CN102853419A - 一种煤粉炉智能优化控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤粉炉智能优化控制系统，涉及煤粉炉优化控制技术领域，系统设有负荷调节器，负荷—氧含量设定器，锅炉实时等效热效率计算器，氧含量增量优化控制器，氧量调节器等。核心技术特征是以锅炉等效热效率为优化目标，采用进退法自寻优算法寻找最佳的烟气含氧量设定值，实现煤粉炉经济燃烧。本发明不依赖于煤的热值检测，能够应对风流量测量仪表无法正常投运所导致的控制与优化无法实现的问题，达到优化燃烧节能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及发电厂锅炉燃烧优化控制技术领域，尤其涉及一种煤粉炉智能优化控制系统。
背景技术
煤粉炉是电力行业的主要运行设备，主要是通过给锅炉输送磨制好的煤粉配以合适的风量进行燃烧，将经过处理的水加热变成一定温度和压力的蒸汽推动汽轮发电机进行发电。总起来说锅炉经济燃烧时有这样一个特性，即负荷越高废气含氧量就会越小，负荷越低废气含氧量就会越大，且随煤种的变化而变化，虽然锅炉的废气含氧量和负荷的关系在锅炉出厂时已经由锅炉生产厂家根据某一种煤种进行了设计，但是由于煤炭种类的多样性以及煤炭的供应紧张的原因，电厂所烧燃煤并不是锅炉的设计煤种，所以烟气含氧量的控制按照锅炉制造厂给定的曲线进行控制未必是最佳操作。
现有煤粉炉的优化控制技术有多种。其中，柴庆宣公开了一项发明专利“煤粉锅炉火燃燃烧状态控制方法”（申请号：200510009817.6），是根据给定的固定氧含量设定值，进行分层配风，解决了手动调整配风操作难度大、调整频率高、调整过程缓慢等问题；北京和隆优化控制技术有限公司公开了一种发明专利“循环流化床锅炉稳定运行与经济燃烧优化控制系统”（200910143611.0），根据煤质和负荷的变化情况实时优化二次风增量，解决了在风量精确测量情况下的风煤配比合理和优化的问题；清华大学热能系吕泽华、徐春晖的论文“中小型煤粉炉的优化运行”采用模糊控制的方法利用反平衡算法计算锅炉热效率,根据已经燃烧过的煤种和在一定的负荷范围内优化氧含量。
现有的主流技术主要是针对锅炉燃烧过程中各种检测仪表配置齐全、仪表性能良好的现场测控条件下解决燃烧优化或控制问题，包括经济燃烧、安全稳定燃烧以及解决频繁操作的问题，如“循环流化床稳定运行与经济燃烧优化控制系统”二次风的控制回路的目标值是风量，测量值也是风量，适用于有二次风量测量且较精确的现场；“煤粉锅炉火燃状态控制方法”适用于煤质非常稳定、锅炉负荷非常稳定的现场；“中小型煤粉炉的优化运行”需要采集煤种的热值；同时这些方法没有很好考虑现场风流量测量仪表不准确的等各种因素的影响；有的考虑了煤种的变化但是仅仅限于已经燃用过的煤种，并且要做大量的测试工作。
此外，现有技术中的氧含量优化自寻优过程是采用反平衡法计算锅炉热效率，这需要大量的实时在线分析仪表才能完成，如果没有这些仪表进行数据的采集而进行的优化结果肯定是不能保证优化的正确性。
综上所述，现有的技术仍旧存在一定的局限性和缺陷，因此开发本系统。
发明内容
本发明所要解决的问题是：发明一种煤粉炉智能优化控制系统，在风量流量测量仪表因故障或性能缺陷无法投入运行的条件下，通过寻找最佳的锅炉烟气含氧量并对其进行闭环控制，从而实现锅炉燃烧优化控制，达到节能的目的。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：本发明设有负荷调节器，负荷—氧含量设定器，锅炉实时等效热效率计算器，氧含量增量优化控制器，氧量调节器以及锅炉负荷—蒸汽流量测量变送器、燃煤流量计、烟气含氧量变送器、给煤变频器、二次风调节阀等测控仪表。
其中，锅炉实际负荷测量值与锅炉的负荷设定值进行比较，通过负荷调节器的计算输出，控制给煤变频器，控制进入锅炉的给煤量，负荷调节器可以采用PID算法或其它控制算法。
