CN109634114A - 一种冶金燃气锅炉蒸汽管网与煤气管网协调控制方法 - Google Patents

一种冶金燃气锅炉蒸汽管网与煤气管网协调控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及冶金燃气锅炉控制技术领域，公开一种冶金燃气锅炉蒸汽管网与煤气管网协调控制方法，包括以下步骤，（1）实时采集煤气管网压力和蒸汽管网压力，在煤气管网压力在安全裕度内，调用负荷调节裕度计算模块，根据蒸汽管网的负荷需求和实时负荷状态，以及管网上的燃气锅炉的数量及其规格型号，计算每台燃气锅炉需分配的负荷量；（2）基于（1）分配的负荷数量，结合当前燃气锅炉的负荷承载和运行情况，通过燃气锅炉调控模块计算，最终确定各台燃气锅炉的负荷调节量；（3）在煤气管网压力处于安全裕度外，无论蒸汽管网负荷如何变化，管网上的燃气锅炉都按照（1）和（2）步骤来降低各台燃气锅炉的负荷。（4）根据各台燃气锅炉的负荷变化，调节能源用量，实现煤气管网和蒸汽管网的协调平衡。

Description

一种冶金燃气锅炉蒸汽管网与煤气管网协调控制方法
技术领域
本发明涉及冶金燃气锅炉控制领域，尤其涉及一种冶金燃气锅炉蒸汽管网与煤气管网协调控制方法。
背景技术
随着冶金企业生产能力的不断提高，高炉和焦炉的生产煤气量也不断增大。为减少燃气排放对空气的污染，冶金企业提出了新建燃气锅炉来进行发电的计划。为防止环境污染，燃气锅炉的使用成为一大发展趋势，在冶金工业中，燃气锅炉是能源转换的关键设备，消耗高炉产生的煤气，生成发电所需的蒸汽能源。
蒸汽的品质（如压力、温度、过热度）是发电机组的关键参数，为保证发电机组的安全运行，必须保证蒸汽压力维持在一个合理的范围内。母管制蒸汽管网压力由管网内所有的燃气锅炉的蒸汽量的共同影响，所以管网内单台锅炉的负荷分配量尤为重要。
目前冶金行业煤气管网压力波动较大，燃气锅炉大多数在手动运行，煤气管网压力太低，手动操作不及时等因素，直接影响锅炉的安全运行；煤气管网压力大，煤气量充足，锅炉的蒸汽负荷调节不及时，造成煤气放散，能源浪费将影响能源的有效利用，直接影响钢厂的整体经济运行；煤气管网压力波动大，手动操作不能满足蒸汽压力的稳定，直接影响发电效率及煤气管网的稳定等。国内钢铁企业，蒸汽管网与煤气管网分属两个不同系统，每台燃气锅炉的负荷分配由调度中转，调度员的能力水平不同，造成蒸汽管网的负荷要求分配过于随机，且通过电话的方式进行分配，影响了锅炉调控的时效性；每台燃气锅炉的操作人员水平的参差不齐，加剧了煤气管网的压力波动，不但造成能源的浪费，影响动力厂的整体发电量而且更甚一步影响生产安全。虽然燃气锅炉控制方面正在积极发展，但在燃气锅炉的蒸汽管网和煤气管网的协调控制方面还尚在盲区。
综上所述，为了降低操作人员的劳动强度，提高系统运行的稳定性和安全性，避免不必要的能源浪费，在冶金燃气锅炉领域，急需寻求一种蒸汽管网和煤气管网协调优化控制方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种冶金燃气锅炉蒸汽管网与煤气管网协调控制方法，可实现蒸汽管网对各燃气锅炉负荷的合理分配，保障煤气管网的正常运行。
本发明解决其技术问题采用以下技术方案：
一种冶金燃气锅炉蒸汽管网与煤气管网协调控制方法，包括如下步骤：（1）通过数据采集模块，实时获取冶金燃气锅炉全厂的数据信息，包括煤气管网压力、蒸汽管网压力、各燃气锅炉的规格型号及生产规模、当前各燃气锅炉的生产负荷和煤气消耗量；（2）提出煤气管网压力裕度的概念，判断煤气管网压力是否在安全裕度内，若煤气管网在安全裕度内，调用负荷调节裕度计算模块，根据蒸汽管网的负荷需求和实时负荷状态，并结合管网上燃气锅炉的数量及其规格型号，计算每台燃气锅炉需分配的负荷量；（3）通过当前燃气锅炉的负荷承载和运行情况，经由燃气锅炉调控模块的计算，细化负荷分配数额，最终确定各台燃气锅炉的负荷分配量；（4）若煤气管网压力处于安全裕度外，无论蒸汽管网负荷如何变化，管网上的燃气锅炉都按照（2）和（3）步骤，并调用负荷调节裕度计算模块，来降低各台燃气锅炉的负荷；（5）根据各台燃气锅炉的负荷变化，调节能源用量，实现煤气管网和蒸汽管网的协调与平衡。
所述步骤（1）中所述数据采集模块，是对接数据中心，通过标准的通讯协议，经由网线实现数据采集功能，并根据蒸汽管网负荷和煤气管网压力的数据变化幅值，在超过设定的阈值后，触发数据存储功能。
所述步骤（2）中所述负荷调节裕度计算模块，是根据蒸汽管网负荷需求的调节量，综合考虑各台燃气锅炉的规格型号，确定各台燃气锅炉负荷调节裕度计算的模块，该模块涉及对符合需求调节量的核查、确认，以及对各台燃气锅炉调节权值的配置、调节阈值的设置，同时根据调节权值来计算各台燃气锅炉的负荷分配量。
