CN101561148A - 锅炉燃烧控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种锅炉燃烧控制系统及方法，该系统包括分布式控制系统DCS、环境污染物监测系统、锅炉燃烧模型库和自寻优系统。DCS用于获取锅炉的实时工况数据，并控制调节锅炉的工况参数；环境污染物监测系统用于获取锅炉的环境污染物排放数据；锅炉燃烧模型库包括若干锅炉的燃烧模型；自寻优系统用于根据实时工况数据与环境污染物排放数据在锅炉燃烧模型库中寻找最接近的成熟案例，以此寻找达到锅炉目标工况的参数，并把调节后的工况参数输出至DCS。本发明可实现对锅炉燃烧热效率和污染物排放量的预测；同时根据案例库进行推理与查询，采用自寻优算法，可寻找达到锅炉最佳工况的参数设置方案，进而通过DCS调节锅炉运行状态，实现锅炉燃烧的整体优化。

Description

锅炉燃烧控制系统及方法

技术领域

本发明属于能源、环保、信息等领域，涉及一种燃烧控制系统及其相应方法，尤其涉及一种锅炉燃烧控制系统及其方法。

背景技术

在锅炉燃烧控制系统中，锅炉能效和污染物排放控制一直依靠人工进行配置，需要从繁多的实时技术数据中分析出最优配置方案，再进行手动调整，无法实现实时的自动优化。锅炉燃烧过程中，影响其燃烧热效率和污染物排放量的因素大部分相同，但对各个因素的具体要求却往往是矛盾的。在已有的的风煤比寻优方法中，有的可以提高燃烧热效率，却增加了污染物的排放，加重了环境污染；有的集中在减少环境污染而忽略了锅炉的燃烧热效率。

中国专利：一种节能技术领域的燃煤工业锅炉运行优化指导系统(专利号：CN200710173267.0)，包括：数据通讯接口、数据处理模块、系统显示模块、锅炉实时效率处理模块和运行优化指导模块。其中：数据通讯接口从锅炉控制系统中接受实时运行数据并传输给数据处理模块，数据处理模块对接收的数据进行检验和滤波；锅炉实时效率处理模块处理得出锅炉排烟热损失、物理未完全燃烧热损失和锅炉实时效率，并传输给运行优化指导模块和系统显示模块将实时风煤比与锅炉最优风煤比上下限值进行比较，同时将实测排烟温度与锅炉排烟温度高限值进行比较，并将比较结果传输到系统显示模块，发出运行指导操作指令；系统显示模块负责显示数据。该技术方案没有有效解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种锅炉燃烧控制系统，可克服现有技术的不足。

另外，本发明还提供上述锅炉燃烧控制系统的燃烧控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种锅炉燃烧控制系统，用以控制锅炉的燃烧工况，包括：

分布式控制系统DCS，与锅炉连接，用以获取锅炉的实时工况参数，并控制调节锅炉的工况参数；

环境污染物监测系统，与锅炉连接，用以获取锅炉的环境污染物排放数据；

锅炉燃烧模型库，其中包括若干锅炉的燃烧模型；

自寻优系统，用以根据DCS及环境污染物监测系统的实时工况数据与环境污染物排放数据、在所述锅炉燃烧模型库中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例，并根据该最接近的成熟案例调节工况参数，寻找达到锅炉目标工况的参数，并把调节后的工况参数输出至DCS。

作为本发明的一种优选方案，所述自寻优系统包括：

案例推理模块，用以根据DCS的工况数据与环境污染物监测系统的污染物排放数据，在所述锅炉燃烧模型库中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例；

目标工况调节模块，用以根据上述最接近的成熟案例调节工况参数，寻找达到锅炉目标工况的参数。

作为本发明的一种优选方案，所述案例推理模块包括

近似案例查询单元，用以根据DCS的工况数据与环境污染物监测系统的污染物排放数据，在所述锅炉燃烧模型库中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例；

最优解案例保存单元，用以保存经目标工况调节模块调节后新的案例作为燃烧模型；

成熟案例库更新单元，用以更新所述锅炉燃烧模型库中的燃烧模型的参数或增加新的燃烧模型。

作为本发明的一种优选方案，所述目标工况调节模块根据设置的目标工况，调节锅炉的参数；当寻优步长矩阵＜寻优误差矩阵e时，结束调节过程，此时的配置被认为最优；否则调节Δu’＝φ×Δu+ζ；其中，Δu为调节前的寻优步长矩阵，Δu’为调节后的寻优步长矩阵，Δu、Δu’、e为由各参数组成的矩阵，调节参数φ与ζ由选定的燃烧模型确定。

