CN110186027A - 一种燃气锅炉出力评价系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气锅炉出力评价系统及方法，属于燃气锅炉燃烧优化控制技术领域，针对现有技术中存在的当锅炉负荷变化、煤气柜的柜位能力特性随使用时间变化时，参数指定不方便，可操作性和使用性差的问题，本发明提供了一种燃气锅炉出力评价系统及方法，计算锅炉燃烧不同煤气出力评价系数，根据煤气柜的柜位的情况结合不同煤气的出力评价系数选择合适的出力系数，及时调整煤气流量，根据负荷实时控制锅炉燃烧阶段的所需的燃料量，该系统以锅炉煤气流量作为优化目标值，采用控制算法及时调整煤气，使得燃料利用充分，间接性提高锅炉效率，具有能消除煤气总管压力波动的影响、减少操作人员劳动强度且运行安全性高的优点。

Description

一种燃气锅炉出力评价系统及方法

技术领域

本发明涉及燃气过滤燃烧优化控制技术领域，更具体地说，涉及一种燃气锅炉出力评价系统及方法。

背景技术

电厂中燃气锅炉燃烧控制这一领域，通常都是由操作人员手动控制，自动化程度不高，各回路的阀门调整因人而异。多数的燃气锅炉都是由高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气这三种煤气混合掺燃，进入炉膛内的高转焦三种煤气流量的多少都是由能源调度中心根据三种不同煤气柜的柜位高低情况电话通知调整，增加或者减少阀门开度，以达到控制煤气流量的目的。原有的系统是将锅炉各回路控制单元都是基于人手控制，缺点是操作人员劳动强度大、煤气流量调整不及时。因此，如何提高燃气锅炉燃烧控制中煤气流量控制单元的自动化控制是当前领域技术人员首先需要解决的技术课题。

现有锅炉的优化控制技术有多种。北京和隆优化科技股份有限公司的中国专利申请，申请号CN201511012748.4，公开日2016年6月1日，公开了一种冶金燃气锅炉燃烧优化控制系统，该系统实现了燃气锅炉自动控制，各项技术指标满足燃气锅炉的运行指标，通过优化空燃比，使得煤气既可以充分燃烧，又不至于风量过大，增大排烟损失，实现锅炉的节能降耗；解决了汽包水位、炉膛压力和煤气压力的平稳性问题，虚假液位的问题，空气量和煤气量难以自动控制的问题，主汽温度精确控制的问题，实现了提前预判，提前动作，空燃比自寻优，燃烧更加稳定，达到了节能减排的目的。

沈阳化工大学的中国专利申请，申请号CN201610886292.2，公开日2017年1月25日，公开了一种燃气锅炉燃烧的改进模糊PID控制方法，该方法首先根据燃气锅炉燃烧的控制原理，建立燃气锅炉燃烧模型；其次进行改进模糊PID控制算法研究；最后在燃气锅炉燃烧的仿真研究中，通过在加入阶跃信号以及干扰情况下与传统PID算法进行比较，改进模糊PID控制算法要优于传统PID算法。该方法采用改进的模糊PID控制算法，更好地控制锅炉燃烧，是系统在调节时间、稳定性和抑制超调量方面优于一般的控制方法。

现有主流技术主要包括基于燃气锅炉模型的优化与自动控制。基于燃气锅炉模型的优化自动控制技术其主要特征是依据负荷需求，在主汽压力为设定值时，提前预测主汽压力的变化趋势，并对煤气压力、煤气量进行调整，并没有考虑煤气柜柜位情况，导致操作人员频繁观察煤气柜柜位情况决定是否调整正在输送的煤气流量。如果转炉煤气柜柜位下降接近底部，高炉煤气柜柜位接近顶部，操作人员没有及时的发现进行调整，锅炉负荷会因煤气供应缺少而降低，接近顶部的煤气柜也自动的打开放散塔进行燃烧，造成能源不必要浪费。现有的技术仍旧存在一定的局限性和缺陷。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的当锅炉负荷变化、煤气柜柜位能力特性随使用时间变化时，参数整定起来很不方便，可操作性和使用性差的问题，本发明提供了一种燃气锅炉出力评价系统及方法，它可以实现自动优化控制并调整当前锅炉所需的高转焦煤气流量，解决由于自动化程度不高导致工艺参数难控制、操作员劳动强度大和能源浪费等缺点。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种燃气锅炉出力评价系统，包括煤气出力评价系数控制器，根据煤气流量信号计算煤气的出力评价系数；煤气出力系数选择器，根据煤气柜柜位计算煤气柜柜位上升/下降时间，与出力评价系数结合选择合适的出力系数；煤气出力评价系数控制器与煤气出力系数选择器连接，煤气出力评价系数控制器与煤气出力系数选择器二者结合选择合适的系数作为系统出力系数。

