CN101487594B - 抑制启、停磨煤机对锅炉主汽压力影响的控制方法 - Google Patents

Abstract

抑制启、停磨煤机对锅炉主汽压力影响的控制方法在原来锅炉燃料三层控制模式的基础上增加了一层给煤机平均转速的快速控制层，有效抑制在启动或停止磨煤机过程中由于运行人员的各种操作所造成对锅炉主汽压力的影响。该方法还将基于实际微分的动态前馈技术应用于锅炉主控系统的前馈设计中，实现在启、停磨煤机过程中自动修正锅炉的煤量指令，抵消由于启磨暖磨或停磨抽粉过程中多进入锅炉燃烧的一部分煤粉量，使锅炉燃烧工况更加稳定，有效抑制启、停磨煤机过程对主汽压力的影响。

Description

抑制启、停磨煤机对锅炉主汽压力影响的控制方法

技术领域

本发明涉及一种抑制启、停磨煤机对锅炉主汽压力影响的控制方法，特别是一种采用实际微分环节的动态前馈技术和通过增加给煤机平均转速的快速控制层，有效抑制在启、停磨煤机过程中各种对锅炉燃烧工况产生影响的干扰，有效减小锅炉主蒸汽压力波动的先进控制方法，属于热能动力工程和自动控制领域。

背景技术

锅炉的燃烧控制系统是火电厂最关键的控制系统之一，其中锅炉的燃料控制基本都采用了锅炉主控层、燃料控制层及给煤机转速控制层的三层控制模式，主要存在的问题是在机组的升、降负荷过程中，需要经常启、停磨煤机，而目前所采用的三层控制模式很难抑制启、停磨煤机对锅炉燃烧工况所产生的影响，导致主蒸汽压力波动大，最大的动态偏差经常达1.0MPa以上，从而进一步使锅炉的其它重要参数如主汽温度、汽包水位、炉膛负压及氧量等参数发生较大的波动。

在传统的三层锅炉燃料控制方案中(如附图1所示)，各层所产生的指令为：

第一层为锅炉主控层，计算锅炉的煤量指令BM：

BM＝PD(N₀)+PID[k₁(P₀-P_T)]

式中，N₀为机组的功率指令；P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；k₁为可选取的比例系数；PD，PID分别为比例微分和比例积分微分调节器。

第二层为燃料控制层，计算给煤机转速的公共指令CFB：

CFB＝k₃*BM+PI[k₂(BM-FU)]

式中，BM为锅炉煤量指令；FU为锅炉总煤量经一阶惯性滤波后的输出值；k₂，k₃为可选择的比例系数；PI为比例积分调节器。

第三层为给煤机转速控制层，计算各台给煤机的转速指令，第i台给煤机的转速指令CF_i为：

CF_i＝CFB+A_i(i＝1，...，m)

式中，A_i为第i台给煤机转速指令的偏置。

传统的控制方案中没有很好考虑启、停磨煤机对锅炉燃烧工况的影响，从而使锅炉主汽压力的波动大。实际上，在启、停磨煤机组过程中，均存在二种对燃烧工况有显著影响的扰动。当运行人员启动某台磨煤机时，必须打开磨煤机的进出口风门进行暖磨，在这过程中有数吨磨煤机中的存煤粉会吹入炉膛进行燃烧，而控制系统无法计量这部分的煤粉量，无法及时调整，造成主汽压力波动。而当暖磨结束后，运行人员会快速增加该台磨煤机的给煤量达20t/h左右后，再将该台磨煤机的给煤量投入自动控制，尽管控制系统能测量到这一操作煤量的变化，并通过燃料控制层来抑制这一干扰，但由于燃料控制层的调节往往有较大的滞后性，又会使数吨煤多进入了炉膛燃烧。当运行人员停止某台磨煤机时，首先要快速减煤、后再进行抽粉数分钟，在这二个过程中，也会有数吨煤粉量的扰动量。综上所述，在启、停磨煤机组的过程中有二类扰动，一是在启磨暖磨或停磨抽粉过程中，磨煤机中的数吨存煤粉被吹入到炉膛中进行燃烧，目前的控制方案中没有考虑抑制这部分的扰动量；二是在启、停磨煤机过程中，运行人员会手动快速增加或减少磨煤机的给煤量，尽管目前控制方案中的燃料控制层能部分抑制该类扰动，但由于燃料控制层调节的滞后性及煤量变化量大等原因，仍会有数吨煤粉量的变化。这二类扰动是造成主汽压力较大幅度波动的主要原因。目前，还未见过针对这二类扰动改进锅炉燃烧控制系统方案的报道。

