CN110657423A

CN110657423A - 冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统及其构建方法

Info

Publication number: CN110657423A
Application number: CN201910951871.4A
Authority: CN
Inventors: 董信光; 史向东; 张利孟; 张绪辉; 郭新根; 杨兴森; 胡志宏
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2020-01-07
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: CN110657423B

Abstract

本发明公开了一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统及其构建方法，系统包括：数据采集层，用于收集锅炉的运行状态数据和冷烟气再循环系统的运行状态数据；数据处理层，用于对数据采集层送入的运行状态数据进行滤波处理及病态数据的剔除，并进行特征量的提取；执行模块选择层，用于根据数学模型和数据处理层处理的数据进行运算，并根据运行结果对冷烟气一次循环量和二次循环量进行实时的调整，使得锅炉在深度调峰期间运行在最佳状态；结果输出层，用于为智能控制系统执行结果输出、重要运行数据的输出和异常报警输出，来指导和提醒操作员的运行操作。本发明实现了对冷烟气再循环的智能调节，有效提高了锅炉深度调峰能力。

Description

冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统及其构建方法

技术领域

本发明涉及一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统及其构建方法，属于发电设备技术领域。

背景技术

我国电网正呈现一些新的特征--电网容量增大迅速，特高压和直流输电建成投运，还有一点是新能源所占比重迅速升高，各省网对可再生能源，需要说明的是可再生能源的发电具有间歇特性。另一方面在用户端的用电结构发生明显变化，居民生活用电比重上升工业用电比重下降。以上两种形式，使得电网负荷峰谷差呈不断增大的趋势，在一些地域表现更为明显，如东北，西北和华北地区。因此电力系统所面临的调峰能力不足，峰谷差偏大的矛盾突出，与此同时国家为了提倡清洁能源发电对可再生能源基本要求全额消纳由此火电机组必须更多地承担电网的调峰任务，尤其是进行深度调峰以缓解电网的峰谷偏差的矛盾。

通过查阅文献和调查研究分析，对于大型电站锅炉来说，进行深度调峰期间的主要受限条件为：(1)、SCR(Selective Catalytic Reduction选择性催化还原法)入口烟温过低。SCR入口烟温过低，会导致脱硝装置中催化剂失效，因此为了保护催化剂，当SCR入口烟温低于报警值后，喷氨装置跳闸，进而导致氮氧化物超标，环保参数不合格，因此一般要求SCR入口烟温要大于300℃甚至更高，但锅炉在深度调峰时，SCR入口烟温要远低于报警值，这时导致较多机组无法进行深度调峰的主要原因。针对这个问题普遍采用的技术如旁路烟道、旁路省煤器技术等来提高SCR入口烟温。(2)、再热汽温低。较多机组在深度调峰期间再热汽温偏低，有些机组的的再热汽温设计值为540℃，深度调峰是仅为500℃已经对汽轮机的安全运行造成严重威胁，针对此问题普遍采用加卫燃带等。在上述措施中，加装旁路烟道、旁路省煤器的技术可以提高SCR入口烟温但不能提高再热汽温，而且排烟温度升高，旁路挡板容易卡涩等问题；加装卫燃带可以提高再热汽温，但在高负荷时导致锅炉结焦而又无法调整等问题。

