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O sistema de controle automático de caldeiras de leito fluidizado circulante inclui sete aspectos de controle: regulação do nível de água no vaso de pressão, regulação da temperatura do vapor principal, regulação da pressão negativa no interior do forno, regulação da temperatura do leito, regulação da espessura da camada de material, regulação da pressão do vapor principal e regulação do fluxo de ar. Este artigo compartilha, por meio de diagramas SAMA e casos específicos, os métodos para a construção e implementação do sistema de controle automático de caldeiras de leito fluidizado circulante. Medidor de vazão: yunrun.com.cn/product/999.html. Em um caldeira de leito fluidizado com capacidade de 75 t/h, é necessário manter os seguintes parâmetros dentro de limites específicos durante seu funcionamento: ① Nível da água no tanque de vapor – Desvio de estabilidade: ±5 mm. ② Temperatura do vapor principal – Desvio de estabilidade: ±5°C. ③ Pressão negativa no interior do forno – Desvio de estabilidade: ±5 Pa. ④ Temperatura do leito – Desvio de estabilidade: ±4°C. ⑤ Diferença de pressão na camada de material – Desvio de estabilidade: ±0,1 kPa. ⑥ Pressão do vapor principal – Desvio de estabilidade: ±0,05 MPa. ⑦ Teor de oxigênio nos gases de escape – Desvio de estabilidade: ±3%. Existem muitos fatores que afetam a estabilidade desses parâmetros, e eles também influenciam uns aos outros. http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171742585498.png Do ponto de vista do controle automático, o leito fluidizado em ciclo é um sistema de controle com vários parâmetros interligados, que são não lineares, variáveis no tempo e distribuídos. Para permitir o ajuste automático desses parâmetros, a Changhui Instrument Manufacturing Co., Ltd. realizou pesquisas e experimentos, e concluiu que seu controle pode ser dividido em duas partes principais: 1. Sistema de vapor e água. O sistema de vapor e água das caldeiras de leito fluidizado tem muitas semelhanças com o dos outros tipos de caldeiras. Portanto, podem ser utilizados os esquemas de controle típicos das caldeiras de combustão em camadas e das caldeiras de suspensão. 2. Sistema de combustão: O sistema de combustão das caldeiras de leito fluidizado possui suas próprias características e vantagens. Além disso, os diferentes parâmetros envolvidos estão interligados entre si, o que gera grandes atrasos no funcionamento do sistema. É possível estabelecer um plano de controle com base na teoria de controle fuzzy, após realizar a identificação do sistema. Projeto de controle automático para caldeiras de leito fluidizado circular de 75 t/h yunrun.com.cn/tech/1924.html O controle automático das caldeiras de leito fluidizado circular é baseado no método de diagramas SAMA, o que facilita a compreensão clara dos princípios de controle e dos métodos de implementação. Se você não está familiarizado com a legenda do SAMA, consulte o artigo técnico deste site intitulado “Aplicações dos gráficos SAMA e de suas legendas no projeto de controle automático”. 1. Sistema de regulação do nível de água no vaso de pressão: O nível de água no vaso de pressão é um parâmetro importante para garantir o funcionamento seguro da caldeira. Seu sistema de controle utiliza um sistema de regulação de três impulsos, com compensação de temperatura e pressão. O controle do diagrama SAMA é mostrado na Figura 1: http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171355570318.png. A Figura 1 representa o sistema de regulação do nível de água no tanque de vapor das caldeiras de leito fluidizado em ciclo contínuo, segundo o diagrama SAMA. 2. Regulação da temperatura do vapor principal: O sistema utiliza um controle em cascata. A temperatura do vapor principal serve como entrada para o controlador principal (controlador de circuito único), enquanto a temperatura de saída do redutor de temperatura funciona como parâmetro intermediário para o controlador secundário. Este último atua como feedback para o controlador principal. O controlador principal age de forma “reativa”, enquanto o controlador secundário age de forma “ativa”. Através da regulação da quantidade de água utilizada no redutor de temperatura, é possível satisfazer as exigências relativas à temperatura do vapor principal. O controle do gráfico SAMA está mostrado na Figura 2. http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171409313236.png Figura 2: Diagrama do sistema de regulação da temperatura do vapor principal em caldeiras de leito fluidizado circular, SAMA. Figura 3: Sistema de regulação da pressão negativa no interior do forno. Os canais de regulação do sistema apresentam boas características dinâmicas. É utilizado um transmissor de pressão com precisão de 0,075%, o que garante alta estabilidade na medição da pressão no interior do forno. O controle é feito por meio de um sistema de regulação de circuito único. No entanto, como a velocidade de ascensão do canal perturbado é alta, é utilizado um sistema composto de feedback com sinal de feedforward relacionado à vazão de ar. Para evitar que flutuações de pressão negativa comprometam a segurança, é necessário incluir unidades de limitação no circuito, a fim de garantir que as válvulas de ventilação operem dentro de uma determinada faixa de abertura. O controle do gráfico SAMA está mostrado na Figura 3. http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171419068337.png Figura 3: Diagrama do sistema de regulação da pressão negativa no interior do forno da caldeira de leito fluidizado circulante, SAMA. Figura 4: