專利名稱：測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的方法及實現(xiàn)該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的方法及實現(xiàn)該方法的裝置，屬于熱工自動控制技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
目前，火力發(fā)電機組主要是以燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組為主，燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組占目前電網(wǎng)裝機總量的90%以上。燃煤鍋爐的入爐燃料量直接決定了火力發(fā)電機組的能量供給，及至最終決定了火力發(fā)電機組的功率輸出，因此燃煤鍋爐的入爐燃料量的測量與控制是機組設計和運行的一個關(guān)鍵參數(shù)。為了測量燃煤鍋爐的入爐燃料量，通常采用的方法是通過測量磨煤機、或給煤機的轉(zhuǎn)速，間接估計進入鍋爐的燃料量，這些方法均存在兩方面的弊端一方面由于煤種、煤質(zhì)變化，使得進入鍋爐的燃料流量難以真實反映進入鍋爐的燃料能量；另一方面由于鍋爐燃料系統(tǒng)還存在著煤粉自流等現(xiàn)象，使得通過磨煤機或者給煤機的轉(zhuǎn)速來估計入爐燃料量的精度難以保證。為了解決上述問題，在實際工程中常以燃料燃燒傳給鍋爐的熱量，簡稱熱量信號作為鍋爐入爐燃料量的測量量。所述的熱量信號是構(gòu)造信號，它用汽輪機第一級汽壓加上鍋爐汽包蓄熱的動態(tài)變化，代表了單位時間內(nèi)燃料燃燒傳給鍋爐的熱量。它可反映燃料數(shù)量的改變同時也反映出燃料成分的改變，包括其發(fā)熱量的改變，也可反映燃料輸送系統(tǒng)的機械故障。因此熱量信號能有效克服克服煤種、煤質(zhì)變化，以及爐膛結(jié)焦、積灰、結(jié)垢等因素的影響，提高鍋爐入爐燃料量測量的準確性。然而由于鍋爐對象存在很大的慣性和延遲特性，而熱量信號對燃料能量變化的響應較慢，響應時間常數(shù)達2-4分鐘，隨負荷變化純滯后時間達0. 5-1分鐘，因此限制了熱量信號的應用及其產(chǎn)生的效果。燃料在爐內(nèi)燃燒時立即釋放出能量，這個過程是很快的。例如，煤粉爐內(nèi)煤粉在爐膛內(nèi)的停留時間一般只有^左右，即燃燒完全，表征燃料在爐膛內(nèi)燃燒狀況的參數(shù)，如爐膛煙氣溫度、火焰輻射溫度、爐膛斷面輻射能以及爐膛內(nèi)蒸發(fā)段管外壁溫度等參數(shù)對燃料能量變化的響應很快，從而可以快速反應入爐燃料量的變化，這是這些參數(shù)具有的獨到的優(yōu)點。但是這些參數(shù)信號又很易受煙氣再循環(huán)量變化、爐膛受熱面結(jié)焦積灰(吹灰)和火焰中心上下移動等因素的干擾，又會造成測量的準確度較差。概括起來，問題集中在如何去找到一個對入爐燃料量的變化能夠既準確又快速地響應的測量量，現(xiàn)有的測量方法不能兼顧對測量結(jié)果的準確性和快速性的要求爐膛煙氣溫度、火焰輻射溫度、爐膛斷面輻射能以及爐膛內(nèi)蒸發(fā)段管外壁溫度等參數(shù)受煙氣再循環(huán)量變化、爐膛受熱面結(jié)焦積灰(吹灰)及火焰中心上下移動等因素的干擾，使得測量的穩(wěn)態(tài)精度不高，高頻干擾大，穩(wěn)態(tài)精度較差；熱量信號在穩(wěn)態(tài)時能精確地表征燃料能量，但由于鍋爐對象的大慣性和大延遲特性，以及鍋爐蓄熱的分布性等因素的影響，熱量信號對燃料能量變化的響應較慢，動態(tài)精度