对于燃煤火力发电机组来说，深度调峰能力主要决定于锅炉，而主要约束因素在于保证锅炉运行经济、安全和环保三个方面良好，即要保证锅炉污染物排放合格，锅炉效率和厂用电率较低，锅炉运行稳定不出现爆燃、灭火等事故，为了提高锅炉的深度调峰能力，普遍采用的技术如旁路烟道、旁路省煤器技术等，很少有采用冷烟气再循环来提高锅炉深度调峰能力的技术介绍，而冷烟气再循环可以增加炉内烟气量，对于提高锅炉再热汽温、提高烟气温度效果明显，可以作为提锅炉深度调峰能力的一种技术，但目前冷烟气再循环技术主要用在两个方面：一是掺入制粉系统中降低终端的含氧量，提高制粉系统的防爆能力，如在燃用烟煤锅炉掺烧褐煤过程中以及贫煤锅炉改烧烟煤中，但这个技术主要用在负压的中储式制粉系统上；另外一种是冷烟气通过专用喷口或炉底送入炉内以降低氮氧化物排放和在二次再热锅炉中用来调节再热汽温。因此某电厂探索采用冷烟气再循环技术来提高锅炉深度调峰能力，将冷烟气分为两路：一次冷烟气再循环和二次冷烟气再循环，一次冷烟气再循环为将冷烟气升压压后送入一次风机出口进入空气预热器之前的位置，二次冷烟气再循环为将冷烟气升压后，送入送风机出口进入空气预热器之间的位置，一次冷烟气的升压风机和二次冷烟气的升压风机均采用变频风机，这样尽可能减少冷烟气对锅炉的影响，又有利于调整，由于冷烟气再循环可以同时提高SCR入口烟温和再热汽温同时解决两个深度调峰的受限条件，同时在高负荷不需要时，可以切除冷烟气再循环，这时冷烟气再循环的优点，其缺点是会导致排烟温度升高，厂用电率升高，即经济性降低，同时需要运行人员根据锅炉状况准确掌握投切和调整冷烟气再循环的投入量，对运行人员要求较高。

通过以上分析可以看出，冷烟气再循环在技术上提高锅炉深度调峰能力是完全可行的，但对经济性等产生负面影响，同时需要运行人员对冷烟气再循环系统进行比较精细调整，对运行人员造成一定压力。因此有必要建立一个冷烟气再循环系统的控制系统，保证锅炉在深度调峰状态下保持在最佳运行工况。

发明内容

针对以上方法存在的不足，本发明提出了一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统及其构建方法，能够有效提高锅炉深度调峰能力，实现对冷烟气再循环的智能调节。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

一方面，本发明实施例提供的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统，包括：

数据采集层，用于收集锅炉的运行状态数据和冷烟气再循环系统的运行状态数据，并将采集的数据传输给数据处理层；

数据处理层，用于对数据采集层送入的运行状态数据进行滤波处理及病态数据的剔除，并进行特征量的提取，然后将处理后的数据送入执行模块选择层；

执行模块选择层，用于根据数学模型和数据处理层处理的数据进行运算，并根据运行结果对冷烟气一次循环量和二次循环量进行实时的调整，使得锅炉在深度调峰期间运行在最佳状态；

结果输出层，用于为智能控制系统执行结果输出、重要运行数据的输出和异常报警输出，来指导和提醒操作员的运行操作。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述数据处理层主要对机组负荷、深度调峰约束变量进行处理。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述数据处理层处理的数据包括SCR入口NOx浓度、火检强度和炉膛压力波动幅度：

所述SCR入口NOx浓度的处理过程为：选取四个电站锅炉的SCR入口NOx浓度测量点的前10个SCR入口NOx浓度值，采用式(1)计算平均值：

式(1)中，C_NOX为SCR入口NOx浓度，mg/m3；；i为SCR入口NOx浓度测量点，j为前10个SCR入口NOx浓度值；

所述火检强度的处理过程为：对采集的火检强度进行误差分析，并采用式(2)作为判据：

65<Dscanneri_j<110 (2)

式(2)中，D_scanner--各火检强度，％，i为燃烧器层数，一般为A层，B层，C层，D层，E层和F层；j为每层的燃烧器数，对于四角切圆燃烧的锅炉则j的范围为1-4，对于对冲燃烧的锅炉则j的范围为1-5，比如B层3号燃烧器火检强度为D_scannerB3；

当火检强度超出式(2)范围时，则这该数据被剔除，然后再采用下一次采集的数据，当连续十次均超出上述范围，则认定该层燃烧器未投运或火检故障，这个燃烧器的火检强度不计入，并给出相应的报警；

