过程知识改变商业业绩

TLC = 连线控制 – 电力交货合同的计划工具 – 电力合同实时执行的优化 ELA-T = 汽机的经济负荷分配 – 在多台发电机运行时优化各自的所需蒸气量 – 支持多种汽机配置，包括：凝汽式、背压式、抽汽式以及各种减压装置 MPC = 主压力控制器 – 维持蒸汽稳定生产 – 保证蒸气母管持续保持流量平衡 UES功能模块介绍

ELA-B = 锅炉的经济负荷分配 –在多台锅炉运行时优化分配各自的蒸汽产量 –使全部锅炉的总热效率达到最大化 ACC = 先进燃烧控制 –卓越的先进燃烧过程控制 –优化单台锅炉的热效率 –稳定废气排放在规定的范围内 ATC = 先进温度控制 –改善蒸气温度控制品质 –提高锅炉循环热效率 UES功能模块介绍

UES模块层次结构 层次 IV – 电力合同优化 TLC 连线控制层次 III – 蒸气平衡管理 MPC BTC 压力控制 / 锅炉-汽机协调层次 II – 经济负荷分配 ELA-B ELA-T 锅炉负荷分配汽机负荷分配层次 I – 单元机组控制和优化 ACC ACC ATC ATC 锅炉燃烧优化主蒸气温度控制

UES基本实施结构图 ATC 背压式汽机 (有抽汽装置) 凝汽式汽机 (有抽汽装置) 减压装置多个锅炉为同一蒸气母管输气

UES电站实施结构图 燃煤锅炉 ATC BLOCK 1 凝汽式汽机 BLOCK 2 BLOCK 3 几个发电组合单元

* UES功能模块实施建议 * 注释：该模块非常适用于这一应用环境并可带来很大受益该模块可用于这一应用环境并能带来一定的受益该模块在这一应用环境中不太适用 ACC模块中已经包含了压力控制功能

燃烧过程的优化 – 稳定基本控制回路 – 优化空/燃比 – 降低烟气热损失控制废气排放 – NOx排放量降低 – 维持CO排放量在允许范围内 – 减小过剩空气系数紧密协调控制燃料和空气输入 – 意识到燃料和空气具有不同的动态响应 – 多变量速率优化先进控制 – 瞬态过程极佳的动态响应先进燃烧控制(ACC) 优化单台锅炉的热效率

先进燃烧控制(ACC)工作原理－工业能源类型 经过优化计算所得的空燃比 ACC 从ELA-B接受的燃料需求量给锅炉控制器发送协调的给煤量和空气输入量设定值

先进燃烧控制(ACC)工作原理－电站类型 经过优化计算所得的空燃比蒸气消耗 ACC 锅炉输出蒸气压力给锅炉控制器发送协调的给煤量和空气输入量设定值

经过优化计算所得的空燃比 ACC 锅炉输出蒸气压力给锅炉控制器发送协调的给煤量和空气输入量设定值先进燃烧控制(ACC)工作原理－电站类型在保证原有DCS系统完整性的基础上，通过实时优化给煤量和空气输入量的PID回路设定值，而实现燃烧控制系统的闭环优化。

先进燃烧控制(ACC)－燃烧优化器 先进燃烧控制燃烧优化器 • 连续预估废气的组成(O2, CO) • 观察所设定的排放范围–排放极限 –提醒级别 • 计算优化的空/燃比燃烧协调器 ELA-B • 协调燃烧过程中空气和燃料供给的不同动态过程控制 ACC

优化效率 NO 上限 x CO 生成量 CO 上限效率 NOX 生成量 NO CO x 可行的空燃比范围先进燃烧控制(ACC)－燃烧优化器燃烧优化器将空/燃比拉到安全的范围，即优化燃烧效率,不超过CO 极限

Flue gas CO Excess O2 = 5 % Variation in CO emissions Air-Fuel Ratio Variation in A/F ratio 先进燃烧控制(ACC)－燃烧优化器 Flue gas CO Excess O2 = 3 % Air-Fuel Ratio decrease O2 set point 烟气CO含量 Excess O2 = 3 % 采用先进控制方案空燃比减少实际空燃比波动范围