更进一步的，系统还包括煤气流量调节器，煤气流量调节器与煤气出力系数选择器连接，煤气流量调节器根据煤气出力选择器选择出力系数调节煤气流量，控制煤气流量设定值。

更进一步的，系统还包括煤气调节阀，煤气调节阀与煤气流量调节器连接，煤气调节阀根据煤气流量调节器选择的系数控制阀门，达到增减煤气流量的目的，调节设定过程中由相关参数测量仪表监控。

更进一步的，煤气锅炉包括给高炉、转炉和焦炉，三种煤气锅炉的出力评价系统内容相同。

在燃气锅炉燃烧过程中，当负荷改变需要升降时，如果没有选择升降负荷时，不同煤气的出力评价系数选择器会根据不同煤气柜柜位情况来决定相应的出力系数。如果柜位正常，不改变其自身计算出来的原本出力评价系数。高炉煤气出力系数选择器与煤气出力评价系数控制器二者结合选择合适的系数作为高炉煤气流量调节器的系数，实时控制高炉煤气流量设定值。转炉煤气出力系数选择器与煤气出力评价系数控制器二者结合选择合适的系数作为转炉煤气流量调节器的系数，实时控制转炉煤气流量设定值。焦炉煤气出力系数选择器与煤气出力评价系数控制器二者结合选择合适的系数作为焦炉煤气流量调节器的系数，实时控制焦炉煤气流量设定值。

一种燃气锅炉出力评价方法，煤气出力评价系数控制器根据煤气流量信号，计算煤气的出力评价系数，用锅炉煤气使用实际流量除以锅炉煤气使用流量经验值计算当前煤气流量所占百分率系数，当煤气流量所占百分率系数大于1，则当前出力评价系数传递阈值1给当前煤气出力系数选择器。不同煤气的出力评价系数之间相互比较，以此构成煤气出力评价系数控制器。

更进一步的，在煤气不充裕时，需要选择降负荷，保证供应其他使用煤气的重要用户；在煤气充裕时候，选择升负荷，系统根据不同煤气柜的柜位情况进行调整煤气流量进行升负荷；系统选择升/降负荷按钮，对比不同锅炉间升/降荷系数，升荷时煤气出力系数选择器选择当前锅炉升荷系数或出力系数调整煤气流量，降荷时煤气出力系数选择器选择当前锅炉降荷系数调整煤气流量。

更进一步的，煤气出力选择器选择升荷系数后，经过HY分钟后，HY为煤气流量调节器内部自动控制煤气实际流量到达设定流量值所需要的时间，一般情况下为5-20分钟；煤气流量调节器实际值与设定值差值大于允许范围，表示升负荷锁需要的燃料量不能完成供应，煤气出力系数选择器自动根据不同煤气柜的柜位情况进行调整煤气流量调节器的系数。

更进一步的，煤气出力系数选择器根据锅炉生产煤气实际流量大于用户单位使用煤气流量，计算锅炉煤气柜柜位上升时间，比较当前煤气柜柜位上升时间与其他煤气柜柜位上升时间，选择当前锅炉使用升快系数、升满系数或出力评价系数。

更进一步的，煤气出力系数选择器根据锅炉生产煤气实际流量小于用户单位使用煤气流量，计算锅炉煤气柜柜位下降时间，比较当前煤气柜柜位下降时间与其他煤气柜柜位下降时间，选择当前锅炉使用降慢系数、降快系数或出力评价系数。

