CN104646167B - 一种一次风压力自适应控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一次风压力自适应控制方法，该方法包括磨煤机出口超温保护回路、磨煤机一次风量低保护回路、磨煤机密封风与磨碗下部差压低保护回路和节能运行主回路。当磨煤机出口温度超过设定值、磨煤机一次风量低于设定值、磨煤机密封风与磨碗下部差压低于设定值中任意一种情况发生并达到保护回路动作要求，或者其中的几种情况同时发生，最大安全隐患工况达到保护回路动作要求，保护回路动作，逐步增大一次风机出口压力，始终保证磨煤机制粉系统安全运行；在保护回路不动作的情况下，节能运行主回路动作，逐步降低一次风机出口压力，增大磨煤机冷热风门开度，降低节流损失，降低一次风机功耗，提高机组经济性。

Description

一种一次风压力自适应控制方法
技术领域
本发明属于火电厂热工自动控制领域，特别涉及一种一次风压力自适应控制方法。
背景技术
电厂锅炉制粉系统运行的经济性和安全性很大程度上取决于一次风运行参数，而一次风压力是其中重要参数之一。一次风压力较大，会使磨煤机冷、热风门开度较少，节流损失较大、一次风机功耗增大、厂用电率增加；一次风压力较小，会使磨粉堵管、一次风射流刚性不足影响系统的安全性。
在实际变工况运行中，一次风压力偏置值由运行人员手动调节，调节幅度取决于该台机组的运行规程规定以及运行人员的经验，不超过标准规定的限值、保证磨煤机的安全即可。但是，不同的运行人员对一次风压力偏置值的调节幅度不同，即使能够保证系统的安全性，也很难符合相应工况对一次风压力的要求，更难达到节能降耗的效果。
发明内容
针对运行人员手动调整一次风压力偏置值可能会影响磨煤机制粉系统安全性及机组经济性的问题，本发明提供一种一次风压力自适应控制方法，在保证磨煤机制粉系统安全运行的前提下，提高机组经济性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种一次风压力自适应控制方法，包括以下步骤：
(1)设定一次风压力自适应控制方法手、自动切换条件；
所述一次风压力自适应控制方法的许可投入边界条件需同时满足：
a.一次风机处于自动状态；
b.至少有一台磨煤机处于运行状态；
c.磨煤机对应的给煤机处于运行状态；
d.磨煤机冷、热风门投入自动控制；
当上述四个许可投入边界条件均满足时，即可投入一次风压力自适应控制；
所述一次风压力自适应控制方法的强制退出边界条件需满足：
a.一次风机退出自动；
b.所有磨煤机跳闸；
c.磨煤机冷、热风门退出自动；
d.辅机故障减负荷(RB)；
e.手动指令退出自动；
当上述任意一个强制退出边界条件得到满足时，即可强制退出一次风压力自适应控制；
所述一次风压力自适应控制投入之前设有许可边界条件，投入之后设有退出边界条件。在满足许可投入边界条件后，方可由运行人员手动切换、投用一次风压力自适应控制；在满足强制退出条件后，自动退出一次风压力自适应控制，且一次风压力偏置值维持退出自动前的值，可由运行人员手动修改一次风压力偏置值。一次风压力自适应控制退出自动方式的同时发出声光报警通知提醒运行人员注意。即使短时间后许可边界条件恢复正常，需投入自动方式，也要由运行人员重新手动操作切换投用，才可以重新投用一次风压力自适应控制。任一时刻只能运行一种控制方式，手动控制具有最高优先级、且任意时刻均能手动控制。
(2)设计控制回路，基于优先保障电站磨煤机制粉系统安全运行的原则，设计三个保护回路解决可能出现的安全隐患工况，分别为磨煤机出口超温保护回路L1、磨煤机一次风量低保护回路L2、磨煤机密封风与磨碗下部差压低保护回路L3；在安全许可的情况下降压节能，设计一个节能运行主回路L4。
a.磨煤机出口超温保护回路L1，其控制算法为：