所述炉膛压力波动幅度的处理过程为：选取前5个炉膛压力波动幅度，采用式(3)计算平均值：

R_furanceP-炉膛压力波动范围，Pa。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述执行模块选择层包括：

高负荷模块，用于为机组负荷在50％额定负荷以上时智能控制系统执行的步骤；

一级深度调峰模块，用于为机组负荷在40％-50％额定负荷时智能控制系统执行的步骤；

二级深度调峰模块，用于为机组负荷在30％-40％额定负荷时智能控制系统执行的步骤；

三级深度调峰模块，用于为机组负荷在25％-30％额定负荷时智能控制系统执行的步骤；

锅炉启动/停运模块，用于为机组负荷低于25％或锅炉有油枪投入时智能控制系统执行的步骤。

所述执行模块选择层是根据现场试验获得数学模型和特征层处理的数据进行运算，并根据运行结果对冷烟气一次循环量和二次循环量进行实时的调整，使得锅炉在深度调峰期间运行在最佳状态，为了明确执行功能和逻辑组态更为简洁，根据机组负荷将执行情况分为五个功能执行模块：高负荷模块，一级深度调峰模块，二级深度调峰模块，三级深度调峰模块，锅炉启动/停运模块。

另一方面，本发明实施例提供的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统构建方法，包括以下步骤：

步骤1，对锅炉深度调峰状态下锅炉运行状况测试和优化调整；

步骤2，逐步投入冷烟气再循环系统，找出投运冷烟气再循环状态下的经济特性、排放特性和安全特性；

步骤3，根据以上试验计算数据构建数学模型，建立深度调峰约束变量与一次、二次冷烟气再循环投入状况之间的关系；

步骤4，根据这些数学模型建立智能控制系统。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述找出投运冷烟气再循环状态下的经济特性、排放特性和安全特性包括：找出投运一次冷烟气再循环状态下的经济特性、排放特性和安全特性，找出投运二次冷烟气再循环状态下的经济特性、排放特性和安全特性，找出同时投运一次冷烟气再循环和二次冷烟气再循环状态下的经济特性、排放特性和安全特性。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述对锅炉深度调峰状态下锅炉运行状况测试和优化调整包括：不投入冷烟气再循环情况下的锅炉50％额定负荷和最低负荷的性能测试、锅炉50％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试、锅炉40％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试、锅炉30％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试。

作为本实施例一种可能的实现方式，不投入冷烟气再循环情况下的锅炉50％额定负荷和最低负荷的性能测试包括：由于目前电网对于普通机组要求的最低负荷为50％额定负荷，因此需要了解在不投入冷烟气再循环下的50％额定负荷下的锅炉经济性、环保特性和安全特性，然后降低机组负荷，当由于安全特性或环保特性受限时，则停止降低负荷，在此负荷下测试锅炉的锅炉经济性、环保特性和安全特性，作为对比工况和基础工况，同时掌握锅炉在继续深度调峰时的受限条件如SCR入口烟温、再热汽温等。

作为本实施例一种可能的实现方式，锅炉50％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试包括：仅投入一次冷烟气再循环，并在不同一次冷烟气再循环流量工况下，锅炉各种特性变化趋势，主要目的是寻求一次冷烟气再循环量与各种特性及关键受限参数之间的关系；仅投入二次冷烟气再循环，并在不同二次冷烟气再循环流量工况下，锅炉各种特性变化趋势，主要目的是寻求二次冷烟气再循环量与各种特性及关键受限参数之间的关系；投入一次冷烟气和二次冷烟气再循环，并在不同一次和二次冷烟气再循环流量工况下，锅炉各种特性变化趋势，主要目的是寻求一次和二次冷烟气再循环量组合方式下与各种特性及关键受限参数之间的关系，在一次和二次冷烟气再循环组合方式下，重点关注安全性和经济特性。

作为本实施例一种可能的实现方式，锅炉40％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试包括：进一步验证50％工况下冷烟气再循环测试中获得的趋势在40％负荷下的适用性，同时通过调整获取在40％负荷下，一次冷烟气再循环，二次冷烟气再循环，一次和二次冷烟气再循环组合方式下的各种特性的变化趋势。

