CN104676638B - 一种锅炉降负荷过程中的低氮燃烧风门控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种锅炉降负荷过程的低氮燃烧风门控制方法，DCS系统内机组自动发电控制系统(AGC)和协调控制系统(CCS)能够发出锅炉负荷指令，当控制系统判断为减负荷时，根据预先设置的锅炉负荷与风门函数F(x)，获取风门开度指令；锅炉出口处的氧量传感器将氧量测量值发送给DCS，DCS根据预先设定的氧量设定值，计算出二者的差值，然后根据预先设置在DCS系统中的锅炉氧量偏差有死区调节折线调节函数F(o)获得风门偏置量；将F(o)的值传送到PI调节器，与F(x)输出范围除2后的值相乘，再与F(x)的值相加最终得到风门开度指令，DCS将经过优化的风门开度指令传送给风门执行机构。从而有效地实现锅炉的低氮燃烧控制，实现锅炉的环保运行。

Description

一种锅炉降负荷过程中的低氮燃烧风门控制方法

技术领域

本发明涉及锅炉燃烧控制领域。更具体地，涉及一种锅炉降负荷过程中的低氮燃烧风门控制方法。

背景技术

由于环保的要求，近几年对原有电力锅炉的低氮燃烧改造和新建锅炉提出了氮氧化物达标排放的要求，一般都在锅炉烟气出口设置脱硝装置。为了降低脱硝装置的容量和运行成本，对锅炉进行低氮燃烧设计改造，从源头上减少锅炉氮氧化物产生量，是最为经济的方式。锅炉低氮燃烧的方式是将燃料的燃烧过程分阶段来完成。第一阶段燃烧中，只将总燃烧空气量的70％—75％供入炉膛，使燃料先在缺氧的富燃料条件下燃烧，由于富燃料缺氧，该区的燃料只能部分燃烧(含氧量不足)，降低了燃烧区内的温度水平，能抑制NOx的生成；第二阶段通过足量的空气，使剩余燃料燃尽，此段中氧气过量，但温度低，生成的NOx也较少。

目前，在采用低氮燃烧技术的燃煤电厂锅炉上，一般采用通过负荷指令来调节主燃烧区域二次风及燃尽风(SOFA)的方法来调整燃烧，控制氮氧化物的排放，即通过负荷-风量(二次风及SOFA风风量)设定函数F(x)来控制各个风门的开度。这种控制方式的实现通过分布式控制系统(Distributed Control System，DCS)标准算法块的组态来实现。

此控制方式没有考虑风门的开关回滞和执行器死区影响风量调节，也没有考虑锅炉燃烧和氧气的平衡情况也就是锅炉出口氧气量变化，如果锅炉负荷频繁变化，风量跟不上燃料的变化，此时由于锅炉燃烧器区域会由于过剩空气系统较高烟气氧量偏大而形不成缺氧燃烧风量。因此，这种控制方法在锅炉变负荷时会导致锅炉出口氮氧化物波动很大。

因此，需要提供一种对这类锅炉的风门进行自动控制的系统，以降低锅炉出口氮氧化物波动幅度和基值，从而有利于减少锅炉燃烧产生的大气污染物氮氧化物，降低后级脱硝设备的运行成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种锅炉降负荷过程的低氮燃烧风门控制方法，该方法使用一种烟气氧量附加手段调节风门的方式，让风门在锅炉减负荷时形成变化的开度指令曲线函数关系，使得锅炉的燃尽风量随着降负荷附加一个变化调节量，从而在锅炉各种减负荷工况下，可以维持合理的燃尽风比例，实现锅炉的降负荷动态工况下能保持低氮燃烧。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种锅炉降负荷过程中的低氮燃烧风门控制方法，包括如下步骤：

DCS系统内机组自动发电控制系统发出锅炉负荷指令，当DCS系统判断为减负荷时，根据预先设置的锅炉负荷与风门函数F(x)，获取风门开度指令；

锅炉出口处的氧量传感器将氧量测量值发送给DCS，DCS根据预先设定的氧量设定值，计算出二者的差值，然后根据预先设置在DCS系统中的锅炉氧量偏差有死区调节折线调节函数F(o)获得风门偏置量；

将F(o)的值传送到PI调节器，与F(x)输出范围除2后的值相乘，再与F(x)的值相加最终得到风门开度指令，DCS将经过优化的风门开度指令传送给风门执行机构。

进一步的，所述锅炉负荷与风门函数F(x)＝20+(L炉-143)×(45-20)÷(192-143),式中L炉为锅炉负荷指令，取值为143～192的闭区间。

进一步的，所述锅炉氧量偏差有死区调节折线调节函数

式中Δ为锅炉出口处的氧量测量值和DCS中的氧量设定值之差。

本发明的有益效果如下：

本发明是将单一的风门按负荷调节开度方式，改变为有氧量大偏差调节修正判断的风门调节方式，可以解决锅炉变负荷过程时风量调节滞后引起氮氧化物异常升高的问题。既可适应锅炉正常运行中氧量的正常小幅度波动，又能在氧量波动超过允许范围时引入修正调节，维持好锅炉的氧量范围也就能够很好的维持锅炉的低氮燃烧水平。本发明与现有技术相比，现有技术调节氧量没有引入死区，导致小幅波动也在调节，为减少干扰调节速度较慢，在大幅度偏差发生时跟不上系统要求。而本发明的氧量调节技术引入了一个正常波动死区，在正常波动时风门不参与调节，提高了控制的稳定性，在氧量偏差大时能够快速调节，实现了调节的快速性，非常适合用于锅炉氧量调节对象。

