CN105289830B - 一种基于煤量在线补偿的中速磨煤机启停控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于煤量在线补偿的中速磨煤机启停控制方法，其特征在于，基于中速磨煤机启停过程中对进入锅炉燃烧煤量的在线补偿，维持启停过程中实际进入锅炉内的煤量不变，并针对不同层磨煤机启停对锅炉燃烧影响特性不同，对不同层磨煤机启停过程中在线补偿的煤量进行修正，减少磨煤机启停对锅炉燃烧的扰动影响。与现有技术相比，本发明能够有效减少中速磨煤机系统启停过程中汽温、汽压和功率等参数的波动，提高了机组运行的稳定性和经济性。

Description

一种基于煤量在线补偿的中速磨煤机启停控制方法

技术领域

本发明涉及热工自动控制技术领域，尤其是涉及一种基于煤量在线补偿的中速磨煤机启停控制方法。

背景技术

目前火电机组使用最多的是配中速磨的制粉系统，中速磨煤机启停在火电机组日常运行中必不可少。在磨煤机启停过程中，由于磨煤机内有一定的存煤量，会有一部分存煤量进入锅炉燃烧，造成磨煤机启停对机组主汽压和主汽温度形成较大扰动，进而影响机组负荷控制，严重时迫使运行人员切除协调控制，退出AGC运行，手动干预工况。

现有DCS煤量控制系统并没有对磨煤机启停过程中由磨煤机内存煤进入锅炉燃烧的煤量进行计量，只是通过汽压和汽温的变化反馈对煤量进行控制调整，存在较大的滞后性，无法保证磨煤机启停过程中进入锅炉燃烧煤总量不变，不能够有效减少磨煤机启停对锅炉燃烧的扰动影响，减少机组汽温、汽压和功率的波动。同时，现有的磨煤机启停控制中并没有考虑不同层磨煤机启停对锅炉燃烧扰动的特性不同，不同磨煤机启停过程中汽温和汽压等主要参数的波动情况差异较大，运行人员需要依靠长期的运行摸索来熟悉每层磨煤机的启停特性，严重影响机组的安全稳定运行，同时增加运行人员的工作负担。

在磨煤机运行监测领域，已有根据磨煤机进出口差压估算、基于磨煤机机理建模计算，以及采用神经网络和T-S模糊模型等智能算法进行计算的磨煤机内存煤量测量计算方法。根据磨煤机进出口差压估算磨煤机内存煤量，存在影响磨煤机进出口差压因素较多，不能够准确反映磨煤机内存煤量变化的问题；基于磨煤机机理建模计算磨煤机内存煤量，存在建模难度大，模型简化影响计算准确性，计算复杂和计算量大等问题；基于神经网络等智能算法计算磨煤机内存煤量，由于需要大量的训练数据，目前还主要在仿真系统中进行应用研究，实际应用较少，且适应性较差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于煤量在线补偿的中速磨煤机启停控制方法，解决传统中速磨煤机启停控制系统中无法计量由磨煤机存煤进入锅炉燃烧的煤量，无法保证磨煤机启停过程中进入锅炉煤总量不变，引起机组汽温、汽压和功率等主要参数大幅波动的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于煤量在线补偿的中速磨煤机启停控制方法，其特征在于，基于中速磨煤机启停过程中对进入锅炉燃烧煤量的在线补偿，维持启停过程中实际进入锅炉内的煤量不变，并针对不同层磨煤机启停对锅炉燃烧影响特性不同，对不同层磨煤机启停过程中在线补偿的煤量进行修正，减少磨煤机启停对锅炉燃烧的扰动影响。