G1＝MAX(Li)
H1＝PD(G1)
Y1＝F1(H1)
式中i＝1,2……n，n为磨煤机的总台数，Ti为第i台磨煤机出口温度，Ts为磨煤机出口温度设定值，A1为0，PD为比例微分控制器，Y1为磨煤机出口超温保护回路L1的输出值，范围为0～5，F1将比例微分控制器PD的输出值H1映射到Y1区间，可以设定为线性，也可以设定为非线性。
在给煤机运行、磨煤机运行并且磨煤机冷一次风门开度达到高限设定值CA1三个条件均满足时，磨煤机出口温度T超过设定值Ts的情况发生。消除若干台磨煤机中超温最严重现象即可解决磨煤机出口超温问题，据此以若干台磨煤机中最大出口温度偏差为回路输入值，经PD计算、函数F1变换及限值处理得到保护回路输出值Y1。
b.磨煤机一次风量低保护回路L2，其控制算法为：
G2＝MIN(Li)
H2＝PD(1-G2)
Y2＝F2(H2)
式中i＝1,2……n，n磨煤机的总台数，Fi为第i台磨煤机的一次风量，Fs为磨煤机一次风量设定值，A2为1，PD为比例微分控制器，Y2为磨煤机一次风量低保护回路L2的输出值，范围为0～5，F2将比例微分控制器PD的输出值H2映射到Y2区间，可以设定为线性，也可以设定为非线性。
在给煤机运行、磨煤机运行并且磨煤机热一次风门开度达到高限设定值HA1三个条件均满足时，磨煤机一次风量F低于设定值Fs情况发生。消除若干台磨煤机中一次风量最低的现象即可解决磨煤机一次风量低问题，据此以若干台磨煤机中一次风量偏差最大百分比为回路输入值，经PD计算、函数F2变换及限值处理得到保护回路输出值Y2。
c.磨煤机密封风与磨碗下部差压低保护回路L3，其控制算法为：
式中A4、A5为一常数值，Y3为磨煤机密封风与磨碗下部差压低保护回路L3的输出值。
当磨煤机运行、磨煤机密封风与磨碗下部差压低于低限设定值DP1两个条件均满足时，磨煤机密封风与磨碗下部差压低的情况发生，保护回路输出一设定值A5；在没有发生磨煤机密封风与磨碗下部差压低的情况下，保护回路输出另一设定值A4。
d.节能运行主回路L4，其控制算法为：
G4＝MAX(Li)
H4＝MAX(Rj)
Y4＝(G4-Fha(Z))×Fsa(H4)
式中i＝1,2……n，j＝1,2……n，n为磨煤机的总台数，HAi为第i台磨煤机热一次风门开度，Fha为相应负荷Z下磨煤机热一次风门开度设定值HAs，CAi为第i台磨煤机冷一次风门开度，A6和A7为0，Y4为节能运行主回路L4的输出值，范围为0～5；Fsa为自适应调度函数，磨煤机冷一次风门开度在一定值内，Fsa输出值为1，磨煤机冷一次风门开度大于此值，线性减少为0。
当给煤机运行、磨煤机运行两个条件均满足时，若干台磨煤机中热一次风门开度最大值和磨煤机热一次风门开度设定值之差与以若干台磨煤机中最大冷风门开度为自变量的自适应调度函数Fsa耦合得到保护回路输出值Y4。
(3)建立工况判断规则，包括灵敏度值给定和工况判断，以灵敏度值A为判断标准，采用逻辑判断方法判断，将保护回路L1、L2、L3所对应的输出值Y1、Y2、Y3，与灵敏度设定值A8比较。
若只发生某一种安全隐患工况，则当Y1>A8时，处于磨煤机出口超温工况S1；当Y2>A8时，处于磨煤机一次风量低工况S2；当Y3>A8时，处于磨煤机密封风与磨碗下部差压低工况S3。
若同时发生三种安全隐患工况S1、S2、S3中的若干种时，根据最大安全隐患工况即Y1、Y2、Y3中的最大值Ym判断，若Ym(m＝1,2,3)>A8，处于工况Sm。
若没有发生任何一种安全隐患工况，即Y1<A8且Y2<A8且Y3<A8，则判断处于节能运行工况S4。