更进一步的，煤气的升快系数大于升慢系数；降慢系数大于降快系数。

不同煤气的流量调节器根据煤气出力系数选择器煤气流量设定值，自动控制并调整当前锅炉所需的煤气流量，提高锅炉的效率，节约煤气能源。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：解决由于自动化程度不高导致工艺参数难控制、操作员劳动强度大、能源浪费等缺点。锅炉在不同负荷下所需的蒸汽温度及煤气流量前提下，不需要能源调度中心操作人员根据三种不同煤气柜的柜位高低情况电话通知正在使用煤气的用户增加或者减少三种煤气的流量，系统直接根据三种不同煤气的柜位情况，计算不同煤气的出力系数，自动优化控制并调整当前锅炉所需的煤气流量，既提高锅炉的效率，又节约煤气能源。

附图说明

图1为本发明的系统总体框图；

图2为本发明实施例进行升/降负荷操作出力评价系统流程图；

图3为本发明实施例不进行升/降负荷操作出力评价系统流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例

如附图1所示，一种燃气锅炉出力评价评价系统，包括煤气出力评价系数控制器，根据煤气流量信号计算高炉、转炉和焦炉三种煤气的出力评价系数；煤气出力系数选择器，根据煤气柜柜位计算煤气柜柜位上升/下降时间，与出力评价系数结合选择合适的出力系数，煤气出力评价系数控制器与煤气出力系数选择器连接，煤气出力评价系数控制器与煤气出力系数选择器二者结合选择合适的系数作为系统出力系数，以及时调整当前的锅炉负荷，避免了能源调度中心的操作人员因未发现煤气柜煤气不足导致锅炉负荷下降，其输出连接到的煤气出力系数选择器输入端；实时计算接受来自锅炉的煤气流量、负荷以及煤气柜柜位测量信号，其输出连接到煤气流量调节器的系数值输入端，煤气流量调节器输出是煤气流量设定值，该调节器采用PID算法和其他算法的控制方式。

煤气流量调节器测量值端接收煤气流量信号，出力评价系数控制器测量值端接收煤气柜柜位和煤气流量信号，当人工选择升降负荷操作时，也会对煤气出力系数进行比较；煤气系数选择器综合比较三种煤气流量与煤气柜柜位，选择最佳的出力评价系数，并将这个系数传递到煤气流量调节器的系数端，通过煤气流量调节器内部计算是煤气流量的设定值，根据煤气流量的设定值进行调整，煤气流量调节器的输出再控制煤气流量阀门，以达到增减煤气流量的目的。

如图2和图3所示，不同煤气出力评价系统流程如下：

(1)煤气出力评价系数控制器

计算当前高炉煤气流量所占百分率系数XG：XG＝(XG1/XP)*100％，当XG1<XP时，高炉煤气出力评价系数为XG；当XG1>XP时，则高炉煤气出力评价系数为1，传递给高炉煤气出力系数选择器。其中，XG1为高炉煤气使用实际流量，XP为高炉煤气使用流量经验值。XP根据具体锅炉类型及大小而定，目的是保证高炉煤气压力下限的流量值；一般情况下，XP值为10-20万Nm3/h。

计算当前转炉煤气流量所占百分率系数XZ：XZ＝(XZ1/ZP)*100％，当XZ1<ZP时，转炉煤气出力评价系数为XZ；当XZ1>ZP时，则转炉煤气出力评价系数为1，传递给转炉煤气出力系数选择器。其中，XZ1为转炉煤气使用实际流量，ZP为转炉煤气使用流量经验值。ZP根据具体锅炉类型及大小而定，目的是保证转炉煤气压力下限的流量值；一般情况下，此值为2-4万Nm3/h。

