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Le système de contrôle automatique des chaudières à lit fluidisé circulant comprend sept aspects de régulation : la régulation du niveau d’eau dans le ballon de vapeur, la régulation de la température de la vapeur principale, la régulation de la pression négative dans la chambre de combustion, la régulation de la température du lit, la régulation de l’épaisseur de la couche de matériau, la régulation de la pression de la vapeur principale et la régulation de l’air d’alimentation. Ce post partage, à l’aide de diagrammes SAMA et de cas concrets, les méthodes de conception et de mise en œuvre du système de contrôle automatique des chaudières à lit fluidisé circulant. Compteur de débit yunrun.com.cn/product/999.html Lors du fonctionnement d’une chaudière à lit fluidisé circulant de 75 t/h appartenant à une entreprise, il est nécessaire de maintenir les paramètres suivants dans des limites contrôlées : ① Niveau de la cuve de vapeur – Écart de stabilité : ±5 mm ② Température de la vapeur principale – Écart de stabilité : ±5 °C ③ Pression négative dans la chambre de combustion – Écart de stabilité : ±5 Pa ④ Température du lit – Écart de stabilité : ±4 °C ⑤ Différence de pression dans le lit de matière – Écart de stabilité : ±0,1 kPa ⑥ Pression de la vapeur principale – Écart de stabilité : ±0,05 MPa ⑦ Teneur en oxygène dans les gaz de combustion – Écart de stabilité : ±3 % De nombreux facteurs influencent la stabilité de ces paramètres, et ceux-ci interagissent également entre eux. http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171742585498.png Du point de vue de la régulation automatique, le lit fluidisé circulant est un système à contrôle dont les paramètres sont multiples, corrélés, non linéaires, variables dans le temps et distribués. Afin de permettre une régulation automatique de ces paramètres, des recherches menées par Changhui Instrument Manufacturing Co., Ltd. ont permis de diviser son contrôle en deux grandes parties : 1. Le système vapeur-eau. Le système vapeur-eau des chaudières à lit fluidisé présente de nombreuses similitudes avec celui des autres types de chaudières ; par conséquent, on peut utiliser les schémas de contrôle typiques des chaudières à combustion en couches et des chaudières à suspension. 2. Système de combustion : Le système de combustion des chaudières à lit fluidisé présente ses propres caractéristiques et avantages, et les différents paramètres sont étroitement couplés entre eux avec de grands retards. Il est possible d’établir un plan de contrôle après avoir réalisé l’identification du système en s’appuyant sur la théorie du contrôle flou. Plan de conception pour le contrôle automatique des chaudières à lit fluidisé circulant de 75 t/h yunrun.com.cn/tech/1924.html Le contrôle automatique des chaudières à lit fluidisé circulant est conçu à l’aide de diagrammes SAMA, ce qui permet à tous de comprendre clairement le principe de contrôle et les méthodes d’implémentation concrètes. Si vous n’êtes pas familier avec la légende SAMA, veuillez consulter l’article technique de ce site intitulé « Utilisation des graphiques SAMA et de leurs légendes dans la conception de la régulation automatique ». 1. Système de régulation du niveau de la cuve de vapeur Le niveau de la cuve de vapeur est un paramètre essentiel pour assurer le fonctionnement sûr de la chaudière ; son système de contrôle utilise un système de régulation à un étage et à trois impulsions avec compensation de température et de pression. Le schéma de contrôle SAMA est présenté à la figure 1 : http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171355570318.png. Figure 1 : Schéma SAMA du système de régulation du niveau d’eau dans le ballon d’une chaudière à lit fluidisé circulant. 2. Régulation de la température de la vapeur principale : Le système utilise une régulation en cascade, où la température de la vapeur principale sert d’entrée pour le régulateur principal (régulateur à circuit unique), tandis que la température à la sortie du dérégleur sert de paramètre de point intermédiaire pour le régulateur secondaire, agissant comme retour d’information pour ce dernier (régulateur à commande externe). Le régulateur principal agit par réaction inverse, et le régulateur secondaire par action directe ; en ajustant la quantité d’eau de déréglage, on satisfait les exigences relatives à la température de la vapeur principale. Le diagramme de contrôle SAMA est présenté à la figure 2. http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171409313236.png Figure 2 : Schéma du système de régulation de la température de la vapeur principale des chaudières à lit fluidisé circulant SAMA. Figure 3 : Système de régulation de la pression négative dans la chambre de combustion. Les caractéristiques dynamiques des canaux de régulation ciblés sont bonnes ; un transmetteur de pression négative dans la chambre de combustion à haute stabilité et précision de 0,075 % est utilisé pour mesurer la pression, et la commande repose sur un système de régulation en circuit unique. Cependant, étant donné que la vitesse de montée du canal perturbé est assez élevée, on utilise un système composite feedforward-feedback doté d’un signal feedforward relatif au débit d’air. Afin d’éviter que de fortes fluctuations de pression n’aillent à l’encontre de la sécurité, un élément de limitation doit être intégré dans le circuit pour garantir que les clapets d’aspiration varient dans une certaine plage d’ouverture. Le graphique de contrôle SAMA est présenté à la figure 3. http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171419068337.png Figure 3 : Schéma du système de régulation de la pression négative dans la chaudière à lit fluidisé circulant SAMA. Figure 4 : Système