CN103486607B - 混烧锅炉的燃料自动调整系统及方法 - Google Patents

Abstract

混烧锅炉的燃料自动调整系统，属于自动控制技术领域。目的是为了解决现有技术中燃料调节系统极易因管道煤气低压引起煤气燃爆、燃料自动调节品质差及热量损失较大的问题。该系统包括自动控制模块，根据检测模块检测的过热蒸汽压力测量值及预设的锅炉过热蒸汽压力设定值的差值判断锅炉的燃烧状态并下达相应的指令给阀门模块；检测模块，用于检测锅炉燃烧的各项参数，并将相应的参数传输给自动控制模块；阀门模块，接收自动控制模块的指令，对相应燃料层的燃料作出调节，也可以手动调节模块中的阀门；自动控制模块分别与检测模块及阀门模块连接。本发明还提供了一种混烧锅炉的燃料自动调整方法。本发明适用于混烧锅炉的燃料调节。

Description

混烧锅炉的燃料自动调整系统及方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，特别涉及锅炉燃料自动调整。

背景技术

混烧锅炉以来自炼铁高炉的高炉煤气、来自炼焦炉的焦炉煤气、煤粉作为锅炉的主要燃料。混烧锅炉本体四角分别设置一个燃烧器，共计4个燃烧器，燃烧器分为8层，从上至下的顺序为：上部高炉煤气、上部煤粉、下部高炉煤气、中部煤粉、下部煤粉、燃用焦炉煤气、点火焦炉煤气。混烧锅炉的两种煤气燃料的调整是分别通过安装在进入4个角的燃烧器之前的高炉煤气或焦炉煤气总管管道上的一个防爆调节阀来实现的，对进入炉膛燃烧的煤粉的调节则是通过输送煤粉的给粉机的快慢来调整的，由于进入炉膛燃烧的煤粉计量较为困难，煤粉调节基本通过手动进行调整。

由于高炉煤气及焦炉煤气的稳定性受到炼铁高炉及炼焦炉生产状况的影响，导致高炉煤气、焦炉煤气流量检测不准确，不能真实反映锅炉燃料调整过程中煤气燃料投入量的变化，同时，由于通过调整总管调节阀开度来控制进入炉膛燃烧的燃料量，从而使PID调节通道的时间滞后较长，增加了调节过程的不稳定性。另一方面，不能在PID自动调节控制系统中实现自动调节的煤粉量，在生产过程中，一旦燃烧量发生变化，反而成为煤气自动调节过程中的一种无法修正的干扰量，从而使混烧锅炉的燃料自动串级调节系统稳定性、及时性较差，调节余差过大，导致燃料自动调节系统长期不能投入，燃料调节基本通过手动调整实现。

以单层燃料如高炉煤气为例，每层燃料在进入锅炉本体区域前总管管道上安装一个总管调节阀，用于调整进入燃烧器燃烧的该种燃料的流量。燃料由总管输送到靠近燃烧器火嘴前的支管管道上后，在支管上安装了一个手动阀、一个电动阀，两个阀门的作用都是保证在停炉时对该火咀煤气介质的有效切断。

这种燃料调节系统经过长期运行证明存在以下缺点：

1）极易因管道煤气低压引起煤气燃爆：

在锅炉运行中，通过煤气总管调节阀对进入锅炉的燃料量进行调节，由于煤气总管管道较长、管径较大，在自动控制的调节过程中，会导致调节对象通道时间滞后加大、调节对象通道放大系数增加等变化。当总管上调节阀开度减小时，管道煤气压力减少，这种变化趋势传递到煤气支管火咀前时，趋势会被放大且变化缓慢。当火咀前煤气压力下降较多且低于火咀处燃烧的燃料介质压力时，火咀火焰倒灌到煤气管道内，由于支管上只安装了手动阀、电动阀，不能及时切断支管煤气介质，极易造成煤气总管回火，引起煤气燃爆事故。