计算当前焦炉煤气流量所占百分率系数XJ：XJ＝(XJ1/JP)*100％，当XJ1<JP时，焦炉煤气出力评价系数为XJ；当XJ1>JP时，则焦炉煤气出力评价系数为1，传递给焦炉煤气出力系数选择器。其中，XJ1为转炉煤气使用实际流量，JP为转炉煤气使用流量经验值。JP根据视具体锅炉类型及大小而定，目的是保证焦炉煤气压力下限的流量值；一般情况下，此值为1-2万Nm3/h。

(2)选择升荷或者降荷

选择升负荷按钮或者降负荷按钮后，则煤气出力系数选择器只根据以下升降负荷时计算的系数，以此来调整不同煤气流量设定值。

计算高炉煤气降荷系数QG，QG＝XG/BX，(BX>XG)。

计算高炉煤气升荷系数GC，GC＝1-QG。

计算转炉煤气降荷系数QZ，QZ＝XZ/BX，(BX>XZ)。

计算转炉煤气升荷系数ZC，ZC＝1-QC。

计算焦炉煤气降荷系数QJ，QJ＝XJ/BX，(BX>XJ)

计算焦炉煤气升荷系数JC，JC＝1-QJ。

其中，BX＝XG+XZ+XJ，作为参考依据。

升荷时，且各个煤气柜柜位在正常范围内，各煤气出力系数选择器只能选择以下系数：如果GC＜ZC且GC＜JC，高炉煤气出力系数选择器则选择GC作为系数来调整高炉煤气流量；如果ZC>GC且ZC＜JC，转炉煤气出力系数选择器则选择ZC作为系数来调整转炉煤气流量；如果JC>GC且JC>ZC，焦炉煤气出力系数选择器则选择JC作为系数来调整焦炉煤气流量。

降荷时，且各个煤气柜柜位在正常范围内，各煤气出力系数选择器只能选择以下系数：高炉煤气出力系数选择器则选择QG作为系数来调整高炉煤气流量；转炉煤气出力系数选择器则选择QZ作为系数来调整转炉煤气流量；焦炉煤气出力系数选择器则选择QJ作为系数来调整焦炉煤气流量。

选择降负荷时，目的是在煤气不充裕时候，保证供应其他使用煤气的重要用户，选择升负荷时，目的是在煤气充裕时候，计算出升负荷时所需要的不同煤气出力系数传递给煤气流量调节器，HY分钟后，如果煤气流量调节器实际值与设定值差值|ER|大于CY的情况，则煤气出力系数选择器则自动根据不同煤气柜的柜位情况进行调整煤气流量调节器的系数，以达到升负荷的目的。

其中，HY为煤气流量调节器内部自动控制煤气实际流量到达设定流量值所需要的时间，一般情况，此值为5-20分钟。CY为煤气流量的设定值与实际值的差值允许范围，当煤气流量偏差到达这个范围内，可以认为升负荷需要的燃料量能完成供应，一般情况，此值为0.5-1.0万Nm3/h。

(3)煤气出力系数选择器，根据煤气柜柜位情况调整

计算高炉煤气柜柜位上升时间TG1，煤气柜柜位上涨，出力系数选择的直接影响煤气流量设定值，以此来降低煤气上升时间，不至于很快的满柜容。例如：高炉煤气柜柜容HG为20万立方米，高炉产气流量FG1为5万立方米/小时，用户单位使用高炉煤气流量XG1为3万立方米/小时，假设柜位初始值为0，高炉煤气柜柜位上升时间TG1为10小时，即10小时候，高炉煤气柜满柜。假设转炉煤气柜上升时间为5小时，焦炉煤气柜上升时间为3小时，比较转炉煤气柜与焦炉煤气柜的上升时间，高炉煤气柜上升的速度最快，则此时高炉煤气出力系数选择器选择GA，优先消耗高炉煤气；否则高炉煤气柜满柜，高炉煤气放散，高炉出力系数选择器GA传递给高炉煤气流量控制器。