3較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有對燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的測量結(jié)果存在不能兼顧準確性和快速性的問題，提供一種測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的方法及實現(xiàn)該方法的裝置。本發(fā)明所述測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的方法，所述方法為采用傳感器測量燃煤鍋爐爐膛斷面的輻射能，得到爐膛斷面輻射能信號Si，爐膛斷面輻射能信號Si經(jīng)高通濾波器濾除低頻信號后，獲得爐膛斷面輻射能信號Sl的高頻分量S2 ；同時采用傳感器測量鍋爐的熱量，得到鍋爐的熱量信號S3，鍋爐的熱量信號S3經(jīng)低通濾波器濾除高頻信號后，獲得鍋爐的熱量信號S3的低頻分量S4 ；采用加法器將高頻分量S2和低頻分量S4相加，得到鍋爐入爐燃料能量S5，采用燃料能量處理單元將鍋爐入爐燃料能量S5除以燃料低熱值LHV，得到鍋爐入爐燃料量S6。本發(fā)明所述實現(xiàn)上述方法的測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的裝置，它由測量鍋爐爐膛輻射能的傳感器、高通濾波器、測量鍋爐熱量信號的傳感器、低通濾波器、 加法器和燃料能量處理單元組成，測量鍋爐爐膛輻射能的傳感器用于測量燃煤鍋爐爐膛斷面的輻射能，測量鍋爐爐膛輻射能的傳感器的爐膛斷面輻射能信號Sl輸出端連接高通濾波器的爐膛斷面輻射能信號Sl輸入端，高通濾波器的高頻分量S2信號輸出端連接加法器的高頻分量S2信號輸入端，測量鍋爐熱量信號的傳感器用于測量鍋爐的熱量，測量鍋爐熱量信號的傳感器的鍋爐的熱量信號S3輸出端連接低通濾波器的鍋爐的熱量信號S3輸入端，低通濾波器的低頻分量S4信號輸出端連接加法器的低頻分量S4信號輸入端，加法器的鍋爐入爐燃料能量信號S5輸出端連接燃料能量處理單元的鍋爐入爐燃料能量信號S5輸入端，燃料能量處理單元的輸出端為鍋爐入爐燃料量信號S6輸出端。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明將現(xiàn)有技術(shù)中分別采用測量爐膛內(nèi)燃燒狀況的參數(shù)信號與測量燃煤鍋爐的熱量信號進行入爐燃料量的測量的方式進行了融合，由于這兩類信號的特性具有互補性，因此通過高通濾波器和低通濾波器將這兩類信號在空間或時間上的冗余或互補信息，通過融合算法來進行組合，改善了鍋爐入爐燃料量的測量精度，其測量結(jié)果兼顧了燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量測量結(jié)果的準確性和快速性。


圖1為本發(fā)明的原理框圖；圖2為高通濾波器和低通濾波器的特性曲線圖，圖中②為高通濾波器的特性曲線，④為低通濾波器的特性曲線。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的方法，所述方法為采用傳感器測量燃煤鍋爐爐膛斷面的輻射能，得到爐膛斷面輻射能信號Si，爐膛斷面輻射能信號Si經(jīng)高通濾波器濾除低頻信號后，獲得爐膛斷面輻射能信號Sl的高頻分量S2 ；同時采用傳感器測量鍋爐的熱量，得到鍋爐的熱量信號S3，鍋爐的熱量信號S3經(jīng)低通濾波器濾除高頻信號后，獲得鍋爐的熱量信號S3的低頻分量S4 ；采用加法器將高頻分量S2和低頻分量S4相加，得到鍋爐入爐燃料能量S5，采用燃料能量處理單元將鍋爐入爐燃料能量S5除以燃料低熱值LHV，得到鍋爐入爐燃料量S6。本實施方式中高通濾波器和低通濾波器形成一個互補濾波器對，所述互補濾波器對分別提取爐膛斷面輻射能信號Sl的高頻分量S2和鍋爐的熱量信號S3的低頻分量S4,將高頻分量S2和低頻分量S4進行頻域融合，最終得到鍋爐入爐燃料量的測量結(jié)果。
