基于風(fēng)煤比煤質(zhì)校正的鍋爐自動(dòng)燃燒調(diào)整控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及基于風(fēng)煤比煤質(zhì)校正的鍋爐自動(dòng)燃燒調(diào)整控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著不可再生能源需求的增長(zhǎng)和可供能源的進(jìn)一步消耗，國(guó)家制定了 "節(jié)能減排" 的政策，對(duì)于火電機(jī)組來(lái)說(shuō)，"省煤"和"環(huán)保"運(yùn)兩個(gè)問(wèn)題實(shí)際上都可W歸結(jié)為一個(gè)問(wèn)題， 即如何在不改變機(jī)組原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，改善機(jī)組運(yùn)行，延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命。目前，電網(wǎng)一 般都是實(shí)現(xiàn)AGC經(jīng)濟(jì)調(diào)度，W節(jié)約能源，但是AGC調(diào)度只是從"分配"的角度去解決運(yùn)一問(wèn) 題，而運(yùn)個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵仍然在每一個(gè)運(yùn)行的電廠個(gè)體，現(xiàn)有的AGC調(diào)節(jié)，主要都是建立在協(xié) 調(diào)的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行，而在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)問(wèn)題無(wú)法得到很好的解決，首先是如何準(zhǔn) 確快速的判斷當(dāng)前煤質(zhì)的變化，其次是在判斷其煤質(zhì)變化后應(yīng)采取什么措施去自動(dòng)調(diào)整鍋 爐的燃燒方式。
[0003] 煤質(zhì)分析方面，傳統(tǒng)的分析方法是通過(guò)采樣、制樣、化驗(yàn)運(yùn)Ξ個(gè)環(huán)節(jié)完成。該方法 耗時(shí)較長(zhǎng)，運(yùn)行人員需要得到化驗(yàn)報(bào)告后才能夠根據(jù)煤質(zhì)的變化而進(jìn)行實(shí)時(shí)在線調(diào)整。為 了彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的不足，一些在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（如：微波法煤質(zhì)水分檢測(cè)、放射性射線煤質(zhì)灰 分檢測(cè)、近紅外煤質(zhì)檢測(cè)，W及丫射線中子活化煤質(zhì)分析檢測(cè)等）也被相繼開(kāi)發(fā)，但是對(duì)于 W上監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其普遍存在的問(wèn)題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高且維修不便。針對(duì)煤質(zhì)中的具體成 分，如灰分和水分也只是對(duì)煤質(zhì)元素的內(nèi)部成分進(jìn)行檢測(cè)，而對(duì)于煤質(zhì)的全面判斷是無(wú)法 達(dá)到需求的，W上多方面的因素使得煤質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置很難大范圍應(yīng)用。綜上，探索一種新 型的煤質(zhì)實(shí)時(shí)計(jì)算方法是十分有必要且有意義的。
[0004] 控制技術(shù)方面，隨著先進(jìn)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，一些高級(jí)算法已被引入 到電廠控制系統(tǒng)中，例如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、自適應(yīng)控制、魯棒控制、模型預(yù)估控制 等，并己經(jīng)取得了一定的成果，但無(wú)論如何優(yōu)化，在燃燒方式的自動(dòng)調(diào)整方面仍然屬于空 白，鍋爐的燃燒調(diào)整仍然需要手動(dòng)干預(yù)，因此也很有必要去探索一種新的燃燒控制策略，來(lái) 解決燃燒自動(dòng)調(diào)整的問(wèn)題。
[0005] 在電廠的運(yùn)行當(dāng)中，煤炭當(dāng)中的成分會(huì)隨著煤質(zhì)的變化而變化，運(yùn)會(huì)很大程度上 影響鍋爐及輔機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，而由于煤質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的諸多缺點(diǎn)，一般都會(huì)采用一些軟 測(cè)量方法去表征煤質(zhì)的變化。
[0006] 1. 1煤質(zhì)發(fā)熱量校正方案
