CN105318348A - 基于风煤比煤质校正的火电机组给煤量反馈校正方法 - Google Patents

Abstract

基于风煤比煤质校正的火电机组给煤量反馈校正方法，本发明涉及基于风煤比煤质校正的火电机组给煤量反馈校正方法。本发明是要解决现有方法煤质分析方面，耗时长、结构复杂、成本高、控制逻辑复杂的问题。(1)通过实际动态的火电机组标煤或接近标煤煤种的燃烧试验，得到火电机组不同发电量对应不同氧量下的风量和煤量的比值，简称风煤比，以此作为基准风煤比；(2)通过分散控制系统的逻辑组态，实现定时检测和结果输出K；(3)用K乘以总煤量得到机组当前煤种对应的标煤煤量。本发明应用于煤质分析领调控域。

Description

基于风煤比煤质校正的火电机组给煤量反馈校正方法

技术领域

本发明涉及基于风煤比煤质校正的火电机组给煤量反馈校正方法。

背景技术

随着不可再生能源需求的增长和可供能源的进一步消耗，国家制定了“节能减排”的政策，对于火电机组来说，“省煤”和“环保”这两个问题实际上都可以归结为一个问题，即如何在不改变机组原有设备的基础上，改善机组运行，延长机组使用寿命。目前，电网一般都是实现AGC经济调度，以节约能源，但是AGC调度只是从“分配”的角度去解决这一问题，而这个问题的关键仍然在每一个运行的电厂个体，现有的AGC调节，主要都是建立在协调的基础上来进行，而在协调控制系统中，对煤质的判断是非常重要的。

目前煤质分析方面，传统的分析方法是通过采样、制样、化验这三个环节完成。该方法耗时较长，运行人员需要得到化验报告后才能够根据煤质的变化而进行实时在线调整。为了弥补传统方法的不足，一些在线监测系统(如：微波法煤质水分检测、放射性射线煤质灰分检测、近红外煤质检测，以及丫射线中子活化煤质分析检测等)也被相继开发，但是对于以上监测系统，其普遍存在的问题是结构复杂、成本高且维修不便。针对煤质中的具体成分，如灰分和水分也只是对煤质元素的内部成分进行检测，而对于煤质的全面判断是无法达到需求的，以上多方面的因素使得煤质在线监测装置很难大范围应用。综上，探索一种新型的煤质实时计算方法是十分有必要且有意义的。

在电厂的运行当中，煤炭当中的成分会随着煤质的变化而变化，这会很大程度上影响锅炉及辅机的各项参数，而由于煤质在线监测系统的诸多缺点，一般都会采用一些软测量方法去表征煤质的变化。

1.1煤质发热量校正方案

在刘友宽的《煤质自适应校正方案建模仿真》一文中，引入热量信号这一中间量，与总煤量信号之比代表当前的煤质，同时信号的处理中加入滤波和取平均部分，得到多个燃烧周期内的煤质系数，其计算公式如(1)式

$C_q=Filter\left(\frac{HR}{M}\right)---\left(1\right)$

式中HR代表热量信号，可衡定代表锅炉负荷，MW；M为给煤量，t/h；Filter为平均值滤波模块；C_q煤质系数。考虑到机组蓄热，引入中间点压力Pz来计算热量信号HR，如(2)式：

$HR=K_1\·p_1+C_b\·\frac{{\mathrm{dp}}_z}{dt}---\left(2\right)$

式中：K₁·p₁为汽轮机侧总蒸汽流量，可恒定比例的代表汽轮机负荷，MW；可代表中间点压力变化率，MPa/s。在机组工况且煤质稳定的条件下，通过计算得到的热量信号存在惯性滞后，因此需要采用2个或2个以上的燃烧周期检测到的热量信号与给煤量信号之比的平均值来代表煤质系数。

此类方案用锅炉的热量信号代替了传统的表征锅炉负荷的信号，使锅炉当前的负荷更具有代表性，但是该项方案中，笔者认为还存在以下几点问题：第一，在(1)式中的滤波判断应该增加稳定工况的判断，煤质校正环节的第一要素在于准确，在非稳定工况或临界稳定工况下得出的煤质系数都是不可靠的；第二，在(2)式中，所代表的是机组的蓄热能力，而超临界机组的蓄热计算相比于汽包炉的要复杂的多，该项无法完整的代表锅炉的蓄热能力，会对计算产生一定的偏差；第三，对于滤波模块，一般的DCS并不具备自动时间循环滤波的功能，因此该类方法并不具备广泛的应用价值。

