專利名稱：基于精確測(cè)量系統(tǒng)的鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)和優(yōu)化控制方法
基于精確測(cè)量系統(tǒng)的鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)和優(yōu)化控制方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鍋爐優(yōu)化燃燒技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于對(duì)鍋爐燃燒參數(shù)的精確測(cè) 量、歷史尋優(yōu)和閉環(huán)控制的優(yōu)化控制系統(tǒng)和優(yōu)化控制方法，適用于燃煤發(fā)電機(jī)組。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，各燃煤發(fā)電廠面臨著節(jié)能和降低NOx排放的雙重壓力。通過燃燒調(diào)整降低 NOx排放同時(shí)降低煤耗是公認(rèn)的最佳解決方法。但是，目前對(duì)燃燒過程的控制還是停留在非 常落后的總量參數(shù)控制方法上，如通過鍋爐出口氧量和蒸汽參數(shù)等，這種控制方式為鍋爐 燃燒優(yōu)化調(diào)整留下很大潛力。
鍋爐燃燒優(yōu)化控制是實(shí)現(xiàn)火電廠節(jié)能減排的重要技術(shù)途徑。對(duì)于大型燃煤鍋爐， 運(yùn)行中燃料的分配是否均勻，配風(fēng)是否合理，將直接影響到機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性和環(huán) 保水平。
而目前優(yōu)化燃燒方法主要存在以下問題
1.煤粉分配存在不均衡
當(dāng)煤粉離開磨煤機(jī)通過彎曲的管道到達(dá)燃燒器時(shí)，會(huì)形成繩狀。如果分層狀態(tài)的 煤粉進(jìn)入燃燒器，導(dǎo)致各燃燒器之間的煤粉質(zhì)量流量存在較大偏差，最多達(dá)30%以上，就會(huì) 出現(xiàn)火焰不穩(wěn)定，燃燒不均勻等系列問題。
2.無法對(duì)風(fēng)粉兩相流進(jìn)行在線測(cè)量并進(jìn)行調(diào)整
目前對(duì)于大型煤粉鍋爐一般都采用直吹式制粉系統(tǒng)。一臺(tái)磨煤機(jī)配置一組燃燒 器。但是過去由于無法對(duì)風(fēng)粉兩相流進(jìn)行在線測(cè)量并進(jìn)行調(diào)整，使用給煤機(jī)轉(zhuǎn)速來代替到 每個(gè)燃燒器的煤量，然后決定對(duì)應(yīng)給煤機(jī)所需的風(fēng)量。這種方式?jīng)]有考慮磨煤機(jī)，分離器和 煤粉管的不同特性和非線性，這樣導(dǎo)致了在同樣的給煤機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)到每個(gè)燃燒器煤粉量有很 大的區(qū)別，以至于煤量和風(fēng)量不能得到正確地匹配。
3.缺少精確的、充分的測(cè)量手段
國內(nèi)電廠的飛灰含碳和風(fēng)、粉在線檢測(cè)存在安裝率不高、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性差的問 題，缺乏反映鍋爐燃燒狀態(tài)的風(fēng)、粉、灰等參數(shù)的精確測(cè)量手段，這些都直接影響優(yōu)化燃燒 建模和優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性。
4.閉環(huán)控制與最優(yōu)運(yùn)行調(diào)整的結(jié)合程度不夠
在無法做到完全自動(dòng)化的復(fù)雜系統(tǒng)中，人的操作調(diào)整和控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整均具有 重要的作用，應(yīng)該緊密結(jié)合。如在燃燒優(yōu)化控制投入的情況下，如果運(yùn)行人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或?qū)?航判斷當(dāng)前二次風(fēng)速太高或太低，則可通過氧量手動(dòng)站進(jìn)行氧量的設(shè)定值改變即可改變各 層風(fēng)速(根據(jù)最優(yōu)運(yùn)行調(diào)整決策系統(tǒng))。
5.燃燒優(yōu)化理論與方法的實(shí)現(xiàn)