[0007] 在劉友寬的《煤質(zhì)自適應(yīng)校正方案建模仿真》一文中，引入熱量信號(hào)運(yùn)一中間量， 與總煤量信號(hào)之比代表當(dāng)前的煤質(zhì)，同時(shí)信號(hào)的處理中加入濾波和取平均部分，得到多個(gè) 燃燒周期內(nèi)的煤質(zhì)系數(shù)，其計(jì)算公式如（1)式 f
[0008] ,C-Filter--(I) KM)
[0009] 式中皿代表熱量信號(hào)，可衡定代表鍋爐負(fù)荷，MW;M為給煤量，t/h;Filter為平均 值濾波模塊；Cq煤質(zhì)系數(shù)?？紤]到機(jī)組蓄熱，引入中間點(diǎn)壓力Pz來(lái)計(jì)算熱量信號(hào)皿，如（2) 式：
[0010]
[0011] 式中：Κι·Ρι為汽輪機(jī)側(cè)總蒸汽流量，可恒定比例的代表汽輪機(jī)負(fù)荷，麗；^可代 u( 表中間點(diǎn)壓力變化率，MPa/s。在機(jī)組工況且煤質(zhì)穩(wěn)定的條件下，通過(guò)計(jì)算得到的熱量信號(hào) 存在慣性滯后，因此需要采用2個(gè)或2個(gè)W上的燃燒周期檢測(cè)到的熱量信號(hào)與給煤量信號(hào) 之比的平均值來(lái)代表煤質(zhì)系數(shù)。
[0012] 此類方案用鍋爐的熱量信號(hào)代替了傳統(tǒng)的表征鍋爐負(fù)荷的信號(hào)，使鍋爐當(dāng)前的負(fù) 荷更具有代表性，但是該項(xiàng)方案中，筆者認(rèn)為還存在W下幾點(diǎn)問(wèn)題：第一，在（1)式中的濾 波判斷應(yīng)該增加穩(wěn)定工況的判斷，煤質(zhì)校正環(huán)節(jié)的第一要素在于準(zhǔn)確，在非穩(wěn)定工況或臨 界穩(wěn)定工況下得出的煤質(zhì)系數(shù)都是不可靠的；第二，在（2)式中，C·%所代表的是機(jī)組 α? 的蓄熱能力，而超臨界機(jī)組的蓄熱計(jì)算相比于汽包爐的要復(fù)雜的多，該項(xiàng)無(wú)法完整的代表 鍋爐的蓄熱能力，會(huì)對(duì)計(jì)算產(chǎn)生一定的偏差；第Ξ，對(duì)于濾波模塊，一般的DCS并不具備自 動(dòng)時(shí)間循環(huán)濾波的功能，因此該類方法并不具備廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
[0013] 1.2功煤比煤質(zhì)校正方案
[0014] 在劉永紅的《功煤比及熱耗在火電廠協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用》一文中采用機(jī)組的 實(shí)際運(yùn)行參數(shù)構(gòu)造煤質(zhì)校正系數(shù)。該方法的原理是首先判斷機(jī)組是否處于穩(wěn)定工況，判斷 通過(guò)后，用鍋爐總給煤量和機(jī)組實(shí)際負(fù)荷的比值表征機(jī)組做功的能力，即在當(dāng)前煤質(zhì)和煤 量的情況下，機(jī)組的出力能力。用運(yùn)個(gè)數(shù)值再除W標(biāo)煤下的出力得到的系數(shù)即為煤質(zhì)校正 系數(shù)。當(dāng)煤質(zhì)不發(fā)生變化時(shí)，該系數(shù)為1，當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生變化后，該數(shù)值會(huì)發(fā)生偏離，對(duì)其進(jìn)行 0. 8~1. 2的限幅，其限幅范圍可根據(jù)機(jī)組實(shí)際的煤種變化情況來(lái)進(jìn)行更改，其控制圖如圖 1 ;
[0015] 該方案相比于第一個(gè)方案來(lái)說(shuō)更具有很好的工程應(yīng)用價(jià)值，第一.解決了在機(jī)組 動(dòng)態(tài)運(yùn)行中對(duì)穩(wěn)定工況的判定，找出代表穩(wěn)定工況的功煤比；第二.解決了如何在負(fù)荷不 穩(wěn)定的情況下保持前一個(gè)穩(wěn)態(tài)負(fù)荷時(shí)的熱耗參數(shù)；第Ξ.解決了原功煤比與新功煤比及熱 耗修正值的無(wú)擾切換問(wèn)題。可W說(shuō)如果是應(yīng)用于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中煤質(zhì)的校正，該邏輯即可 實(shí)現(xiàn)，但是該方案仍然無(wú)法應(yīng)用在本文所提到的燃燒自動(dòng)調(diào)整當(dāng)中。因?yàn)槿紵{(diào)整的目的 正是通過(guò)優(yōu)化燃燒方式來(lái)優(yōu)化燃燒效果，而通過(guò)優(yōu)化燃燒，不僅可W減少氮氧化物和一氧 化碳的排放，同時(shí)還能一定程度的減少燃料的消耗，所W當(dāng)通過(guò)燃燒自動(dòng)調(diào)整后，其結(jié)果必 然是用煤量會(huì)有所下降，而通過(guò)功煤比判斷后，邏輯會(huì)判定煤質(zhì)又發(fā)生了變化，再次改變?nèi)?燒的方式，運(yùn)樣就導(dǎo)致了邏輯的判斷陷入了一個(gè)循環(huán)，該方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒方式的自 動(dòng)調(diào)整。對(duì)于鍋爐燃燒調(diào)整來(lái)說(shuō)，它既包含煤的調(diào)整，也包含了風(fēng)的調(diào)整，傳統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制 系統(tǒng)對(duì)煤量和風(fēng)量的控制已經(jīng)相對(duì)完善，但對(duì)于給煤和配風(fēng)的方式上仍然需要運(yùn)行員進(jìn)行 手動(dòng)干預(yù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明是要解決現(xiàn)有方法煤質(zhì)分析方面，耗時(shí)長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高；控制技術(shù)方 面，鍋爐的燃燒調(diào)整仍然需要手動(dòng)干預(yù)的問(wèn)題，而提供了基于風(fēng)煤比煤質(zhì)校正的鍋爐自動(dòng) 燃燒調(diào)整控制方法。