(FG1>XG1)，其中，高炉煤气柜柜位当前值为HG，高炉煤气柜柜位最高高度为MG1，高炉煤气柜容量为MG；FG1为高炉生产煤气实际流量，用户单位使用高炉煤气流量XG1。MG视具体煤气柜柜型及大小而定，一般情况下，以马钢现场为例拥用20万高炉煤气柜两座，MG为20万Nm3/h。MG1视具体现场高炉煤气柜柜位情况而定，理论情况下，此值为煤气柜柜位高度的100％，但实际现场不可能让煤气柜完全充满达到上限，一般情况下，柜位最高高度也就是现场煤气柜承受的最高上限。如果TG1>TG2，TG1>TG3，高炉煤气柜位升慢系数选择GA，一般此值为0.1-1，如果TG1<TG2，TG1<TG3，高炉煤气柜位升快系数选择GB，一般此值为0.1-1，GB>GA。当不符合条件选择升快系数或升满系数时，系统选择出力评价系数XG。

计算高炉煤气柜柜位下降时间TF1，煤气柜柜位下降，出力系数选择的直接影响煤气流量设定值，以此来降低煤气下降时间，不至于很快的空柜容，例如：高炉煤气柜柜容HG为20万立方米，高炉产气流量FG1为3万立方米/小时，用户单位使用高炉煤气流量XG1为5万立方米/小时，假设柜位当前值为柜位最高高度的50％，也就是10万立方米，则高炉煤气柜柜位下降时间TF1为5小时，即5小时后，高炉煤气柜空柜了；假设转炉煤气柜下降时间为10小时，焦炉煤气柜下降时间为13小时，比较转炉煤气柜与焦炉煤气柜的下降时间，高炉煤气柜下降的速度最快，那么此时高炉煤气出力系数选择器选择GB1，优先减少高炉煤气消耗，否则高炉煤气柜空柜，高炉煤气也就没有了，高炉出力系数选择器GB1传递给高炉煤气流量控制器。

(FG1<XG1)，如果TF1>TF2，TF1>TF3，高炉煤气柜位降慢系数选择GA1，一般此值为0.1-1；TF1<TF2，TF1<TF3，煤气柜位降快系数选择GB1，一般此值为0.1-1，GA1>GB1，当不符合条件选择降快系数或降满系数时，系统选择出力评价系数XG。

当FG1与XG1相等，即高炉生产煤气实际流量与用户单位使用高炉煤气流量相同，选择原来计算出来的出力评价系数，不去改变本身流量。

计算转炉煤气柜柜位上升时间TG2，(FZ1>XZ1)。其中，转炉煤气柜柜位当前值为HZ，转炉煤气柜柜位最高高度为MZ1，转炉煤气柜容量为MZ；MZ视具体煤气柜柜型及大小而定，一般情况下，以马钢现场为例，拥用10万转炉煤气柜两座，MZ为10万Nm3/h。MZ1视具体现场转炉煤气柜柜位情况而定，理论情况下，此值为煤气柜柜位高度的100％。如果TG2>TG1，TG2>TG3，煤气柜位升慢系数选择ZA，一般此值为0.1-1，如果TG2<TG1，TG2<TG3，煤气柜位升快系数选择ZB，一般此值为0.1-1，ZB>ZA，当不符合条件选择升快系数或升满系数时，系统选择出力评价系数XZ。

计算转炉煤气柜柜位下降时间TF2，(FZ1<XZ1)如果TF2>TF1，TF2>TF3，煤气柜位降慢系数选择ZA1，一般此值为0.1-1，TF2<TF1，TF2<TF3，煤气柜位降快系数选择ZB1，一般此值为0.1-1，ZA1>ZB1，当不符合条件选择降快系数或降满系数时，系统选择出力评价系数XZ。

当FZ1与XZ1相等，即转炉生产煤气实际流量与用户单位使用转炉煤气流量相同，选择原来计算出来的出力评价系数，不去改变本身流量。

计算焦炉煤气柜柜位上升时间TG3，(FJ1>XJ1)。其中，焦炉煤气柜柜位当前值为HJ，焦炉煤气柜柜位最高高度为MJ1，焦炉煤气柜容量为MJ；MJ视具体煤气柜柜型及大小而定，一般情况下，以马钢现场为例，拥用10万焦炉煤气柜两座，此值为10万Nm3/h。MJ1视具体现场转炉煤气柜柜位情况而定，理论情况下，此值为煤气柜柜位高度的100％，如果TG3>TG1，TG3>TG2，煤气柜位升慢系数选择JA，一般此值为0.1-1，如果TG3<TG2，TG3<TG1，煤气柜位升快系数选择JB，一般此值为0.1-1，JB>JA，当不符合条件选择升快系数或升满系数时，系统选择出力评价系数XJ。

