CN104807003B - 基于燃料自平衡的循环流化床锅炉床温控制的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于循环流化床锅炉床温控制的给煤自平衡系统及方法。所述系统包括给煤主控调节回路、多执行给煤调节回路。给煤主控调节回路接收锅炉主控输出的给煤总指令，输出指令分别送到多执行给煤调节回路的两侧，在各侧经过计算后，分别将自动给煤指令按一定比例分配到各台自动给煤机，使给煤量能符合系统的指令要求。本发明的有益效果是，使用燃料自平衡方法保持循环硫化床锅炉的床温稳定，避免频繁调整一次风量，导致机组负荷波动。

Description

基于燃料自平衡的循环流化床锅炉床温控制的系统及方法

技术领域

本发明属于火力发电机组的给煤控制领域，尤其涉及一种基于燃料自平衡的循环流化床锅炉床温控制的系统及方法。

背景技术

循环流化床锅炉(CFB)燃烧技术是最近30年来发展较为迅速的一种清洁煤燃烧技术，由于其燃料适应性广、负荷调节比宽、燃烧效率高、低温燃烧、炉内可实现脱硫等特点，在国内外得到迅速推广，特别由于我国煤炭资源往往煤质复杂多变、含硫量高和劣质煤产量大等特点，使得CFB燃烧技术在我国得到更快更广的应用。

床温是表征CFB锅炉正常运行的重要参数，同时直接影响着运行中锅炉效率、NO_X产生量、脱硫效率以及锅炉的安全性。通常情况下，CFB正常运行的最佳温度范围为850℃～900℃，床温过低不但使燃烧不稳定，而且锅炉效率也随之下降；床温过高则将使得脱硫效率下降、NO_X产量增加，同时还容易使床层熔化，造成炉膛结焦，从而床料无法正常循环硫化，床温控制是CFB燃烧控制的难点，而影响床温的最终因素在于给煤量。

随着CFB锅炉的大型化，采用给煤机实现多点给煤是需要迫切解决的问题，多点给煤系统主要应用在锅炉侧墙给煤方式与炉后给煤方式以及前后墙混合给煤方式，而由于某些电站所独有的炉膛结构特性和燃烧特性，如果给煤点均匀分配总给煤指令，反而会引起局部超温结焦等问题。所以按照合适的给煤比例分配总给煤指令才能保证各处床温均匀变化，进而保证炉膛燃烧安全性、经济型。

发明内容

本发明的主要目的是针对炉膛床温分布不均、容易局部超温等问题，提供一种基于燃料自平衡的循环流化床锅炉床温控制的系统及方法。

一种用于循环流化床锅炉床温控制的给煤自平衡系统，所述系统包括给煤主控调节回路、给煤多执行调节回路，所述给煤主控调节回路与给煤多执行调节回路连接；

所述给煤主控调节回路包括偏差计算单元、PID调节器单元和手操器调节单元；

所述给煤多执行调节回路包括自动给煤指令计算模块、比率信号初始模块、比率信号重新计算模块、自动给煤指令分配模块、给煤控制回路。

一种用于循环流化床锅炉床温控制的给煤自平衡方法，应用上述的给煤自平衡系统，包括以下步骤：

A)所述给煤主控调节回路接收锅炉主控输出的总给煤指令及实际给煤量反馈值，并输出分侧给煤指令到多执行给煤调节回路；

B)多执行给煤调节回路接收分侧给煤指令，经过计算后分配输出到各台自动给煤机，自动给煤机根据计算分配后的指令改变给煤输出量。

进一步地，所述步骤A)具体为：应用所述给煤主控调节回路接收来自锅炉主控输出的总给煤量指令与各台给煤机的实际给煤量反馈值，经PID调节器单元进行偏差计算后得到总给煤量指令与实际给煤量反馈值的偏差值，根据偏差值输出给煤指令，所述给煤指令经过手操器调节单元调节偏置后，得到分侧给煤指令，将分侧给煤指令发送到多执行给煤调节回路。

进一步地，所述自动给煤指令计算模块接收给煤主控调节回路的输出指令，判断是否有给煤机在手动状态，并计算自动给煤总指令，自动给煤总指令为F_auto＝F_total-ΣF_man，式中F_man表示一台手动给煤机的给煤量，ΣF_man表示所有在手动状态给煤机的给煤量总和；F_total为给煤总量；F_auto为自动给煤总量。