先进燃烧控制(ACC)－燃烧协调器 基于模型预测的多入多出速率优化控制器 (MIMO ROC) (Multi-input Multi-output Rate-optimal Controller) • 预测控制 – 基于工厂的动态模型预测因相关操作变量改变而造成的工厂状态变化 • 速率优化控制 – 多种速率的控制器响应 – 优化控制响应速率以达到设备或工艺所允许的最大能力极限 • 操作员设定控制区间 – 单纯的控制变量设定值将由控制变量的设定区间上、下限代替

. . . . . . . . . MIMO ROC –多变量控制什么是多变量控制 SP ……….. 设定值CV ……….. 被控变量DV ……….. 扰动变量MV ……….. 操作变量 SP 单输入单输出 PID MV CV CV的设定区间和变化率 (SPs) 多输入多输出 CV1 MV1 MIMO CV2 MV2 CVn MVm DV1 DV2 DVl

MIMO ROC – 速率最优控制器 什么是速率最优控制器（ROC） PID对不同幅值的设定值变化（或扰动）的响应时间相同，都由回路调节时确定。 PID响应速率最优速率最优控制器调节响应时间，使得所有的响应以最大可行的速率执行。典型的小扰动能被很快的抑制，而当偶尔出现较大的变化时也不会违反最大可行速率。 ROC 响应

长期在低过量空气系数的状态下运行 降低NOx 排放量 Efficiency 12 提高锅炉热效率 1998 确保CO排放量不超标 1999 10 8 6 [%] 4 2 0 86 86.5 87 87.5 88 88.5 89 89.5 h [%] 先进燃烧控制(ACC)－性能评估案例 1 个月ACC 操作结果(蓝色柱状图）1 个月常规燃烧控制(红色柱状图）总体锅炉燃烧效率将提高 1-2 %

改善蒸汽温度控制 减小过热蒸汽温度变化允许更高的可达温度设定点提高循环效率典型的统计，蒸汽温度每增加15 °C会提高效率约 1% 瞬态过程的性能提升先进温度控制(ATC) 通过更好的温度控制获得更高的热效率

先进温度控制(ATC)－工作原理 操作员输入输出过热蒸气温度范围过热蒸气温度设定点 ATC 蒸气流量烟气温度入口蒸气温度过热蒸气出口温度过热器减温器

发电过程的实时优化 – 监视实时的电力生产和内部的消耗 – 预测合同期内的总发电量 – 优化发电曲线以满足合同定额的要求供电合同技术确认的离线工具连线控制(TLC) 在开放的电力市场为企业提高自身竞争优势

连线控制(TLC)工作原理－工业能源类型 实际发电量及厂用电消耗量 ELA-T 接受所需总发电量设定值并执行以满足所签电力合同电力合同数据 TLC MPC 接受预计所需的蒸气总量来及早提供锅炉燃料量设定值,

连线控制(TLC)电力合同执行－工业能源类型 不确定性来源 – 加热蒸汽的需求 – 生产用蒸汽的需求 – 厂用电消耗基于短期预估的不确定性基于长期预估的不确定性稳妥的执行范围 – 降低不能满足合同的风险 – 减少不确定性

连线控制(TLC)工作原理－电站类型 实际发电量及厂用电消耗量电力合同数据 TLC ELA-T 接受所需总发电量设定值并执行以满足所签电力合同

连线控制(TLC)电力合同执行－电站类型 不确定性来源 – 厂用电消耗 – 其他辅助服务消耗基于短期预估的不确定性基于长期预估的不确定性稳妥的执行范围 – 降低不能满足合同的风险 – 减少不确定性

在多台蒸气发电机中分配蒸汽 复杂的蒸汽消耗单元配置包括 – 凝汽，背压式汽机和减压装置 – 多压力等级的蒸汽母管 – 不同的蒸汽供应方案优化发电和蒸汽供应效率 – 分配标准包括􀂊 汽机的耗汽曲线􀂊 变化的电价􀂊 不同的蒸汽介质价格汽机的经济负荷分配(ELA_T)

