CN105159060A - 一种锅炉优化燃烧控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锅炉优化燃烧控制方法与系统，属于微观结构技术领域，特征在于：包括：检测模块：用于检测煤灰库中γ射线在n分钟内的增量Δγ；计算模块：用于计算煤粉燃烧率η，设定n分钟前加入的煤充分燃烧后的γ射线量为γn，η＝γn/Δγ；逻辑分析模块：用于根据计算模块得出的煤粉燃烧率和锅炉检测系统中的锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温得出初步控制方案；软约束模块：用于检验逻辑分析模块得出的初步控制方案的可行性，根据判定结果得出最终控制方案；控制输出模块：用于根据软约束模块的最终控制方案，输出控制指令。该系统能够根据煤粉的燃烧率、主汽压等参数以及多变量软约束系统，实现锅炉系统的自寻优控制。

Description

一种锅炉优化燃烧控制方法与系统

技术领域

本发明属于燃烧方法技术领域，具体涉及一种锅炉优化燃烧控制方法与系统。

背景技术

锅炉作为一种能量转换设备，用来将电能或者燃料的化学能转换成具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体，被广泛应用于火电站、船舶、机车和工矿企业。随着工业的快速发展，节能环保越来越被重视，锅炉作为主要能源设备，也逐渐被提上操作日程。

目前国内锅炉的控制主要采用仪表控制和DCS集中控制两种模式，传统仪表控制存在着依靠手工操作、凭经验控制等问题；DCS控制系统以人机界面的形式对锅炉生产过程进行监控，降低了操作难度，克服了鉴于传统仪表构成锅炉控制系统存在的问题。然而，大部分DCS控制系统主要用于监测锅炉系统的运行，而控制大多采用操作人员在DCS界面上设定参数的控制模式，造成了锅炉的自动控制整体水平不高，控制效果的好坏完全取决于操作人员输入的控制指令，需要操作人员具有极强的工作经验。

又加以锅炉燃烧系统中的参数互相影响，难以通过控制某一参数实现系统的优化控制，这给锅炉系统的优化控制带来了困难。使得研制一款自适应性的优化自控系统成为锅炉行业急需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锅炉优化燃烧控制方法与系统，能够根据检测数据自动优化锅炉燃烧参数。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：发明一种锅炉优化燃烧控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)计算煤粉燃烧率η：实时读取锅炉检测系统中的各参数，并设定锅炉中的煤燃烧n分钟后进入煤灰库；测量煤灰库中γ射线在n分钟内的增量Δγ，n分钟前加入的煤充分燃烧后的γ射线量为γn；

η＝γn/Δγ—式1；

(2)分析锅炉运行情况，得出初步控制方案：依据的公式为：

锅炉蒸汽量＝锅炉燃煤量*燃煤发热量*锅炉热效率/(蒸汽的焓-给水的焓)—式2；

式2中：蒸汽的焓、给水的焓、锅炉热效率和燃煤发热量均为常数；

读取99％≤η≤100％时锅炉检测系统中的给风量和给煤量，计算风煤比，并定义为最优风煤比；

a、如果99％≤η≤100％时，判断锅炉检测系统中的锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温是否满足额定要求：

如果满足则锅炉的主参数维持目前数值；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温高于额定值，则降低给煤量，并依据最优风煤比下调给风量，给煤量的减少量根据式2计算所需的锅炉燃煤量与检测到的给煤量之间的差值确定；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温低于额定值，则增加给煤量，并依据最优风煤比上调给风量，给煤量的增加量根据式2计算所需的锅炉燃煤量与检测到的给煤量之间的差值确定；

b、如果η﹤99％时，并同时判断锅炉检测系统中的锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温是否满足额定要求：

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温低于额定值，先增加给风量，调节风煤比达到最优风煤比，再次执行步骤a；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温高于额定值，减少给煤量，增加给风量，调节风煤比达到最优风煤比，再次执行步骤a；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温与额定值相当，将实际给煤量降低至式2按最优风煤比计算所得锅炉燃煤量，同时根据锅炉燃煤量和最优风煤比调节给风量；

(3)将步骤(2)初步控制方案中得出的操作量代入多变量软约束控制中，

多变量软约束控制公式为： $y_j=\underset{i}{\Σ}{K}_{ji}\·e_i\·\underset{k}{\Π}{R}_{ijk}(e_k,e_i)$ —式3