进一步地，所述的比率信号初始模块包括n个f(x)折线函荷指令，输出为此负荷下给煤机的给煤比率信号r₁,r₂,…,r_n，且r₁+r₂+…+r_n＝1，n台给煤机对应n个f(x)函数，自动运行时第i台自动给煤机的给煤指令为F_total×r_i。

进一步地，所述比率信号重新计算模块判断各给煤机的运行情况，包括是否在手动状态、切除或二者兼有：

(1)若有给煤机被切手动，第i台自动给煤机的比率信号为i≠k，k＜n，r_k表示被切除给煤机的比率信号，Σr_k表示所有的在手动给煤机的比率信号之和；

(2)若有给煤机被切除，第i台自动给煤机的比率信号为i≠m，m＜n，r_m表示被切除给煤机的比率信号，Σr_m表示所有的被切除给煤机的比率信号之和；

(3)若既有给煤机在手动又有被切除的情况，第i台自动给煤机的比率信号为

进一步地，所述自动给煤指令分配模块根据自动给煤量指令计算模块与比率信号重新计算模块的结果将自动给煤总指令分配给各台自动给煤机，具体计算如下：

(1)若有给煤机被切手动的情况，第i台自动给煤机的给煤指令为i≠k，k＜n；

(2)若有给煤机被切除的情况，第i台自动给煤机的给煤指令为i≠m，m＜n；

(3)若既有给煤机在手动又有被切除的情况，第i台自动给煤机的给煤指令为

进一步地，所述给煤控制回路接收来自自动给煤指令分配模块的自动给煤指令与给煤的实时反馈量，并偏差经过PID数字控制器计算，计算后的指令输出到驱动电机的速度控制器，通过改变皮带转速，使给煤量符合指令要求，所述PID数字控制器所采取的控制算法：

e(k)＝r_Ca(k)-y_Ca(k)

其中：r_Ca(k)为石灰石流量指令；y_Ca(k)为实际石灰石流量值；e(k)为指令值与实际值之间的偏差；μ(k)是第k次采样时的控制器输出；δ为比例带大小；T为系统时间常数；T_I、T_D分别为积分时间和微分时间

Δμ(k)为控制器输出。

进一步地，所述步骤A)还包括：具有另一手操器调节单元，所述另一手操器调节单元调整偏置后的给煤指令的偏差，再经过加法器及减法器计算后，得到给煤机的左侧给煤指令及右侧给煤指令。

本发明的有益效果是，按照合适的比例关系将总给煤指令分配给各给煤机，有效地控制了给煤量，而且稳定可靠、给煤准确，降低了检修的维护率，解决了炉膛内局部超温结焦的情况，使得床温能够均匀变化，保证炉膛燃烧的安全性、经济型。同时，本发明充分考虑了在运行过程中给煤机被切除或者在手动的情况，通过比率信号的计算重新分配自动给煤指令，迅速克服了因给煤机工作异常带来的扰动，在实际工程应用有很大的参考价值。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于燃料自平衡的循环流化床锅炉床温控制方法的给煤主控调节回路原理图；

图2是本发明提供的一种基于燃料自平衡的循环流化床锅炉床温控制方法的左侧多执行调节回路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本实例是一种基于燃料自平衡的循环流化床锅炉床温控制方法。图1是本发明提供的一种基于燃料自平衡的循环流化床锅炉床温控制方法的给煤主控调节回路原理图。如图所示，给煤主控调节回路包括PID调节器单元101、第一手操器调节单元102、减法器103、加法器104及第二手操器调节单元105。给煤主控调节回路接收来自锅炉主控输出的总给煤指令与各台给煤机的实际反馈量，经PID调节器单元进行偏差计算后得到总给煤量指令与实际给煤量反馈值的偏差值，根据偏差值输出给煤指令，输出的给煤指令经过第一手操器调节单元调节偏置后，再经第二手操器调节单元调节偏差，及加法器及减法器计算得到左右两侧给煤机的各给煤指令。

图2是本发明提供的一种基于燃料自平衡的循环流化床锅炉床温控制方法的左侧多执行调节回路原理图，因左右两侧多执行调节回路原理相同，选取左侧回路进行说明。如图2所示，多执行调节回路包括自动给煤指令计算模块201、比率信号初始模块202、比率信号重新计算模块203、自动给煤指令分配模块204、给煤控制回路205，其中又包括除法器(DIV)、乘法器(MUL)、折线函数(f(x))、二选一模块(SEL)。