作为本实施例一种可能的实现方式，锅炉30％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试指寻找锅炉在投入冷烟气再循环系统所能达到的最低负荷即锅炉的极限深度调峰能力，通过对安全性、环保特性和经济性的调整，寻找到锅炉所能达到的极限调峰能力，有的锅炉可能达到30％额定负荷甚至更低，有的锅炉可能达不到30％额定负荷。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述的数学模型包括：建立锅炉深度调峰各约束变量与冷烟气再循环量之间的数学模型，建立锅炉燃料效率与冷烟气再循环量的数学模型，建立锅炉运行的安全性与冷烟气再循环量之间的数学模型等。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述深度调峰约束变量为锅炉由于锅炉某个变量超标导致锅炉不能继续或维持深度调峰的要求，不同的锅炉约束变量会有所不同，就国内参与深度调峰的电站锅炉来说，主要约束变量为SCR入口烟温，再热蒸汽温度，炉膛压力波动幅度这三个变量。

本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：

本发明实施例的技术方案的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统，包括：数据采集层，用于收集锅炉的运行状态数据和冷烟气再循环系统的运行状态数据，并将采集的数据传输给数据处理层；数据处理层，用于对数据采集层送入的运行状态数据进行滤波处理及病态数据的剔除，并进行特征量的提取，然后将处理后的数据送入执行模块选择层；执行模块选择层，用于根据数学模型和数据处理层处理的数据进行运算，并根据运行结果对冷烟气一次循环量和二次循环量进行实时的调整，使得锅炉在深度调峰期间运行在最佳状态；结果输出层，用于为智能控制系统执行结果输出、重要运行数据的输出和异常报警输出，来指导和提醒操作员的运行操作。本发明根据锅炉运行状况和技术要求对冷烟气再循环系统自动调整，使之满足锅炉的运行状况，保证锅炉在深度调峰状态下保持在最佳运行工况，并且不需要运行人员的精细调整，实现了对冷烟气再循环的智能调节，有效提高了锅炉深度调峰能力。

本发明实施例的技术方案的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统构建方法，包括以下步骤：步骤1，对锅炉深度调峰状态下锅炉运行状况测试和优化调整；步骤2，逐步投入冷烟气再循环系统，找出投运冷烟气再循环状态下的经济特性、排放特性和安全特性；步骤3，根据以上试验计算数据构建数学模型，建立深度调峰约束变量与一次、二次冷烟气再循环投入状况之间的关系；步骤4，根据这些数学模型建立智能控制系统。根据现场的具体情况提前进行或利用以前运行数据作为参考而建立数学模型，在系统投入调试期间再进行修正，真实反映了锅炉的深度调峰的实际情况。构建的控制系统能对冷烟气再循环的智能调节，有效提高了锅炉深度调峰能力。

附图说明：

图1是根据一示例性实施例示出的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统的示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统构建方法的流程图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种冷烟气再循环系统的工艺流程图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统的系统模块示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统的操作界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

图1是根据一示例性实施例示出的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统的示意图。如图1所述，本发明实施例提供的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统，包括：

所述数据处理层对数据采集层送入的运行状态数据，滤波处理及病态数据的剔除，并进行某些特征量的提取，如极值、平均值等，然后将处理后的数据送入执行模块选择层。该层主要对机组负荷，前述的主要约束变量如SCR入口烟温，再热蒸汽温度，炉膛压力波动幅度，SCR入口NOx浓度等处理。

所述数据处理层中，对于一些比较简单的变量可以直接获取，如机组负荷，再热蒸汽温度，SCR入口烟温等可以直接获取，其中有三个变量SCR入口NOx浓度，火检强度和炉膛压力波动幅度需要作一下特殊处理：

