网络结构，在RASO系统中实现了蒸汽管网与各台锅炉之间的负荷协调分配功能。
»6城为内餐网
OPC服务88
双向单通道
城何隔离
N6RAS0
边1»计算站
网络结构对于每台边缘计算站，均通过工业网络防火墙分别实现协议、IP及通讯端口三重安全双向防护，达到工业级网络安全的要求。
3管网负荷协调与控制策略
3.1母管制锅炉负荷协调优化
针对现场10台母管制并联煤粉锅炉，其中4台600t/ h,6台640t/h，通常9用1备，当蒸汽需求量发生变化时，无需所有锅炉进行负荷调整，可根据各台锅炉的运行情况，确定某台锅炉应为调压锅炉或者固定负荷锅炉，调压锅炉即为以压力控制为主，负荷补偿为辅；固定负荷锅炉即为负荷控制为主，压力前馈为辅，而两种控制策略均可以不同形式参与管网的负荷协调。以投运的两台锅炉为例，当#2锅炉为调压锅炉，#6锅炉为固定负荷锅炉时，蒸汽管网协调策略如图4所示
。
图4中，总的管网负荷协调增量分别由母管压力先
进控制模块计算输出、管网总用汽量前馈、异常工况处
理（气化跳机等）组成，每台锅炉所分配的负荷量由负
荷分配系数模型计算得到，得到负荷分配系数后，即可 得到各台协调锅炉应承担的负荷量（煤量增量或负荷 SP 增量）。负荷分配系数的计算与当前管网运行情况
有关，系数和值为1，负荷分配系数计算原理如图5所
■2、*6错炉圧力协函交化■
• 峽炉压力
1L4
12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1S 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
图6负荷分配系数计算原理
图5负荷分配系数计算原理
通过以上方式获得各锅炉的分配系数也，当未启用
负荷协调功能时，对应锅炉的勺=0，启用管网协调
功能的负荷增量计算公式如式（1）所示：
SP _ F\ + a t x (
SP —
a")翎才(N 自,1)
a { + a 2 + …+ erg = 1400 G SP _F\_、< 600⑴
400 < 575 _ /^_10 < 640
3.2大型蒸汽管网控制策略
经过多炉协调优化算法和各炉负荷控制模型作用
后的母管压力会稳定很多，但在母管压力调节过程中，
各压力等级的减温减压系统已经产生了扰动，且各级压
力调整过程中，管网均受到或多或少的影响，这是一个
典型的多变量耦合系统，单一回路的控制策略很难达到 多系统扰动情况下的快速回稳⑴叫
因此，实现蒸汽管网的多变量解耦控制，是提高
各级蒸汽压力、温度控制品质的关键所在叫以5.4蒸汽
管网为例，上流管网为11.5MPa/530°C，设计两个扰动
观测器作为减温减压控制回路的前馈，另外，还要考虑
5.4蒸汽管网自身的负荷变化，能快速地提前作用，尤
其是温度回路，可以有效抑制扰动，提高控制精度，总
线对比如图8所示。
式（1）中，SP _F.为每台锅炉的当前负荷设定
值；\SP_F 为管网负荷协调总增量；N 自为投入协
调锅炉的个数；SP 为1〜4号锅炉的负荷限值；
SP - £ io 为5~6号锅炉的负荷限值。
图6为#2、#6锅炉投入协调优化过程曲线，#2锅炉
为调压模式，压力设定点为11.7MPa; #6锅炉为负荷
控制模式，整个调节过程为10分钟，数据采样周期为
20秒，共计30个采样点。#6锅炉的蒸汽压力调节范围
小于土0.5MPa，满足工艺指标要求。
图8
蒸汽管网控制效果曲线对比
由图8可知，压力和温度控制有了明显改善，蒸汽母管的压力稳态偏差控制在土O.IMPa，蒸汽母管的温度稳态偏差控制在±3°C。
4投用效果
在煤制油动力厂蒸汽内管网系统中，分别采用负荷协调优化策略与多变量解耦控制算法，实现变负荷情况下的快速调整。蒸汽母管主汽压力在90%时间都稳定在R±0.15MPa，蒸汽温度控制精度达到R±3°C以内。各级蒸汽压力、温度控制精度均达到工艺的控制要求；长期可靠自控率达到90%以上，实现了准无人化运行。结合锅炉侧的燃烧优化系统，总体吨汽煤耗降低1.85%。
5结语
采用先进控制与优化系统对原有控制系统实施优化策略改造，达到节能减排的目的，已经成为诸多生产型企业提高智能化生产的首选途径。本文以大型管网系统协调优化改造为例，实现了内管网系统协调及锅炉负荷自动分配功能，解决了大型管网系统难以控制的难题，并达到预期的节能指标，带来了一定的经济效益。EQ
作者简介：
王彦飞(1976-)，男，宁夏银川人，高级工程师，学±，现任国家能源集团宁夏煤业有限责任公司煤制油分公司动力厂厂长，从事大型化工厂控制系统优化的研究。
张国民(1975-)，男，甘肃张掖人，高级工程师，硕±，现就职于国家能源集团宁夏煤业有限责任公司煤制油分公司，从事工业自动化方向的研究。
(1983-)，男，山东枣庄人，高级工程师，硕±，现就职于北京和隆优化科技股份有限公司，从事高级智能控制、工业网络、优化控制方向的研究。
李金(1986-)，女，陕西西安人，中级工程师，硕±，现就职于北京和隆优化科技股份有限公司，从事高级智能控制、优化控制、大系统协调方向的研究。
参考文献：
[1]戴立.化工装置蒸汽管网的优化和节能技术应用[J]•化肥设计,2016,(3):49-51.
[2]杨国峰，陈峰.煤化工项目全厂蒸汽平衡的经验总结[J].广州化工,2013,(1):154-155.
⑶钟歲•大型工业供热蒸汽管网运行状态分析及操作优化[D].浙江大学硕士论文.2015.