汽机的经济负荷分配(ELA_T)工作原理－工业能源类型汽机的经济负荷分配(ELA_T)工作原理－工业能源类型从TLC接受到的实际蒸气产量的设定值 ELA-T 从蒸气母管压力控制器接受到的实际蒸气量需求由ELA-T控制的各汽机（减压装置）输入蒸气量设定值

汽机的经济负荷分配(ELA_T)工作原理－电站类型汽机的经济负荷分配(ELA_T)工作原理－电站类型从TLC接受到的实际蒸气产量的设定值 ELA-T 由ELA-T控制的各汽机输入蒸气量设定值

只有背压汽机时 由母管压力控制器给出进入汽机的所需蒸气量优化任务: 发电量最大化当满足输出蒸汽参数和蒸汽消耗汽机的经济负荷分配(ELA_T)控制模式压力控制模式发电控制模式 • 至少有一台凝汽式汽机 – 发电量由TLC设定 – 输出蒸汽的要求由母管压力控制器给出 • 优化任务: • 蒸气消耗最小化当 • 满足总发电量需求和 • 满足输出蒸气流量和参数效益来源于提高发电量效益来源于降低蒸气量消耗

UES功能模块介绍 – 先进燃烧控制(ACC) – 先进温度控制(ATC) – 连线控制(TLC) – 透平的经济负荷分配(ELA_T) – 主压力控制器(MPC) – 锅炉的经济负荷分配(ELA_B) UES 方案实施 – 实施步骤 – 系统互联方案 – 用户界面内容纲要

保证蒸气生产和消耗的连续平衡 调节总热量输入至锅炉控制器稳定蒸汽压力 “平静过程控制” 延长设备寿命先进的预测控制在蒸汽消费过程中完全地应用预测技术优化瞬态过程的相应主压力控制器(MPC) 保证工厂利用最大的发电能力

主压力控制器(MPC)工作原理 预估的母管蒸气消耗操作人员设定母管压力范围 MPC 实际蒸气母管压力 ELA-B 接受总热量需求指令

在多台锅炉间分配总热量需求 – 维持最宽的有效蒸汽生产范围 – 最小化蒸汽生产成本分配将基于: – 锅炉的成本曲线 – 单台锅炉的极限 – 各种操作约束条件对锅炉生产安排的经济性评估锅炉的经济负荷分配(ELA_B) 提高全厂锅炉的热效率并增加操作弹性

锅炉的经济负荷分配(ELA_B)工作原理 总热量需求指令 ACCs 接受各自锅炉所分配的热量需求指令 ELA-B

锅炉的经济负荷分配(ELA_B)计算方法 3台不同锅炉各自的效率曲线（效率Vs蒸气量）优化后的3台锅炉负荷分配总蒸气量输出单台锅炉的蒸气量贡献基于锅炉效率曲线的计算

决策支持工具 基于不同运行模式估算综合平均蒸气生产成本对于复杂的蒸气产量波形做出快速的经济性评估离线计算锅炉的经济负荷分配(ELA_B)－锅炉运行决策每日总蒸气产量波形 4种不同的运行模式综合平均蒸气生产成本

可行性研究 – 确定技术和经济的可行性 – 确定需求变化和增加基础控制仪表解决方案的设计和审查 – 功能概念设计 – 详细功能设计工厂测试&模型建立 – 现场过程模型响应测试 – 数据分析和模型辩识现场实施和模型精调 – 硬件和软件安装 – 组态, 模型精确调整 – 培训试运行 UES方案实施－步骤

关键工艺参数的执行机构可靠 – 由常规控制系统进行调节关键工艺参数的连续测量 – 测量变量在控制系统中可获取性测量值重复性好 – 良好的测量重复性比实际测量精度更重要控制系统支持OPC标准 – 可选Honeywell Uniformance PHD 或其它第三方数据库产品 UES方案实施－基本需求

UES 方案实施－用户界面 UES 工程师站先进控制及优化层 UES 服务器可嵌入DCS操作员站的UES显示页面分散控制系统现场控制执行层

UES 方案实施－用户界面(与Honeywell DCS集成）

UES 方案实施－用户界面（与第三方DCS集成）

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