发明内容

技术问题：针对锅炉燃烧控制系统的现状，为了有效抑制启、停磨煤机对锅炉燃烧工况及主汽压力的影响，本发明针对启、停磨煤机过程中的二类扰动，提出了一种抑制启、停磨煤机对锅炉主汽压力影响的控制方法。

技术方案：本发明提出的一种有效抑制启、停磨煤机对锅炉主汽压力影响的控制方法，是通过以下的技术方案实现的：

在原来锅炉燃料三层控制模式的基础上增加了一层给煤机平均转速的快速控制层，提出一种包括给煤机平均转速快速控制层在内的四层控制模式，抑制在启动或停止磨煤机过程中由于运行人员的各种操作所造成对锅炉主汽压力的影响，实现步骤如下：

步骤1：根据发电机组的功率指令N₀及主汽压力偏差(P₀-P_T)计算锅炉的煤量指令BM：

BM＝PD(N₀)+PID[k₁(P₀-P_T)]+ΔBM

式中，N₀为机组的功率指令；P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；k₁为可选取的比例系数；PD为比例微分调节器，PID为比例积分微分调节器；ΔBM为在启、停磨煤机时对煤量指令的修正量；

步骤2：根据锅炉煤量指令BM和锅炉实际总煤量FU计算给煤机的平均转速指令CFA：

CFA＝k₃*BM+PI[k₂(BM-FU)]

式中，BM为锅炉煤量指令；FU为锅炉总煤量经一阶惯性滤波后的输出值；k₂，k₃为可选择的比例系数；PI为比例积分调节器；

步骤3：根据给煤机的平均转速指令CFA和给煤机的实际平均转速CF，通过快速积分器计算给煤机转速的公共指令CFB：

$\mathrm{CFB}=I(\mathrm{CFA}-\stackrel{\‾}{\mathrm{CF}})=I(\mathrm{CFA}-\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{CF}}_i}{m})$

式中，I为快速积分器；m为单元机组总的磨煤机台数；n为正在运行的磨煤机台数；CF_i为第i台的给煤机转速指令；

步骤4：根据给煤机转速的公共指令CFB和各台给煤机转速指令的偏置计算各台给煤机的转速指令，第i台给煤机的转速指令CF_i为：

CF_i＝CFB+A_i(i＝1，...，m)

式中，A_i为第i台给煤机转速指令的偏置。

启、停磨煤机对锅炉煤量指令的修正量ΔBM由基于实际微分的动态前馈技术确定，以抵消由于启磨暖磨或停磨抽粉过程中多进入锅炉燃烧的一部分煤粉量，进一步抑制启、停磨煤机过程对主汽压力的影响，启、停磨煤机对锅炉煤量指令的修正量ΔBM为：

$\mathrm{\ΔBM}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{BM}}_{i1}+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{BM}}_{i2}$

式中，ΔBM_i1，ΔBM_i2分别为启动和停止第i台(i＝1，...，m)磨煤机时对锅炉煤量指令的修正量；分别为：

LED_i1(·)，LED(·)_i2分别为启动和停止第i台磨煤机时所选定的实际微分模块，其传递函数分别为：

${\mathrm{LED}}_{i1}\left(s\right)=\frac{T_{i1}s}{1+T_{i1}s},$ ${\mathrm{LED}}_{i2}\left(s\right)=\frac{T_{i2}s}{1+T_{i2}s}$

