CN108679640B - 考虑火电厂调峰过程中锅炉金属蓄热变化的燃料控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑火电厂调峰过程中锅炉金属蓄热变化的燃料控制方法，通过对不同工况下机组稳态运行时锅炉金属壁面温度进行测量、记录，将其换算成锅炉金属的蓄热量并作为负荷率与金属蓄热量的对照表；锅炉变工况时，利用实时蓄热量与负荷指令下对应蓄热量之差作为蓄热偏差信号，将蓄热偏差信号转换为煤量偏差信号传送给机组DCS的锅炉燃料控制器；通过变负荷过程实时煤量偏差补偿有望改善变负荷瞬态过程中锅炉蒸汽的控制品质；本发明方法将提高机组变负荷瞬态过程中锅炉生产的蒸汽质量，即可提高主蒸汽参数的控制精度，进而提高了机组变负荷过程中的运行经济性，且本发明方法实现简单，无需增加额外设备，投资低，回收周期极短。

Description

考虑火电厂调峰过程中锅炉金属蓄热变化的燃料控制方法

技术领域

本发明属于火电厂控制技术领域，具体涉及考虑火电厂调峰过程中锅炉金属蓄热变化的燃料控制方法。

背景技术

为弥补新能源发电间歇性、周期性等不足，传统火电开始承担基本负荷和调峰负荷的双重任务。火电机组燃料控制是整个DCS的核心，燃料投放速率对锅炉产生的蒸汽质量影响极大。现有的DCS逻辑中，燃料控制大多数依据锅炉燃料输入与蒸汽量输出之间的静态特性为基础，即锅炉负荷指令，附加实时主汽参数的修正而形成。较少考虑到变负荷过程中，锅炉自身蓄热变化对实时负荷产生的影响。

近几年来，间歇性的可再生能源发电逐步发展壮大，可再生能源发电的并网给整个电网的安全稳定运行带来了新的挑战。为平抑电网的负荷波动，燃煤发电机组频繁参与调峰变负荷任务。在频繁变负荷的情况下，如何准确地控制锅炉入口燃料量对整个机组安全可靠并经济高效地运行起着至关重要的作用。通常情况下，机组变负荷过程中，燃料量控制主要根据锅炉的静态特性与瞬态变负荷过程中的主汽压力偏差PID回路增量相加得到；对于锅炉自身瞬态特性与静态特性最本质的差异，即蓄热差，却较少地提及。因此，从锅炉自身瞬态特性的本源出发，为锅炉燃料量控制提供新方案，旨在从根本上提高机组变负荷过程中主要参数的控制水平显得尤为重要。

发明内容

本发明正是为频繁变负荷的火电机组提供锅炉燃料量的精准控制策略，从锅炉瞬态特性与静态特性的本质差异中出发，旨在寻觅出从根本上提高锅炉出口蒸汽的参数品质的控制方法，本发明的目的在于提供一种考虑火电厂调峰过程中锅炉金属蓄热变化的燃料控制方法，充分保证变负荷过程中锅炉的实际输出蒸汽质量控制达标，在变负荷过程中保证主汽温度、压力与设定值之间的偏差更小，即锅炉参数控制更加精准。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

考虑火电厂变负荷过程中锅炉金属蓄热变化的燃料控制方法，利用变负荷瞬态过程中锅炉各个受热面的蓄热与稳态工况对应值之差作为补偿参数，对锅炉燃料输入进行补偿；具体步骤如下：

(一)锅炉受热面总蓄热量计算

锅炉在不同运行工况下，其受热面金属壁温存在差异，以编号i的锅炉省煤器为例，在机组负荷为Pe时其金属平均壁温分别为T_i，其金属蓄热量为:

Q_i＝M_i·c_M·(T_i-T₀)

式中：Q_i为机组在负荷为Pe时，省煤器受热面的蓄热量，kJ；T₀是环境温度，℃；M_i是省煤器金属的质量，kg；c_M是省煤器金属比热容，kJ/(kg·℃)；

整个锅炉受热面蓄热量为:

式中：Q_t为机组在负荷为Pe时，整个锅炉受热面的蓄热量，kJ；n为锅炉设备总编号；角标t为total缩写，代表总和；

(二)锅炉入口燃料量修正计算

在稳定变工况下，锅炉受热面总蓄热值Q_t与负荷Pe一一对应，在变负荷瞬态过程中，由于机组热惯性的存在，锅炉受热面的实时蓄热值Q_t,r-t与负荷指令下对应的稳态蓄热值Q_t,l-c存在差异，对Q_t,r-t和Q_t,l-c分别求变化率，即和将实时金属受热面的蓄热率的差值转换为给煤速率差作为调峰瞬态中给煤速率修正值传递给燃料控制系统,得到修正后的锅炉给煤速率

式中：为修正后的锅炉给煤速率，kg/s；为负荷指令下对应的锅炉给煤速率，kg/s；为调峰瞬态中给煤速率修正值，kg/s；LHV为锅炉入炉煤的低位发热量，kJ/kg，整个锅炉受热面的蓄热量变化率，kJ/s；角标l-c为load command的缩写,代表稳态对应负荷下的数值；角标r-t为real time的缩写，代表瞬态实时数值。