傳統(tǒng)意義上的優(yōu)化理論依賴于建立系統(tǒng)的模型和優(yōu)化算法。復(fù)雜系統(tǒng)建模困難， 優(yōu)化過程的計(jì)算成本往往使現(xiàn)實(shí)與理論相去甚遠(yuǎn)。采用人工智能的方法來實(shí)現(xiàn)燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化是另一條途徑?？紤]到在線計(jì)算的困難性以及不具備直接測(cè)量值與優(yōu)化目標(biāo)之間的相 關(guān)性分析，因此人工智能的燃燒優(yōu)化方法也難以實(shí)現(xiàn)。
一方面，隨著測(cè)量技術(shù)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)外出現(xiàn)了越來越多且精確的測(cè)量和控制 器件，有效解決了測(cè)量和控制精度問題，對(duì)燃燒過程的重要參數(shù)的在線準(zhǔn)確測(cè)量和控制提 供了可能。
另一方面，隨著近幾年國內(nèi)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的成熟，基于海量數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)挖掘、數(shù) 據(jù)融合，成為解決眾多實(shí)際問題的有效工具。利用實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的機(jī)組海量運(yùn)行 數(shù)據(jù)，將會(huì)成為國內(nèi)發(fā)電企業(yè)優(yōu)化燃燒研究的必然趨勢(shì)。發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明公開了一種鍋爐燃燒優(yōu)化的方法。在對(duì) 燃煤機(jī)組煤粉進(jìn)行均衡分配改造的基礎(chǔ)上，采用測(cè)量器件對(duì)風(fēng)、粉、灰等參數(shù)進(jìn)行精確測(cè) 量，利用所采集的鍋爐的實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)，以工況優(yōu)化為基本優(yōu)化手段，通過數(shù)據(jù)的深層次分 析和挖掘來解析運(yùn)行的歷史行為，建立燃燒過程的運(yùn)行操作參數(shù)、狀態(tài)輸入?yún)?shù)與鍋爐效 率、NOx等參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型，獲得機(jī)組運(yùn)行模式知識(shí)庫，進(jìn)行全廠節(jié)能減排綜合評(píng)估和 診斷，分析機(jī)組運(yùn)行潛力，提供用于優(yōu)化操作的知識(shí)庫和規(guī)律，針對(duì)不同燃燒指標(biāo)或指標(biāo)組 合進(jìn)行鍋爐燃燒參數(shù)配置的優(yōu)化，能實(shí)現(xiàn)多重優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化，分類提出降耗與減排實(shí)施 方案和措施。本發(fā)明方法既可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)優(yōu)化控制也可實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)化指導(dǎo)。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案。
一種基于精確測(cè)量系統(tǒng)的鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括磨煤機(jī)、煤粉管道、省煤 器、空氣預(yù)熱器、燃燒器、一次風(fēng)管道、二次風(fēng)管道，其特征在于
所述優(yōu)化控制系統(tǒng)還包括煤粉分散器、煤粉控制裝置、煤粉濃度測(cè)量裝置、風(fēng)量風(fēng) 速測(cè)量裝置、飛灰含碳在線測(cè)量裝置、燃盡風(fēng)調(diào)整裝置、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器；
將磨煤機(jī)出口處的多路煤粉管道進(jìn)行改造，匯總成一段總的煤粉管道，在所述一 段總的管道上依次加裝煤粉分散器和煤粉控制裝置，該煤粉控制裝置的出口端連接通往各 燃燒器進(jìn)口的多路煤粉管道，通過煤粉分散器和煤粉控制裝置對(duì)煤粉流量進(jìn)行均衡分配；
在各燃燒器進(jìn)口的多路煤粉管道安裝所述煤粉濃度測(cè)量裝置；
在一次風(fēng)管道、二次風(fēng)管道和燃盡風(fēng)管道分別設(shè)置風(fēng)量風(fēng)速測(cè)量裝置；
在所述省煤器和空氣預(yù)熱器之間安裝飛灰含碳在線測(cè)量裝置；