一种上述燃烧控制系统的燃烧控制方法，其包括：

所述分布式控制系统DCS获取锅炉的实时工况参数，环境污染物监测系统获取锅炉的环境污染物排放数据；

所述分布式控制系统DCS、环境污染物监测系统分别把其获取的参数发送至自寻优系统；

所述自寻优系统根据DCS及环境污染物监测系统的实时工况数据与环境污染物排放数据、在所述锅炉燃烧模型库中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例，并根据该最接近的成熟案例调节工况参数，寻找达到锅炉目标工况的参数，并把调节后的工况参数输出至DCS；

所述分布式控制系统DCS根据获取的调节后的工况参数控制锅炉的燃烧。

作为本发明的一种优选方案，所述自寻优系统包括：

案例推理模块，用以根据DCS及环境污染物监测系统的实时工况数据与环境污染物排放数据、在所述锅炉燃烧模型库中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例；

目标工况调节模块，用以根据上述最接近的成熟案例调节工况参数，寻找达到锅炉目标工况的参数。

作为本发明的一种优选方案，所述案例推理模块包括

近似案例查询单元，用以根据DCS及环境污染物监测系统的实时工况数据与环境污染物排放数据在所述锅炉燃烧模型库中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例；

最优解案例保存单元，用以保存经目标工况调节模块调节后新的案例作为燃烧模型；

成熟案例库更新单元，用以更新所述锅炉燃烧模型库中的现有燃烧模型的参数、或增加新的燃烧模型。

作为本发明的一种优选方案，所述目标工况调节模块根据设置的目标工况调节锅炉的参数；当当前寻优步长矩阵＜寻优误差矩阵e时，结束调节过程，此时的配置被认为最优；否则调节Δu’＝φ×Δu+ζ；其中，Δu为调节前的寻优步长矩阵，Δu’为调节后的寻优步长矩阵，Δu、Δu’、e为由各参数组成的矩阵，调节参数φ与ζ由选定的燃烧模型确定。

本发明的有益效果在于：本发明提出的锅炉燃烧控制系统及方法，可实现对锅炉燃烧热效率和污染物排放量的预测；同时根据案例库进行推理与查询，采用自寻优算法，可寻找达到锅炉最佳工况的参数设置方案，进而通过DCS对锅炉运行状态进行调节，实现锅炉燃烧的整体优化。

附图说明

图1为本发明锅炉燃烧控制系统的组成示意图。

图2为本发明基于案例推理的自寻优算法原理图。

图3为本发明目标工况调节模块寻找最优解的算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本发明揭示了一种锅炉燃烧控制系统及方法，可用于燃煤或燃烧其他燃料的锅炉。本实施例以燃煤锅炉为例，介绍本发明的锅炉燃烧控制系统及方法。

本发明揭示的燃煤锅炉燃烧控制系统10用以控制燃煤锅炉20的燃烧工况；请参阅图1，该燃煤锅炉燃烧控制系统10包括分布式控制系统DCS11、环境污染物监测系统12、锅炉燃烧模型库13、自寻优系统14。

分布式控制系统DCS11与燃煤锅炉20连接，用以获取燃煤锅炉的实时工况数据，同时可以控制调节燃煤锅炉20的工况参数。

环境污染物监测系统12与燃煤锅炉20连接，用以获取燃煤锅炉20的环境污染物排放数据。

燃煤锅炉燃烧模型库13包括若干燃煤锅炉的燃烧模型。

自寻优系统14用以根据DCS11及环境污染物监测系统12的实时工况数据与环境污染物排放数据、在所述燃煤锅炉燃烧模型库13中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例，并根据该最接近的成熟案例调节工况参数，寻找达到燃煤锅炉目标工况的参数，并把调节后的工况参数输出至DCS11。

请参阅图2，所述自寻优系统14包括案例推理模块141、目标工况调节模块142。案例推理模块141用于根据DCS的工况数据与环境污染物监测系统的污染物排放数据，在所述燃煤锅炉燃烧模型库中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例。目标工况调节模块142用于根据上述案例调节工况参数，寻找达到燃煤锅炉目标工况的参数。以下对两个模块分别介绍。