式中，T_i1为启动第i台磨煤机时的微分时间，T_i2为停止第i台磨煤机时的微分时间，s为拉普拉斯算子。

有益效果：本发明可有效抑制在启动或停止磨煤机过程中由于运行人员的各种操作及由于启磨暖磨或停磨抽粉过程中煤粉量的变化所造成对锅炉主汽压力的影响。在采用本发明后，可使启、停磨煤机过程中主蒸汽压力的最大变化量从1.0MPa左右减小到0.2MPa左右，确保电站锅炉燃烧系统的安全、稳定运行，并可提高整个火电机组的参数控制品质。

附图说明

图1是本发明的锅炉燃料控制方案方框图。

具体实施方式

本实施例的一种抑制启、停磨煤机对锅炉主汽压力影响的控制方法，在原来锅炉燃料三层控制模式的基础上增加了一层给煤机平均转速的快速控制层，有效抑制在启动或停止磨煤机过程中由于运行人员的各种操作所造成对锅炉主汽压力的影响。还将基于实际微分的动态前馈技术应用于锅炉主控系统的前馈设计中，实现在启、停磨煤机过程中自动修正锅炉的煤量指令，抵消由于启磨暖磨或停磨抽粉过程中多进入锅炉燃烧的一部分煤粉量，使锅炉燃烧工况更加稳定。本实施例提出的锅炉燃料控制方案如附图1所示。

锅炉的煤量指令BM为：

BM＝PD(N₀)+PID[k₁(P₀-P_T)]+ΔBM

式中，N₀为机组的功率指令；P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；k₁为可选取的比例系数；PD，PID分别为比例微分和比例积分微分调节器；ΔBM为在启、停磨煤机时对煤量指令的修正量。ΔBM的计算量为：

$\mathrm{\ΔBM}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{BM}}_{i1}+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{BM}}_{i2}$

式中，ΔBM_i1，ΔBM_i2分别为启动和停止第i台(i＝1，...，m)磨煤机时对锅炉煤量指令的修正量。分别为：

LED_i1(·)，LED(·)_i2分别为启动和停止第i台磨煤机时所选定的实际微分模块，其传递函数分别为：

${\mathrm{LED}}_{i1}\left(s\right)=\frac{T_{i1}s}{1+T_{i1}s},$ ${\mathrm{LED}}_{i2}\left(s\right)=\frac{T_{i2}s}{1+T_{i2}s}$

由于实际微分的动态前馈应用于锅炉主控层的前馈设计中，实现了在启、停磨煤机过程中自动修正锅炉的煤量指令，抵消由于启磨暖磨或停磨抽粉过程中多进入锅炉燃烧的一部分煤粉量，有效抑制启、停磨煤机过程对主汽压力的影响。

给煤机的平均转速指令CFA：

CFA＝k₃*BM+PI[k₂(BM-FU)]

式中，BM为锅炉煤量指令；FU为锅炉总煤量经一阶惯性滤波后的输出值；k₂，k₃为可选择的比例系数；PI为比例积分调节器。

给煤机转速的公共指令CFB：

$\mathrm{CFB}=I(\mathrm{CFA}-\stackrel{\‾}{\mathrm{CF}})=I(\mathrm{CFA}-\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{CF}}_i}{m})$

式中，I为快速积分器；m为锅炉总的磨煤机台数；n为正在运行的磨煤机台数；CF_i为第i台给煤机的转速指令。

第i台给煤机的转速指令CF_i为：

CF_i＝CFB+A_i(i＝1，...，m)

式中，A_i为第i台给煤机转速指令的偏置。

某电站两台300MW火电机组采用本专利的控制方案，上式的相关参数选为：

锅炉主控层参数：

$\mathrm{PD}\left(s\right)=0.385+\frac{7.2*12s}{1+12s},$ $\mathrm{PID}\left(s\right)=1.8+\frac{1}{210s},$ k₁＝4，m＝5

T₁₁＝T₂₁＝T₃₁＝T₄₁＝T₅₁＝400sec，C₁＝C₂＝C₃＝C₄＝C₅＝-12

T₁₂＝T₂₂＝T₃₂＝T₄₂＝T₅₂＝300sec，D₁＝D₂＝D₃＝D₄＝D₅＝-7

燃料控制层参数：

k₂＝0.25，k₃＝0.65， $\mathrm{PI}\left(s\right)=1.5+\frac{1}{20s},$ $\mathrm{LAG}\left(s\right)=\frac{1}{1+25s}$