所述煤粉濃度測(cè)量裝置、風(fēng)量風(fēng)速測(cè)量裝置、飛灰含碳在線測(cè)量裝置將測(cè)量信號(hào) 傳輸至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，所述數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與所述應(yīng)用服務(wù)器相連；
所述應(yīng)用服務(wù)器還與燃盡風(fēng)調(diào)整裝置、煤粉控制閥門裝置相連，根據(jù)所測(cè)量的煤 粉濃度、風(fēng)量風(fēng)速、飛灰含碳量和預(yù)定的氮氧化物排放水平、鍋爐效率調(diào)整進(jìn)入每個(gè)燃燒器 的煤粉流量和鍋爐燃盡風(fēng)量所占總風(fēng)量的比例以及各燃盡風(fēng)門的開度。
本發(fā)明還公開了一種基于上述鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法， 其特征在于，所述方法包括以下步驟
(1)采用煤粉分散和煤粉控制閥門裝置對(duì)煤粉流量進(jìn)行均衡分配改造；
(2)在燃燒器進(jìn)口多路煤粉管道上加裝煤粉濃度測(cè)量系統(tǒng)，采用非插入式的靜電 負(fù)荷檢測(cè)裝置在線測(cè)量煤粉濃度與煤粉流速；
(3)根據(jù)步驟( 所獲得的煤粉濃度測(cè)量數(shù)據(jù)，判斷各煤粉管道中煤粉分配是否 均勻，若不滿足均勻條件，通過煤粉控制閥門裝置對(duì)進(jìn)入每個(gè)燃燒器煤粉流量進(jìn)行調(diào)整。
(4)采用在管道界面上多點(diǎn)陣列分布測(cè)點(diǎn)，用差壓法在一次風(fēng)管道和二次風(fēng)管道 分別設(shè)置風(fēng)量風(fēng)速測(cè)量裝置，在線測(cè)量磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量和風(fēng)速、二次風(fēng)量和風(fēng)速、燃盡 風(fēng)量和風(fēng)速；
(5)采用飛灰含碳在線測(cè)量裝置對(duì)煙氣飛灰含碳量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)；
(6)采集對(duì)步驟(2)、⑷、(5)所構(gòu)成的精確測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、分散控制系統(tǒng)(DCS) 數(shù)據(jù)以及煤質(zhì)數(shù)據(jù)，保存至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，在實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫中記錄機(jī)組運(yùn)行過程信息；
(7)在應(yīng)用服務(wù)器中綜合考慮NOx排放和鍋爐效率的平衡，建立鍋爐運(yùn)行操作量、 運(yùn)行狀態(tài)量和NOx排放與鍋爐效率的燃燒模型，尋找各個(gè)典型工況下的最優(yōu)值，建立各個(gè) 工況最佳運(yùn)行操作模式庫；
(8)所述應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)所述各個(gè)工況最佳運(yùn)行操作模式庫，通過燃盡風(fēng)調(diào)整裝 置對(duì)燃盡風(fēng)的占總風(fēng)量的比例以及各燃盡風(fēng)門的開度進(jìn)行調(diào)整，完成燃燒優(yōu)化的閉環(huán)控 制。
本發(fā)明可以獲得鍋爐效率與氮氧化物排放多目標(biāo)優(yōu)化的運(yùn)行方案，實(shí)現(xiàn)鍋爐污染 物排放最低(預(yù)設(shè)值)時(shí)的鍋爐優(yōu)化運(yùn)行方案，或者獲得鍋爐效率最大時(shí)的優(yōu)化運(yùn)行方案。
具有如下優(yōu)化效果
(1)降低NOx排放，在不采取其它脫硝設(shè)備、工藝的情況下，可將NOx排放降低 10% 30%。
(2)在保持NOx達(dá)到最低(預(yù)定)的排放水平前提下，盡可能降低損失提高效率， 平均降低能耗0. 4% 0. 75%，能顯著降低機(jī)組煤耗。


圖1為現(xiàn)有磨煤機(jī)出口煤粉管路圖2為煤粉分配均衡改造示意圖3為本發(fā)明的基于精確測(cè)量的鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)硬件示意圖4為燃燒優(yōu)化模型；
