基于風煤比煤質(zhì)校正的鍋爐自動燃燒調(diào)整控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及基于風煤比煤質(zhì)校正的鍋爐自動燃燒調(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和可供能源的進一步消耗，國家制定了 "節(jié)能減排" 的政策，對于火電機組來說，"省煤"和"環(huán)保"運兩個問題實際上都可W歸結(jié)為一個問題， 即如何在不改變機組原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，改善機組運行，延長機組使用壽命。目前，電網(wǎng)一 般都是實現(xiàn)AGC經(jīng)濟調(diào)度，W節(jié)約能源，但是AGC調(diào)度只是從"分配"的角度去解決運一問 題，而運個問題的關(guān)鍵仍然在每一個運行的電廠個體，現(xiàn)有的AGC調(diào)節(jié)，主要都是建立在協(xié) 調(diào)的基礎(chǔ)上來進行，而在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，有兩個問題無法得到很好的解決，首先是如何準 確快速的判斷當前煤質(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)的分析方法是通過采樣、制樣、化驗運Ξ個環(huán)節(jié)完成。該方法 耗時較長，運行人員需要得到化驗報告后才能夠根據(jù)煤質(zhì)的變化而進行實時在線調(diào)整。為 了彌補傳統(tǒng)方法的不足，一些在線監(jiān)測系統(tǒng)（如：微波法煤質(zhì)水分檢測、放射性射線煤質(zhì)灰 分檢測、近紅外煤質(zhì)檢測，W及丫射線中子活化煤質(zhì)分析檢測等）也被相繼開發(fā)，但是對于 W上監(jiān)測系統(tǒng)，其普遍存在的問題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高且維修不便。針對煤質(zhì)中的具體成 分，如灰分和水分也只是對煤質(zhì)元素的內(nèi)部成分進行檢測，而對于煤質(zhì)的全面判斷是無法 達到需求的，W上多方面的因素使得煤質(zhì)在線監(jiān)測裝置很難大范圍應(yīng)用。綜上，探索一種新 型的煤質(zhì)實時計算方法是十分有必要且有意義的。
[0004] 控制技術(shù)方面，隨著先進控制理論和計算機技術(shù)的開發(fā)，一些高級算法已被引入 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，但無論如何優(yōu)化，在燃燒方式的自動調(diào)整方面仍然屬于空 白，鍋爐的燃燒調(diào)整仍然需要手動干預(yù)，因此也很有必要去探索一種新的燃燒控制策略，來 解決燃燒自動調(diào)整的問題。
[0005] 在電廠的運行當中，煤炭當中的成分會隨著煤質(zhì)的變化而變化，運會很大程度上 影響鍋爐及輔機的各項參數(shù)，而由于煤質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的諸多缺點，一般都會采用一些軟 測量方法去表征煤質(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，引入熱量信號運一中間量， 與總煤量信號之比代表當前的煤質(zhì)，同時信號的處理中加入濾波和取平均部分，得到多個 燃燒周期內(nèi)的煤質(zhì)系數(shù)，其計算公式如（1)式 f
[0008] ,C-Filter--(I) KM)
[0009] 式中皿代表熱量信號，可衡定代表鍋爐負荷，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]到機組蓄熱，引入中間點壓力Pz來計算熱量信號皿，如（2) 式：
[0010]
[0011] 式中：Κι·Ρι為汽輪機側(cè)總蒸汽流量，可恒定比例的代表汽輪機負荷，麗；^可代 u( 表中間點壓力變化率，MPa/s。在機組工況且煤質(zhì)穩(wěn)定的條件下，通過計算得到的熱量信號 存在慣性滯后，因此需要采用2個或2個W上的燃燒周期檢測到的熱量信號與給煤量信號 之比的平均值來代表煤質(zhì)系數(shù)。
[0012] 此類方案用鍋爐的熱量信號代替了傳統(tǒng)的表征鍋爐負荷的信號，使鍋爐當前的負 荷更具有代表性，但是該項方案中，筆者認為還存在W下幾點問題：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·%所代表的是機組 α? 的蓄熱能力，而超臨界機組的蓄熱計算相比于汽包爐的要復(fù)雜的多，該項無法完整的代表 鍋爐的蓄熱能力，會對計算產(chǎn)生一定的偏差；第Ξ，對于濾波模塊，一般的DCS并不具備自 動時間循環(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》一文中采用機組的 實際運行參數(shù)構(gòu)造煤質(zhì)校正系數(shù)。該方法的原理是首先判斷機組是否處于穩(wěn)定工況，判斷 通過后，用鍋爐總給煤量和機組實際負荷的比值表征機組做功的能力，即在當前煤質(zhì)和煤 量的情況下，機組的出力能力。用運個數(shù)值再除W標煤下的出力得到的系數(shù)即為煤質(zhì)校正 系數(shù)。當煤質(zhì)不發(fā)生變化時，該系數(shù)為1，當煤質(zhì)發(fā)生變化后，該數(shù)值會發(fā)生偏離，對其進行 0. 8~1. 2的限幅，其限幅范圍可根據(jù)機組實際的煤種變化情況來進行更改，其控制圖如圖 1 ;