(4)建立控制切换规则，根据步骤三工况判断的结论，当处于磨煤机出口超温工况S1，切换到磨煤机出口超温保护回路L1控制；当处于磨煤机一次风量低工况S2时，切换到磨煤机一次风量低保护回路L2控制；当处于磨煤机密封风与磨碗下部差压低工况S3时，自动切换到磨煤机密封风与磨碗下部差压低保护回路L3控制；当处于节能运行工况S4时，自动切换到节能运行主回路L4控制。
(5)进行安全保护回路控制或节能运行主回路控制：若保护回路动作，一次风压偏置值为正，逐步增大一次风机出口压力，始终保证制粉系统安全运行；若节能运行主回路动作，一次风压偏置值为负，逐步降低一次风机出口压力，增大磨煤机冷热风门开度，降低节流损失，降低一次风机功耗，提高机组经济性。
本发明具有如下有益效果：
1.当磨煤机出口超温、磨煤机一次风量低、磨煤机密封风差压低等安全隐患工况发生时，自适应优先保证磨煤机制粉系统安全运行。
2.在保证磨煤机制粉系统安全运行的前提下，自适应逐步降低一次风机出口压力，增大磨煤机冷热风门开度，降低节流损失，降低一次风机功耗，提高磨机组经济性。
3.避免了因运行人员的偏好产生的手动设定偏差等不确定性因素对磨煤机制粉系统的影响。
附图说明
图1为本发明一次风压力自适应控制方法流程图；
图2为磨煤机出口超温保护回路指令集成控制示意图；
图3为磨煤机一次风量低保护回路指令集成控制示意图；
图4为磨煤机密封风与磨碗下部差压低保护回路指令集成控制示意图；
图5为节能运行主回路指令集成控制示意图；
图6为本发明一次风压力自适应控制方法总指令集成控制示意图；
图7为函数F1(x)的示意图；
图8为函数F2(x)的示意图；
图9为函数Fha(x)的示意图；
图10为函数Fsa(x)的示意图。
具体实施方式
结合附图将一次风压力自适应控制方法应用于国内某火电厂磨煤机制粉系统，进一步说明本发明一次风压力自适应控制方法。
如图1所示，一次风压力自适应控制方法可以投入自动，也可以退出自动到手动由运行人员控制。一次风压力自适应控制方法的许可投入边界条件需同时满足：
a.一次风机处于自动状态；
b.至少有一台磨煤机处于运行状态；
c.磨煤机对应的给煤机处于运行状态；
d.磨煤机冷、热风门投入自动控制；
当上述四个许可投入边界条件均满足时，即可投入一次风压力自适应控制；
一次风压力自适应控制方法的强制退出边界条件需满足：
a.一次风机退出自动；
b.所有磨煤机跳闸；
c.磨煤机冷、热风门退出自动；
d.辅机故障减负荷(RB)；
e.手动指令退出自动；
当上述任意一个强制退出边界条件得到满足时，即可强制退出一次风压力自适应控制。
所述一次风压力自适应控制投入之前设有许可边界条件，投入之后设有退出边界条件。在满足许可投入边界条件后，方可由运行人员手动切换、投用一次风压力自适应控制；在满足强制退出条件后，自动退出一次风压力自适应控制，且一次风压力偏置值维持退出自动前的值，可由运行人员手动修改一次风压力偏置值。一次风压力自适应控制退出自动方式的同时发出声光报警通知提醒运行人员注意。即使短时间后许可边界条件恢复正常，需投入自动方式，也要由运行人员重新手动操作切换投用，才可以重新投用一次风压力自适应控制。任一时刻只能运行一种控制方式，手动控制具有最高优先级、且任意时刻均能手动控制。
如图2所示，磨煤机出口超温保护回路L1中，设定磨煤机冷一次风门开度高限设定值CA1＝80、磨煤机出口温度设定值Ts＝85、常数A1＝0，函数F1如图7所示，其中，X1为磨煤机出口最大温度偏差经PD计算后的值，Y1为磨煤机出口超温保护回路L1输出值。
如图3所示，磨煤机一次风量低保护回路L2中，设定磨煤机热一次风门开度高限设定值HA1＝90、常数A2＝1、常数A3＝1，磨煤机一次风量设定值Fs范围为110～150。
函数F2如图8所示，其中X2为磨煤机一次风量偏差最大百分比经PD计算后的值，Y2为磨煤机一次风量低保护回路L2输出值。