和现有技术相比较，本发明具有如下优点：

1.由于考虑到了机组瞬态和稳态在热力学上最本质的区别：机组调峰过程中机组实时蓄热与对应负荷指令下的蓄热存在差异，并将此差值通过公式转换应用于调峰过程锅炉燃料控制。本发明将提高机组变负荷瞬态过程中锅炉生产的蒸汽质量，即可提高主蒸汽参数的控制精度，进而提高了机组变负荷过程中的运行经济性。

2.本发明实现简单，无需增加额外设备，投资低，回收周期极短。

附图说明

图1是为负荷指令对应稳态和机组变负荷实时蓄热变化曲线图。

图2是为本发明控制方法的控制逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明一种考虑火电厂调峰过程中锅炉金属蓄热变化的燃料控制方法，具体步骤如下：

(1)锅炉受热面总蓄热量计算

火电厂锅炉系统的各个受热面都安装了温度测点(T_i)，不同工况下各个受热面温度不同。通过金属受热面的温度、比热容和金属质量可计算出每个受热面的蓄热量。其中温度由热电偶可直接测得，比热容和金属质量一般在锅炉厂家提供的“锅炉说明书”中会详细给出。

则每个受热面的蓄热计算如下：

Q_i＝M_i·c_M·(T_i-T₀)

式中：Q_i为机组在负荷为Pe时，设备受热面的蓄热量，kJ；T₀是环境温度，℃；M_i是省煤器金属的质量，kg；c_M是金属比热容，kJ/(kg·℃)。

整个锅炉受热面蓄热量为:

式中：Q_t为机组在负荷为Pe时，整个锅炉受热面的蓄热量，kJ；n为锅炉设备总编号；角标t为total缩写，代表总和。

(2)制定锅炉蓄热与机组负荷之间的对应关系表

改变机组运行工况，得到不同工况下整个锅炉受热面的蓄热量，通过分段线性插值得到机组负荷Pe与整个锅炉受热面的蓄热量Q_t之间的对应关系，做成数表Tab A，并接入电厂DCS系统。

(3)锅炉入口燃料量修正计算

①信号采集与处理1

在某个运行工况下，通过读取锅炉壁面各个部位的温度值，按照整个锅炉受热面的蓄热量Q_t计算公式，可得到实时蓄热值Q_t,r-t；通过实时负荷指令，利用数表Tab A，可查得对应的稳态蓄热值Q_t,l-c。如图1中所示，变负荷瞬态过程中，Q_t,l-c(方块)和Q_t,r-t(圆点)存在差异，对Q_t,l-c和Q_t,r-t进行差分处理。

②信号采集与处理2

图2中的f₁函数为差分函数，f₂为蓄热率与给煤速率直接的转换函数，对上一步采集得到的信号Q_t,l-c和Q_t,r-t进行差分处理，经过f₁处理，得到其随时间的变化率和

③获取燃料信号，处理得到修正值

从机组DCS获取负荷指令下对应的锅炉给煤速率

将和输入至f₂得到修正给煤速率差

式中：LHV为锅炉入炉煤的低位发热量，kJ/kg。

Claims (1)

1.一种考虑火电厂调峰过程中锅炉金属蓄热变化的燃料控制方法，其特征在于：利用变负荷瞬态过程中锅炉各个受热面的蓄热变化率与稳态工况对应值变化率之差作为补偿参数，对锅炉燃料输入进行补偿；具体步骤如下：

(一)锅炉受热面总蓄热量计算

锅炉在不同运行工况下，其受热面金属壁温存在差异，以编号i的锅炉省煤器为例，在机组负荷为Pe时其金属平均壁温分别为T_i，其金属蓄热量为:

Q_i＝M_i·c_M·(T_i-T₀)

式中：Q_i为机组在负荷为Pe时，省煤器受热面的蓄热量，kJ；T₀是环境温度，℃；M_i是省煤器金属的质量，kg；c_M是省煤器金属比热容，kJ/(kg·℃)；

整个锅炉受热面蓄热量为:

式中：Q_t为机组在负荷为Pe时，整个锅炉受热面的蓄热量，kJ；n为锅炉设备总编号；角标t为total缩写，代表总和；

(二)制定锅炉蓄热与机组负荷之间的对应关系表

改变机组运行工况，得到不同稳态工况下整个锅炉受热面的总蓄热量，建立机组负荷Pe与整个锅炉受热面的总蓄热量Q_t之间的一一对应关系，做成数表Tab A，并将数表输入电厂DCS；

(三)锅炉入口燃料量修正计算

在稳定变工况下，锅炉受热面总蓄热值Q_t与负荷Pe一一对应，其对应的稳态蓄热值Q_t,l-c可通过Tab A获取；在变负荷瞬态过程中，由于机组热惯性的存在，锅炉受热面的实时蓄热值Q_t,r-t与负荷指令下对应的稳态蓄热值Q_t,l-c存在差异，对Q_t,r-t和Q_t,l-c分别求变化率，即和将实时金属受热面的蓄热率的差值转换为给煤速率差作为调峰瞬态中给煤速率修正值传递给燃料控制系统,从机组DCS获取负荷指令下对应的锅炉给煤速率指令将与相加得到修正后的锅炉给煤速率

式中：为修正后的锅炉给煤速率，kg/s；为负荷指令下对应的锅炉给煤速率，kg/s；为调峰瞬态中给煤速率修正值，kg/s；LHV为锅炉入炉煤的低位发热量，kJ/kg，整个锅炉受热面的蓄热量变化率，kJ/s；角标l-c为load command的缩写,代表稳态对应负荷下的数值；角标r-t为real time的缩写，代表瞬态实时数值。