式3中：y_j为操作量，操作量包括给煤量、给风量或者锅炉供水量；

e_i、e_k均为被控参量，被控参量包括燃烧效率η_i、锅炉主汽温T_i、锅炉主汽压p_i、烟气氧量α_i、排烟温度Tp或/和环保NOX值；

K_ji为e_i对y_j的调节系数，为一固定常数，0＜K_ji＜1；

R_ijk(e_k,e_i)为e_k、e_i对y_j调节的约束函数；

如果式3中得出的被控参量在锅炉系统允许的范围内，则将步骤(2)中得出的操作量作为最终控制方案；

如果式3中得出的被控参量超出了锅炉系统允许范围的上限值，则以被控参量为上限值时对应的操作量为最终控制方案。

本发明还提供了一种实现上述方法的锅炉优化燃烧控制系统，其特征在于：包括：

检测模块：用于检测煤灰库中γ射线在n分钟内的增量Δγ；

计算模块：用于计算煤粉燃烧率η，设定n分钟前加入的煤充分燃烧后的γ射线量为γn，η＝γn/Δγ；

逻辑分析模块：用于根据计算模块得出的煤粉燃烧率和锅炉检测系统中的锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温得出初步控制方案；

软约束模块：用于检验逻辑分析模块得出的初步控制方案的可行性，根据判定结果得出最终控制方案；

控制输出模块：用于根据软约束模块的最终控制方案，输出控制指令。

优选的，逻辑分析模块依据的算式为：

锅炉蒸汽量＝锅炉燃煤量*燃煤发热量*锅炉热效率/(蒸汽的焓-给水的焓)—式4；

式4中：蒸汽的焓、给水的焓、锅炉热效率和燃煤发热量均为常数；

依据99％≤η≤100％时锅炉检测系统中的给风量和给煤量，计算风煤比，并定义为最优风煤比；

a、如果99％≤η≤100％时，判断锅炉检测系统中的锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温是否满足额定要求：

如果满足则锅炉的主参数维持目前数值；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温高于额定值，则降低给煤量，并依据最优风煤比下调给风量，给煤量的减少量根据式4计算所需的锅炉燃煤量与检测到的给煤量之间的差值确定；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温低于额定值，则增加给煤量，并依据最优风煤比上调给风量，给煤量的增加量根据式4计算所需的锅炉燃煤量与检测到的给煤量之间的差值确定；

b、如果η﹤99％时，并同时判断锅炉检测系统中的锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温是否满足额定要求：

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温低于额定值，先增加给风量，调节风煤比达到最优风煤比，再次执行步骤a；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温高于额定值，减少给煤量，增加给风量，调节风煤比达到最优风煤比，再次执行步骤a；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温与额定值相当，将实际给煤量降低至式4按最优风煤比计算所得锅炉燃煤量，同时根据锅炉燃煤量和最优风煤比调节给风量。

优选的，多变量软约束控制公式为：

$y_j=\underset{i}{\Σ}{K}_{ji}\·e_i\·\underset{k}{\Π}{R}_{ijk}(e_k,e_i)$ —式5

式5中：y_j为操作量，操作量包括给煤量、给风量或者锅炉供水量；

e_i、e_k均为被控参量，被控参量包括燃烧效率η_i、锅炉主汽温T_i、锅炉主汽压p_i、烟气氧量α_i、排烟温度Tp或/和环保NOX值；

K_ji为e_i对y_j的调节系数，为一固定常数，0＜K_ji＜1；

R_ijk(e_k,e_i)为e_k、e_i对y_j调节的约束函数；

将逻辑分析模块得出的初步控制方案作为操作量代入式5中，如果式5得出的被控参量在锅炉系统允许的范围内，则将逻辑分析模块得出的操作量作为最终控制方案；

如果式5中得出的被控参量超出了锅炉系统允许范围的上限值，则以被控参量为上限值时对应的操作量为最终控制方案。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用检测灰库中γ射线的增加量，进而计算出煤粉的燃烧效率，判定其是否充分燃烧，然后通过检测的主汽压等参数，根据能量守恒确定出调节量及其调整幅度，得出初步控制方案，并将该初步控制方案代入多变量软约束系统中，验证初步控制方案是否合适，从而得出最终控制方案，实现锅炉系统的自寻优控制。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明中设置了检测模块、计算模块、逻辑分析模块、软约束模块和控制输出模块。其中检测模块用于读取煤灰库内的γ射线增量；计算模块用于根据检测模块读取的γ射线增量计算煤粉燃烧率η；逻辑分析模块用于根据煤粉燃烧率η和锅炉检测系统中的锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温得出初步控制方案；软约束模块用于检验逻辑分析模块得出的初步控制方案的可行性，根据判定结果得出最终控制方案；控制输出模块用于根据软约束模块的最终控制方案，输出控制指令。