负荷—氧含量设定器的输入是锅炉实际负荷，其输出是含氧量设定值的基本值，负荷—氧含量设定曲线是根据在一定煤种下的运行经验或锅炉生产厂家提供的数据进行设定。
锅炉实时等效热效率计算器采用正平衡法计算表征锅炉热效率变化趋势的等效热效率，并考虑锅炉蓄热的影响，其中煤的低位发热值采用一个常数。
氧含量增量优化控制器以锅炉实时等效热效率为优化目标值，采用进退法自寻优算法优化氧含量设定值增量。
氧量调节器的设定值是负荷-含氧量设定器输出和氧含量增量优化控制器输出之和，测量值是氧含量，氧含量调节器的输出控制二次风调节阀，氧量调节器采用PID或其它控制算法。
氧含量增量优化控制器首先选择增加或减少任意一个方向，按照一定的幅度来调整氧含量设定值，再由氧量调节器根据氧含量的测量值和设定值的偏差调节二次风调节阀开度，待系统响应后，比较前后工况下的锅炉实时等效热效率的变化量，如果锅炉实时等效热效率变化量增加且达到一定的幅度，说明这种调整是有益的，继续按照原来的方向调整氧含量；如果锅炉等效热效率变化量是减少且显著，按照原有氧含量调整量的相反方向调整氧含量；当锅炉等效热效率变化不明显时则停止氧含量的寻优，即上次的氧含量设定值为最佳值。
本发明的有益效果是不依赖于难以在线测量的煤的热值寻找烟气含氧量优化设定值，能够应对风流量测量仪表无法正常投运所导致的控制与优化无法实现的问题，从而实现煤粉炉经济燃烧。
（4）附图说明
附图为煤粉炉智能优化控制系统总体框图。
（5）实施方式
实施例：
如附图所示，负荷设定值由值长给定的负荷指令给定，该值连接负荷调节器作为负荷调节的设定值，蒸汽流量信号连接负荷调节器作为负荷调节器的测量值，负荷调节器采用PID控制算法，比例带设定100，积分时间设定50，负荷调节器的输出连接给煤变频器，控制进入锅炉的给煤量；
负荷测量信号同时连接负荷-氧含量设定器，作为负荷-氧含量设定器的输入变量，输出是氧含量设定值，该值是负荷的函数，可以是线性或非线性函数根据运行经验或锅炉厂家提供的某种煤种下的负荷-氧量的数据进行设定，在本实施例中，100%负荷时氧量设定值为4%，60%负荷时氧量设定值为5%，负荷在60%～100%之间变化时采用线性函数进行插值计算，当负荷大于100%时按照100%时的氧量设定值输出不在减少，负荷小于60%时按照60%时的氧量设定值输出不再增加，负荷氧含量设定器的输出为OPS1，该变量连接加法器的输入端1；
负荷测量信号连接实时锅炉燃烧热效率计算器的输入端1，主汽温度、主汽压力、给水流量、给水温度、给水压力、燃煤流量、燃煤热值（固定数值）分别连接实时锅炉燃烧热效率计算器的输入端2、3、4、5、6、7、8，采用正平衡算法对于锅炉的实时热效率进行计算，实时热效率计算器的输出连接氧含量增量优化控制器的输入，氧含量增量优化控制器的输出OPS2连接加法器的输入端2，其中锅炉实时等效热效率计算器按下面的公式计算：
η=(Ft1*( H1-H2)+Ck*dP/dt)/Ft2*Qdw*100%
其中，η:锅炉等效热效率，Ft1:蒸汽流量， H1、H2分别为蒸汽、锅炉给水的焓，数据来自水和蒸汽性质，可查表得到,单位Kj/kg，Ck为锅炉蓄热系数，单位Kj/MPa，该系数由锅炉制造厂提供或经过测试得到，P：锅筒蒸汽压力， Ft2：燃煤流量，Qdw：燃煤低位发热值，按常数计算。
加法器的输出OPS连接氧量调节器的输入端1作为设定值，氧含量测量值连接氧量调节器的输入端2作为测量值，氧量调节器采用PID算法，比例带设定值200～300，积分时间设定180～240，该调节器输出控制二次风调节阀。
氧含量增量优化控制器
1）将锅炉实时等效热效率计算器的输出连接到氧含量增量优化控制器的输入端，根据程序设定的增加或者减少氧含量设定值的变化量比如0.1%,氧含量增量控制器的输出OPS2连接加法器的输入端2，从而改变氧含量控制器的设定值，进而控制二次风调节阀改变进入锅炉的二次风风量；
2）目标函数值计算