[0015] 該方案相比于第一個方案來說更具有很好的工程應(yīng)用價值，第一.解決了在機組 動態(tài)運行中對穩(wěn)定工況的判定，找出代表穩(wěn)定工況的功煤比；第二.解決了如何在負荷不 穩(wěn)定的情況下保持前一個穩(wěn)態(tài)負荷時的熱耗參數(shù)；第Ξ.解決了原功煤比與新功煤比及熱 耗修正值的無擾切換問題。可W說如果是應(yīng)用于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中煤質(zhì)的校正，該邏輯即可 實現(xiàn)，但是該方案仍然無法應(yīng)用在本文所提到的燃燒自動調(diào)整當中。因為燃燒調(diào)整的目的 正是通過優(yōu)化燃燒方式來優(yōu)化燃燒效果，而通過優(yōu)化燃燒，不僅可W減少氮氧化物和一氧 化碳的排放，同時還能一定程度的減少燃料的消耗，所W當通過燃燒自動調(diào)整后，其結(jié)果必 然是用煤量會有所下降，而通過功煤比判斷后，邏輯會判定煤質(zhì)又發(fā)生了變化，再次改變?nèi)?燒的方式，運樣就導(dǎo)致了邏輯的判斷陷入了一個循環(huán)，該方案無法實現(xiàn)鍋爐燃燒方式的自 動調(diào)整。對于鍋爐燃燒調(diào)整來說，它既包含煤的調(diào)整，也包含了風的調(diào)整，傳統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制 系統(tǒng)對煤量和風量的控制已經(jīng)相對完善，但對于給煤和配風的方式上仍然需要運行員進行 手動干預(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，耗時長、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高；控制技術(shù)方 面，鍋爐的燃燒調(diào)整仍然需要手動干預(yù)的問題，而提供了基于風煤比煤質(zhì)校正的鍋爐自動 燃燒調(diào)整控制方法。
[0017] 基于風煤比煤質(zhì)校正的鍋爐自動燃燒調(diào)整控制方法，它按W下步驟實現(xiàn)：
[0018] (1)通過角燃燒型鍋爐標煤燃燒試驗，得到不同發(fā)電量對應(yīng)不同氧量下的風量和 煤量的比值，簡稱風煤比，W此作為基準風煤比；
[0019] (2)通過分散控制系統(tǒng)的邏輯組態(tài)，實現(xiàn)定時檢測和結(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計算鍋爐輔助風風口各層前饋對于K值的表達式；
[0021] (4)將步驟Ξ計算的各層前饋對于K值的一般表達式加入原有的控制回路后，實 現(xiàn)二次風輔助風整體燃燒狀態(tài)進行調(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，實現(xiàn)各輔助風風口在正塔型、均勻型和倒塔型Ξ種形態(tài)中平滑自動切換。 [002引發(fā)明效果：
[0023] 本發(fā)明為了實現(xiàn)自動燃燒調(diào)整運一目的提出了基于風煤比判斷煤質(zhì)變化的改進 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，它們的存在會降低燃料的燃燒溫度、影響 與氧氣的接觸，同時會導(dǎo)致爐膛結(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)熱量來源，當其含量低時同樣的鍋爐負荷所用 的實際煤量會增大。由此可見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，當負荷、氧量已知且穩(wěn)定的情況下，風煤比的變化能夠反映出煤質(zhì)的變化：風煤 比升高，煤質(zhì)變好；風煤比降低，煤質(zhì)變差，而鍋爐不同氧量下的風煤比可W通過鍋爐設(shè)計 說明書或?qū)嶋H試驗的方式獲得，在風煤比判斷的過程中，還應(yīng)該考慮機組應(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分鐘為一個采樣的周期，用風量當前 值、3分鐘后的風量值和6分鐘后的風量值Ξ取中作為當前的風量，用煤量當前值、3分鐘后 煤量值和6分鐘后煤量值Ξ取中作為當前的煤量，通過除法得到當前的風煤比，再用運一 數(shù)值除W該氧量對應(yīng)下的額定風煤比，得到新的煤質(zhì)校正系數(shù)，該系數(shù)越大則說明煤質(zhì)越 好；系數(shù)越小說明煤質(zhì)越差。同時還需對該系數(shù)進行輸出的限幅，在運一邏輯當中，通過煤 量變化率、風量變化率和氧量變化率Ξ個數(shù)值的判斷來判定是否處于穩(wěn)定燃燒的工況，若 經(jīng)判斷后，W上Ξ個參數(shù)任一項超限，則采樣將會停止，煤質(zhì)校正系數(shù)將保持上一采樣周期 的數(shù)值。通過運一方案得到的煤質(zhì)校正系數(shù)不會因為鍋爐燃燒方式的改變而改變，它能夠 非?？陀^的反應(yīng)當前