其具体控制过程如下：

(1)计算煤粉燃烧率η：实时读取锅炉检测系统中的各参数，并设定锅炉中的煤燃烧n分钟后进入煤灰库；测量煤灰库中γ射线在n分钟内的增量Δγ，n分钟前加入的煤充分燃烧后的γ射线量为γn；

η＝γn/Δγ—式1；

(2)分析锅炉运行情况，得出初步控制方案：依据的公式为：

锅炉蒸汽量＝锅炉燃煤量*燃煤发热量*锅炉热效率/(蒸汽的焓-给水的焓)—式2；

式2中：蒸汽的焓、给水的焓、锅炉热效率和燃煤发热量均为常数；

读取99％≤η≤100％时锅炉检测系统中的给风量和给煤量，计算风煤比，并定义为最优风煤比；

a、如果99％≤η≤100％时，判断锅炉检测系统中的锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温是否满足额定要求：

如果满足则锅炉的主参数维持目前数值；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温高于额定值，则降低给煤量，并依据最优风煤比下调给风量，给煤量的减少量根据式2计算所需的锅炉燃煤量与检测到的给煤量之间的差值确定；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温低于额定值，则增加给煤量，并依据最优风煤比上调给风量，给煤量的增加量根据式2计算所需的锅炉燃煤量与检测到的给煤量之间的差值确定；

b、如果η﹤99％时，并同时判断锅炉检测系统中的锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温是否满足额定要求：

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温低于额定值，先增加给风量，调节风煤比达到最优风煤比，再次执行步骤a；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温高于额定值，减少给煤量，增加给风量，调节风煤比达到最优风煤比，再次执行步骤a；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温与额定值相当，将实际给煤量降低至式2按最优风煤比计算所得锅炉燃煤量，同时根据锅炉燃煤量和最优风煤比调节给风量；

(3)将步骤(2)初步控制方案中得出的操作量代入多变量软约束控制中，

多变量软约束控制公式为： $y_j=\underset{i}{\Σ}{K}_{ji}\·e_i\·\underset{k}{\Π}{R}_{ijk}(e_k,e_i)$ —式3

式3中：y_j为操作量，操作量包括给煤量、给风量或者锅炉供水量；

e_i、e_k均为被控参量，被控参量包括燃烧效率η_i、锅炉主汽温T_i、锅炉主汽压p_i、烟气氧量α_i、排烟温度Tp或/和环保NOX值；

K_ji为e_i对y_j的调节系数，为一固定常数，其取值范围大于且小于1，具体取值由调试人员根据锅炉系统的调试情况确定；

R_ijk(e_k,e_i)为e_k、e_i对y_j调节的约束函数；

如果式3中得出的被控参量在锅炉系统允许的范围内，则将步骤(2)中得出的操作量作为最终控制方案；

如果式3中得出的被控参量超出了锅炉系统允许范围的上限值，则以被控参量为上限值时对应的操作量为最终控制方案，如此实现锅炉系统的自动优化控制，使其运行更加节能环保。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以组合、变更或改型均为本发明的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种锅炉优化燃烧控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)计算煤粉燃烧率η：实时读取锅炉检测系统中的各参数，并设定锅炉中的煤燃烧n分钟后进入煤灰库；测量煤灰库中γ射线在n分钟内的增量Δγ，n分钟前加入的煤充分燃烧后的γ射线量为γn；

η＝γn/Δγ—式1；

(2)分析锅炉运行情况，得出初步控制方案：依据的公式为：

锅炉蒸汽量＝锅炉燃煤量*燃煤发热量*锅炉热效率/(蒸汽的焓-给水的焓)—式2；

式2中：蒸汽的焓、给水的焓、锅炉热效率和燃煤发热量均为常数；

读取99％≤η≤100％时锅炉检测系统中的给风量和给煤量，计算风煤比，并定义为最优风煤比；

a、如果99％≤η≤100％时，判断锅炉检测系统中的锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温是否满足额定要求：

如果满足则锅炉的主参数维持目前数值；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温高于额定值，则降低给煤量，并依据最优风煤比下调给风量，给煤量的减少量根据式2计算所需的锅炉燃煤量与检测到的给煤量之间的差值确定；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温低于额定值，则增加给煤量，并依据最优风煤比上调给风量，给煤量的增加量根据式2计算所需的锅炉燃煤量与检测到的给煤量之间的差值确定；

b、如果η﹤99％时，并同时判断锅炉检测系统中的锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温是否满足额定要求：

