CN107763657A - 一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统。火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化装置可自动测量锅炉炉膛温度场的温度数据，并将温度数据送至燃烧优化服务器。燃烧优化服务器读取机组运行参数及等温线温度场数据，经过计算，输出至机组DCS单元。并通过机组DCS单元调整进入锅炉炉膛的二次风量、燃尽风量和氧量，优化炉膛区域的燃烧状态，在满足机组氮氧化物排放达标的前提下，提高锅炉的经济性。火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化装置能监控炉膛火焰中心的位置，自动调整火焰中心偏斜，保证锅炉运行的安全性和经济性。

Description

一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统
技术领域
本发明属于自动控制单元优化领域，涉及一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统，实现锅炉炉膛温度场的自动测量和锅炉燃烧的自动优化控制。
背景技术
本发明为一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统。以往火电厂锅炉燃烧控制主要依据锅炉燃烧调整试验，由运行人员根据自己的运行经验进行配风、配煤。这种做法主要存在两个方面的问题：
其一，由于受试验时间及条件的限制，燃烧调整试验一般只能做有限的几个负荷及煤种工况点。因此锅炉实际运行工况一般与试验工况有较大差异，特别是受节能减排的要求、煤炭市场的影响、降低运行成本的考虑，锅炉燃烧的煤质往往变化较大，如果完全以燃烧调整试验结果为依据进行配风、配煤，不能使锅炉运行于最佳状态；
其二，火电厂运行人员的操作水平客观上存在差异，即使是同一值班员，受主观因素的影响，在不同的时间，其运行水平也可能存在差异。因此凭运行经验进行的锅炉燃烧调整操作具有一定的随意性，难以保证锅炉处于最佳的运行状态。
火电厂运行人员进行燃烧调整时，依靠经验易实现局部最优，很难实现全局最优。运行人员关注的目标主要是过热汽温、再热汽温（减温喷水）或者氮氧化物或者考虑安全性的金属壁温，习惯于关注单一指标，进行二次风挡板（或摆角）调整，很少关注一氧化碳指标和飞灰含碳量指标；当同时对于多目标进行手动调整时，同时还要关注负荷变化和煤质波动，往往力不从心，需要专门一个运行人员负责，耗费人力。
火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化装置可以高精度地提供炉膛辐射区域空间上的温度场分布和不平衡状态，供运行人员监视和调整炉膛燃烧的火焰分布情况。同时将炉膛温度场分布信息传送至燃烧优化单元中，燃烧优化单元根据等温线声波测温单元的温度测量信息对锅炉燃烧进行调整，可降低人工进行燃烧调整模糊性、随意性，降低运行人员的工作强度，提高火电厂自动化水平，提高火电厂安全、经济、环保运行水平。
发明内容
本发明的目的是这样实现的，一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统，其特征是：至少包括等温线声波测温单元、燃烧优化单元、DCS控制单元和执行机构单元；所述等温线声波检测单元包括声波传感器、过程控制单元和声波测温处理单元，声波传感器安装在锅炉炉膛四周，锅炉炉膛的炉膛壁每个面安装两个声波传感器，形成多个声波传播路径；声波传感器通过数据传输接口电路与程控制单元电连接，将声波传感器的信号传送至过程控制单元，过程控制单元对声波传感器的信号进行处理和计算获取温度场信息；过程控制单元与声波测温处理单元电连接，将过程控制单元的处理信息传输至声波测温处理单元，得到锅炉炉膛温度场信息。
所述声波测温处理单元分别与燃烧优化单元和DCS控制单元电连接，将温度场信号传输至燃烧优化单元和DCS控制单元。
所述燃烧优化单元用于根据设的燃烧优化目标，读取锅炉炉膛四周声波传感器温度场信息和机组相关变量数据，通过燃烧优化处理，将优化指令输送至DCS控制单元，形成燃烧优化指令。