该方法过程如下：

1)进行磨煤机启停试验；

2)根据磨煤机启停试验数据，拟合得到磨煤机内存煤量数学计算式；

3)推导不同层磨煤机启停过程中进入锅炉的煤流量计算公式；

4)磨煤机启停过程中进入锅炉煤量在线补偿，煤量控制系统维持进入锅炉煤总量不变。

该方法具体过程如下：

步骤101)，根据机组锅炉燃烧器布置情况，选择最下层燃烧器对应的中速磨煤机进行磨煤机启停试验，将所选择试验磨煤机分别在40％B_m、35％B_m、30％B_m、25％B_m出力工况下跳磨，记录跳磨前磨煤机电流I_M,i(0)、磨煤机进出口差压ΔP_i(0)、磨煤机通风量G_f,i(0)，其中B_m为单台磨煤机最大出力，i＝1,2,3,4分别代表40％B_m、35％B_m、30％B_m和25％B_m的磨煤机出力工况；

步骤102)，磨煤机在不同工况下跳闸后，待系统稳定，进行该台磨煤机启动试验，启磨过程中保持其他运行磨煤机出力不变，记录启磨过程中磨煤机电流I_M,i(k)、磨煤机进出口差压ΔP_i(k)、磨煤机通风量G_f,i(k)、机组负荷Ne_i(k)、主蒸汽温度T_i(k)，主蒸汽压力P_i(k)，式中k＝1,2···,n为采样时刻，n为试验结束时刻数；

步骤103)，根据所述步骤102)中磨煤机启停试验过程中记录的机组参数变化情况，按照能量守恒原理计算启磨试验过程中由启动磨煤机送入炉膛中的总煤量M_i：

其中，Q_net为煤低位发热量；η为机组效率；ΔE_i为磨煤机启停试验期间机组输出能量变化总量，T为采样周期；

步骤104)，根据步骤102)和步骤103)中得到的磨煤机电流、磨煤机进出口差压和磨煤机通风量数据，拟合得到磨煤机内存煤量计算公式：M＝f(I,ΔP,G_f)，其中f(I,ΔP,G_f)为拟合得到的磨煤机电流I、磨煤机进出口差压ΔP和磨煤机通风量G_f之间的数学关系；

步骤105)，将步骤101)中记录的跳磨前磨煤机电流I_M,i(0)、磨煤机进出口差压ΔP_i(0)、磨煤机通风量G_f,i(0)代入步骤104)中的磨煤机存煤量计算公式中，计算跳磨时刻磨煤机内存煤量M_i'：M_i'＝f(I_M,i(0),ΔP_i(0),G_f,i(0))，并将其与步骤103)中计算得到的存煤量M_i进行比较，如出现任一工况下M_i'与M_i偏差大于10％，则重新选择工况进行步骤101)至步骤104)磨煤机启停试验；

步骤106)，根据步骤102)中磨煤机启停试验过程中主蒸汽温度T_i(k)和压力P_i(k)的变化数据，根据焓熵图求取各个时刻对应的主蒸汽焓值：H_i(k)＝pT2H(T_i(k),P_i(k))，确定主蒸汽焓值与设定蒸汽参数对应焓值的焓差最大值：ΔH_max,i＝max(|H_i(k)-H₀|)，其中H₀为主蒸汽压力设定值和温度设定值对应的蒸汽焓值；计算磨煤机存煤量相对焓值系数：

步骤107)，按步骤101)和步骤102)进行最上层磨煤机的启停试验，获取对应试验数据，并按步骤106)磨煤机存煤量相对焓值系数计算方法，计算最下层磨存煤量相对焓值系数为k₁，最上层磨存煤量相对焓值系数为k_m；

步骤108)，计算磨煤机启停磨过程中，由磨煤机内存煤量变化而进入锅炉内的煤流量：

式中，a为磨煤机层数修正系数，a＝k_j/k₁，a取值范围为0.8～1.3；

步骤109)，磨煤机启停过程中，将步骤108)中计算得到煤流量叠加至锅炉总煤量中，对实际进入锅炉中的总煤量进行在线补偿，并通过DCS中的煤量控制系统控制进入锅炉的煤总量不变。