1.2功煤比煤质校正方案

在刘永红的《功煤比及热耗在火电厂协调控制系统中的应用》一文中采用机组的实际运行参数构造煤质校正系数。该方法的原理是首先判断机组是否处于稳定工况，判断通过后，用锅炉总给煤量和机组实际负荷的比值表征机组做功的能力，即在当前煤质和煤量的情况下，机组的出力能力。用这个数值再除以标煤下的出力得到的系数即为煤质校正系数。当煤质不发生变化时，该系数为1，当煤质发生变化后，该数值会发生偏离，对其进行0.8～1.2的限幅，其限幅范围可根据机组实际的煤种变化情况来进行更改，其控制图如说明书附图1；

该方案相比于第一个方案来说更具有很好的工程应用价值，第一.解决了在机组动态运行中对稳定工况的判定，找出代表稳定工况的功煤比；第二.解决了如何在负荷不稳定的情况下保持前一个稳态负荷时的热耗参数；第三.解决了原功煤比与新功煤比及热耗修正值的无扰切换问题。但是该方案由于是采用发电量和给煤量这两个参数，从煤量变化反应到发电量的变化这一周期会非常长，再加上判断条件苛刻，工程应用的空间非常有限。

发明内容

本发明是要解决现有方法煤质分析方面，耗时长、结构复杂、成本高、控制逻辑复杂的问题，而提供了基于风煤比煤质校正的火电机组给煤量反馈校正方法。

基于风煤比煤质校正的火电机组给煤量反馈校正方法按以下步骤实现：

(1)通过实际动态的火电机组标煤或接近标煤煤种的燃烧试验，得到火电机组不同发电量对应不同氧量下的风量和煤量的比值，简称风煤比，以此作为基准风煤比；

(2)通过分散控制系统的逻辑组态，实现定时检测和结果输出K；

(3)用K乘以一次元件检测到的总煤量得到机组当前煤种对应的标煤煤量。

发明效果：

本发明为了实现给煤量的校正这一目的提出了基于风煤比判断煤质变化的改进型方案。电厂使用煤种按工业分析包含挥发分(V)、水分(M))、灰分(A)、固定碳(FC)和硫分(S)等。水分、硫分和灰分都是不利于燃烧的，它们的存在会降低燃料的燃烧温度、影响与氧气的接触，同时会导致炉膛结渣和受热面的积灰与腐蚀；固定碳代表煤的碳化程度，一般的其含量越高越难燃烧；挥发分是在煤在加热分解的过程中析出的气体，其着火温度较低，使煤更易于燃烧；固定碳是煤中最主要发热量来源，当其含量低时同样的锅炉负荷所用的实际煤量会增大。由此可见煤炭中能够跟氧气发生反应的部分很大程度的决定了煤质的好坏，因此，当负荷、氧量已知且稳定的情况下，风煤比的变化能够反映出煤质的变化：风煤比升高，煤质变好；风煤比降低，煤质变差，而锅炉不同氧量下的风煤比可以通过锅炉设计说明书或实际试验的方式获得，在风煤比判断的过程中，还应该考虑机组应处于稳定燃烧的工况，参考1.2节中的逻辑控制思路，如说明书附图2，采用5分钟为一个采样的周期，用风量当前值、3分钟后的风量值和6分钟后的风量值三取中作为当前的风量，用煤量当前值、3分钟后煤量值和6分钟后煤量值三取中作为当前的煤量，通过除法得到当前的风煤比，再用这一数值除以该氧量对应下的额定风煤比，得到新的煤质校正系数，该系数越大则说明煤质越好；系数越小说明煤质越差。同时还需对该系数进行上下限的限幅，在这一逻辑当中，通过煤量变化率、风量变化率和氧量变化率三个数值的判断来判定是否处于稳定燃烧的工况，若经判断后，以上三个参数任一项超限，则采样将会停止，煤质校正系数将保持上一采样周期的数值。通过这一方案得到的煤质校正系数不会因为锅炉燃烧方式的改变而改变，它能够非常客观的反应当前煤质的变化，且检测周期短，可以将其得到的系数应用在协调控制系统当中，校正当前的给煤量，将其折算成标煤煤量。

本发明所设计的煤质校正方法可应用在各种燃烧方式的炉型当中。

附图说明，

图1是背景技术中功煤比煤质校正逻辑图；

图2是本发明基于风煤比判断煤质逻辑图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的基于风煤比煤质校正的火电机组给煤量反馈校正方法按以下步骤实现：

(1)通过实际动态的火电机组标煤或接近标煤煤种的燃烧试验，得到火电机组不同发电量对应不同氧量下的风量和煤量的比值，简称风煤比，以此作为基准风煤比；

(2)通过分散控制系统的逻辑组态，实现定时检测和结果输出K；

(3)用K乘以一次元件检测到的总煤量得到机组当前煤种对应的标煤煤量。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(2)通过分散控制系统的逻辑组态，实现定时检测和结果输出K，具体步骤如下：