SCR入口NOx浓度的处理，目前电站锅炉的SCR入口NOx浓度测点一般布置四个测点，因此首先要对这四个测量值求平均，由于NOx浓度变化比较剧烈，因此需要进行平滑处理，处理方法为选取前10个SCR入口NOx浓度值，然后算平均值，见式(1)：

-为SCR入口NOx浓度，mg/m³。

火检强度处理，对采集的火检强度进行误差分析，采用式(2)作为判据：

65<Dscanneri_j<110 (2)

D_scanner--各火检强度，％，i为燃烧器层数，一般为A层，B层，C层，D层，E层和F层；j为每层的燃烧器数，对于四角切圆燃烧的锅炉则j的范围为1-4，对于对冲燃烧的锅炉则j的范围为1-5，比如B层3号燃烧器火检强度为D_scannerB3。

当超出式(2)范围时，则这该数据被剔除，然后再采用下一次采集的数据，当连续十次均超出上述范围，则认定该层燃烧器未投运或火检故障，这个燃烧器的火检强度不计入，并给出相应的报警。

炉膛压力波动处理，由于炉膛压力波动较为频繁，在此对炉膛压力波动幅度进行平滑处理，处理方法为选取前5个压力波动幅度，然后算平均值，见式(3)：

R_furanceP-炉膛压力波动范围，Pa。

所述智能控制系统是根据锅炉的运行状态和建立的数学模型，自动调节冷烟气再循环的一次/二次冷烟气再循环量，使得锅炉深度调峰的各约束因素不再受限，或受限范围缩小，从而有效提高锅炉的深度调峰能力，同时关注锅炉的经济性。控制系统在运行过程中对于出现的冷烟气再循环系统中冷烟气流量严重数据失真，以及锅炉的安全性、经济性和环保特性出现的严重偏差会给出报警、或切除冷烟气再循环系统，以保证锅炉安全稳定运行。

图2是根据一示例性实施例示出的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统构建方法的流程图。如图2所示，本发明实施例提供的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统构建方法，包括以下步骤：

步骤4，根据这些数学模型建立智能控制系统。

首先要对锅炉深度调峰状态下锅炉运行状况测试和优化调整，主要是为了摸清锅炉调峰状态下的经济特性、排放特性和安全特性，然后逐步投入冷烟气再循环系统，找出投运一次冷烟气再循环状态下的经济特性、排放特性和安全特性，找出投运一次冷烟气再循环状态下的经济特性、排放特性和安全特性，找出同时投运一次和二次冷烟气再循环状态下的经济特性、排放特性和安全特性,根据以上试验计算数据构建数学模型，建立深度调峰主要约束变量与一次、二次冷烟气再循环投入状况之间的关系，根据这些数学模型建立智能控制系统。

所述对锅炉深度调峰状态下锅炉运行状况测试和优化调整包括：不投入冷烟气再循环情况下的锅炉50％额定负荷和最低负荷的性能测试、锅炉50％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试、锅炉40％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试、锅炉30％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试。

不投入冷烟气再循环情况下的锅炉50％额定负荷和最低负荷的性能测试包括：由于目前电网对于普通机组要求的最低负荷为50％额定负荷，因此需要了解在不投入冷烟气再循环下的50％额定负荷下的锅炉经济性、环保特性和安全特性，然后降低机组负荷，当由于安全特性或环保特性受限时，则停止降低负荷，在此负荷下测试锅炉的锅炉经济性、环保特性和安全特性，作为对比工况和基础工况，同时掌握锅炉在继续深度调峰时的受限条件如SCR入口烟温、再热汽温等。

锅炉50％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试包括：仅投入一次冷烟气再循环，并在不同一次冷烟气再循环流量工况下，锅炉各种特性变化趋势，主要目的是寻求一次冷烟气再循环量与各种特性及关键受限参数之间的关系；仅投入二次冷烟气再循环，并在不同二次冷烟气再循环流量工况下，锅炉各种特性变化趋势，主要目的是寻求二次冷烟气再循环量与各种特性及关键受限参数之间的关系；投入一次冷烟气和二次冷烟气再循环，并在不同一次和二次冷烟气再循环流量工况下，锅炉各种特性变化趋势，主要目的是寻求一次和二次冷烟气再循环量组合方式下与各种特性及关键受限参数之间的关系，在一次和二次冷烟气再循环组合方式下，重点关注安全性和经济特性。