所述燃烧优化目标包括：等温线声波测温单元温度信号、锅炉过热、再热温度、SCR出口一氧化碳和SCR出口氮氧化物。
所述燃烧优化单元读取的机组相关变量数据包括：机组负荷、氧量、各台磨煤机的组合投运状态、每台磨煤机的燃料量、各台磨煤机的出口温度；SCR入口NOx含量；一次风风量、二次风风量、各二次风门的流量、各二次风门挡板开度、各燃尽风挡板开度、各燃尽风门挡板摆角、燃烧器摆角，各级过减水流量、再减水流量、总风量、总燃料量信号。
所述燃烧优化单元在服务器端，DCS控制单元在客户端。
所述DCS控制单元包括输入输出单元、存储单元、计算单元和人机接口单元，输入输出单元实现和机组仪表及燃烧优化单元及等温线声波测温单元信息交换，存储单元具备存储数据、信息和控制程序功能，计算单元为实现对设定好的控制程序进行计算，得出运算结果，人机接口单元作为用户和DCS控制单元信息交互的接口，用户可在人机接口单元监视等温线声波测温单元温度数据、燃烧优化单元运行状态和优化目标值。
所述执行机构单元包括锅炉二次风执行机构、摆动燃烧器执行机构、燃尽风执行机构、燃尽风摆角执行机构和送风机动叶执行机构，锅炉二次风执行机构、摆动燃烧器执行机构、燃尽风执行机构、燃尽风摆角执行机构和送风机动叶执行机构与锅炉相连通，锅炉二次风执行机构、摆动燃烧器执行机构、燃尽风执行机构、燃尽风摆角执行机构和送风机动叶执行机构接收DCS控制单元的指令，实时调整二次风、摆动燃烧器、燃尽风、燃尽风摆角和送风机动叶的开度。
所述等温线测温单元用于获炉膛出口烟气温度场分布以及锅炉过热、再热温度、SCR出口一氧化碳和SCR出口氮氧化物排放量机组信息，通过执行机构控制炉膛出口烟气温度场平均值和炉膛火焰中心位置，通过控制锅炉二次风执行机构、摆动燃烧器执行机构、燃尽风执行机构、燃尽风摆角执行机构和送风机动叶执行机构的开度，控制沿炉膛高度方向的风量分布，改变烟气沿高度方向几何中心的位置，使火焰高度方向调整控制，控制锅炉炉膛出口温度高低，调整锅炉的排烟温度和氮氧化物排放。
本发明的优点是:
通过自动调整锅炉出口温度，避免锅炉出口温度过高导致过热器结焦和管壁超温，可防止锅炉启动时出口温度升高太快和烧坏处于无蒸汽流过的再热器管。
本发明能自动矫正燃烧不均衡，及时发现和矫正锅炉两侧烟温、汽温的偏差。防止烟气偏向一侧导致该侧水冷壁磨损、结焦。防止燃烧偏斜导致汽包水位两侧严重偏差，发生重大事故。防止锅炉局部过热而结焦，提高锅炉燃烧效率。
本发明能自动优化锅炉风煤比，将过量空气系数降低至合理范围内，均衡各侧（角）燃烧器的风量分配，控制火焰中心高度，使煤粉在炉膛内充分燃尽，又确保合理热量分配，为优化燃烧控制单元提供更直接判据，使优化单元更具可操作性。降低污染物排放，防止出现局部火焰过热，降低NOX和CO生成。能够降低烟气中NOX含量，降低脱硝装置运行费用。
附图说明
图1是本发明的单元结构示意图。
在图1中，1、锅炉炉膛；2、声波传感器；3、过程控制单元；4、等温线声波测温单元；5、燃烧优化单元；6、数据传输接口电路；7、DCS控制单元；7.1、DCS控制单元输入输出单元；7.2、DCS控制单元存储单元；7.3、DCS控制单元计算单元；7.4、DCS控制单元人机接口单元；8、锅炉二次风执行机构；9、摆动燃烧器执行机构；10、燃尽风执行机构；11、燃尽风摆角执行机构；12、送风机动叶执行机构。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应视为对本发明公开技术内容的限制。
如图1所示，一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统，至少包括等温线声波测温单元4、燃烧优化单元5、DCS控制单元7和执行机构单元；
所述等温线声波检测单元包括声波传感器2、过程控制单元3和声波测温处理单元4，声波传感器2安装在锅炉炉膛1四周，(锅炉炉膛1的炉膛壁每个面安装两个声波传感器，形成多个声波传播路径)。声波传感器2通过数据传输接口电路6与程控制单元3电连接，将声波传感器2的信号传送至过程控制单元3，过程控制单元3对声波传感器2的信号进行处理和计算获取温度场信息。