2）燃料自动调节品质差：

燃料自动调节系统由锅炉负荷主PID调节加上焦煤、高煤、煤粉的单级PID调节回路组成，主汽压力设定值与测量值的偏差经过比例积分作用后产生的总燃料控制指令，分别作为焦煤、高煤、煤粉PID调节的设定值，焦煤量、高煤量、煤粉量分别作为焦煤、高煤、煤粉PID调节的测量值，分别进行PID运算作为该种燃料的控制指令。一方面，由于受高、焦煤气与煤粉热值不同、介质燃烧过程的快慢等因素的影响，其单种燃料调节的PID调节过程稳定性较差、余差较大，且易相互干扰。另一方面，总管调节阀管道较长、管径较大，调节对象通道时间滞后加大，会导致燃料调节PID出现过调现象和振荡，从而使燃料调节过程品质较差，燃烧系统改进前的燃料调节自动进行调节的机率极小，多数为手动调整。

3）热量损失较大：

由于采用总管调节方式，总管调节阀上一个较大的变化平均分配传递到4个支管火咀位置时，变化被减小，导致火咀流速变化较小，进入火咀燃烧器的煤气、煤粉介质压力较低，不能在炉膛火焰中心充分燃烧，导致烟道排烟温度过高、锅炉尾部烟气粉尘超标，既损坏烟道上生产设备又对环境造成了污染。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中燃料调节系统极易因管道煤气低压引起煤气燃爆、燃料自动调节品质差及热量损失较大的问题。

为达到上述目的，本发明提供一种混烧锅炉的燃料自动调整方法，包括下述步骤：

a.预设锅炉过热蒸汽压力设定值、偏差高限值、偏差低限值及负荷需求热值；

b.检测模块检测锅炉过热蒸汽压力测量值；

c.过热蒸汽压力设定值减去过热蒸汽压力测量值得到偏差值；

d.将偏差值与偏差高限值及偏差低限值进行比较，根据比较结果对燃料控制系统发出负荷调节指令。

具体地，若偏差值大于或等于偏差高限值，则启动燃料增负荷调节，燃料增负荷调节包括以下步骤：

d1.按照顺序依次投入燃料；

d2.每投入一层燃料时，将该层燃料投入量与这种燃料的热值系数相乘，计算出该层燃料的总热值；

d3.将已投入燃料层的总热值相加成为燃料实际总热值，与设定主蒸汽压力负荷对应的负荷需求热值相比较；

d4.如果负荷需求热值大于燃料实际总热值，则负荷调节系统再自动投入下一层燃料，直至负荷需求热值等于燃料实际总热值，负荷调节系统达到平衡状态，如果负荷需求热值小于燃料实际总热值，则负荷调节系统逐步减小层燃料调节阀的开度，减少该层燃料量的投入，直至负荷需求热值等于燃料实际总热值，负荷调节系统达到平衡状态。

具体地，步骤d1中燃料投入的顺序是：燃用焦炉煤气、上部高炉煤气、下部高炉煤气、上层煤粉、中层煤粉、下层煤粉。

具体地，步骤d中，若偏差值小于或等于预设的偏差低限值，则启动燃料减负荷调节，燃料减负荷调节根据负荷需求热值与燃料实际总热值的偏差，按照下层煤粉、中层煤粉、上层煤粉、下部高炉煤气、上部高炉煤气、燃用焦炉煤气的顺序逐步关闭燃料，使负荷需求热值等于燃料实际总热值，负荷调节系统达到平衡状态。

具体地，步骤d中，若偏差值大于偏差低限值小于偏差高限值，则不进入燃料增负荷调节或者燃料减负荷调节过程，不对燃料进行逐层的增加或减少，仅对获取过热蒸汽压力测量值时投入的燃料所在层进行燃料微调节，直到负荷需求热值等于燃料实际总热值，负荷调节系统达到平衡状态。

进一步地，步骤d之后还包括如下步骤：当燃料输出波动或停止输送时，将该层燃料的投入量设置为等于燃料投入设定值，即该层燃料投入量已经达到最大，将该层燃料调节从自动调节过程中自动切除。