圖5為閉環(huán)控制示意圖6為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D7為基于精確測(cè)量的鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法流程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)說明書附圖，結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1為現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)的煤粉管道圖，從磨煤機(jī)直接出來幾根管道G 6根，視具體機(jī) 組容量而定)到各燃燒器，在煤粉管道上沒有煤粉濃度、流速和流量的在線測(cè)量裝置。
圖2為本發(fā)明對(duì)煤粉管道進(jìn)行管路改造后的示意圖，通過將原有多路磨煤機(jī)出口 煤粉管路進(jìn)行改造，匯總成一根總管道，在此總管道上加裝煤粉分散器和相應(yīng)的煤粉控制 閥門裝置，進(jìn)行煤粉平均分配。煤粉分散器安裝在磨煤機(jī)出口至分配處的前端，用來打破 在煤粉管道彎頭處產(chǎn)生的繩狀煤粉流，在管道分岔處改善煤粉分布、減低管道磨損、減少維修、降低NOx排放和提高燃盡。煤粉控制閥門安裝在煤粉分散器的下游出口，與分配器的入 口相連。其目的是用來精細(xì)調(diào)整和平衡煤粉，能夠在管道分岔處進(jìn)一步優(yōu)化煤粉分布、準(zhǔn)確 平衡煤粉和空氣流量，使其良好地分配到每一臺(tái)分配器支管中。煤粉控制閥門根據(jù)管路個(gè) 數(shù)的不同可以選擇一分二、一分三等型號(hào)。
對(duì)于磨煤機(jī)出口有五路煤粉管道的系統(tǒng)，采取將進(jìn)入鍋爐兩端的兩根煤粉管合并 為一根管道后，加裝煤粉分散器和煤粉控制閥門將煤粉重新平均分配到兩根煤粉管；另外 三根煤粉管合并，加裝煤粉分散器和煤粉控制閥門將煤粉重新平均分配到三根煤粉管。
在燃燒器進(jìn)口煤粉管道上加裝煤粉濃度的精確測(cè)量系統(tǒng)，能夠在線精確測(cè)量煤粉 濃度和煤粉流速，與稱重式給煤機(jī)一起協(xié)作，便能精確的報(bào)告出被傳輸?shù)矫總€(gè)管道中的煤 粉質(zhì)量流量，給控制每個(gè)燃燒器的風(fēng)煤比提供參考。煤粉濃度的精確測(cè)量系統(tǒng)采用非插入 式的靜電負(fù)荷檢測(cè)裝置，盤管式結(jié)構(gòu)，即是安裝在煤粉輸送管道的一截短管，用一排嵌在短 管內(nèi)表面上的環(huán)狀傳感器檢測(cè)交流電負(fù)荷。具體方案是在磨煤機(jī)的各煤粉支管的靠近燃燒 器的位置各安裝一個(gè)煤粉濃度在線測(cè)量裝置(PF-MASTER)，安裝時(shí)需要一段直管道，直管道 的長度要求為管道直徑的三倍以上即可。煤粉濃度在線測(cè)量裝置(PF-MASTER)替代一段煤 粉管道，通過法蘭與原有管道連接，在機(jī)組小修期間可以完成設(shè)備安裝。
飛灰含碳量測(cè)量設(shè)備安裝在省煤器下方，空氣預(yù)熱器的上方，空氣預(yù)熱器兩側(cè)各 安裝一組，可以用一臺(tái)機(jī)柜進(jìn)行多位置測(cè)量(最多6個(gè)測(cè)點(diǎn))，探頭安裝在空氣預(yù)熱器之前， 在省煤器的出口之后，多個(gè)探頭輪流取樣，每個(gè)探頭取樣時(shí)間約為10分鐘。
采用防堵陣列式風(fēng)量風(fēng)速測(cè)量裝置測(cè)量磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量與風(fēng)速、二次風(fēng)量與 風(fēng)速和燃盡風(fēng)量與風(fēng)速。磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量與風(fēng)速測(cè)點(diǎn)安裝在各磨煤機(jī)進(jìn)口冷熱風(fēng)混合 后的風(fēng)道上，每臺(tái)磨煤機(jī)入口風(fēng)道上安裝有兩個(gè)探頭；在二次風(fēng)道上選擇前方直管段長度 不小于2倍風(fēng)道的當(dāng)量直徑，后方不小于0. 5倍位置處的截面上按等截面網(wǎng)格法多點(diǎn)測(cè)量 原理布置測(cè)風(fēng)陣列，當(dāng)直管段長度不夠時(shí)，可按比例適當(dāng)調(diào)整，測(cè)量平均流速；在燃盡風(fēng)道 上選擇前方直管段長度不小于2倍風(fēng)道的當(dāng)量直徑，后方不小于0. 5倍位置處的截面上按 等截面網(wǎng)格法多點(diǎn)測(cè)量原理布置測(cè)風(fēng)陣列，當(dāng)直管段長度不夠時(shí)，可按比例適當(dāng)調(diào)整，測(cè)量 平均流速。