锅炉40％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试包括：进一步验证50％工况下冷烟气再循环测试中获得的趋势在40％负荷下的适用性，同时通过调整获取在40％负荷下，一次冷烟气再循环，二次冷烟气再循环，一次和二次冷烟气再循环组合方式下的各种特性的变化趋势。

锅炉30％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试指寻找锅炉在投入冷烟气再循环系统所能达到的最低负荷即锅炉的极限深度调峰能力，通过对安全性、环保特性和经济性的调整，寻找到锅炉所能达到的极限调峰能力，有的锅炉可能达到30％额定负荷甚至更低，有的锅炉可能达不到30％额定负荷。

所述的数学模型包括：建立锅炉深度调峰各约束变量与冷烟气再循环量之间的数学模型，建立锅炉燃料效率与冷烟气再循环量的数学模型，建立锅炉运行的安全性与冷烟气再循环量之间的数学模型等。

所述深度调峰约束变量为锅炉由于锅炉某个变量超标导致锅炉不能继续或维持深度调峰的要求，不同的锅炉约束变量会有所不同，就国内参与深度调峰的电站锅炉来说，主要约束变量为SCR入口烟温，再热蒸汽温度，炉膛压力波动幅度这三个变量。

下面结合华电某电厂#5锅炉的实际实施例与说明书附图对本发明的技术方案作进一步的阐述。

华电某发电公司#5锅炉是武汉锅炉厂生产的WGZ 670/13.7-6型超高压、一次中间再热、自然循环、单炉膛Π型布置、固态排渣、正压直吹式制粉系统，配有5台中速磨煤机，四角切向燃烧方式，并采用低氮燃烧器+SCR(Selective Catalytic Reduction选择性催化还原法)进行烟气脱硝。原设计和校核煤质为褐煤，由于当地褐煤匮乏，目前主要燃用东北褐煤与蒙东烟煤的混煤。5号锅炉低氮燃烧器改造后，主要问题是再热汽温偏低，低负荷工况再热汽温偏低更多；SCR入口烟温余量小；低负荷稳燃能力降低。为积极响应火电机组参与深度调峰的导向政策，经过充分论证，在5号锅炉上设计安装冷烟气再循环系统，以解决上述问题，提高锅炉的稳燃能力，使得5号机组参与深度调峰。冷烟气再循环系统包括一次冷烟气再循环和二次冷烟气再循环，冷烟气均取自引风机之后，脱硫增压风机之前的净烟气，冷烟气总量为锅炉BMCR工况烟气量的15％，两路冷烟气分别回流至空预器入口的一次风联络风道和空预器入口的二次风联络风道，其中一次冷烟气占比6％，二次冷烟气占比9％，两路冷烟气量可根据实际需求灵活调节，另外两路冷烟气各配一台100％容量增压风机分别称为一次冷烟气再循环风机和二次冷烟气再循环风机，并都配变频电机，具体工艺流程可见图3。一次冷烟气再循环风机为离心式高压风机，设计压头为21.45kPa，风量为54720m3/h(标况)，转速为1480r/min；二次冷烟气再循环风机为离心式风机，设计压头为9.49kPa，风量为82080m3/h(标况)，转速为1480r/min，冷烟气再循环系统还包括风机挡板控制系统、烟气流量计、氧分析仪、温度计以及其它辅助设备,该冷烟气再循环系统没有单独的控制系统，直接在DCS中进行监视和操作。