所述的自动给煤指令计算模块201接收给煤主控调节回路的输出指令，判断是否有给煤机在手动状态，以F_man表示任意侧其中一台手动给煤机的给煤量，以ΣF_man表示该侧所有在手动状态给煤机的给煤量总和，则自动给煤指令为F_auto＝F_total-ΣF_man，式中，F_total指该侧的给煤总量；F_auto为该侧自动给煤总量。

所述的比率信号初始模块202包括n个f(x)折线函数，负荷下给煤机的给煤比率信号r₁,r₂,…,r_n，且r₁+r₂+…+r_n＝1，每侧的n台给煤机对应n个f(x)函数，则自动运行时第i台自动给煤机的给煤指令为F_total×r_i。

所述的比率信号重新计算模块(203)判断各给煤机的运行情况，包括是否在手动状态、切除或二者兼有：

(1)若有给煤机被切手动，以r_k表示被切除给煤机的比率信号，以Σr_k表示所有的在手动给煤机的比率信号之和，则第i台自动给煤机的比率信号为i≠k，k＜n；

(2)若有给煤机被切除，以r_m表示被切除给煤机的比率信号，以Σr_m表示所有的被切除给煤机的比率信号之和，则第i台自动给煤机的比率信号为i≠m，m＜n；

(3)若既有给煤机在手动又有被切除的情况，则第i台自动给煤机的给煤指令为

所述的自动给煤指令分配模块204会根据自动给煤量指令计算模块201与比率信号重新计算模块203的结果将自动给煤总指令分配给各台自动给煤机，具体计算如下：

(1)若有给煤机被切手动的情况，则第i台自动给煤机的给煤指令为i≠k，k＜n；

(2)若有给煤机被切除的情况，则第i台自动给煤机的给煤指令为i≠m，m＜n；

(3)若既有给煤机在手动又有被切除的情况，则第i台自动给煤机的给煤指令为

所述的给煤控制回路205，该回路接受来自自动给煤指令分配模块204的自动给煤指令与给煤的实时反馈量，其偏差经过给煤控制回路的PID数字控制器计算，指令输出到驱动电机的速度控制器，从而通过改变皮带转速，使给煤量能符合系统的指令要求。如下是给煤控制回路的PID数字控制器所采取的控制算法：

e(k)＝r_Ca(k)-y_Ca(k) (12)

其中：r_Ca(k)为石灰石流量指令；y_Ca(k)为实际石灰石流量值；e(k)为指令值与实际值之间的偏差；μ(k)是第k次采样时的控制器输出；δ为比例带大小；T为系统时间常数；T_I、T_D分别为积分时间和微分时间。

将Δμ(k)作为控制器输出。

Claims (8)