圖3為各測(cè)量裝置的布置位置和測(cè)點(diǎn)點(diǎn)數(shù)示意。在磨煤機(jī)出口進(jìn)燃燒器之前的煤 粉管路上布置煤粉濃度測(cè)量測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)數(shù)同機(jī)組燃燒器的個(gè)數(shù)相同；在二次風(fēng)箱布置二次風(fēng) 速和風(fēng)量測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)數(shù)同每一燃燒器層數(shù)相同；在各磨煤機(jī)入口布置一次風(fēng)速和風(fēng)量測(cè)點(diǎn)，點(diǎn) 數(shù)同磨煤機(jī)個(gè)數(shù)相同；在省煤器出口、空氣預(yù)熱器進(jìn)口的位置布置飛灰含碳測(cè)點(diǎn)。
圖4為燃燒優(yōu)化模型，模型的輸出為描述鍋爐燃燒效率和NOx的排放量。模型的 輸入是依據(jù)對(duì)模型的輸出有關(guān)鍵性影響的參數(shù)進(jìn)行選取，需要通過理論分析、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié) 果和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來確定。在這里我們將NOx的排放量和鍋爐效率兩個(gè)性能指標(biāo)作為二元優(yōu)化 目標(biāo)，選取負(fù)荷、煤質(zhì)、送風(fēng)溫度作為機(jī)組工況劃分的依據(jù)，因機(jī)組正常運(yùn)行期間這三個(gè)因 素通常是不會(huì)人為改變的。負(fù)荷與送風(fēng)溫度數(shù)據(jù)直接來源于DCS ；若對(duì)于有煤質(zhì)在線監(jiān)測(cè) 的機(jī)組，煤質(zhì)特性數(shù)據(jù)來自于煤質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于煤質(zhì)不具備在線監(jiān)測(cè)的機(jī)組，煤質(zhì)數(shù) 據(jù)來自于電廠的煤質(zhì)工業(yè)分析；選取以下參數(shù)作為模型的運(yùn)行操作輸入量①由煤粉濃度 在線測(cè)量裝置(PF-MASTER)在線測(cè)得的各個(gè)燃燒器的煤粉濃度或者煤粉流量；②磨煤機(jī)入 口一次風(fēng)量，由防堵陣列式風(fēng)量風(fēng)速測(cè)量裝置在線測(cè)量得到；③由防堵陣列式風(fēng)量風(fēng)速測(cè)量裝置在線測(cè)得的二次風(fēng)量和燃盡風(fēng)量(其中燃盡風(fēng)的設(shè)置是為了減少NOx的排放量，從 二次風(fēng)箱引出的一路送風(fēng)，約為送風(fēng)量的10% 30%，從燃燒器頂部送入爐膛，以保證燃 料燃盡)，用于描述鍋爐負(fù)荷與燃燒氧量對(duì)燃燒特性的影響；④磨煤機(jī)運(yùn)行組合方式；⑤二 次配風(fēng)方式；選取以下參數(shù)作為模型的運(yùn)行狀態(tài)量①排煙溫度；②排煙氧量；③飛灰含碳 量，由飛灰含碳量測(cè)量設(shè)備得到；④磨煤機(jī)出口風(fēng)溫；⑤爐膛和風(fēng)箱壓差。通過對(duì)以上能夠 反映燃燒狀態(tài)關(guān)鍵信號(hào)的采集，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，綜合考慮NOx排放和鍋爐效率的平衡， 從機(jī)組海量的歷史數(shù)據(jù)中尋找典型工況下的最優(yōu)值，抽取出機(jī)組操作運(yùn)行的規(guī)則，給出操 作參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)、性能參數(shù)間的內(nèi)在關(guān)系，建立覆蓋全工況的操作模式庫，可用于運(yùn)行調(diào) 整的指導(dǎo)以及運(yùn)行分析。隨著運(yùn)行水平的提升，對(duì)于出現(xiàn)的更好的操作模式，系統(tǒng)可快速學(xué) 習(xí)并納入操作模式庫，并成為運(yùn)行人員可遵循的模式。
圖5為閉環(huán)控制示意圖，通過對(duì)控制系統(tǒng)調(diào)整，以保證不管負(fù)荷、煤質(zhì)和送風(fēng)溫度 如何變化，以保持NOx達(dá)到最低(預(yù)定)的排放水平和鍋爐效率達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。配備一臺(tái)數(shù) 據(jù)庫服務(wù)器用以接收和存儲(chǔ)DCS數(shù)據(jù)、煤質(zhì)數(shù)據(jù)以及加裝的煤粉濃度在線測(cè)量數(shù)據(jù)、一次 風(fēng)量、二次風(fēng)量、燃盡風(fēng)量和飛灰含碳量的在線測(cè)量數(shù)據(jù)。