de régulation de la température du lit. La température du lit dans une chaudière à lit fluidisé circulant est un paramètre important ; elle trop élevée peut provoquer la formation de cendres, tandis qu’elle trop basse diminue l’efficacité du désoxydation et favorise facilement l’extinction du feu. Les facteurs qui influencent la température du lit de combustion sont principalement : la qualité du charbon, la granulométrie du charbon et l’épaisseur de la couche de matière. L’épaisseur de la couche de matière est également liée à la quantité de charbon fourni et à la quantité de matière retournée, mais leurs effets sur la température du lit sont opposés. Afin d’éviter tout fonctionnement anormal, il est nécessaire d’ajouter ce paramètre important que représente le taux d’oxygène dans les gaz de combustion, qui reflète cet effet. Les exigences de régulation de la température du lit sont satisfaites en ajustant la quantité de matière retournée (la vitesse du ventilateur rotatif ou l’ouverture des volets de retour des cendres). Le diagramme de contrôle SAMA est présenté à la figure 4. http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171442479110.png Figure 4 : Schéma du système de régulation de la température du lit de la chaudière à lit fluidisé circulant SAMA. Figure 5 : Système de régulation de l’épaisseur du lit de matière. La chaudière à lit fluidisé circulant ne présente pas d’épaisseur de lit bien définie, mais on distingue néanmoins une zone de phase dense et une zone de phase diluée ; l’épaisseur du lit correspond à l’épaisseur du lit en état de repos dans la zone de phase dense. L’épaisseur de la couche de combustible influence non seulement la température du foyer, mais a également un impact important sur le fonctionnement économique de la chaudière. La hauteur réelle de la couche de matériau est calculée en mesurant la différence de pression entre la chambre d’air primaire et la zone à phase diluée, ainsi que le débit d’air primaire, puis elle est comparée à la hauteur de couche de matériau donnée. La vitesse du broyeur à cendres à spirale refroidi par eau est contrôlée par régulation PI, afin de maintenir l’épaisseur de la couche de matière. Le diagramme de contrôle SAMA est présenté à la figure 5. http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171650307524.png Figure 5 : Schéma du système de régulation de l’épaisseur du lit de charge dans la chaudière à lit fluidisé circulaire SAMA. Figure 6 : Système de régulation de la pression de vapeur principale. La pression de vapeur principale est l’une des conditions nécessaires pour assurer un fonctionnement sûr et économique de la chaudière et du groupe turbine. En raison du grand retard dans les canaux de régulation, il est nécessaire d’utiliser un système à double circuit avec des paramètres intermédiaires afin d’accélérer l’élimination des perturbations internes. Le paramètre du point intermédiaire est déterminé à partir du signal thermique obtenu en fonction de la quantité de vapeur et de la pression du ballon d’eau, et l’ajustement de la quantité de combustible (vitesse du chargeur de charbon) permet de répondre aux exigences de régulation de la pression. Le graphique de contrôle SAMA est présenté à la figure 6. http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171632083039.png Figure 6 : Schéma du système de régulation de la pression de vapeur principale des chaudières à lit fluidisé circulant SAMA. Figure 7 : Système de régulation de l’air d’alimentation. Le système de régulation de l’air d’alimentation permet de modifier le débit d’air afin qu’il corresponde à la quantité de combustible, assurant ainsi un coefficient d’air en excès suffisant pour optimiser l’efficacité de la combustion. L’oxygène présent dans les gaz de combustion est utilisé comme grandeur à réguler, et les quantités d’air primaire et secondaire sont ajustées pour répondre aux exigences de régulation. Afin d’améliorer davantage la qualité de régulation, un signal de charge est introduit en tant que signal feedforward, permettant au système de ventilation d’agir simultanément avec le système de pression de vapeur en cas de perturbation de charge. Le diagramme de contrôle SAMA est présenté à la figure 7. http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171812177730.png Figure 7 Schéma du système de régulation de l’air d’alimentation des chaudières à lit fluidisé circulaire SAMA. Dans le projet de contrôle automatique des chaudières à lit fluidisé circulaire de la société Wu County Jiangyuan Thermal Power Co., Ltd., sont utilisées des chaudières à lit fluidisé à température et pression intermédiaires, d’une capacité de 75 t/h, produites par la Beijing Boiler Factory. Bien que l’utilisation à la fois du signal de chaleur et du signal de température du lit permette de surmonter le retard causé par les variations de la quantité de charbon dans le système de régulation de la pression de vapeur principale des chaudières à lit fluidisé circulant, et que le signal de température du lit offre une vitesse de réponse plus rapide, l’action conjointe des deux systèmes de régulation entraîne de fortes fluctuations de température du lit, ce qui peut provoquer du coking au moindre manque d’attention. L’utilisation exclusive du signal thermique permet non seulement de surmonter le retard temporel, mais aussi d’éliminer le couplage entre les deux systèmes de régulation, rendant ainsi leur réglage indépendant l’un de l’autre. C’est là l’exigence de contrôle définie par Changhui Instrument Manufacturing Co., Ltd., et qui a été éprouvée dans la pratique : le système de contrôle automatique des chaudières à lit fluidisé circulant s’est avéré stable et fiable, répondant aux besoins en contrôle automatique à long terme des utilisateurs.