[0017] 基于風(fēng)煤比煤質(zhì)校正的鍋爐自動(dòng)燃燒調(diào)整控制方法，它按W下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0018] (1)通過(guò)角燃燒型鍋爐標(biāo)煤燃燒試驗(yàn)，得到不同發(fā)電量對(duì)應(yīng)不同氧量下的風(fēng)量和 煤量的比值，簡(jiǎn)稱風(fēng)煤比，W此作為基準(zhǔn)風(fēng)煤比；
[0019] (2)通過(guò)分散控制系統(tǒng)的邏輯組態(tài)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)檢測(cè)和結(jié)果輸出煤質(zhì)校正系數(shù)K;
[0020] (3)由煤質(zhì)校正系數(shù)K計(jì)算鍋爐輔助風(fēng)風(fēng)口各層前饋對(duì)于K值的表達(dá)式；
[0021] (4)將步驟Ξ計(jì)算的各層前饋對(duì)于K值的一般表達(dá)式加入原有的控制回路后，實(shí) 現(xiàn)二次風(fēng)輔助風(fēng)整體燃燒狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)中根據(jù)煤質(zhì)校正系數(shù)K值的變化折算出各層 不同的前饋值，實(shí)現(xiàn)各輔助風(fēng)風(fēng)口在正塔型、均勻型和倒塔型Ξ種形態(tài)中平滑自動(dòng)切換。 [002引發(fā)明效果：
[0023] 本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)燃燒調(diào)整運(yùn)一目的提出了基于風(fēng)煤比判斷煤質(zhì)變化的改進(jìn) 型方案。電廠使用煤種按工業(yè)分析包含揮發(fā)分（V)、水分（M))、灰分（A)、固定碳（FC)和硫 分做等。水分、硫分和灰分都是不利于燃燒的，它們的存在會(huì)降低燃料的燃燒溫度、影響 與氧氣的接觸，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛結(jié)渣和受熱面的積灰與腐蝕；固定碳代表煤的碳化程度，一 般的其含量越高越難燃燒；揮發(fā)分是在煤在加熱分解的過(guò)程中析出的氣體，其著火溫度較 低，使煤更易于燃燒；固定碳是煤中最主要發(fā)熱量來(lái)源，當(dāng)其含量低時(shí)同樣的鍋爐負(fù)荷所用 的實(shí)際煤量會(huì)增大。由此可見(jiàn)煤炭中能夠跟氧氣發(fā)生反應(yīng)的部分很大程度的決定了煤質(zhì)的 好壞，因此，當(dāng)負(fù)荷、氧量已知且穩(wěn)定的情況下，風(fēng)煤比的變化能夠反映出煤質(zhì)的變化：風(fēng)煤 比升高，煤質(zhì)變好；風(fēng)煤比降低，煤質(zhì)變差，而鍋爐不同氧量下的風(fēng)煤比可W通過(guò)鍋爐設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)或?qū)嶋H試驗(yàn)的方式獲得，在風(fēng)煤比判斷的過(guò)程中，還應(yīng)該考慮機(jī)組應(yīng)處于穩(wěn)定燃燒 的工況，參考1. 2節(jié)中的邏輯控制思路，如圖2,采用5分鐘為一個(gè)采樣的周期，用風(fēng)量當(dāng)前 值、3分鐘后的風(fēng)量值和6分鐘后的風(fēng)量值Ξ取中作為當(dāng)前的風(fēng)量，用煤量當(dāng)前值、3分鐘后 煤量值和6分鐘后煤量值Ξ取中作為當(dāng)前的煤量，通過(guò)除法得到當(dāng)前的風(fēng)煤比，再用運(yùn)一 數(shù)值除W該氧量對(duì)應(yīng)下的額定風(fēng)煤比，得到新的煤質(zhì)校正系數(shù)，該系數(shù)越大則說(shuō)明煤質(zhì)越 好；系數(shù)越小說(shuō)明煤質(zhì)越差。同時(shí)還需對(duì)該系數(shù)進(jìn)行輸出的限幅，在運(yùn)一邏輯當(dāng)中，通過(guò)煤 量變化率、風(fēng)量變化率和氧量變化率Ξ個(gè)數(shù)值的判斷來(lái)判定是否處于穩(wěn)定燃燒的工況，若 經(jīng)判斷后，W上Ξ個(gè)參數(shù)任一項(xiàng)超限，則采樣將會(huì)停止，煤質(zhì)校正系數(shù)將保持上一采樣周期 的數(shù)值。通過(guò)運(yùn)一方案得到的煤質(zhì)校正系數(shù)不會(huì)因?yàn)殄仩t燃燒方式的改變而改變，它能夠 非?？陀^的反應(yīng)當(dāng)前