配備一臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器用以燃燒優(yōu) 化軟件的運(yùn)行①確定進(jìn)入燃燒器煤粉流量值，進(jìn)而確定煤粉控制閥門的設(shè)定值，直接通過 可編程邏輯控制器(PLC)對(duì)煤粉控制閥門進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)具體情況選擇系統(tǒng)擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu) 提供位置反饋信號(hào)，檢驗(yàn)擋板的工作情況；②確定各典型工況下的最佳運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的燃盡 風(fēng)量值，進(jìn)而確定燃盡風(fēng)門位置的設(shè)定值，直接通過可編程邏輯控制器(PLC)對(duì)燃盡風(fēng)門 進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)具體情況選擇系統(tǒng)擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供位置反饋信號(hào)，檢驗(yàn)擋板的工作情況。
本發(fā)明系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器(B/S)方式實(shí)現(xiàn)，圖6配置一臺(tái)接口機(jī)，用于接收 分散控制系統(tǒng)(DCS)或廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)數(shù)據(jù)；一臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于運(yùn)行實(shí) 時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫；一臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器，用于運(yùn)行燃燒優(yōu)化軟件；一臺(tái)發(fā)布服務(wù)器用于燃燒優(yōu)化 系統(tǒng)的用戶界面及優(yōu)化結(jié)果的發(fā)布，一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)站。
圖7為基于精確測(cè)量的鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法流程示意圖；系統(tǒng)由系列測(cè)控硬件 以及系統(tǒng)軟件組成。測(cè)控硬件包括煤粉分散裝置和控制閥門裝置、煤粉濃度在線測(cè)量裝置、 一次風(fēng)量在線測(cè)量裝置、二次風(fēng)量在線測(cè)量裝置、燃盡風(fēng)量在線測(cè)量裝置和飛灰含碳量在 線測(cè)量裝置。系統(tǒng)軟件由數(shù)據(jù)采集模塊、優(yōu)化燃燒建模模塊、閉環(huán)控制模塊以及運(yùn)行控制優(yōu) 化決策和優(yōu)化運(yùn)行管理模塊組成。
(1)通過對(duì)煤粉管道進(jìn)行相應(yīng)改造，在磨煤機(jī)出口多路煤粉管道進(jìn)行匯總后加裝 煤粉分散器和相應(yīng)的控制閥門裝置，優(yōu)化煤粉從磨煤機(jī)到燃燒器的分布、準(zhǔn)確的平衡煤粉 和空氣流量，改善煤粉分配，提高鍋爐性能。
(2)在磨煤機(jī)出口煤粉管道上加裝準(zhǔn)確的煤粉濃度測(cè)量設(shè)備，采用非插入式的靜 電負(fù)荷檢測(cè)裝置在線實(shí)時(shí)測(cè)量煤粉濃度與煤粉流速；
(3)根據(jù)步驟( 所獲得的煤粉濃度測(cè)量數(shù)據(jù)，判斷各煤粉管道中煤粉分配是否 均勻，若不滿足均勻條件，通過煤粉控制閥門裝置對(duì)進(jìn)入每個(gè)燃燒器煤粉流量進(jìn)行調(diào)整。
(4)采用在管道界面上多點(diǎn)陣列分布測(cè)點(diǎn)，用差壓法在一次風(fēng)管道、二次風(fēng)管道、 燃盡風(fēng)管道分別設(shè)置風(fēng)量風(fēng)速測(cè)量裝置，在線測(cè)量磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量和風(fēng)速、二次風(fēng)量 和風(fēng)速、燃盡風(fēng)量和風(fēng)速，給調(diào)整每個(gè)燃燒器的風(fēng)煤比提供實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)；
(5)采用飛灰含碳在線測(cè)量裝置測(cè)量煙氣飛灰含碳數(shù)值；
