CN102997216A - 一种链条炉控制系统最佳设定值确定方法 - Google Patents

Abstract

一种链条炉控制系统最佳设定值确定方法，其特点是，包括依据经验确定蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、烟气氧含量和排烟温度的N种设定值组合；依次将设定值组合投入到链条炉控制系统中，利用各监测点获得煤消耗、水消耗、电消耗和产生的蒸汽量；计算出各设定值组合对应的吨汽耗煤量、吨汽耗水量、吨汽耗电量和生产成本，以生产成本、蒸汽压力和排烟温度加权求和的倒数作为输出变量，建立全效率模型且求解，得到各个样本对应的检验数，非负检验数所对应的样本为DEA有效；将其分别代入全效率模型，求出各DEA有效样本对应的效率值，效率值最大的DEA有效样本所对应的设定值组合就是蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、烟气氧含量和排烟温度的最佳设定值。

Description

一种链条炉控制系统最佳设定值确定方法

技术领域

本发明涉及链条炉控制技术领域，是一种链条炉控制系统最佳设定值确定方法。

背景技术

链条炉是机械化程度非常高的一种层燃炉，因其燃烧工况稳定，热效率高，运行操作方便，劳动强度低，烟尘排放量少，所以是工业锅炉中使用最广泛的一种炉型。但是现有的链条炉自动化程度普遍较低，基本处于操作人员手动控制的状况，当系统出现异常状况时，不能及时调整控制参数，极易造成生产事故。而且链条炉是一种多变量系统，具有非线性、时变性、大延迟和强耦合的特点，用常规方法很难建立比较准确、实用的数学模型，因此增大了链条炉的自动控制难度，使得链条炉运行能耗过高，如在生产过程中风煤比设置不当，往往造成煤燃烧不够充分，或烟气含氧量过高，排烟温度较高；蒸汽压力波动较大，为保证工艺要求，蒸汽压力只能高位运行，造成能源浪费；炉膛负压不稳定，可能会造成锅炉灭火，甚至炉膛内爆；各变量之间的强耦合导致各参数设定值频繁调整，锅炉振荡运行。因此，找到一种链条炉控制系统控制参数最佳设定值的方法，实现链条炉节能经济安全可靠运行显得尤为重要。

目前，中国发明专利公开号CN1609510A，名称为“链条炉高效节能方法”只是给出了利用装在进煤斗出口处的附加装置，扩大辐射及着火面积的方法；中国发明专利公开号CN102175036A，名称为“一种抛煤机反转链条炉促燃降污节能系统”只是给出一种加入促燃剂提高煤燃烧效率的方法。两者都未对链条炉各项运行参数进行检测，不能实现链条炉整体的经济节能安全可靠运行。

发明内容

针对现有链条炉控制系统存在的缺陷，本发明提出了一种确定链条炉控制系统蒸汽压力、炉膛负压、烟气含氧量、汽包液位、排烟温度五个参数最佳设定值的方法，实现链条炉经济节能安全可靠运行。