过程控制单元3与声波测温处理单元4电连接，将过程控制单元3的处理信息传输至声波测温处理单元4，为用户提供实时精确的炉膛温度场信息。
声波测温处理单元4分别与燃烧优化单元5和DCS控制单元7电连接，将温度场信号传输至燃烧优化单元5和DCS控制单元7。
所述燃烧优化单元5用于根据设的燃烧优化目标，读取锅炉炉膛1四周声波传感器2温度场信息和机组相关变量数据，通过燃烧优化处理，将优化指令输送至DCS控制单元7，形成燃烧优化指令。
燃烧优化目标包括：等温线声波测温单元温度信号（摄氏度）、锅炉过热、再热温度（摄氏度）、SCR出口一氧化碳（mg/m3）和SCR出口氮氧化物（mg/m3）。
燃烧优化单元读取的机组相关变量数据包括：机组负荷（MW）、氧量（%）、各台磨煤机的组合投运状态、每台磨煤机的燃料量（T/H）、各台磨煤机的出口温度（摄氏度）；SCR入口NOx含量（mg/m3）；一次风风量（T/H）、二次风风量（T/H）、各二次风门的流量（T/H）、各二次风门挡板开度（%）、各燃尽风挡板开度（%）、各燃尽风门挡板摆角（%）、燃烧器摆角（%），各级过减水流量（T/H）、再减水流量（T/H），总风量（T/H）、总燃料量（T/H）信号。
燃烧优化单元5中的数据传输接口电路6是实现燃烧优化单元5与DCS控制单元7信息交换的接口。数据传输接口电路6采用通讯协议方式。
燃烧优化单元5在服务器端，DCS控制单元7在客户端。
所述DCS控制单元7为电厂使用的以实现电厂各个生产流程自动控制的设备。DCS控制单元包括输入输出单元、存储单元、计算单元和人机接口单元。输入输出单元实现和机组仪表及燃烧优化单元及等温线声波测温单元信息交换。存储单元具备存储数据、信息和控制程序功能。计算单元为实现对设定好的控制程序进行计算，得出运算结果。人机接口单元作为用户和DCS控制单元信息交互的接口，用户可在人机接口单元监视等温线声波测温单元温度数据、燃烧优化单元运行状态和优化目标值。
所述执行机构单元包括锅炉二次风执行机构8、摆动燃烧器执行机构9、燃尽风执行机构10、燃尽风摆角执行机构11和送风机动叶执行机构12，锅炉二次风执行机构8、摆动燃烧器执行机构9、燃尽风执行机构10、燃尽风摆角执行机构11和送风机动叶执行机构12与锅炉相连通。锅炉二次风执行机构8、摆动燃烧器执行机构9、燃尽风执行机构10、燃尽风摆角执行机构11和送风机动叶执行机构12接收DCS控制单元7的指令，实时调整二次风、摆动燃烧器、燃尽风、燃尽风摆角和送风机动叶的开度。
所述等温线测温单元用于获炉膛出口烟气温度场分布以及锅炉过热、再热温度、SCR出口一氧化碳和SCR出口氮氧化物排放量机组信息，通过执行机构控制炉膛出口烟气温度场平均值和炉膛火焰中心位置，通过控制锅炉二次风执行机构8、摆动燃烧器执行机构9、燃尽风执行机构10、燃尽风摆角执行机构11和送风机动叶执行机构12的开度，控制沿炉膛高度方向的风量分布，改变烟气沿高度方向几何中心的位置，使火焰高度方向调整控制，控制锅炉炉膛出口温度高低，调整锅炉的排烟温度和氮氧化物排放。
通过自动调整锅炉出口温度，避免锅炉出口温度过高导致过热器结焦和管壁超温，可防止锅炉启动时出口温度升高太快和烧坏处于无蒸汽流过的再热器管。
本发明能自动矫正燃烧不均衡，及时发现和矫正锅炉两侧烟温、汽温的偏差。防止烟气偏向一侧导致该侧水冷壁磨损、结焦。防止燃烧偏斜导致汽包水位两侧严重偏差，发生重大事故。防止锅炉局部过热而结焦，提高锅炉燃烧效率。
本发明能自动优化锅炉风煤比，将过量空气系数降低至合理范围内，均衡各侧（角）燃烧器的风量分配，控制火焰中心高度，使煤粉在炉膛内充分燃尽，又确保合理热量分配，为优化燃烧控制单元提供更直接判据，使优化单元更具可操作性。降低污染物排放，防止出现局部火焰过热，降低NOX和CO生成。能够降低烟气中NOX含量，降低脱硝装置运行费用。
本实施例没有详细叙述的单元和结构均属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (9)