Sistema de regulação da temperatura do leito. A temperatura do leito em uma caldeira de leito fluidizado circulante é um parâmetro importante. Se ela for muito alta, pode causar formação de carbonização; se for muito baixa, reduz a eficiência da desulfuração e também pode levar ao apagamento do fogo. Os fatores que influenciam a temperatura da cama são, principalmente: a qualidade do carvão, o tamanho dos grãos de carvão e a espessura da camada de material. A espessura da camada de material também está relacionada à quantidade de carvão fornecido e à quantidade de material devolvido, mas os efeitos desses dois fatores na temperatura do leito são opostos. Para evitar ações errôneas, é necessário incluir o importante parâmetro que reflete a concentração de oxigênio nos gases de escape, devido ao impacto que ela exerce. A exigência de regulação da temperatura do leito é atendida por meio da ajuste da quantidade de material devolvido (a rotação da turbina rotativa ou a abertura das válvulas de retorno do material). O controle do gráfico SAMA está mostrado na Figura 4. http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171442479110.png Figura 4: Diagrama do sistema de controle da temperatura do leito da caldeira de leito fluidizado circular SAMA. Figura 5: Sistema de controle da espessura do leito de material. Na caldeira de leito fluidizado circular, não existe uma espessura definida para o leito de material; no entanto, ainda existem zonas de fase densa e zonas de fase rarefeita. A espessura do leito de material refere-se à espessura do mesmo quando está em estado estacionário, na zona de fase densa. A espessura da camada de material afeta não apenas a temperatura do leito, mas também tem grande impacto no funcionamento econômico da caldeira. A espessura real da camada de material é calculada medindo a diferença de pressão entre a câmara de ar primário e a região de fase diluída, bem como o volume de ar primário utilizado. Esse valor é então comparado com a espessura da camada de material especificada. A velocidade do descarregador helicoidal resfriado a água é controlada por meio de regulação PI, com o objetivo de manter a espessura da camada de material. O controle do gráfico SAMA está mostrado na Figura 5. http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171650307524.png Figura 5: Sistema de ajuste da espessura do leito de material no caldeira de leito fluidizado circular SAMA. Figura 6: Sistema de ajuste da pressão do vapor principal. A pressão do vapor principal é uma das condições necessárias para garantir o funcionamento seguro e econômico da caldeira. Devido ao grande atraso nos canais de ajuste, é necessário utilizar um sistema de dois circuitos com parâmetros intermediários, a fim de acelerar a eliminação das perturbações internas. O parâmetro do ponto intermediário é determinado a partir do sinal de calor obtido com base na quantidade de vapor e na pressão do vaso de pressão. A regulagem da quantidade de combustível (rotação do alimentador de carvão) é utilizada para atender às exigências de regulação da pressão. O controle do gráfico SAMA está mostrado na Figura 6. http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171632083039.png Figura 6: Sistema de regulação da pressão do vapor principal em caldeiras de leito fluidizado circular – SAMA. Figura 7: Sistema de regulação do ar de alimentação. O sistema de regulação do ar de alimentação permite ajustar a quantidade de ar fornecido, de modo que ela esteja em harmonia com a quantidade de combustível utilizado. Isso garante um coeficiente de ar excedente adequado, o que contribui para uma combustão mais eficiente. O teor de oxigênio nos gases de escape é utilizado como variável a ser controlada; para atender às exigências de regulação, ajusta-se a quantidade de ar primário e a quantidade de ar secundário. Para melhorar ainda mais a qualidade de regulação, é introduzido um sinal de carga como sinal de feedforward, fazendo com que o sistema de ventilação atue simultaneamente ao sistema de pressão de vapor em caso de perturbações na carga. O controle do gráfico SAMA está mostrado na Figura 7. http://yunrun.com.cn/upload/201804/17/201804171812177730.png Figura 7: Diagrama do sistema de regulação do ar de alimentação das caldeiras de leito fluidizado em circulação, SAMA. Na empresa Wu County Jiangyuan Thermal Power Co., Ltd., são utilizadas caldeiras de leito fluidizado de temperatura e pressão médias, com capacidade de 75 t/h, produzidas pela Beijing Boiler Factory, para o controle automático das caldeiras de leito fluidizado em circulação. Embora o sistema de regulação da pressão do vapor principal em caldeiras de leito fluidizado circular utilize tanto sinais de calor quanto sinais de temperatura do leito para superar o atraso causado pelas variações na quantidade de carvão, e embora os sinais de temperatura do leito permitam uma resposta mais rápida, a ação conjunta dos dois sistemas faz com que haja grandes flutuações na temperatura do leito. Isso pode causar formação de carbonização caso haja alguma negligência. Além disso, o uso exclusivo do sinal de calor permite superar o atraso temporal e eliminar a interconexão entre os dois sistemas de regulação, tornando a configuração de cada um deles independente. Esses são os requisitos de controle definidos pela Changhui Instrument Manufacturing Co., Ltd. Após testes práticos, foi constatado que o sistema de controle automático para caldeiras de leito fluidizado é estável e confiável, atendendo assim às necessidades de controle automático a longo prazo das unidades utilizadoras.