本发明的另一有益效果是风门指令修正幅度引入了F(x)输出范围，这充分照顾到每个风门的调节范围和风量特性，而这是通过低氮燃烧试验得出的，使用现成数据实现合理的调节，并且由于此方法的引入，可以将所有风门的PI调节器参数统一设置，大大方便调试缩短调试时间和精度。现有技术中没有氧量的控制，现有的氧量控制也没有引入正常波动死区和风门调节范围参数。

由于本发明的方法引入变负荷动态过程的氧量参数参与控制，解决风门指令使用单一的锅炉负荷控制不能适应实际要求的问题，将二次总风门和SOFA风门的开度指令函数分别引入氧量参数修正，使用相同的算法函数，既维持SOFA风和总风量的比例关系，又能及时根据锅炉烟气氧量变化调节风门指令，将锅炉烟气氧量控制在合理的范围，使得锅炉的低氮燃烧工况得以维持，不致因过量空气系数增大使锅炉脱离低氮燃烧工况。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的F(x)函数图形。

图2示出本发明的F(o)函数图形。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

一种锅炉降负荷过程中的低氮燃烧风门控制方法，包括如下步骤：

DCS系统内机组自动发电控制(Automatic Generation Control，AGC)向DCS系统发出锅炉负荷指令，当DCS系统内的协调控制系统(CCS)判断为减负荷时，根据预先设置的锅炉负荷与风门开度指令函数关系F(x)＝20+(L炉-143)×(45-20)÷(192-143)式中L炉为锅炉负荷指令，取值为143～192的闭区间，获取相对应的二次风门和SOFA风门开度指令；图1所示为锅炉负荷与风门开度指令函数F(x)图形，横坐标为锅炉负荷，纵坐标为风门开度指令，二次风门和SOFA风门的开度指令均使用该函数获得。

锅炉出口处的氧量传感器将氧量测量值发送给DCS，DCS根据预先设定的氧量设定值，计算出二者的差值；然后根据预先设置在DCS系统中的锅炉氧量偏差有死区调节折线调节函数F(o)

计算出风门开度偏差值，式中Δ为锅炉出口处的氧量测量值和DCS中的氧量设定值之差；如图2所示为锅炉氧量偏差有死区调节折线函数图形，横坐标为氧量偏差，纵坐标为PI调节器偏差输入。

然后将F(o)的值传送到PI(Proportion、Integration，比例、积分)调节器，与F(x)输出范围除2后的值相乘，再与F(x)的值相加最终得到风门开度指令，最后DCS系统将风门开度指令传送给风门执行机构来调整风门的开度。与F(x)输出范围除2后的值相乘是为了统一PI调节器参数，简化PI调节器参数整定，上述算法用于每一个SOFA风门和每个角的二次风总风门，实现SOFA风门和二次风总风门的同时调节，因是基于运行操作卡参数比例的调节，可在调节过程中保持SOFA风比例。

采用上述风门控制方法后，可得到一个新的风门指令输出，它引入了氧量大偏差调节能力，小偏差时维持原来的调节方式，对于氧量小偏差范围的选取原则是：小偏差是锅炉运行中氧量可以维持低氮燃烧的最高氧量与设定值差值的30％，作用是解决大偏差时快速调节，小偏差时则不调节，提高调节系统的快速性和稳定性。由于引入了PI调节器，在出现大偏差时会有比例作用迅速调节风门开度，在调节完成后因积分的作用，风门指令会在原F(x)之外维持一个修正量，修正风门因回滞特性的影响和其它参数导致的风量不稳定变化。本发明的方法引入氧量参与调节的方式，让锅炉风门在氧量小幅度波动时保持稳定开度，避免因调节引起的波动。

本发明的控制方法对改善锅炉自动调节品质和稳定锅炉低氮燃烧工况的特性有极大的提高。对锅炉减负荷的动态过程，可以较好的控制住锅炉减负荷动态过程中的过剩空气系数，使得锅炉在减负荷过程中氮氧化物含量上升幅度下降60％以上。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (2)

1.一种锅炉降负荷过程中的低氮燃烧风门控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

DCS系统内机组自动发电控制系统发出锅炉负荷指令，当DCS系统判断为减负荷时，根据预先设置的锅炉负荷与风门函数F(x)，获取风门开度指令；

锅炉出口处的氧量传感器将氧量测量值发送给DCS，DCS根据预先设定的氧量设定值，计算出二者的差值，然后根据预先设置在DCS系统中的锅炉氧量偏差有死区调节折线调节函数F(o)获得风门偏置量，

$F\left(o\right)=\left\{\begin{array}{cc}2\mathrm{\&Delta;}-1& \mathrm{\&Delta;}\&GreaterEqual;0.5\\ 0& -0.5<\mathrm{\&Delta;}<0.5\\ 2\mathrm{\&Delta;}+1& \mathrm{\&Delta;}\&le;-0.5\end{array}\right.$

式中Δ为锅炉出口处的氧量测量值和DCS中的氧量设定值之差；

将F(o)的值传送到PI调节器，与F(x)输出范围除2后的值相乘，再与F(x)的值相加最终得到风门开度指令，DCS将经过优化的风门开度指令传送给风门执行机构。

2.根据权利要求1所述的风门控制方法，其特征在于：所述锅炉负荷与风门函数F(x)＝20+(L炉-143)×(45-20)÷(192-143)，式中L炉为锅炉负荷指令，取值为143～192的闭区间。