所述的步骤104)中的拟合使用Matlab曲线拟合工具箱CFtool。

所述的步骤107)中各层磨煤机存煤量相对焓值系数按如下公式计算：

式中，j为磨煤机层数，j＝1,2,···，m，m为最上层磨所处层数。

与现有技术相比，本发明通过在线补偿磨煤机启停过程中实际进入锅炉燃烧的煤量，保证启停期间进入锅炉的实际总煤量不变，来减少中速磨煤机启停对机组汽温、汽压和功率等主要参数的扰动影响。通过磨煤机启停试验辨识得到磨煤机内存煤量与磨煤机电流、磨煤机进出口差压和磨煤机通风量的对应数学关系，推导出启停过程中由磨煤机内存煤量进入锅炉的煤流量数学模型，并针对不同层磨煤机启停对锅炉影响特性不同，对上述煤流量根据启停磨煤机所处层数进行修正，实现对启停过程中进入锅炉总煤量的在线准确补偿，通过DCS煤量控制系统保证磨煤机启停期间进入锅炉的实际总煤量不变，维持锅炉燃烧稳定和煤水平衡，减少汽温、汽压和功率等主要参数的波动，保证机组运行的安全性和稳定性，提升机组运行的经济性。

附图说明

图1为本发明的控制流程图；

图2为本发明的控制方法原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明实施例的一种基于煤量在线补偿的中速磨煤机启停控制方法，在机组总煤量原有统计逻辑中增加一路启停磨煤机在线补偿的煤量，将启停磨煤机过程中多进入锅炉的一部分煤量计入总煤量，通过DCS煤量控制系统快速减少其它磨煤机出力，保证进入锅炉燃烧的总煤量保持不变，维持锅炉燃烧稳定和煤水平衡，减少汽温、汽压和功率等主要参数的波动，保证机组的安全、稳定和经济运行。

本实施例以某630MW超临界机组的制粉系统为研究对象，其制粉系统磨煤机为HP-1003型碗式中速磨煤机。下面结合该实施例，说明本发明的技术方案实施过程如下：

步骤1)，根据机组锅炉燃烧器布置情况，选择最下层燃烧器对应的A磨进行磨煤机启停试验，将所选择试验磨煤机分别在40％B_m、35％B_m、30％B_m、25％B_m出力工况下跳磨，记录跳磨前磨煤机电流I_M,i(0)、磨煤机进出口差压ΔP_i(0)、磨煤机通风量G_f,i(0)，式中B_m＝64.5t/h，为单台磨煤机最大出力；i＝1,2,3,4分别代表40％B_m、35％B_m、30％B_m和25％B_m的磨煤机出力工况；

步骤2)，磨煤机在不同工况下跳闸后，待系统稳定，进行该台磨煤机启动试验(不启动给煤机)，启磨过程中保持其他运行磨煤机出力不变，记录启磨过程中磨煤机电流I_M,i(k)、磨煤机进出口差压ΔP_i(k)、磨煤机通风量G_f,i(k)、机组负荷Ne_i(k)、主蒸汽温度T_i(k)，主蒸汽压力P_i(k)，式中k＝1,2···,n为采样时刻，n为试验结束时刻数；

步骤3)，根据所述步骤2)中磨煤机启停试验过程中记录的机组主要参数变化情况，按照能量守恒原理计算启磨试验过程中由启动磨煤机送入炉膛中的总煤量M_i(启磨前总的存煤量)：

其中，Q_net＝19845kJ/kg为煤低位发热量；η＝45.2％为机组效率，可采样机组性能试验数据；ΔE_i为磨煤机启停试验期间机组输出能量变化总量，T＝1s为采样周期，磨煤机存煤量试验过程部分数据如表1所示：

表1

步骤4)，根据步骤2)和步骤3)中得到的存煤量、磨煤机电流、磨煤机进出口差压和磨煤机通风量等数据，使用Matlab曲线拟合工具箱CFtool，拟合得到磨煤机内存煤量计算公式：M＝f(I,ΔP,G_f)，其中f(I,ΔP,G_f)为拟合得到的磨煤机电流I、磨煤机进出口差压ΔP、磨煤机通风量G_f的数学关系；