1.一种用于循环流化床锅炉床温控制的给煤自平衡系统，其特征在于，所述系统包括给煤主控调节回路、给煤多执行调节回路，所述给煤主控调节回路与给煤多执行调节回路连接；

所述给煤主控调节回路包括偏差计算单元、PID调节器单元和手操器调节单元；

所述给煤多执行调节回路包括自动给煤指令计算模块、比率信号初始模块、比率信号重新计算模块、自动给煤指令分配模块、给煤控制回路；

所述比率信号重新计算模块判断各给煤机的运行情况，包括是否在手动状态、切除或二者兼有：

(1)若有给煤机被切手动，第i台自动给煤机的比率信号为i≠k，k＜n，r_k表示被切除给煤机的比率信号，∑r_k表示所有的在手动给煤机的比率信号之和；

(2)若有给煤机被切除，第i台自动给煤机的比率信号为i≠m，m＜n，r_m表示被切除给煤机的比率信号，Σr_m表示所有的被切除给煤机的比率信号之和；

(3)若既有给煤机在手动又有被切除的情况，第i台自动给煤机的比率信号为

2.一种用于循环流化床锅炉床温控制的给煤自平衡方法，应用上述权利要求1中所述的给煤自平衡系统，其特征在于，包括以下步骤：

A)所述给煤主控调节回路接收锅炉主控输出的总给煤指令及实际给煤量反馈值，并输出分侧给煤指令到多执行给煤调节回路；

B)多执行给煤调节回路接收分侧给煤指令，经过计算后分配输出到各台自动给煤机，自动给煤机根据计算分配后的指令改变给煤输出量；

所述比率信号重新计算模块判断各给煤机的运行情况，包括是否在手动状态、切除或二者兼有：

(1)若有给煤机被切手动，第i台自动给煤机的比率信号为i≠k，k＜n，r_k表示被切除给煤机的比率信号，∑r_k表示所有的在手动给煤机的比率信号之和；

(2)若有给煤机被切除，第i台自动给煤机的比率信号为i≠m，m＜n，r_m表示被切除给煤机的比率信号，∑r_m表示所有的被切除给煤机的比率信号之和；

(3)若既有给煤机在手动又有被切除的情况，第i台自动给煤机的比率信号为

3.根据权利要求2所述的给煤自平衡方法，其特征在于，所述步骤A)具体为：应用所述给煤主控调节回路接收来自锅炉主控输出的总给煤量指令与各台给煤机的实际给煤量反馈值，经PID调节器单元进行偏差计算后得到总给煤量指令与实际给煤量反馈值的偏差值，根据偏差值输出给煤指令，所述给煤指令经过手操器调节单元调节偏置后，得到分侧给煤指令，将分侧给煤指令发送到多执行给煤调节回路。

4.根据权利要求2所述的给煤自平衡方法，其特征在于，所述自动给煤指令计算模块接收给煤主控调节回路的输出指令，判断是否有给煤机在手动状态，并计算自动给煤总指令，自动给煤总指令为F_auto＝F_total-∑F_man，式中F_man表示一台手动给煤机的给煤量，∑F_man表示所有在手动状态给煤机的给煤量总和；F_total为给煤总量；F_auto为自动给煤总量。

5.根据权利要求4所述的给煤自平衡方法，其特征在于，所述的比率信号初始模块包括n个f(x)折线函数，输入为负荷指令，输出为此负荷下给煤机的给煤比率信号r₁,r₂,…,r_n，且r₁+r₂+…+r_n＝1，n台给煤机对应n个f(x)函数，自动运行时第i台自动给煤机的给煤指令为F_total×r_i。

6.根据权利要求5所述的给煤自平衡方法，其特征在于，所述自动给煤指令分配模块根据自动给煤量指令计算模块与比率信号重新计算模块的结果将自动给煤总指令分配给各台自动给煤机，具体计算如下：

(1)若有给煤机被切手动的情况，第i台自动给煤机的给煤指令为i≠k，k＜n；

(2)若有给煤机被切除的情况，第i台自动给煤机的给煤指令为i≠m，m＜n；

(3)若既有给煤机在手动又有被切除的情况，第i台自动给煤机的给煤指令为

7.根据权利要求6所述的给煤自平衡方法，其特征在于，所述给煤控制回路接收来自自动给煤指令分配模块的自动给煤指令与给煤的实时反馈量，并偏差经过PID数字控制器计算，计算后的指令输出到驱动电机的速度控制器，通过改变皮带转速，使给煤量符合指令要求，所述PID数字控制器所采取的控制算法：

e(k)＝r_Ca(k)-y_Ca(k)

$\mathrm{\μ}\left(k\right)=\frac{1}{\mathrm{\δ}}\{e\left(k\right)+\frac{T}{T_I}\underset{i-0}{\overset{k}{\Σ}}e\left(i\right)+\frac{T_D}{T}\[e\left(k\right)-e(k-1)\]\}$

其中：r_Ca(k)为石灰石流量指令；y_Ca(k)为实际石灰石流量值；e(k)为指令值与实际值之间的偏差；μ(k)是第k次采样时的控制器输出；δ为比例带大小；T为系统时间常数；T_I、T_D分别为积分时间和微分时间

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\μ}\left(k\right)=\mathrm{\μ}\left(k\right)-\mathrm{\μ}(k-1)=\frac{1}{\mathrm{\δ}}\[(1+\frac{T}{T_I}+\frac{T_D}{T})e\left(k\right)-(1+\frac{2T_D}{T})e(k-1)+\frac{T_D}{T}e(k-2)\]$

Δμ(k)为控制器输出。

8.根据权利要求3所述的给煤自平衡方法，其特征在于，所述步骤A)还包括：具有另一手操器调节单元，所述另一手操器调节单元调整偏置后的给煤指令的偏差，再经过加法器及减法器计算后，得到给煤机的左侧给煤指令及右侧给煤指令。