①通过电厂固有的传感器对风量和煤量进行实时采样，实时计算当前的风煤比，并除以(1)中的基准风煤比，得到一个过程变量，定义为K1；

②定义锅炉稳定燃烧工况状态判定参数为S，在逻辑组态中通过固有的传感器将锅炉总风量、总煤量和氧量进行微分处理得到风量变化率、煤量变化率、氧量变化率；

(a)当风量变化率小于45t/h、煤量变化率小于5t/h和氧量变化率小于0.3％这三个条件同时满足且保持5分钟，则判断锅炉处于稳定燃烧工况，并且将S置1，如三个条件在计时中任一条件不满足，则S置0，系统重新计时；

(b)当风量变化率小于45t/h、煤量变化率小于5t/h或氧量变化率小于0.3％这三个条件任一不满足时，则判定锅炉处于不稳定燃烧工况，则S置0；

③S置1后，延时5秒，做取反处理，再和S做“与”，将S输出重新置0，进行下一轮的计时；此处的功能为让S能且仅能在每一个周期置1的时间为5秒，

④对K1进行输出选择处理：当S置1时，K1正常输出；当S置0时，K1闭锁，输出上一周期的数值；

⑤对K1进行滤波处理，限幅后得到最终的煤质校正系数K。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

实施例：

一、煤质校正算例：

以哈尔滨锅炉厂生产的HG-2060/17.5-YM9型(一次中间再热、控制循环锅筒炉，采用平衡通风、直流式燃烧器四角切圆烧方式，正压直吹式系统，每角燃烧器为六层一次风喷口，燃烧器可上下摆动，最大摆角为±30°)锅炉为例。

设定标煤燃烧状态下，在4％含氧量下，当前总给煤量为280t/h，总风量为2520t/h，其风煤比为9。煤质改变后，假设煤质变差，那么在在保证机组负荷的前提下，给煤量必然会增加，但是风量的变化会很小(理论上应该不变)，假设总煤量变为340t/h，总风量仍为2520t/h，那么此时得到新的风煤比7.4，用这个值除以标煤状态下的风煤比9得到煤质校正系数K₁＝0.82，假设当前的风量变化率小于45t/h、煤量变化率小于5t/h和氧量变化率小于0.3％这三个条件同时满足且保持5分钟，那么所得到的K₁可以进行输出，在对K₁值进行滤波和限幅(设定0.8≤K₁≤1.2)后，得到最终的煤质校正系数K＝0.82，用这一系数乘以当前的给煤量340t/h，得到278t/h，即得到当前煤种所对应的标煤的煤量。

Claims (2)

1.基于风煤比煤质校正的火电机组给煤量反馈校正方法，其特征在于它按以下步骤现：

(1)通过实际动态的火电机组标煤或接近标煤煤种的燃烧试验，得到火电机组不同发电量对应不同氧量下的风量和煤量的比值，简称风煤比，以此作为基准风煤比；

(2)通过分散控制系统的逻辑组态，实现定时检测和结果输出K；

(3)用K乘以一次元件检测到的总煤量得到机组当前煤种对应的标煤煤量。

2.根据权利要求1所述的基于风煤比煤质校正的火电机组给煤量反馈校正方法，其特征在于步骤(2)通过分散控制系统的逻辑组态，实现定时检测和结果输出K，具体步骤如下：

①通过电厂固有的传感器对风量和煤量进行实时采样，实时计算当前的风煤比，并除以(1)中的基准风煤比，得到一个过程变量，定义为K1；

②定义锅炉稳定燃烧工况状态判定参数为S，在逻辑组态中通过固有的传感器将锅炉总风量、总煤量和氧量进行微分处理得到风量变化率、煤量变化率、氧量变化率；

(a)当风量变化率小于45t/h、煤量变化率小于5t/h和氧量变化率小于0.3％这三个条件同时满足且保持5分钟，则判断锅炉处于稳定燃烧工况，并且将S置1，如三个条件在计时中任一条件不满足，则S置0，系统重新计时；

(b)当风量变化率小于45t/h、煤量变化率小于5t/h或氧量变化率小于0.3％这三个条件任一不满足时，则判定锅炉处于不稳定燃烧工况，则S置0；

③S置1后，延时5秒，做取反处理，再和S做“与”，将S输出重新置0，进行下一轮的计时；此处的功能为让S能且仅能在每一个周期置1的时间为5秒，

④对K1进行输出选择处理：当S置1时，K1正常输出；当S置0时，K1闭锁，输出上一周期的数值；

⑤对K1进行滤波处理，限幅后得到最终的煤质校正系数K。