專利名稱：基于紅外輻射能信號的電站鍋爐燃燒優(yōu)化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電站鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)，具體涉及一種基于近紅外輻射能 信號的電站鍋爐燃燒優(yōu)化裝置。
技術(shù)背景四角切圓煤粉燃燒鍋爐的燃料控制系統(tǒng)是鍋爐本體控制中最復(fù)雜的部分，對于國內(nèi)主流的300MW和600MW電站鍋爐其燃燒控制通常由燃料調(diào)整，送風 調(diào)整和引風調(diào)整三部分組成， 一般隨鍋爐負荷的變化而采用鍋爐跟隨，汽機跟 隨或者是協(xié)調(diào)控制等運行方式。無論哪種運行方式，通常都需要用到"熱量信 號"作為入爐燃料量調(diào)節(jié)的一個反饋信號。熱量信號來自汽包壓力和主蒸汽流 量的變化，而從燃料量變化到燃燒產(chǎn)生熱量的變化再到汽包壓力和主蒸汽量的 變化無論對于直吹式還是中間儲倉式鍋爐來說，都是一個大滯后的慣性環(huán)節(jié)， 尤其是隨著鍋爐容量的增加，滯后現(xiàn)象更加明顯。由于其遲延特性，原有的控 制系統(tǒng)在滿足負荷的實時響應(yīng)速度和主蒸汽壓力的穩(wěn)定性上存在不足。爐膛輻射能信號是補償熱量信號遲滯性不足的一個最佳選擇信號。從對爐 內(nèi)燃燒的深入分析來看，輻射強度信號有以下特點1. 輻射能是爐內(nèi)傳熱的主要來源，入爐燃料量或者風量的變化都會使輻射能 迅速地發(fā)生變化，同時輻射也能反應(yīng)不同煤種的燃燒特性；2. 輻射強度信號響應(yīng)燃料變化速度快。燃料燃燒產(chǎn)生的熱量首先以輻射能的 和方式向周圍介質(zhì)擴散，而輻射能以電磁波的方式傳輸，因此在時間上幾乎沒 有滯后；3. 輻射能隨溫度變化顯著；4. 輻射能信號隨爐內(nèi)燃燒煤量、風量、氧量的變化成線性關(guān)系。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供基于紅外輻射能信號的電站鍋爐燃燒優(yōu)化裝置。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是-分為硬件和軟件兩個部分，系統(tǒng)的硬件包括三個部分第一部分包括安裝 在鍋爐四角的近紅外輻射能傳感器，近紅外輻射能通過光纖傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換元 件，光電轉(zhuǎn)換元件與下位機數(shù)據(jù)采集及傳輸控制模塊相連；第二部分包括位于 鍋爐本體的下位機數(shù)據(jù)采集及傳輸控制模塊；第三部分包括位于電子室內(nèi)的上位機數(shù)據(jù)分析及控制信號輸出模塊，數(shù)據(jù)采集及傳輸控制模塊包括以下模塊 NI CRIO-9002, NI CRIO-9101, NI CRIO-9215和數(shù)據(jù)交換機；數(shù)據(jù)分析及控制信 號輸出模塊包括以下模塊NIPXI-1042, NI PXI-6704, NIPXI-6259。下位機采 集得到實時爐內(nèi)輻射能信號，經(jīng)網(wǎng)線連接到數(shù)據(jù)交換機，NIPXI-1042數(shù)據(jù)控制上位機利用TCP/IP網(wǎng)絡(luò),從下位機讀取實時輻射能信號以及從電廠PI運行數(shù)據(jù) 庫讀取鍋爐運行參數(shù)，NI PXI-6704輸出0 20mA電流信號到電廠DCS系統(tǒng)中； 軟件系統(tǒng)采用Labview編程軟件開發(fā)。利用近紅外輻射能傳感器獲取爐內(nèi)輻射能強度信息，并通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 最優(yōu)化方法得到輻射能偏差值，然后將濾波處理后的偏差值接入DCS鍋爐燃料 控制模塊，改善給煤控制邏輯。本實用新型具有的有益效果是利用爐內(nèi)燃料燃燒過程發(fā)射的紅外輻射能信號，作為一個提前反饋量，接 入DCS鍋爐主控模塊中，對原有的基于"熱量信號"的燃料控制邏輯進行改進， 提高機組的負荷響應(yīng)速度，克服由于燃料熱值或者燃料測干擾引起的鍋爐主蒸 汽壓力以及流量的波動，保證汽機運行的穩(wěn)定性。

圖1是輻射能傳感器安裝位置示意圖。圖2是裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是優(yōu)化控制邏輯示意圖。圖中1、近紅外輻射能傳感器，2、光纖，3、光電轉(zhuǎn)換元件，4、數(shù)據(jù)采 集及傳輸控制模塊，5、數(shù)據(jù)分析及控制信號輸出模塊。
具體實施方式
如圖1，圖2所示，近紅外輻射能傳感器1安裝在鍋爐的35.432m高度的四 角，爐膛輻射能由近紅外輻射能傳感器1獲得，通過光纖2傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換元 件PDA55 3，在光電轉(zhuǎn)換元件內(nèi)經(jīng)過轉(zhuǎn)換通過BNC接頭輸出0 10V電壓信號， 之后經(jīng)過網(wǎng)線傳輸?shù)娇刂浦行?。下位機數(shù)據(jù)采集及傳輸控制模塊4中的NI CRIO-9002是就地數(shù)據(jù)釆集下位機，用于數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)目刂?，通過TCP/IP 協(xié)議與上位機數(shù)據(jù)分析及控制信號輸出模塊5通訊。下位機輸入的實時爐內(nèi)輻 射能信號，經(jīng)網(wǎng)線連接到交換機，NI PXI-1042數(shù)據(jù)控制上位機利用TCP/IP網(wǎng) 絡(luò)，從下位機讀取實時輻射能信號以及從電廠PI運行數(shù)據(jù)庫讀取鍋爐運行參數(shù)。 NI PXI-6704是基于PXI接口的模擬量輸出模塊，把通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化方