本发明的构思基础是：

1.链条炉运行中要消耗煤、水和电，其产品是蒸汽，因此可以用吨汽耗煤、吨汽耗水和吨汽耗电来衡量链条炉运行的成本；

2.蒸汽压力随锅炉负荷变化而波动，为保证蒸汽压力波动时始终满足工艺要求，一般蒸汽压力设定值都比工艺要求略高，降低蒸汽压力设定值将节省大量能源；

3.排烟温度过高会导致热量损失过大，同时排烟温度不能过低，必须高于露点温度；

4.烟气含氧量过高说明空气量过多，会导致热量损失；烟气含氧量过低说明煤可能未完全燃烧，会导致煤浪费。因此，烟气含氧量存在一个最佳值，保证能源利用率最高；

5.汽包液位过高会导致蒸汽中含水，对后续设备安全运行造成威胁，汽包液位过低当蒸汽用量波动时可能有烧干危险，因此，汽包液位存在一个安全可靠的最小值；

6.炉膛负压过低有内爆危险，因此其存在一个安全可靠的最小值。

本发明就是依据以上所述六个前提条件，根据所采集到的链条炉运行数据，提出获得链条炉最佳运行参数的一种方法。

本发明的目的是，针对现有链条炉控制系统存在的缺陷和基于发明构思，提供一种科学合理，实用，能够实现经济节能、安全可靠运行的链条炉控制系统最佳设定值确定方法。

实现本发明目所采取的技术方案是：一种链条炉控制系统最佳设定值确定方法，其特征是，它包括以下步骤：

(a)在保证链条炉稳定运行的条件下，依据经验确定蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、烟气氧含量和排烟温度五个参数的N种设定值组合；

(b)依次将每种设定值组合投入到链条炉控制系统中，利用各监测点获得各组合对应的煤消耗数量M_m、水消耗数量M_s、电消耗数量M_d和产生的蒸汽数量M_zq；

(c)按如下公式计算出各设定值组合对应的：

吨汽耗煤量：

吨汽耗水量：

吨汽耗电量：

计算出生产成本：f(x_s,x_d,x_m)＝k_mx_m+k_sx_s+k_dx_d

式中k_m为煤单价、k_s水单价、k_d电单价；

(d)以生产成本、蒸汽压力和排烟温度加权求和的倒数作为输出变量F，

$F=\frac{1}{k_1(k_m{x}_m+k_s{x}_s+k_d{x}_d)+k_2{P}_{\mathrm{zq}}+k_3{T}_{\mathrm{py}}}$

式中k₁、k₂、k₃为加权系数，以蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、烟气氧含量和排烟温度五个参数的设定值为输入变量，由此获得N个样本；

(e)加入参数

s⁺，令

$\mathrm{\θ}=s_1^{-}+s_2^{-}+s_3^{-}+s_4^{-}+s_5^{-}+s^{+},$ $S={[s_1^{-},s_2^{-},...,s_5^{-}]}^T,$

建立如下全效率模型：

maxθ

s.t.Z₁λ₁+Z₂λ₂+…+Z_nλ_n+S^-=Z₁

-(F₁λ₁+F₂λ₂+…+F_nλ_n)+S⁺=-F₁

P_zqmin≤P_zq≤P_zqmax

h_qbmin≤h_qb≤h_qbmax

P_ltmin≤P_lt≤P_ltmax

φ_yy≤φ_yymax

T_py>T_ld

式中P_zqmin、P_zqmax为工艺要求的蒸汽压力最小值和最大值，

h_qbmin、h_qbmax为工艺要求的汽包液位最小值和最大值，

P_ltmin、P_ltmax为工艺要求的炉膛负压最小值和最大值，

φ_yymax为工艺要求的烟气氧含量的最大值，

T_ld为露点温度；

(f)利用单纯形法对如上全效率模型求解，得到各个样本对应的检验数，非负检验数所对应的样本为DEA有效；

(g)将DEA有效的样本分别代入如下超效率模型，

maxθ

s.t.Z₁λ₁+…+Z_i-1λ_i-1+Z_i+1λ_i+1+…+Z_nλ_n+S^-=Z_i

-(F₁λ₁+…+F_i-1λ_i-1+F_i+1λ_i+1+…+F_nλ_n)+S⁺=-F_i

P_zqmin≤P_zq≤P_zqmax

h_qbmin≤h_qb≤h_qbmax

P_ltmin≤P_lt≤P_ltmax

φ_yy≤φ_yymax

T_py>T_ld

求出各DEA有效样本对应的效率值，并从大到小排序；

(h)效率值最大的DEA有效样本所对应的设定值组合就是蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、烟气氧含量和排烟温度五个参数的最佳设定值。