具體實施方式
二 本實施方式為對實施方式一的進一步說明，所述高通濾波器和低通濾波器的頻率特性具有互補性，滿足關(guān)系式LS+Lis= 1，其中1^表示高通濾波器的頻率特性，Lis表示低通濾波器的頻率特性。
具體實施方式
三本實施方式為對實施方式一或二的進一步說明，所述采用傳感器測量鍋爐的熱量的方法為采用傳感器同時測量汽輪機第一級汽壓信號P1和鍋爐蓄熱的動態(tài)變化信號 Cb(dpd/dt)，根據(jù)測量獲得的兩個信號計算獲得鍋爐的熱量信號S3為S3 = Pl+CB(dPd/dt)，其中Cb為鍋爐蓄熱系數(shù)，dpd/dt為鍋爐汽包壓力對時間的微分。
具體實施方式
四下面結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述實現(xiàn)實施方式一至三所述方法的測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的裝置，它由測量鍋爐爐膛輻射能的傳感器1、高通濾波器2、測量鍋爐熱量信號的傳感器3、低通濾波器4、加法器5 和燃料能量處理單元6組成，測量鍋爐爐膛輻射能的傳感器1用于測量燃煤鍋爐爐膛斷面的輻射能，測量鍋爐爐膛輻射能的傳感器1的爐膛斷面輻射能信號Sl輸出端連接高通濾波器2的爐膛斷面輻射能信號Sl輸入端，高通濾波器2的高頻分量S2信號輸出端連接加法器5的高頻分量S2 信號輸入端，測量鍋爐熱量信號的傳感器3用于測量鍋爐的熱量，測量鍋爐熱量信號的傳感器 3的鍋爐的熱量信號S3輸出端連接低通濾波器4的鍋爐的熱量信號S3輸入端，低通濾波器 4的低頻分量S4信號輸出端連接加法器5的低頻分量S4信號輸入端，加法器5的鍋爐入爐燃料能量信號S5輸出端連接燃料能量處理單元6的鍋爐入爐燃料能量信號S5輸入端，燃料能量處理單元6的輸出端為鍋爐入爐燃料量信號S6輸出端。
具體實施方式
五本實施方式為對實現(xiàn)實施方式四的進一步說明，所述高通濾波器2和低通濾波器4的頻率特性具有互補性，滿足關(guān)系式Ls+Lis= 1，其中1^表示高通濾波器2的頻率特性，Lis表示低通濾波器4的頻率特性。
具體實施方式
六本實施方式為對實現(xiàn)實施方式四或五的進一步說明，所述測量鍋爐熱量信號的傳感器3用于同時測量汽輪機第一級汽壓信號P1和鍋爐蓄熱的動態(tài)變化信號CB(dpd/dt)，所述鍋爐的熱量信號S3為
S3 = Pl+CB(dPd/dt)，其中Cb為鍋爐蓄熱系數(shù)，dpd/dt為鍋爐汽包壓力對時間的微分。
權(quán)利要求
1.一種測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的方法，其特征在于，所述方法為采用傳感器測量燃煤鍋爐爐膛斷面的輻射能，得到爐膛斷面輻射能信號Si，爐膛斷面輻射能信號Si經(jīng)高通濾波器濾除低頻信號后，獲得爐膛斷面輻射能信號Sl的高頻分量 S2 ；同時采用傳感器測量鍋爐的熱量，得到鍋爐的熱量信號S3，鍋爐的熱量信號S3經(jīng)低通濾波器濾除高頻信號后，獲得鍋爐的熱量信號S3的低頻分量S4 ；采用加法器將高頻分量S2和低頻分量S4相加，得到鍋爐入爐燃料能量S5，采用燃料能量處理單元將鍋爐入爐燃料能量S5除以燃料低熱值LHV，得到鍋爐入爐燃料量S6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的方法，其特征在于所述高通濾波器和低通濾波器的頻率特性具有互補性，滿足關(guān)系式LS+Lis= 1，其中1^表示高通濾波器的頻率特性，Lis表示低通濾波器的頻率特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的方法，其特征在于所述采用傳感器測量鍋爐的熱量的方法為采用傳感器同時測量汽輪機第一級汽壓信號P1和鍋爐蓄熱的動態(tài)變化信號cB(dpd/ dt)，根據(jù)測量獲得的兩個信號計算獲得鍋爐的熱量信號S3為S3 = Pl+DB(dPd/dt)，其中Cb為鍋爐蓄熱系數(shù)，dpd/dt為鍋爐汽包壓力對時間的微分。