法得到輻射能偏差值輸入到電廠DCS燃料控制模塊中，改善給煤控制邏輯。如 圖3所示，熱量信號是指燃料進入爐膛燃燒后，在單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量， 是蒸汽流量信號D和汽包壓力Pb微分信號之和。原有的給煤邏輯是利用熱量信 號輸入氣壓調(diào)節(jié)器，得到的氣壓值與機前氣壓標準值PT進行比較后對燃料調(diào)節(jié) 器進行控制，響應(yīng)過程具有很大的延遲。改進的給煤邏輯加入了經(jīng)過人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法處理后的紅外輻射能標準偏差值E，大大改善了控制響應(yīng)過程的時 間，權(quán)重設(shè)置單元用于控制輸入紅外輻射能標準偏差值E的大小。其中，經(jīng)過 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法處理后的紅外輻射能標準偏差值E的數(shù)學(xué)模型如下 = /{(f/20,,r2，，r4)_i Q<formula>formula see original document page 5</formula> 式中^2—表示三級濾波處理后的爐內(nèi)實際四角輻射能n， G， G， q的32個時 刻點的積分平均值，這個值代表了輸入熱量。/ 。一表示經(jīng)過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化方法得到的對應(yīng)于當前運行參數(shù)Xp x2， X3， X4等的理論輻射能，這個值代表了需求熱量。M,—表示了輸出的輻射能控制信號。M一O表示輸入大于需求，這個時候 需要減少燃料量，反之則表示輸入小于需求，這個時候需要增加燃料量。
權(quán)利要求1. 一種基于近紅外輻射能信號的電站鍋爐燃燒優(yōu)化裝置，其特征在于分為硬件和軟件兩個部分，系統(tǒng)的硬件包括三個部分第一部分包括安裝在鍋爐四角的近紅外輻射能傳感器(1)，近紅外輻射能通過光纖(2)傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換元件(3)，光電轉(zhuǎn)換元件(3)與下位機數(shù)據(jù)采集及傳輸控制模塊(4)相連；第二部分包括位于鍋爐本體的下位機數(shù)據(jù)采集及傳輸控制模塊(4)；第三部分包括位于電子室內(nèi)的上位機數(shù)據(jù)分析及控制信號輸出模塊(5)，數(shù)據(jù)采集及傳輸控制模塊(4)包括以下模塊NI CRIO-9002，NI CRIO-9101，NI CRIO-9215和數(shù)據(jù)交換機；數(shù)據(jù)分析及控制信號輸出模塊(5)包括以下模塊NI PXI-1042，NI PXI-6704，NIPXI-6259，下位機采集得到實時爐內(nèi)輻射能信號，經(jīng)網(wǎng)線連接到數(shù)據(jù)交換機，NI PXI-1042數(shù)據(jù)控制上位機利用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，從下位機讀取實時輻射能信號以及從電廠PI運行數(shù)據(jù)庫讀取鍋爐運行參數(shù)，NI PXI-6704輸出0～20mA電流信號到電廠DCS系統(tǒng)中；軟件系統(tǒng)采用Labview編程軟件開發(fā)。
專利摘要本實用新型公開了一種基于紅外輻射能信號的電站鍋爐燃燒優(yōu)化裝置。分為硬件和軟件兩個部分，硬件包括三個部分第一部分包括安裝在鍋爐四角的近紅外輻射能傳感器，近紅外輻射能通過光纖傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換元件，光電轉(zhuǎn)換元件與下位機數(shù)據(jù)采集及傳輸控制模塊相連；第二部分包括位于鍋爐本體的下位機數(shù)據(jù)采集及傳輸控制模塊；第三部分包括位于電子室內(nèi)的上位機數(shù)據(jù)分析及控制信號輸出模塊；軟件系統(tǒng)采用Labview編程軟件開發(fā)。利用近紅外輻射能傳感器獲取爐內(nèi)輻射能強度信息，并通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化方法得到輻射能偏差值，然后將濾波處理后的偏差值接入DCS鍋爐燃料控制模塊，改善給煤控制邏輯，提高機組的負荷響應(yīng)速度，保證汽機運行的穩(wěn)定性。
文檔編號F23N5/20GK201081241SQ20072011151
公開日2008年7月2日 申請日期2007年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月3日
發(fā)明者嚴建華, 冬 劉, 岑可法, 涌 池, 飛 王, 馬增益, 黃群星 申請人:浙江大學(xué)