本发明提出一种链条炉控制系统最佳设定值确定方法，依据经验确定蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、烟气氧含量和排烟温度的N种设定值组合；依次将设定值组合投入到链条炉控制系统中，利用各监测点获得煤消耗、水消耗、电消耗和产生的蒸汽量；计算出各设定值组合对应的吨汽耗煤量、吨汽耗水量、吨汽耗电量和生产成本，以生产成本、蒸汽压力和排烟温度加权求和的倒数作为输出变量，建立全效率模型并求解，得到各个样本对应的检验数，非负检验数所对应的样本为DEA有效；将其分别代入全效率模型，求出各DEA有效样本对应的效率值，效率值最大的DEA有效样本所对应的设定值组合就是蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、烟气氧含量和排烟温度的最佳设定值。其科学合理，计算量小，简单实用，能够实现链条炉经济节能、安全可靠运行。

附图说明

图1一种链条炉控制系统最佳设定值确定方法流程图。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明作进一步描述。

一种链条炉控制系统最佳设定值确定方法，包括以下步骤：

(a)依据经验，确定链条炉蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、烟气氧含量和排烟温度五个参数的N种可行设定值组合。

(b)依次将每种设定值组合投入到链条炉控制系统中，利用各监测点获得各组合对应的煤消耗数量M_m、水消耗数量M_s、电消耗数量M_d和产生的蒸汽数量M_zq。

本发明具体要采集的参数清单

序号	参数名称	单位
			1	蒸汽压力Pzq	KPa
2	汽包液位hqb	米
			3	炉膛负压Plt	KPa
4	气氧含量φyy	%
			5	排烟温度Tpy	℃
6	煤消耗量Mm	吨

7	水消耗量Ms	吨
			8	电消耗量Md	kWh
9	蒸汽产量Mzq	吨

(c)计算出链条炉运行过程中各时段的吨汽耗煤量x_m、吨汽耗水量x_s、吨汽耗电量x_d。计算公式如下：

x_m=M_m/M_zq

x_s=M_s/M_zq

x_d=M_d/M_zq

计算出生产成本：f(x_s,x_d,x_m)＝k_mx_m+k_sx_s+k_dx_d

式中k_m为煤单价、k_s水单价、k_d电单价。

(d)以生产成本、蒸汽压力和排烟温度加权求和的倒数作为输出变量F。

$F=\frac{1}{k_1(k_m{x}_m+k_s{x}_s+k_d{x}_d)+k_2{P}_{\mathrm{zq}}+k_3{T}_{\mathrm{py}}}$

式中k₁、k₂、k₃为加权系数。

以蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、烟气氧含量和排烟温度五个参数为输入变量。由此获得N个样本。

(e)加入参数

s⁺，令

$\mathrm{\θ}=s_1^{-}+s_2^{-}+s_3^{-}+s_4^{-}+s_5^{-}+s^{+},$ $S={[s_1^{-},s_2^{-},...,s_5^{-}]}^T.$