以动态响应后的稳态实时过程测量值，按锅炉实时等效热效率计算器的计算等效热效率。即优化输出作用到装置后的一段时间后开始计算，时间取决于过程的动态响应时间，对煤粉炉来说一般取2~4分钟。
3）比较氧含量设定值改变后的热效率η(k)与氧含量改变前的热效率η(k-1)，如果η(k)-η(k-1)>ε，ε等效热效率变化量阈值，为正数,比如0.15%，继续按照上一次氧量设定值改变的方向调整氧含量设定值；如果η(k)-η(k-1)>-ε则按照上一次个氧量设定值改变方向的相反方向改变氧含量设定值；如果-ε<(η2-η1)< ε则寻优结束,等待下一次优化。
Claims (3)
1.本发明设有负荷调节器，负荷—氧含量设定器，锅炉实时等效热效率计算器，氧含量增量优化控制器，氧量调节器以及锅炉负荷—蒸汽流量测量变送器、燃煤流量计、烟气含氧量变送器、给煤变频器、二次风调节阀等测控仪表；
其中，锅炉实际负荷测量值与锅炉的负荷设定值进行比较，通过负荷调节器的计算输出，控制给煤变频器，控制进入锅炉的给煤量，负荷调节器可以采用PID算法或其它控制算法；
负荷—氧含量设定器的输入是锅炉实际负荷，其输出是含氧量设定值的基本值，负荷—氧含量设定曲线是根据在一定煤种下的运行经验或锅炉生产厂家提供的数据进行设定；
锅炉实时等效热效率计算器采用正平衡法计算表征锅炉热效率变化趋势的等效热效率，并考虑锅炉蓄热的影响，其中煤的低位发热值采用一个常数；
氧含量增量优化控制器以锅炉实时等效热效率为优化目标值，采用进退法自寻优算法优化氧含量设定值增量。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于氧含量增量优化控制器首先选择增加或减少任意一个方向，按照一定的幅度来调整氧含量设定值，再由氧量调节器根据氧含量的测量值和设定值的偏差调节二次风调节阀开度，待系统响应后，比较前后工况下的锅炉实时等效热效率的变化量，如果锅炉实时等效热效率变化量增加且达到一定的幅度，说明这种调整是有益的，继续按照原来的方向调整氧含量；如果锅炉等效热效率变化量是减少且显著，按照原有氧含量调整量的反方向调整氧含量；当锅炉等效热效率变化不明显时则停止氧含量的寻优，即上次的氧含量设定值为最佳值。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于氧量调节器的设定值是负荷-含氧量设定器输出和氧含量增量优化控制器输出之和，测量值是氧含量，氧含量调节器的输出控制二次风调节阀，氧量调节器采用PID或其它控制算法。
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| PB01 | Publication | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100096, Beijing, Haidian District Xisanqi Building Materials West Road No. 31, D building, three West Applicant after: Beijing Heroopsys Technology Co., Ltd. Address before: 100096, Beijing building West Road, Haidian District, No. 31, D building, three West Applicant before: Beijing Heroopsys Control Technology Co.,Ltd. |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: BEIJING HEROOPSYS CONTROL TECHNOLOGY CO., LTD. TO: BEIJING HEROOPSYS CO.,LTD. |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130102 |