给煤机平均转速控制层：

快速积分器： $I\left(s\right)=\frac{1}{3s}$

给煤机转速控制层：

A_i为运行人员可以调整的自动偏置，其范围为：(-25％，+25％)

本发明的抑制启、停磨煤机对锅炉主汽压力影响的控制方法可在各类分散控制系统(DCS)中直接通过组态方式实现，该控制系统已在某电厂#3、#4机组(300MW)上成功应用。在采用本发明之前，启、停磨煤机对主蒸汽压力的影响较大，主汽压力的最大动态偏差达1.0MPa，而采用本发明后，启、停磨煤机时主汽压力的最大动态偏差仅为0.2MPa，取得了明显效果。

Claims (2)

1.一种抑制启、停磨煤机对锅炉主汽压力影响的控制方法，其特征在于该方法提出一种包括给煤机平均转速快速控制层在内的四层控制模式，抑制在启动或停止磨煤机过程中由于运行人员的各种操作所造成对锅炉主汽压力的影响，实现步骤如下：

步骤1：根据发电机组的功率指令N₀及主汽压力偏差(P₀-P_T)计算锅炉的煤量指令BM：

BM＝PD(N₀)+PID[k₁(P₀-P_T)]+ΔBM

式中，N₀为机组的功率指令；P₀为主汽压力定值；P_T为主汽压力；k₁为可选取的比例系数；PD为比例微分调节器，PID为比例积分微分调节器；ΔBM为基于实际微分的动态前馈技术确定的修正量；

步骤2：根据锅炉煤量指令BM和锅炉实际总煤量FU计算给煤机的平均转速指令CFA：

CFA＝k₃*BM+PI[k₂(BM-FU)]

式中，BM为锅炉煤量指令；FU为锅炉总煤量经一阶惯性滤波后的输出值；k₂，k₃为可选择的比例系数；PI为比例积分调节器；

步骤3：根据给煤机的平均转速指令CFA和给煤机的实际平均转速CF，通过快速积分器计算给煤机转速的公共指令CFB：

$\mathrm{CFB}=I(\mathrm{CFA}-\stackrel{\‾}{\mathrm{CF}})=I(\mathrm{CFA}-\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{CF}}_i}{m})$

式中，I为快速积分器；m为单元机组总的磨煤机台数；n为正在运行的磨煤机台数；CF_i为第i台的给煤机转速指令；

步骤4：根据给煤机转速的公共指令CFB和各台给煤机转速指令的偏置计算各台给煤机的转速指令，第i台给煤机的转速指令CF_i为：

CF_i＝CFB+A_i(i＝1，...，m)

式中，A_i为第i台给煤机转速指令的偏置。

2.根据权利要求1所述的抑制启、停磨煤机对锅炉主汽压力影响的控制方法，其特征在于启、停磨煤机对锅炉煤量指令的修正量ΔBM由基于实际微分的动态前馈技术确定，以抵消由于启磨暖磨或停磨抽粉过程中多进入锅炉燃烧的一部分煤粉量，进一步抑制启、停磨煤机过程对主汽压力的影响，基于实际微分的动态前馈技术确定的修正量ΔBM为：

$\mathrm{\ΔBM}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{BM}}_{i1}+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{BM}}_{i2}$

式中，ΔBM_i1，ΔBM_i2分别为启动和停止第i台(i＝1，...，m)磨煤机时对锅炉煤量指令的修正量；分别为：

LED_i1(·)，LED(·)_i2分别为启动和停止第i台磨煤机时所选定的实际微分模块，其传递函数分别为：

${\mathrm{LED}}_{i1}\left(s\right)=\frac{T_{i1}s}{1+T_{i1}s},{\mathrm{LED}}_{i2}\left(s\right)=\frac{T_{i2}s}{1+T_{i2}s}$

式中，T_i1为启动第i台磨煤机时的微分时间，T_i2为停止第i台磨煤机时的微分时间，s为拉普拉斯算子。

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