(6)根據(jù)步驟O)、(4), (5)所測(cè)量的數(shù)據(jù)、分散控制系統(tǒng)(DCS)數(shù)據(jù)以及煤質(zhì)數(shù) 據(jù)，保存至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，在實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫中記錄機(jī)組運(yùn)行過程信息。
(7)在步驟(6)采集機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在應(yīng)用服務(wù)器中以負(fù)荷、煤質(zhì)和送風(fēng) 溫度為工況劃分的依據(jù)，將NOx的排放量和鍋爐效率兩個(gè)性能指標(biāo)作為二元優(yōu)化目標(biāo)，建 立鍋爐運(yùn)行操作量、運(yùn)行狀態(tài)量和NOx排放與鍋爐效率的燃燒模型，尋找各個(gè)典型工況下 的最優(yōu)值，建立最佳運(yùn)行操作模式庫；
(8)所述應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)所述各個(gè)工況最佳運(yùn)行操作模式庫，通過燃盡風(fēng)調(diào)整裝 置對(duì)燃盡風(fēng)的占總風(fēng)量的比例以及各燃盡風(fēng)門的開度進(jìn)行調(diào)整，完成燃燒優(yōu)化的閉環(huán)控 制。
本發(fā)明還進(jìn)一步可以在最佳運(yùn)行操作模式庫的基礎(chǔ)上，進(jìn)行運(yùn)行控制優(yōu)化決策和 優(yōu)化運(yùn)行管理，包括各級(jí)管理人員對(duì)運(yùn)行節(jié)能環(huán)保指標(biāo)、效果進(jìn)行管理，機(jī)組運(yùn)行人員通過 運(yùn)行導(dǎo)航掌握各種典型工況下機(jī)組最優(yōu)運(yùn)行規(guī)律并進(jìn)行在線應(yīng)用，進(jìn)行開環(huán)指導(dǎo)，以保持 整個(gè)鍋爐燃燒為最優(yōu)，達(dá)到減排節(jié)能的目的。
權(quán)利要求
1.一種基于精確測(cè)量系統(tǒng)的鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括磨煤機(jī)、煤粉管道、省煤器、 空氣預(yù)熱器、燃燒器、一次風(fēng)管道、二次風(fēng)管道，其特征在于所述優(yōu)化控制系統(tǒng)還包括煤粉分散器、煤粉控制裝置、煤粉濃度測(cè)量裝置、風(fēng)量風(fēng)速測(cè) 量裝置、飛灰含碳在線測(cè)量裝置、燃盡風(fēng)調(diào)整裝置、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器；將磨煤機(jī)出口處的多路煤粉管道進(jìn)行改造，匯總成一段總的煤粉管道，在所述一段總 的管道上依次加裝煤粉分散器和煤粉控制裝置，該煤粉控制裝置的出口端連接通往各燃燒 器進(jìn)口的多路煤粉管道，通過煤粉分散器和煤粉控制裝置對(duì)煤粉流量進(jìn)行均衡分配；在各燃燒器進(jìn)口的多路煤粉管道安裝所述煤粉濃度測(cè)量裝置；在一次風(fēng)管道、二次風(fēng)管道和燃盡風(fēng)管道分別設(shè)置風(fēng)量風(fēng)速測(cè)量裝置；在所述省煤器和空氣預(yù)熱器之間安裝飛灰含碳在線測(cè)量裝置；所述煤粉濃度測(cè)量裝置、風(fēng)量風(fēng)速測(cè)量裝置、飛灰含碳在線測(cè)量裝置將測(cè)量信號(hào)傳輸 至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，所述數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與所述應(yīng)用服務(wù)器相連；所述應(yīng)用服務(wù)器還與燃盡風(fēng)調(diào)整裝置、煤粉控制閥門裝置相連，根據(jù)所測(cè)量的煤粉濃 度、風(fēng)量風(fēng)速、飛灰含碳量和預(yù)定的氮氧化物排放水平、鍋爐效率，調(diào)整進(jìn)入每個(gè)燃燒器的 煤粉流量和鍋爐燃盡風(fēng)量所占總風(fēng)量的比例以及各燃盡風(fēng)門的開度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)磨煤機(jī)出口有五路煤粉管道，優(yōu)選將進(jìn)入鍋爐兩端的兩根煤粉管合并為一根管道 后，加裝煤粉分散器和煤粉控制裝置將煤粉重新平均分配到兩根煤粉管；另外三根煤粉管 合并，加裝煤粉分散器和煤粉控制裝置將煤粉重新平均分配到三根煤粉管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于所述煤粉控制裝置優(yōu) 選為煤粉控制閥門。