计算焦炉煤气柜柜位下降时间TF3，(FJ1<XJ1)。如果TF3>TF2，TF3>TF1，煤气柜位降慢系数选择JA1，一般此值为0.1-1，TF3<TF2，TF3<TF1，煤气柜位降快系数选择JB1，一般此值为0.1-1，JA1>JB1，当不符合条件选择降快系数或降满系数时，系统选择出力评价系数XJ。

当FJ1与XJ1相等，即焦炉生产煤气实际流量与用户单位使用焦炉煤气流量相同，选择原来计算出来的出力评价系数，不去改变本身流量。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种燃气锅炉出力评价系统，其特征在于，包括，

煤气出力评价系数控制器，根据煤气流量信号计算煤气的出力评价系数；

煤气出力系数选择器，根据煤气柜的柜位计算煤气柜柜位上升/下降时间，与出力评价系数结合选择合适的出力系数；

煤气出力评价系数控制器与煤气出力系数选择器连接，煤气出力评价系数控制器与煤气出力系数选择器二者结合选择合适的系数作为系统出力系数。

2.根据权利要求1所述的一种燃气锅炉出力评价系统，其特征在于，系统包括煤气流量调节器，煤气流量调节器与煤气出力系数选择器连接，煤气流量调节器根据煤气出力选择器选择出力系数调节煤气流量。

3.根据权利要求2所述的一种燃气锅炉出力评价系统，其特征在于，系统包括煤气调节阀，煤气调节阀与煤气流量调节器连接，煤气调节阀根据煤气流量调节器选择的系数控制阀门。

4.根据权利要求1所述的一种燃气锅炉出力评价系统，其特征在于，煤气锅炉包括高炉、转炉和焦炉。

5.一种燃气锅炉出力评价方法，其特征在于，煤气出力评价系数控制器根据煤气流量信号，计算煤气的出力评价系数，用锅炉煤气使用实际流量除以锅炉煤气使用流量经验值计算当前煤气流量所占百分率系数。

6.根据权利要求5所述的一种燃气锅炉出力评价方法，其特征在于，系统选择升/降负荷按钮，对比不同锅炉间升/降荷系数，升荷时煤气出力系数选择器选择当前锅炉升荷系数或出力系数调整煤气流量，降荷时煤气出力系数选择器选择当前锅炉降荷系数调整煤气流量。

7.根据权利要求6所述的一种燃气锅炉出力评价方法，其特征在于，煤气出力选择器选择升荷系数后，煤气流量调节器实际值与设定值差值大于允许范围，煤气出力系数选择器自动根据不同煤气柜的柜位情况进行调整煤气流量调节器的系数。

8.根据权利要求7所述的一种燃气锅炉出力评价方法，其特征在于，煤气出力系数选择器根据锅炉生产煤气实际流量大于用户单位使用煤气流量，计算锅炉煤气柜柜位上升时间，比较当前煤气柜柜位上升时间与其他煤气柜柜位上升时间，选择当前锅炉使用升快系数、升慢系数或出力评价系数。

9.根据权利要求8所述的一种燃气锅炉出力评价方法，其特征在于，煤气出力系数选择器根据锅炉生产煤气实际流量小于用户单位使用煤气流量，计算锅炉煤气柜柜位下降时间，比较当前煤气柜柜位下降时间与其他煤气柜柜位下降时间，选择当前锅炉使用降慢系数、降快系数或出力评价系数。

10.根据权利要求9所述的一种燃气锅炉出力评价方法，其特征在于，煤气的升快系数大于升慢系数；降慢系数大于降快系数。