如图4所示，磨煤机密封风与磨碗下部差压低保护回路L3中，设定磨煤机密封风与磨碗下部差压低限设定值DP1＝1.7、常数A4＝0、常数A5＝5。
如图5所示，节能运行主回路L4中，设定常数A6＝0、常数A7＝0。函数Fha如图9所示，其中横坐标Z为机组负荷，纵坐标HAs为机组负荷Z下磨煤机热一次风门开度设定值。自适应调度函数Fsa如图10所示，其中CAmax为若干台磨煤机中冷一风门开度最大值，Ysa为自适应调度函数输出值。
如图6所示，一次风压力自适应控制总图中，设定灵敏度A8＝0.2、常数A9＝0、增益放大系数A10＝2.1、增益放大系数A11＝-1000、常数A12＝0、常数A13＝0。
以灵敏度值0.2为判断标准，采用逻辑判断方法判断，将安全保护回路L1、L2、L3的输出值Y1、Y2、Y3，与灵敏度设定值0.2比较。
若只发生某一种安全隐患工况，则当Y1>0.2时，处于磨煤机出口超温工况S1；当Y2>0.2时，处于磨煤机一次风量低工况S2；当Y3>0.2时，处于磨煤机密封风与磨碗下部差压低工况S3。
若同时发生三种安全隐患工况S1、S2、S3中的若干种时，根据最大安全隐患工况即Y1、Y2、Y3中的最大值Ym判断，若Ym(m＝1,2,3)>0.2，处于工况Sm(m＝1,2,3)。
若没有发生任何一种安全隐患工况，即Y1<0.2且Y2<0.2且Y3<0.2，则判断处于节能运行工况S4。
当处于磨煤机出口超温工况S1，切换到磨煤机出口超温保护回路L1控制；当处于磨煤机一次风量低工况S2时，切换到磨煤机一次风量低保护回路L2控制；当处于磨煤机密封风与磨碗下部差压低工况S3时，自动切换到磨煤机密封风与磨碗下部差压低保护回路L3控制；当处于节能运行工况S4时，自动切换到节能运行主回路L4控制。
若保护回路动作，保护回路输出值Ym(m＝1,2,3)经PID运算得到一次风压偏置值，一次风压偏置值为正，逐步增大一次风机出口压力，始终保证磨煤机制粉系统安全运行；若节能运行主回路动作，节能运行主回路输出值Y4经PID计算得到一次风压偏置值，一次风压偏置值为负，逐步降低一次风机出口压力，增大磨煤机冷热风门开度，降低节流损失，降低一次风机功耗，提高机组经济性。
本发明所述方法并不限于具体实施方式中的实施方案，根据本发明的技术方案得到的其它实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (6)

1.一种一次风压力自适应控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)设定一次风压力自适应控制方法的手、自动切换条件，在满足许可投入边界条件时，由运行人员手动投入一次风压力自适应控制；在满足退出边界条件时，自动退出一次风压力自适应控制；
(2)设计控制回路，基于优先保障电站磨煤机制粉系统安全运行的原则，设计三个保护回路解决可能出现的安全隐患工况，分别为磨煤机出口超温保护回路L1、磨煤机一次风量低保护回路L2、磨煤机密封风与磨碗下部差压低保护回路L3；在安全许可的情况下降压节能，设计一个节能运行主回路L4；
(3)建立工况判断规则，包括灵敏度值给定和工况判断，以灵敏度值A8为判断标准，采用逻辑判断方法判断，将保护回路L1、L2、L3所对应的输出值Y1、Y2、Y3与灵敏度设定值A8比较；
若只发生某一种安全隐患工况，则当Y1>A8时，处于磨煤机出口超温工况S1；当Y2>A8时，处于磨煤机一次风量低工况S2；当Y3>A8时，处于磨煤机密封风与磨碗下部差压低工况S3；
若同时发生三种安全隐患工况S1、S2、S3中的若干种时，根据最大安全隐患工况即Y1、Y2、Y3中的最大值Ym判断，若Ym(m＝1,2,3)>A8，处于工况Sm；
若没有发生任何一种安全隐患工况，即Y1<A8且Y2<A8且Y3<A8，则判断处于节能运行工况S4；