1.一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统，其特征是：至少包括等温线声波测温单元、燃烧优化单元、DCS控制单元和执行机构单元；所述等温线声波检测单元包括声波传感器、过程控制单元和声波测温处理单元，声波传感器安装在锅炉炉膛四周，锅炉炉膛的炉膛壁每个面安装两个声波传感器，形成多个声波传播路径；声波传感器通过数据传输接口电路与程控制单元电连接，将声波传感器的信号传送至过程控制单元，过程控制单元对声波传感器的信号进行处理和计算获取温度场信息；过程控制单元与声波测温处理单元电连接，将过程控制单元的处理信息传输至声波测温处理单元，得到锅炉炉膛温度场信息。
2.根据权利要求1所述的一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统，其特征是：所述声波测温处理单元分别与燃烧优化单元和DCS控制单元电连接，将温度场信号传输至燃烧优化单元和DCS控制单元。
3.根据权利要求1所述的一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统，其特征是：所述燃烧优化单元用于根据设的燃烧优化目标，读取锅炉炉膛四周声波传感器温度场信息和机组相关变量数据，通过燃烧优化处理，将优化指令输送至DCS控制单元，形成燃烧优化指令。
4.根据权利要求3所述的一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统，其特征是：所述燃烧优化目标包括：等温线声波测温单元温度信号、锅炉过热、再热温度、SCR出口一氧化碳和SCR出口氮氧化物。
5.根据权利要求3所述的一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统，其特征是：所述燃烧优化单元读取的机组相关变量数据包括：机组负荷、氧量、各台磨煤机的组合投运状态、每台磨煤机的燃料量、各台磨煤机的出口温度；SCR入口NOx含量；一次风风量、二次风风量、各二次风门的流量、各二次风门挡板开度、各燃尽风挡板开度、各燃尽风门挡板摆角、燃烧器摆角，各级过减水流量、再减水流量、总风量、总燃料量信号。
6.根据权利要求1所述的一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统，其特征是：燃烧优化单元在服务器端，DCS控制单元在客户端。
7.根据权利要求1所述的一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统，其特征是：所述DCS控制单元包括输入输出单元、存储单元、计算单元和人机接口单元，输入输出单元实现和机组仪表及燃烧优化单元及等温线声波测温单元信息交换，存储单元具备存储数据、信息和控制程序功能，计算单元为实现对设定好的控制程序进行计算，得出运算结果，人机接口单元作为用户和DCS控制单元信息交互的接口，用户可在人机接口单元监视等温线声波测温单元温度数据、燃烧优化单元运行状态和优化目标值。
8.根据权利要求1所述的一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统，其特征是：所述执行机构单元包括锅炉二次风执行机构、摆动燃烧器执行机构、燃尽风执行机构、燃尽风摆角执行机构和送风机动叶执行机构，锅炉二次风执行机构、摆动燃烧器执行机构、燃尽风执行机构、燃尽风摆角执行机构和送风机动叶执行机构与锅炉相连通，锅炉二次风执行机构、摆动燃烧器执行机构、燃尽风执行机构、燃尽风摆角执行机构和送风机动叶执行机构接收DCS控制单元的指令，实时调整二次风、摆动燃烧器、燃尽风、燃尽风摆角和送风机动叶的开度。
9.根据权利要求1所述的一种火电厂等温线声波测温单元的锅炉燃烧优化系统，其特征是：所述等温线测温单元用于获炉膛出口烟气温度场分布以及锅炉过热、再热温度、SCR出口一氧化碳和SCR出口氮氧化物排放量机组信息，通过执行机构控制炉膛出口烟气温度场平均值和炉膛火焰中心位置，通过控制锅炉二次风执行机构、摆动燃烧器执行机构、燃尽风执行机构、燃尽风摆角执行机构和送风机动叶执行机构的开度，控制沿炉膛高度方向的风量分布，改变烟气沿高度方向几何中心的位置，使火焰高度方向调整控制，控制锅炉炉膛出口温度高低，调整锅炉的排烟温度和氮氧化物排放。
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