步骤5)，将步骤1)中记录的跳磨前磨煤机电流I_M,i(0)、磨煤机进出口差压ΔP_i(0)、磨煤机通风量G_f,i(0)代入步骤4)中的磨煤机存煤量计算公式中，计算跳磨时刻磨煤机内存煤量M_i'：M_i'＝f(I_M,i(0),ΔP_i(0),G_f,i(0))，并将其与步骤3)中计算得到的存煤量M_i进行比较，所有工况中存煤量最大偏差为7.2％，满足计算精度要求；

步骤6)，根据步骤2)中磨煤机启停试验过程中主蒸汽温度T_i(k)和压力P_i(k)的变化数据，根据焓熵图求取各个时刻对应的主蒸汽焓值：H_i(k)＝pT2H(T_i(k),P_i(k))，确定主蒸汽焓值与设定值焓值的焓差最大值：ΔH_max,i＝max(|H_i(k)-H₀|)，其中H₀为主蒸汽压力设定值和温度设定值对应的蒸汽焓值；计算磨煤机存煤量相对焓值系数：

步骤7)，按步骤1)和步骤2)的方法进行最上层磨煤机的启停试验，获取对应试验数据。按步骤6)磨煤机存煤量相对焓值系数计算方法，计算最低层磨存煤量相对焓值系数为k₁＝0.0375，最顶层磨存煤量相对焓值系数为k₅＝0.0432。各层磨煤机存煤量相对焓值系数按如下公式计算：

k_j＝0.001425·(j-1)+0.0375

式中，j为磨煤机层数，j＝1,2,···,5；

步骤8)，计算磨煤机启停磨过程中，由磨煤机内存煤量变化而进入锅炉内的煤流量：

式中，a为磨煤机层数修正系数，a＝k_j/k₁，a取值范围为0.8～1.3；

步骤9)，磨煤机启停过程中，将步骤8)中计算得到煤流量叠加至锅炉总煤量中，对实际进入锅炉中的总煤量进行在线补偿，并通过DCS中的煤量控制系统保证进入锅炉的煤总量不变。

将上述设计的中速磨煤机启停在线煤量补偿接入机组煤量统计系统中，将补偿后的总煤量送入DCS煤量控制系统，进行机组煤量平衡和控制，维持磨煤机启停过程中进入锅炉实际总煤量不变。基于煤量在线补偿的磨煤机启动过程机组主要参数，其中机组各项参数变化较小，其中主汽压力偏离设定值最大为-0.41MPa，主蒸汽温度在±5℃范围内波动，分离器出口温度在±1℃范围内变化。基于煤量在线补偿的磨煤机停止过程机组主要参数，其中主蒸汽压力偏离主蒸汽压力设定值设定值最大0.5MPa，主蒸汽温度和分离器温度在±3℃范围内波动。基于煤量在线补偿的磨煤机启停控制方法实施有效减少了磨煤机启停过程中对机组主要参数的扰动，增加了机组运行稳定性和安全性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于煤量在线补偿的中速磨煤机启停控制方法，其特征在于，基于中速磨煤机启停过程中对进入锅炉燃烧煤量的在线补偿，维持启停过程中实际进入锅炉内的煤量不变，并针对不同层磨煤机启停对锅炉燃烧影响特性不同，对不同层磨煤机启停过程中在线补偿的煤量进行修正，减少磨煤机启停对锅炉燃烧的扰动影响；