建立如下全效率模型

maxθ

s.t.Z₁λ₁+Z₂λ₂+…+Z_nλ_n+S^-=Z₁

-(F₁λ₁+F₂λ₂+…+F_nλ_n)+S⁺=-F₁

P_zqmin≤P_zq≤P_zqmax

h_qbmin≤h_qb≤h_qbmax

P_ltmin≤P_lt≤P_ltmax

T_py>T_ld

式中P_zqmin、P_zqmax为工艺要求的蒸汽压力最小值和最大值，

h_qbmin、h_qbmax为工艺要求的汽包液位最小值和最大值，

P_ltmin、P_ltmax为工艺要求的炉膛负压最小值和最大值，

φ_yymax为工艺要求的烟气氧含量的最大值，

T_ld为露点温度。

(f)利用单纯形法对如上全效率模型求解，得到各个样本对应的检验数，非负检验数所对应的样本为DEA有效。

(g)将DEA有效的样本分别代入如下超效率模型，

maxθ

s.t.Z₁λ₁+…+Z_i-1λ_i-1+Z_i+1λ_i+1+…+Z_nλ_n+S^-=Z_i

-(F₁λ₁+…+F_i-1λ_i-1+F_i+1λ_i+1+…+F_nλ_n)+S⁺=-F_i

P_zqmin≤P_zq≤P_zqmax

h_qbmin≤h_qb≤h_qbmax

P_ltmin≤P_lt≤P_ltmax

φ_yy≤φ_yymax

T_py>T_ld

求出各DEA有效样本对应的效率值，并从大到小排序。

(h)效率值最大的DEA有效样本所对应的设定值组合就是蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、烟气氧含量和排烟温度五个参数的最佳设定值。

Claims (1)

1.一种链条炉控制系统最佳设定值确定方法，其特征是，它包括以下步骤：

(a)在保证链条炉稳定运行的条件下，依据经验确定蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、烟气氧含量和排烟温度五个参数的N种设定值组合；

(b)依次将每种设定值组合投入到链条炉控制系统中，利用各监测点获得各组合对应的煤消耗数量M_m、水消耗数量M_s、电消耗数量M_d和产生的蒸汽数量M_zq；

(c)按如下公式计算出各设定值组合对应的：

吨汽耗煤量：

吨汽耗水量：

吨汽耗电量：

计算出生产成本：f(x_s,x_d,x_m)=k_mx_m+k_sx_s+k_dx_d

式中k_m为煤单价、k_s水单价、k_d电单价；

(d)以生产成本、蒸汽压力和排烟温度加权求和的倒数作为输出变量F，

$F=\frac{1}{k_1(k_m{x}_m+k_s{x}_s+k_d{x}_d)+k_2{P}_{\mathrm{zq}}+k_3{T}_{\mathrm{py}}}$

式中k₁、k₂、k₃为加权系数，以蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、烟气氧含量和排烟温度五个参数的设定值为输入变量，由此获得N个样本；

(e)加入参数s⁺，令

$\mathrm{\θ}=s_1^{-}+s_2^{-}+s_3^{-}+s_4^{-}+s_5^{-}+s^{+},$ $S={[s_1^{-},s_2^{-},...,s_5^{-}]}^T,$

建立如下全效率模型：

maxθ

s.t.Z₁λ₁+Z₂λ₂+…+Z_nλ_n+S^-=Z₁

-(F₁λ₁+F₂λ₂+…+F_nλ_n)+S⁺=-F₁

P_zqmin≤P_zq≤P_zqmax

h_qbmin≤h_qb≤h_qbmax

P_ltmin≤P_lt≤P_ltmax

T_py>T_ld

式中P_zqmin、P_zqmax为工艺要求的蒸汽压力最小值和最大值，

h_qbmin、h_qbmax为工艺要求的汽包液位最小值和最大值，

P_ltmin、P_ltmax为工艺要求的炉膛负压最小值和最大值，

φ_yymax为工艺要求的烟气氧含量的最大值，

T_ld为露点温度；

(f)利用单纯形法对如上全效率模型求解，得到各个样本对应的检验数，非负检验数所对应的样本为DEA有效；

(g)将DEA有效的样本分别代入如下超效率模型，

maxθ

s.t.Z₁λ₁+…+Z_i-1λ_i-1+Z_i+1λ_i+1+…+Z_nλ_n+S^-=Z_i

-(F₁λ₁+…+F_i-1λ_i-1+F_i+1λ_i+1+…+F_nλ_n)+S⁺=-F_i

P_zqmin≤P_zq≤P_zqmax

h_qbmin≤h_qb≤h_qbmax

P_ltmin≤P_lt≤P_ltmax

φ_yy≤φ_yymax

T_py>T_ld

求出各DEA有效样本对应的效率值，并从大到小排序；

(h)效率值最大的DEA有效样本所对应的设定值组合就是蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、烟气氧含量和排烟温度五个参数的最佳设定值。

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