所述步骤（2）中所述煤气管网压力的安全裕度，是由冶金燃气锅炉全厂设定的裕度，在超过该范围后，煤气管网的能源供给能力快速衰减，影响燃气锅炉的正常生产和安全运行，只有在安全裕度内，燃气锅炉才能根据负荷调整来生产。
所述步骤（3）中所述燃气锅炉调控模块，是结合燃气锅炉单炉的生产规模、运行状况，在步骤（2）中计算的安全裕度范围内，计算单炉调节权重，与（2）计算所得负荷分配量进行整合，获得各台燃气锅炉的负荷调整量。
所述步骤（4）中所述煤气管网压力在安全裕度外，为保证燃气锅炉的正常生产和安全运行，根据危险系数，直接下调蒸汽管网的负荷需求量。并按照步骤（2）和（3）计算各台燃气锅炉的负荷调整量。
本发明冶金燃气锅炉蒸汽管网与煤气管网协调控制方法，采用上述技术方案，具有如下优点：（1）数据采集模块保证了数据来源的可靠性及实时性，而实时性，使得该技术方案循环多次的对负荷进行配置调整，以实现最优配置；同时，有选择的进行数据存储，有利于后期的数据分析和模型修正；（2）煤气管网压力的安全裕度，保证了冶金燃气锅炉全厂的稳定、安全运行，既有利于保证持续稳定的发电，又有利于充分利用煤气能源，减少能源浪费；（3）负荷调节裕度计算模块，从设备数量和能力上进行负荷合理分配；（4）燃气锅炉调控模块，根据锅炉实际运行状况，结合煤气管网的安全裕度和负荷调节裕度计算模块的计算结果，对各台燃气锅炉的负荷调整进行科学的配置。大大降低了操作人员的劳动强度，提高了总厂系统运行的精度和稳定性。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是根据相关现场的蒸汽管网与煤气管网的系统示意图。
图2是本发明的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图2所示，本发明中的协调控制方法在某冶金燃气锅炉总厂蒸汽管网和煤气管网调度中心上的实施例，整体包括数据采集模块、煤气管网安全裕度判定、负荷调节裕度计算模块、燃气锅炉调控模块、以及各燃气锅炉的煤气母管调节阀。
数据采集模块，通过标准的通讯协议，经过有效的物理连接，获取现场的实时数据，主要包括煤气管网压力、蒸汽管网压力、管网内运行的燃气锅炉台数、以及各燃气锅炉的生产规模、煤气母管调节阀的开度和调节限值、送风挡板开度和调节限值、引风机工作频率和调节限值；并获取现场的设定数据，煤气管网的安全裕度。
根据煤气管网的安全裕度设定，对实时煤气管网压力进行计算，判断当前煤气管网是否在安全裕度内。涉及相关函数F1安全裕度的判定模型。
其中，Sk为安全裕度判定，Pd为煤气管网压力上限，Pu为煤气管网压力下限，k为判定系数（初始值为0.8），P为煤气管网实时压力。
上述计算的安全裕度判定Sk值小于0，则表示安全裕度外。
根据煤气管网的安全裕度判定，调用负荷调节裕度计算模块，计算各台燃气锅炉的负荷分配量和负荷调节阈值。涉及相关函数F2负荷调节裕度计算模型。
其中，Dload为各台燃气锅炉的负荷分配量，为各台燃气锅炉的调节阈值，这两项均为一个一维的数组，Lm为安全裕度外蒸汽管网负荷下降量，Ln为安全裕度内蒸汽管网负荷提高量，N为管网内燃气锅炉的台数，为每台燃气锅炉的负荷分配权值，其中为燃气锅炉的生产规模，为燃气锅炉的规格型号，为燃气锅炉的耗能类型，y为当前燃气锅炉的负荷量。
根据上述公式，详说两种极限情况：1）若，则说明燃气锅炉已经满负荷运行，即使，也不再给它增加负荷分配，=0，=0。2）若，煤气管网在安全裕度外，即使燃气锅炉负荷甚至=0，计算的，表示负荷量的降低。
各台燃气锅炉调控模型，根据当前燃气锅炉的运行状态，并结合负荷调节裕度计算模型所得的负荷调节阈值和负荷分配量，确定最终的蒸汽管网负荷调整量。涉及相关函数燃气锅炉调控模型。
其中，为单台燃气锅炉负荷调整量，为负荷调节裕度计算模块所得，分别表示单台燃气锅炉的负荷分配量和调节阈值，函数是根据燃气锅炉运行状态来计算调节权值的，其中，，分别为煤气母管调节阀开度，送风挡板调节阀开度和引风机工作频率，，，分别为煤气母管调节阀开度上限，送风挡板开度上限和引风机最大工作频率/煤气母管调节阀开度的下限、送风挡板开度下限和引风机最小工作频率。
在上述函数F3中，函数运行结果体现燃气锅炉的工作能力，是个0~2范围的数值，与进行比较，得到满足燃气锅炉生产规模和当前运行状态的调节系数，与进行乘积运算，最终计算结果作为单台燃气锅炉的负荷调节量。
上述函数F3中函数，有关L变量的意义，是根据煤气管网安全裕度判定结果来自动选定的，时候，表示下限；时候，表示上限。
各台燃气锅炉根据负荷的调整量，经过燃气锅炉的控制操作，调整煤气母管调节阀的开度，以确保燃气锅炉正常生产；由于各台燃气锅炉煤气母管调节阀开度的变化，直接影响煤气管网压力变动，实现了煤气管网和蒸汽管网的协调平衡。
由以上步骤，实现整个冶金燃气锅炉全厂能源供给中心和负荷中心的实时协调控制。