该方法过程如下：

1)进行磨煤机启停试验；

2)根据磨煤机启停试验数据，拟合得到磨煤机内存煤量数学计算式；

3)推导不同层磨煤机启停过程中进入锅炉的煤流量计算公式；

4)磨煤机启停过程中进入锅炉煤量在线补偿，煤量控制系统维持进入锅炉煤总量不变；

该方法具体过程如下：

步骤101)，根据机组锅炉燃烧器布置情况，选择最下层燃烧器对应的中速磨煤机进行磨煤机启停试验，将所选择试验磨煤机分别在40％B_m、35％B_m、30％B_m、25％B_m出力工况下跳磨，记录跳磨前磨煤机电流I_M,i(0)、磨煤机进出口差压ΔP_i(0)、磨煤机通风量G_f,i(0)，其中B_m为单台磨煤机最大出力，i＝1,2,3,4分别代表40％B_m、35％B_m、30％B_m和25％B_m的磨煤机出力工况；

步骤102)，磨煤机在不同工况下跳闸后，待系统稳定，进行该台磨煤机启动试验，启磨过程中保持其他运行磨煤机出力不变，记录启磨过程中磨煤机电流I_M,i(k)、磨煤机进出口差压ΔP_i(k)、磨煤机通风量G_f,i(k)、机组负荷Ne_i(k)、主蒸汽温度T_i(k)，主蒸汽压力P_i(k)，式中k＝1,2…,n为采样时刻，n为试验结束时刻数；

步骤103)，根据所述步骤102)中磨煤机启停试验过程中记录的机组参数变化情况，按照能量守恒原理计算启磨试验过程中由启动磨煤机送入炉膛中的总煤量M_i：

其中，Q_net为煤低位发热量；η为机组效率；ΔE_i为磨煤机启停试验期间机组输出能量变化总量，T为采样周期；

步骤104)，根据步骤102)和步骤103)中得到的磨煤机电流、磨煤机进出口差压和磨煤机通风量数据，拟合得到磨煤机内存煤量计算公式：M＝f(I,ΔP,G_f)，其中f(I,ΔP,G_f)为拟合得到的磨煤机电流I、磨煤机进出口差压ΔP和磨煤机通风量G_f之间的数学关系；

步骤105)，将步骤101)中记录的跳磨前磨煤机电流I_M,i(0)、磨煤机进出口差压ΔP_i(0)、磨煤机通风量G_f,i(0)代入步骤104)中的磨煤机存煤量计算公式中，计算跳磨时刻磨煤机内存煤量M′_i：M′_i＝f(I_M,i(0),ΔP_i(0),G_f,i(0))，并将其与步103)中计算得到的存煤量M_i进行比较，如出现任一工况下M′_i与M_i偏差大于10％，则重新选择工况进行步骤101)至步骤104)磨煤机启停试验；

步骤106)，根据步骤102)中磨煤机启停试验过程中主蒸汽温度T_i(k)和压力P_i(k)的变化数据，根据焓熵图求取各个时刻对应的主蒸汽焓值：H_i(k)＝pT2H(T_i(k),P_i(k))，确定主蒸汽焓值与设定蒸汽参数对应焓值的焓差最大值：ΔH_max,i＝max(|H_i(k)-H₀|)，其中H₀为主蒸汽压力设定值和温度设定值对应的蒸汽焓值；计算磨煤机存煤量相对焓值系数：

步骤107)，按步骤101)和步骤102)进行最上层磨煤机的启停试验，获取对应试验数据，并按步骤106)磨煤机存煤量相对焓值系数计算方法，计算最下层磨存煤量相对焓值系数为k₁，最上层磨存煤量相对焓值系数为k_m；

步骤108)，计算磨煤机启停磨过程中，由磨煤机内存煤量变化而进入锅炉内的煤流量：

式中，a为磨煤机层数修正系数，a＝k_j/k₁，a取值范围为0.8～1.3；

步骤109)，磨煤机启停过程中，将步骤108)中计算得到煤流量叠加至锅炉总煤量中，对实际进入锅炉中的总煤量进行在线补偿，并通过DCS中的煤量控制系统控制进入锅炉的煤总量不变。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤104)中的拟合使用Matlab曲线拟合工具箱CFtool。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤107)中各层磨煤机存煤量相对焓值系数按如下公式计算：

式中，j为磨煤机层数，j＝1,2,…，m，m为最上层磨所处层数。