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温低于额定值，先增加给风量，调节风煤比达到最优风煤比，再次执行步骤a；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温高于额定值，减少给煤量，增加给风量，调节风煤比达到最优风煤比，再次执行步骤a；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温与额定值相当，将实际给煤量降低至式2按最优风煤比计算所得锅炉燃煤量，同时根据锅炉燃煤量和最优风煤比调节给风量；

(3)将步骤(2)初步控制方案中得出的操作量代入多变量软约束控制中，

多变量软约束控制公式为： $y_j=\underset{i}{\Σ}{K}_{ji}\·e_i\·\underset{k}{\Π}{R}_{ijk}(e_k,e_i)$ —式3

式3中：y_j为操作量，操作量包括给煤量、给风量或者锅炉供水量；

e_i、e_k均为被控参量，被控参量包括燃烧效率η_i、锅炉主汽温T_i、锅炉主汽压p_i、烟气氧量α_i、排烟温度Tp或/和环保NOX值；

K_ji为e_i对y_j的调节系数，为一固定常数，0＜K_ji＜1；

R_ijk(e_k,e_i)为e_k、e_i对y_j调节的约束函数；

如果式3中得出的被控参量在锅炉系统允许的范围内，则将步骤(2)中得出的操作量作为最终控制方案；

如果式3中得出的被控参量超出了锅炉系统允许范围的上限值，则以被控参量为上限值时对应的操作量为最终控制方案。

2.一种锅炉优化燃烧控制系统，其特征在于：包括：

检测模块：用于检测煤灰库中γ射线在n分钟内的增量Δγ；

计算模块：用于计算煤粉燃烧率η，设定n分钟前加入的煤充分燃烧后的γ射线量为γn，η＝γn/Δγ；

逻辑分析模块：用于根据计算模块得出的煤粉燃烧率和锅炉检测系统中的锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温得出初步控制方案；

软约束模块：用于检验逻辑分析模块得出的初步控制方案的可行性，根据判定结果得出最终控制方案；

控制输出模块：用于根据软约束模块的最终控制方案，输出控制指令。

3.根据权利要求2所述的锅炉优化燃烧控制系统，其特征在于：逻辑分析模块依据的算式为：

锅炉蒸汽量＝锅炉燃煤量*燃煤发热量*锅炉热效率/(蒸汽的焓-给水的焓)—式4；

式4中：蒸汽的焓、给水的焓、锅炉热效率和燃煤发热量均为常数；

依据99％≤η≤100％时锅炉检测系统中的给风量和给煤量，计算风煤比，并定义为最优风煤比；

a、如果99％≤η≤100％时，判断锅炉检测系统中的锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温是否满足额定要求：

如果满足则锅炉的主参数维持目前数值；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温高于额定值，则降低给煤量，并依据最优风煤比下调给风量，给煤量的减少量根据式4计算所需的锅炉燃煤量与检测到的给煤量之间的差值确定；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温低于额定值，则增加给煤量，并依据最优风煤比上调给风量，给煤量的增加量根据式4计算所需的锅炉燃煤量与检测到的给煤量之间的差值确定；

b、如果η﹤99％时，并同时判断锅炉检测系统中的锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温是否满足额定要求：

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温低于额定值，先增加给风量，调节风煤比达到最优风煤比，再次执行步骤a；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温高于额定值，减少给煤量，增加给风量，调节风煤比达到最优风煤比，再次执行步骤a；

如果锅炉蒸汽量、主汽压和主汽温与额定值相当，将实际给煤量降低至式4按最优风煤比计算所得锅炉燃煤量，同时根据锅炉燃煤量和最优风煤比调节给风量。

4.根据权利要求3所述的锅炉优化燃烧控制系统，其特征在于：多变量软约束控制公式为：

$y_j=\underset{i}{\Σ}{K}_{ji}\·e_i\·\underset{k}{\Π}{R}_{ijk}(e_k,e_i)$ —式5

式5中：y_j为操作量，操作量包括给煤量、给风量或者锅炉供水量；

e_i、e_k均为被控参量，被控参量包括燃烧效率η_i、锅炉主汽温T_i、锅炉主汽压p_i、烟气氧量α_i、排烟温度Tp或/和环保NOX值；

K_ji为e_i对y_j的调节系数，为一固定常数，0＜K_ji＜1；

R_ijk(e_k,e_i)为e_k、e_i对y_j调节的约束函数；

将逻辑分析模块得出的初步控制方案作为操作量代入式5中，如果式5得出的被控参量在锅炉系统允许的范围内，则将逻辑分析模块得出的操作量作为最终控制方案；

如果式5中得出的被控参量超出了锅炉系统允许范围的上限值，则以被控参量为上限值时对应的操作量为最终控制方案。