进一步地，步骤a之前还包括如下步骤：当锅炉汽包压力因为水位调节影响或燃料量发生变化出现干扰时，燃料自动调节系统将调整燃料量来消除这个干扰，确保处于锅炉过热器后的过热蒸汽压力不受影响。

本发明还提供一种混烧锅炉的燃料自动调整系统，包括：

自动控制模块，根据检测模块检测的过热蒸汽压力测量值及预设的锅炉过热蒸汽压力设定值的差值判断锅炉的燃烧状态并下达相应的指令给阀门模块；

检测模块，用于检测锅炉燃烧的各项参数，并将相应的参数传输给自动控制模块；

阀门模块，接收自动控制模块的指令，对相应燃料层的燃料作出调节，也可以手动调节模块中的阀门；

自动控制模块分别与检测模块及阀门模块连接。

具体地，阀门模块包括总管电动阀、总管液动快关阀、支管气动快关阀及支管电动调节阀，总管电动阀及总管液动快关阀安装在总管管道上，用于实现在停炉或事故状态时对总管管道上燃料的切断，支管气动快关阀及支管电动快关阀安装在支管管道上，支管气动快关阀的作用是实现火咀处燃料在停炉或事故状态时的切断，支管电动调节阀用于支管管道上燃料流量的调节。

具体地，总管管道上安装的总管电动阀为两个、总管液动快关阀为一个，支管管道上安装的支管气动快关阀为一个、支管电动调节阀为一个。

本发明的有益效果是：

1）提高煤气系统运行安全性，杜绝燃爆事故：在支管上的气动快关阀和电动调节阀之间增加支管压力检测点，在总管液动快关阀与电动阀之间增加总管压力检测点，在计算机控制系统的燃料调节自定义功能块中增加了煤气低压保护逻辑功能，这个保护逻辑通过支管气动快关阀和总管快关阀来实现煤气低压保护功能，提高煤气系统运行的安全性，杜绝燃爆事故。

2）提高燃料自动调节品质：燃料调节系统的自动控制原理改变后，以单种燃料为例，一个总管调节阀改为4个支管调节阀来实现燃料量的调整，当计算机控制系统通过PID调节计算出该层燃料的控制指令后，可以通过设置在计算机操作站上的该燃料调节阀对应的单操作器分别对每层4个调节阀单独进行调整，也可以通过设置在计算机操作站上的对应该层燃料调节阀的层操作器对4个调节阀同时进行调整。火咀调节使调节对象通道时间滞后有效减小，缩短了对燃料的调整周期，提高了调节对象的及时性，改善了调节系统的准确性和稳定性，使燃料自动调节过程品质得到大幅改善，自燃料调节系统结构和调整方式改进后，混烧锅炉燃料系统调节系统的投运率在90%以上。

3）改变介质流速，减少燃料热量损失：采用支管调节方式后，燃料介质流速、压力变化迅速，有助于燃料在锅炉炉膛内的充分燃烧，可以提高燃料利用率，降低烟道排烟温度、减少尾部烟气粉尘颗粒浓度，实现节能减排的目标。

附图说明

图1为本发明混烧锅炉的燃料自动调整系统原理的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

如图1所示，本发明混烧锅炉的燃料自动调整系统包括：自动控制模块，它根据检测模块检测的过热蒸汽压力测量值及预设的锅炉过热蒸汽压力设定值的差值判断锅炉的燃烧状态并下达相应的指令给阀门模块；检测模块，它用于根据检测模块检测的过热蒸汽压力测量值及预设的锅炉过热蒸汽压力设定值的差值判断锅炉的燃烧状态并控制阀门模块作出相应的操作；阀门模块，用于接收自动控制模块的指令，对相应燃料层的燃料作出调节，也可以手动调节模块中的阀门；自动控制模块分别与检测模块及阀门模块连接。