Claims (5)

1.一种冶金燃气锅炉蒸汽管网与煤气管网协调控制方法，其特征在于包括如下步骤：（1）通过数据采集模块，实时获取冶金燃气锅炉总厂的数据信息，包括煤气管网压力、蒸汽管网压力、各燃气锅炉的规格型号及生产规模、当前各燃气锅炉的生产节奏和煤气总消耗量及负荷量；（2）根据实时煤气管网压力，判断煤气管网压力是否在安全裕度内，若煤气管网压力在安全裕度内，调用负荷调节裕度计算模块，根据蒸汽管网的负荷需求和实时负荷状态，并结合管网上燃气锅炉的数量及其规格型号，计算每台燃气锅炉需分配的负荷量；（3）通过当前燃气锅炉的负荷承载和运行情况，经由燃气锅炉调控模块的计算，细化负荷分配数额，最终确定各台燃气锅炉的负荷分配量；（4）若煤气管网压力处于安全裕度外，无论蒸汽管网负荷如何变化，管网上的燃气锅炉都按照（2）和（3）步骤，并调用负荷调节裕度计算模块，来降低各台燃气锅炉的负荷；根据各台燃气锅炉的负荷变化，调节能源用量，实现煤气管网和蒸汽管网的协调平衡。
2.根据权利要求1所述的一种冶金燃气锅炉蒸汽管网与煤气管网协调控制方法，其特征在于所述步骤（2）中所述煤气管网安全裕度的判定，依据煤气管网实时压力、煤气管网的安全裕度，来计算煤气管网是否在安全裕度范围内。
3.根据权利要求1所述的一种冶金燃气锅炉蒸汽管网与煤气管网协调控制方法，其特征在于所述步骤（2）中所述负荷调节裕度计算模块，综合考虑管网内燃气锅炉的数量、各台燃气锅炉的生产规模、型号、耗能类型，根据煤气管网安全裕度的判定结果，计算出各台燃气锅炉的负荷分配量、调节阈值。
4.根据权利要求1所述的一种冶金燃气锅炉蒸汽管网与煤气管网协调控制方法，其特征在于所述步骤（3）中所述燃气锅炉调控模块，结合燃气锅炉的运行状况，包括当前的煤气母管调节阀开度、送风挡板调节阀开度、引风机工作频率，以及对应的开度和频率的上限或者下限，与步骤（2）中负荷调节裕度计算模块的结果，经过函数运算，获得每台燃气锅炉的负荷调节量。
5.根据权利要求1所述的一种冶金燃气锅炉蒸汽管网与煤气管网协调控制方法，其特征在于所述步骤（4）中所述煤气管网安全裕度外，使得蒸汽管网负荷无论是否有提高的需求，都要自动降低蒸汽管网的负荷，通过调用负荷调节裕度计算模块和燃气锅炉调控模块，计算每台燃气锅炉的负荷下调量。
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