4.一種基于權(quán)利要求1-3所述鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的鍋爐燃燒優(yōu)化控制方法，其特 征在于，所述方法包括以下步驟(1)采用煤粉分散和煤粉控制裝置對(duì)煤粉流量進(jìn)行均衡分配改造；(2)在燃燒器進(jìn)口多路煤粉管道上加裝煤粉濃度測(cè)量系統(tǒng)，采用非插入式的靜電負(fù)荷 檢測(cè)裝置在線測(cè)量煤粉濃度與煤粉流速；(3)根據(jù)步驟( 所獲得的煤粉濃度測(cè)量數(shù)據(jù)，判斷各煤粉管道中煤粉分配是否均勻， 若不滿足均勻條件，通過煤粉控制裝置對(duì)進(jìn)入每個(gè)燃燒器煤粉流量進(jìn)行調(diào)整；(4)采用在管道界面上多點(diǎn)陣列分布測(cè)點(diǎn)，用差壓法在一次風(fēng)管道和二次風(fēng)管道分別 設(shè)置風(fēng)量風(fēng)速測(cè)量裝置，在線測(cè)量磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量和風(fēng)速、二次風(fēng)量和風(fēng)速、燃盡風(fēng)量 和風(fēng)速；(5)采用飛灰含碳在線測(cè)量裝置對(duì)煙氣飛灰含碳量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)；(6)根據(jù)步驟O)、⑷、(5)所測(cè)量的數(shù)據(jù)、分散控制系統(tǒng)(DCS)數(shù)據(jù)以及煤質(zhì)數(shù)據(jù)，保 存至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，在實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫中記錄機(jī)組運(yùn)行過程信息；(7)在應(yīng)用服務(wù)器中綜合考慮NOx排放和鍋爐效率的平衡，建立鍋爐運(yùn)行操作量、運(yùn)行 狀態(tài)量和NOx排放與鍋爐效率的燃燒模型，尋找各個(gè)典型工況下的最優(yōu)值，建立各個(gè)工況 最佳運(yùn)行操作模式庫；(8)所述應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)所述各個(gè)工況最佳運(yùn)行操作模式庫，通過燃盡風(fēng)調(diào)整裝置對(duì) 燃盡風(fēng)的占總風(fēng)量的比例以及各燃盡風(fēng)門的開度進(jìn)行調(diào)整，完成燃燒優(yōu)化的閉環(huán)控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)及方法。在對(duì)燃煤機(jī)組煤粉進(jìn)行均衡分配改造的基礎(chǔ)上，采用測(cè)量器件對(duì)風(fēng)、粉、灰等參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量，利用所采集的鍋爐的實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)，以工況優(yōu)化為基本優(yōu)化手段，通過數(shù)據(jù)的深層次分析和挖掘來解析運(yùn)行的歷史行為，建立燃燒過程的運(yùn)行操作參數(shù)、狀態(tài)輸入?yún)?shù)與鍋爐效率、NOx等參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型，獲得機(jī)組運(yùn)行模式知識(shí)庫，進(jìn)行全廠節(jié)能減排綜合評(píng)估和診斷，分析機(jī)組運(yùn)行潛力，提供用于優(yōu)化操作的知識(shí)庫和規(guī)律，針對(duì)不同燃燒指標(biāo)或指標(biāo)組合進(jìn)行鍋爐燃燒參數(shù)配置的優(yōu)化，能實(shí)現(xiàn)多重優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化，分類提出降耗與減排實(shí)施方案和措施。本發(fā)明方法既可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)優(yōu)化控制也可實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)化指導(dǎo)。
文檔編號(hào)F23N5/00GK102032590SQ20101062387
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者吉云, 李寧, 祝敬偉, 黃振江 申請(qǐng)人:北京華電天仁電力控制技術(shù)有限公司