请参阅图2，所述案例推理模块141包括近似案例查询单元1411、最优解案例保存单元1412、成熟案例库更新单元1413。近似案例查询单元1411用以根据DCS11及环境污染物监测系统12的实时工况数据与环境污染物排放数据在所述燃煤锅炉燃烧模型库13中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例。最优解案例保存单元1412用以保存经目标工况调节模块12调节后新的案例作为燃烧模型至燃烧模型库(即案例库)13。成熟案例库更新单元1413用以更新所述燃煤锅炉燃烧模型库13中的燃烧模型的参数、或增加新的燃烧模型。

所述目标工况调节模块142根据设置的目标工况调节燃煤锅炉的参数；当寻优步长矩阵＜寻优误差矩阵e时，结束调节过程，此时的配置被认为最优；否则调节Δu’＝φ×Δu+ζ；其中，Δu为调节前的寻优步长矩阵，Δu’为调节后的寻优步长矩阵，Δu、Δu’、e为由各参数组成的矩阵，调节参数φ与ζ由选定的燃烧模型确定。具体流程请参阅图3。

请参阅图3，本发明目标工况调节模块142的寻优流程如下：

步骤A初始化自寻优参数。寻优参量为多指标参量，包括热效率、氮氧化物、二氧化硫、飞尘含煤量、结渣率等，所述寻优方法所需主要参数有Δu、e和k。其中：Δu为寻优步长矩阵；e为寻优误差矩阵，当Δu＜e时，寻优结束，此时的配置可认为最优。k为扰动参数正负反馈的逻辑标志，初值为零。k＝1时的当前扰动参数与上一扰动参数值相反；k＝2时，说明正向和负向扰动都未搜索到有效点，需重置k为零，并缩小Δu；调节后的Δu记作Δu’，Δu’＝φ×Δu+ζ(本式中，Δu表示调节前的Δu)。

步骤B判断系统是否稳定，如果没有达到稳态，则退出；

步骤C根据步长Δu和k计算新的最优配置，判断新的工作点是否会越过稳定界。若通过计算得到的工作点会超出稳定界，则说明扰动参数不合适，将逻辑标记k加1，变扰动为负值，再判断状态是否能稳定。如果不能，缩小Δu，若Δu＜e，寻优结束，此时的配置可认为最优；否则重置k为零，返回状态判定；

步骤D若k＝1则按原状态参数调整锅炉状态，使其工况恢复原状。稳定后，施加与原扰动等量的负扰动信号，若仍未找到有效点或出现越界，则逻辑标志k值置为2。说明寻优步长不合适，本实施例中，用黄金分割法缩小步长Δu(Δu＝0.618Δu)，重置k为零，返回状态判定；

步骤E重复上述过程，直至Δu＜e，此时已经搜索到最优配置。

以上介绍了本发明燃烧控制系统的组成，以下介绍其燃烧控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤1所述分布式控制系统DCS获取燃煤锅炉的实时工况数据，环境污染物监测系统获取燃煤锅炉的环境污染物排放数据；

步骤2所述分布式控制系统DCS、环境污染物监测系统分别把其获取的数据发送至自寻优系统；

步骤3所述自寻优系统根据DCS及环境污染物监测系统的实时工况数据与环境污染物排放数据、在所述燃煤锅炉燃烧模型库中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例，并根据该最接近的成熟案例调节工况参数，寻找达到燃煤锅炉目标工况的参数，并把调节后的工况参数输出至DCS；

步骤4所述分布式控制系统DCS根据获取的调节后的工况参数控制燃煤锅炉的燃烧。

综上所述，本发明提出的锅炉燃烧控制系统及方法，可实现对锅炉燃烧热效率和污染物排放量的预测；同时根据案例库进行推理与查询，采用自寻优算法，可寻找达到锅炉最佳工况的参数设置方案，进而通过DCS对锅炉运行状态进行调节，实现锅炉燃烧的整体优化。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，锅炉燃烧控制系统及方法用于控制其他燃料的锅炉。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1、一种锅炉燃烧控制系统，用以控制锅炉的燃烧工况；其特征在于，其包括：