阀门模块包括总管电动阀、总管液动快关阀、支管气动快关阀及支管电动调节阀，总管电动阀及总管液动快关阀均用于实现在停炉或事故状态时对总管管道上燃料的切断，支管气动快关阀的作用是实现火咀处燃料在停炉或事故状态时的有效、快速切断，支管电动调节阀用于支管管道上燃料流量的调节。为了确保在停炉或事故状态时对总管管道上燃料的有效、快速切断，在总管管道上安装两个总管电动调节阀，确保当其中一个总管电动调节阀出现故障时另外一个总管电动调节阀能够切断总管管道上燃料的输送。

本发明混烧锅炉的燃料自动调整方法，包括如下的步骤：首先，预设锅炉过热蒸汽压力设定值、偏差高限值、偏差低限值及负荷需求热值；第二步，检测模块检测锅炉过热蒸汽压力测量值；第三步，过热蒸汽压力设定值减去过热蒸汽压力测量值得到偏差值；最后，将偏差值与预设的偏差高限值及偏差低限值进行比较，根据比较结果对燃料控制系统发出负荷调节指令。

实施例

混烧锅炉开始工作之前，首先确认燃烧器各层调节器处于自动调节方式，设置锅炉过热蒸汽压力设定值及偏差高限值。锅炉燃烧器工作之后，检测模块检测锅炉过热蒸汽压力测量值并将此测量值传送给自动控制模块，自动控制模块将过热蒸汽压力设定值减去过热蒸汽压力测量值得到偏差值并将此偏差值与设定的偏差高限值及偏差低限值进行比较，若偏差值大于或者等于预设的偏差高限值，则启动燃料增负荷调节。燃料增负荷调节的操作过程如下：首先，自动控制模块控制阀门模块按照燃用焦炉煤气、上部高炉煤气、下部高炉煤气、上层煤粉、中层煤粉、下层煤粉的顺序依次投入燃料，每投入一层燃料时，检测模块读取该层燃料的投入量并将结果发送给自动控制模块，自动控制模块将该层燃料投入量与这种燃料的热值系数相乘，计算出该层燃料的总热值；然后，自动控制模块将已投入燃料层的总热值相加成为燃料实际总热值并将此燃料实际总热值与设定主蒸汽压力负荷的对应需求热值相比较，如果负荷需求热值大于燃料实际总热值，则负荷调节系统再自动投入下一层燃料，直至负荷需求热值等于燃料实际总热值，负荷调节系统达到平衡状态，如果负荷需求热值小于燃料实际总热值，则负荷调节系统逐步减小层燃料调节阀的开度，减少该层燃料量的投入，直至负荷需求热值等于燃料实际总热值，负荷调节系统达到平衡状态。

若偏差值小于或者等于预设的偏差低限值，则启动燃料减负荷调节，燃料减负荷调节根据负荷需求热值与燃料实际总热值的偏差，按照下层煤粉、中层煤粉、上层煤粉、下部高炉煤气、上部高炉煤气、燃用焦炉煤气的顺序逐步关闭燃料，使负荷需求热值等于燃料实际总热值，负荷调节系统达到平衡状态。若偏差值大于偏差低限值小于偏差高限值，则不进入燃料增负荷调节或者燃料减负荷调节过程，不对燃料进行逐层的增加或减少，仅对获取过热蒸汽压力测量值时投入的燃料所在层进行燃料微调节，直到负荷需求热值等于燃料实际总热值，负荷调节系统达到平衡状态。

当燃料输出波动或停止输送时，将该层燃料的投入量设置为等于燃料设定值，即该层燃料投入量已经达到最大，将该层燃料调节从自动调节过程中自动切除。在这个自动控制调节系统中增加有汽包压力的前馈调节，当锅炉汽包压力因为水位调节影响或燃料量发生变化时出现干扰时，自动控制调节过程及时调整燃料投入量来消除这个干扰，从而确保处于锅炉过热器后的过热蒸汽压力不受影响。

Claims (7)