(4)建立控制切换规则，根据步骤(3)工况判断的结论，当处于磨煤机出口超温工况S1时，自动切换到磨煤机出口超温保护回路L1控制；当处于磨煤机一次风量低工况S2时，自动切换到磨煤机一次风量低保护回路L2控制；当处于磨煤机密封风与磨碗下部差压低工况S3时，自动切换到磨煤机密封风与磨碗下部差压低保护回路L3控制；当处于节能运行工况S4时，自动切换到节能运行主回路L4控制；
(5)进行安全保护回路控制或节能运行主回路控制：若保护回路动作，一次风压偏置值为正，逐步增大一次风机出口压力，始终保证制粉系统安全运行；若节能运行主回路动作，一次风压偏置值为负，逐步降低一次风机出口压力，增大磨煤机冷热风门开度，降低节流损失，降低一次风机功耗，提高机组经济性。
2.根据权利要求1所述的一次风压力自适应控制方法，其特征在于，所述许可投入边界条件需同时满足：
a.一次风机处于自动状态；
b.至少有一台磨煤机处于运行状态；
c.磨煤机对应的给煤机处于运行状态；
d.磨煤机冷、热风门投入自动控制；
当上述四个许可投入边界条件均满足时，即可投入一次风压力自适应控制；
所述退出边界条件需满足：
a.一次风机退出自动；
b.所有磨煤机跳闸；
c.磨煤机冷、热风门退出自动；
d.辅机故障减负荷(RB)；
e.手动指令退出自动；
当上述任意一个退出边界条件得到满足时，即可强制退出一次风压力自适应控制。
3.根据权利要求1所述的一次风压力自适应控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述磨煤机出口超温保护回路L1的控制算法为：
G1＝MAX(Li)
H1＝PD(G1)
Y1＝F1(H1)
式中i＝1,2……n，n为磨煤机的总台数，Ti为第i台磨煤机出口温度，Ts为磨煤机出口温度设定值，A1为0，PD为比例微分控制器，Y1为磨煤机出口超温保护回路L1的输出值，范围为0～5，F1将比例微分控制器PD的输出值H1映射到Y1区间。
4.根据权利要求1所述的一次风压力自适应控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述磨煤机一次风量低保护回路L2的控制算法为：
G2＝MIN(Li)
H2＝PD(1-G2)
Y2＝F2(H2)
式中i＝1,2……n，n磨煤机的总台数，Fi为第i台磨煤机的一次风量，Fs为磨煤机一次风量设定值，A2为1，PD为比例微分控制器，Y2为磨煤机一次风量低保护回路L2的输出值，范围为0～5，F2将比例微分控制器PD的输出值H2映射到Y2区间。
5.根据权利要求1所述的一次风压力自适应控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述磨煤机密封风与磨碗下部差压低保护回路L3的控制算法为：
式中A4、A5为一常数值，Y3为磨煤机密封风与磨碗下部差压低保护回路L3的输出值。
6.根据权利要求1所述的一次风压力自适应控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述节能运行主回路L4的控制算法为：
G4＝MAX(Li)
H4＝MAX(Ri)
Y4＝(G4-Fha(Z))×Fsa(H4)
式中i＝1,2……n，n为磨煤机的总台数，HAi为第i台磨煤机热一次风门开度，Fha为相应负荷Z下磨煤机热一次风门开度设定值HAs，CAi为第i台磨煤机冷一次风门开度，A6和A7为0，Y4为节能运行主回路L4的输出值，范围为0～5；Fsa为自适应调度函数，磨煤机冷一次风门开度在一定值内，Fsa输出值为1，磨煤机冷一次风门开度大于此值，线性减少到0。
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