分布式控制系统DCS，与锅炉连接，用以获取锅炉的实时工况数据，并控制调节锅炉的工况参数；

环境污染物监测系统，与锅炉连接，用以获取锅炉的环境污染物排放数据；

锅炉燃烧模型库，其中包括若干锅炉的燃烧模型；

自寻优系统，用以根据DCS的工况数据与环境污染物监测系统的污染排放数据，在所述锅炉燃烧模型库中寻找最接近的成熟案例，再根据该案例调节工况参数，寻找达到锅炉目标工况的参数，并把调节后的工况参数输出至DCS。

2、根据权利要求1所述的锅炉燃烧控制系统，其特征在于：

所述自寻优系统包括：

案例推理模块，用以根据DCS的工况数据与环境污染物监测系统的污染物排放数据，在所述锅炉燃烧模型库中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例；

目标工况调节模块，用以根据上述最接近的成熟案例调节控制参数，寻找达到锅炉目标工况的参数。

3、根据权利要求2所述的锅炉燃烧控制系统，其特征在于：

所述案例推理模块包括

近似案例查询单元，用以根据DCS的工况数据与环境污染物监测系统的污染物排放数据，在所述锅炉燃烧模型库中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例；

最优解案例保存单元，用以保存经过目标工况调节模块调节后得到的新的案例作为燃烧模型。

4、根据权利要求3所述的锅炉燃烧控制系统，其特征在于：

所述案例推理模块还包括成熟案例库更新单元，用以更新所述锅炉燃烧模型库中的现有燃烧模型的参数、或增加新的燃烧模型。

5、根据权利要求2所述的锅炉燃烧控制系统，其特征在于：

所述目标工况调节模块根据设置的目标调节锅炉的参数；

当寻优步长矩阵＜寻优误差矩阵e时，结束调节过程，此时的配置被认为最优；

否则调节Δu’＝φ×Δu+ζ；

其中，Δu为调节前的寻优步长矩阵，Δu’为调节后的寻优步长矩阵，Δu、Δu’、e为由各参数组成的矩阵，调节参数φ与ζ由选定的燃烧模型确定。

6、一种权利要求1至5任一所述燃烧控制系统的燃烧控制方法，其特征在于：

所述分布式控制系统DCS获取锅炉的实时工况数据，环境污染物监测系统获取锅炉的环境污染物排放数据；

所述分布式控制系统DCS、环境污染物监测系统分别把其获取的数据发送至自寻优系统；

所述自寻优系统根据DCS的工况数据与环境污染物监测系统的污染物排放数据，在所述锅炉燃烧模型库中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例，并根据该案例调节工况参数，以寻找达到锅炉目标工况的参数，并把调节后的工况参数输出至DCS；

所述分布式控制系统DCS根据获取的调节后的工况参数控制锅炉的燃烧。

7、根据权利要求6所述的燃烧控制方法，其特征在于：

所述自寻优系统包括：

案例推理模块，用以根据DCS的工况数据与环境污染物监测系统的污染物排放数据，在所述锅炉燃烧模型库中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例；

目标工况调节模块，用以根据上述最接近的成熟案例调节工况参数，寻找达到锅炉目标工况的参数。

8、根据权利要求7所述的燃烧控制方法，其特征在于：

所述案例推理模块包括：

近似案例查询单元，用以根据DCS的工况数据与环境污染物监测系统的污染物排放数据，在所述锅炉燃烧模型库中的燃烧模型寻找最接近的成熟案例；

最优解案例保存单元，用以保存经过目标工况调节模块调节后得到的新案例作为燃烧模型。

9、根据权利要求8所述的燃烧控制方法，其特征在于：

所述案例推理模块包括成熟案例库更新单元，用以更新所述锅炉燃烧模型库中现有燃烧模型的参数，或增加新的燃烧模型。

10、根据权利要求7所述的燃烧控制方法，其特征在于：

所述目标工况调节模块根据设置的目标工况调节锅炉的参数；

当寻优步长矩阵＜寻优误差矩阵e时，结束调节过程，此时的配置被认为最优；

否则调节Δu’＝φ×Δu+ζ；

其中，Δu为调节前的寻优步长矩阵，Δu’为调节后的寻优步长矩阵，Δu、Δu’、e为由各参数组成的矩阵，调节参数φ与ζ由选定的燃烧模型确定。

Images