1.混烧锅炉的燃料自动调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.预设锅炉过热蒸汽压力设定值、偏差高限值、偏差低限值及负荷需求热值；

b.检测模块检测锅炉过热蒸汽压力测量值；

c.过热蒸汽压力设定值减去过热蒸汽压力测量值得到偏差值；

d.将偏差值与偏差高限值及偏差低限值进行比较，根据比较结果对燃料控制系统发出负荷调节指令具体调节过程如下：

若偏差值大于或等于偏差高限值，则启动燃料增负荷调节，燃料增负荷调节包括以下步骤：

d1.按照顺序依次投入燃料；

d2.每投入一层燃料时，将该层燃料投入量与这种燃料的热值系数相乘，计算出该层燃料的总热值；

d3.将已投入燃料层的总热值相加成为燃料实际总热值，与设定主蒸汽压力负荷对应的负荷需求热值相比较；

d4.如果负荷需求热值大于燃料实际总热值，则负荷调节系统再自动投入下一层燃料，直至负荷需求热值等于燃料实际总热值，负荷调节系统达到平衡状态，如果负荷需求热值小于燃料实际总热值，则负荷调节系统逐步减小层燃料调节阀的开度，减少该层燃料量的投入，直至负荷需求热值等于燃料实际总热值，负荷调节系统达到平衡状态；

若偏差值小于或等于预设的偏差低限值，则启动燃料减负荷调节，燃料减负荷调节根据负荷需求热值与燃料实际总热值的偏差，按照下层煤粉、中层煤粉、上层煤粉、下部高炉煤气、上部高炉煤气、燃用焦炉煤气的顺序逐步关闭燃料，使负荷需求热值等于燃料实际总热值，负荷调节系统达到平衡状态；

若偏差值大于偏差低限值小于偏差高限值，则不进入燃料增负荷调节或者燃料减负荷调节过程，不对燃料进行逐层的增加或减少，仅对获取过热蒸汽压力测量值时投入的燃料所在层进行燃料微调节，直到负荷需求热值等于燃料实际总热值，负荷调节系统达到平衡状态。

2.如权利要求1所述的混烧锅炉的燃料自动调整方法，其特征在于，步骤d1中燃料投入的顺序是：燃用焦炉煤气、上部高炉煤气、下部高炉煤气、上层煤粉、中层煤粉、下层煤粉。

3.如权利要求1所述的混烧锅炉的燃料自动调整方法，其特征在于，步骤d之后还包括如下步骤：当燃料输出波动或停止输送时，将该层燃料的投入量设置为等于燃料设定值，即该层燃料投入量已经达到最大，将该层燃料调节从自动调节过程中自动切除。

4.如权利要求1所述的混烧锅炉的燃料自动调整方法，其特征在于，步骤a之前还包括如下步骤：当锅炉汽包压力因为水位调节影响或燃料量发生变化出现干扰时，燃料控制系统将调整燃料量来消除这个干扰，确保处于锅炉过热器后的过热蒸汽压力不受影响。

5.混烧锅炉的燃料自动调整系统，其特征在于，包括：

自动控制模块，根据检测模块检测的过热蒸汽压力测量值及预设的锅炉过热蒸汽压力设定值的差值判断锅炉的燃烧状态并控制阀门模块执行相应的操作；

检测模块，用于检测锅炉燃烧的各项参数，并将相应的参数传输给自动控制模块；

阀门模块，接收自动控制模块的指令，控制相应燃料层的燃料投入量，也可以手动调节模块中的阀门；

自动控制模块分别与检测模块及阀门模块连接。

6.如权利要求5所述的混烧锅炉的燃料自动调整系统，其特征在于，所述阀门模块包括总管电动阀、总管液动快关阀、支管气动快关阀及支管电动调节阀，总管电动阀及总管液动快关阀安装在总管管道上，用于实现在停炉或事故状态时对总管管道上燃料的切断，支管气动快关阀及支管电动快关阀安装在支管管道上，支管气动快关阀的作用是实现火咀处燃料在停炉或事故状态时的切断，支管电动调节阀用于支管管道上燃料流量的调节。

7.如权利要求6所述的混烧锅炉的燃料自动调整系统，其特征在于，所述总管管道上安装的总管电动阀为两个、总管液动快关阀为一个，所述支管管道上安装的支管气动快关阀为一个、支管电动调节阀为一个。