4.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的方法的測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的裝置，其特征在于它由測量鍋爐爐膛輻射能的傳感器(1)、高通濾波器( 、測量鍋爐熱量信號的傳感器C3)、低通濾波器(4)、加法器(5)和燃料能量處理單元(6)組成，測量鍋爐爐膛輻射能的傳感器(1)用于測量燃煤鍋爐爐膛斷面的輻射能，測量鍋爐爐膛輻射能的傳感器(1)的爐膛斷面輻射能信號Sl輸出端連接高通濾波器O)的爐膛斷面輻射能信號Sl輸入端，高通濾波器O)的高頻分量S2信號輸出端連接加法器(5)的高頻分量S2信號輸入端，測量鍋爐熱量信號的傳感器(3)用于測量鍋爐的熱量，測量鍋爐熱量信號的傳感器 ⑶的鍋爐的熱量信號S3輸出端連接低通濾波器(4)的鍋爐的熱量信號S3輸入端，低通濾波器⑷的低頻分量S4信號輸出端連接加法器(5)的低頻分量S4信號輸入端，加法器(5) 的鍋爐入爐燃料能量信號S5輸出端連接燃料能量處理單元(6)的鍋爐入爐燃料能量信號 S5輸入端，燃料能量處理單元(6)的輸出端為鍋爐入爐燃料量信號S6輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的裝置，其特征在于所述高通濾波器⑵和低通濾波器⑷的頻率特性具有互補性，滿足關(guān)系式LS+Lis = 1，其中1^表示高通濾波器⑵的頻率特性，Lis表示低通濾波器(4)的頻率特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的裝置，其特征在于所述測量鍋爐熱量信號的傳感器C3)用于同時測量汽輪機第一級汽壓信號P1和鍋爐蓄熱的動態(tài)變化信號CB(dpd/dt)，所述鍋爐的熱量信號S3為S3 = Pl+CB(dPd/dt)，其中Cb為鍋爐蓄熱系數(shù)，dpd/dt為鍋爐汽包壓力對時間的微分。
全文摘要
測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的方法及實現(xiàn)該方法的裝置，屬于熱工自動控制技術(shù)領域。它解決了現(xiàn)有對燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組入爐燃料量的測量結(jié)果存在不能兼顧準確性和快速性的問題。它采用傳感器測量燃煤鍋爐爐膛斷面的輻射能信號S1，經(jīng)高通濾波器濾除低頻信號后，獲得爐膛斷面輻射能信號S1的高頻分量S2；采用傳感器測量鍋爐的熱量信號S3，經(jīng)低通濾波器獲得鍋爐的熱量信號S3的低頻分量S4；采用加法器將高頻分量S2和低頻分量S4相加，得到鍋爐入爐燃料能量S5，采用燃料能量處理單元將鍋爐入爐燃料能量S5除以燃料低熱值LHV，得到鍋爐入爐燃料量S6。本發(fā)明適用于測量燃煤鍋爐汽輪機發(fā)電機組的入爐燃料量。
文檔編號G01F1/68GK102305649SQ20111013481
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者于達仁, 徐志強, 范軼 申請人:哈爾濱工業(yè)大學