第一步是进行锅炉深度调峰状态下锅炉运行状况测试和优化调整。就5号锅炉来说包括：

(1)、不投入冷烟气再循环情况下的锅炉50％额定负荷的性能测试。

就5号锅炉来说，目前电网调度5号锅炉的最低负荷为50％额定负荷，对5号锅炉说，低于50％额定负荷就可以成为深度调峰，因此需要摸清5号锅炉在此负荷下，运行人员的习惯性运行方式，寻找出5号锅炉的主要约束条件。

5号锅炉采用了高灰型SCR工艺，工作温度为300-420℃，当SCR入口烟温低于300℃时，喷氨装置自动退出，NOx排放超标；在锅炉运行在50％额定负荷时，锅炉再热汽温仅为505℃(设计温度540℃)远低于设计值，如再降低负荷，再热汽温则不能保证，需切除高压加热器提升汽温，经济性较差；

由此5号锅炉进行深度调峰的约束条件为：SCR入口烟温不小于300℃—环保排放合格；锅炉再热汽温达到520℃，锅炉经济性好；考虑到经济性和环保特性，将SCR入口的氮氧化物浓度也作为一约束条件，即NOx浓度大于550mg/m³。当以上三个条件任一个触发则冷烟气再循环系统自动投入。另外在冷烟气再循环系统运行中还有一个重要的稳燃性条件，即稳燃性好—炉膛压力波动小，不出现爆燃和灭火，将模拟量火检强度和炉膛压力波动范围作为锅炉稳燃量化指标，任一层燃烧器平均火检强度低于85％时，或炉膛压力波动超过350Pa时，锅炉稳燃变差，燃烧不稳定，触发任一条件即认为锅炉燃烧不稳，并立即减少冷烟气量或切除冷烟气再循环系统。

通过对5号锅炉的全面性能测试和观察，发现运行人员习惯投用A、B和C磨运行，这种运行方式火焰中心最低，导致各段烟温和蒸汽温度低，建议运行人员投D磨煤机，停A磨煤机，即B、C和D磨煤机运行，将此运行方式定为习惯性运行方式，即作为基础运行状况。

(2)、仅投入一次冷烟气再循环情况下的锅炉50％额定负荷的调整和性能测试。

这个试验主要是为了获得在不同一次冷烟气再循环流量下的主要约束条件的变化规律，以及锅炉所能承受的最大一次冷烟气流量。

通过试验获得以下函数：

T_SCR＝f(D_1gas)

T_RHsteam＝f(D_1gas)

T_pulout＝f(D_1gas)

C_NOx＝f(D_1gas)

C_bap＝f(D_1gas)

D_scanner和R_furanceP的最大变化范围，主要是为了保证锅炉燃烧稳定。

η_boliler＝f(D_1gas)

获得D_{1gascritical-50％}，该极限流量以炉膛压力波动和火检变化到影响锅炉燃烧稳定为基准。

D_1gas--一次冷烟气再循环流量，m³/h；T_SCR--SCR入口烟温，℃；T_RHsteam--再热蒸汽温度，℃T_pulout--磨煤机出口平均温度，℃；C_NOx----SCR入口NOx浓度，mg/m³，D_scanner--平均火检强度，％；R_furanceP--炉膛压力波动范围，％；η_boliler--锅炉燃料效率，％；C_bap--炉侧辅机厂用电率，％；D_{1gascritical-50％}---50％额定负荷下的一次冷烟气再循环极限流量，m³/h。

(3)、仅投入二次冷烟气再循环情况下的锅炉50％额定负荷的调整和性能测试。

这个试验主要是为了获得在不同二次冷烟气再循环流量下的主要约束条件的变化规律，以及锅炉所能承受的最大二次冷烟气流量。

通过试验获得以下函数：

T_SCR＝f(D_2gas)

T_RHsteam＝f(D_2gas)

C_NOx＝f(D_2gas)

C_bap＝f(D_2gas)

η_boliler＝f(D_2gas)

获得D_{2gascritical-50％}，该极限流量以炉膛压力波动和火检变化到影响锅炉燃烧稳定为基准。

D_2gas--一次冷烟气再循环流量，m³/h；T_SCR--SCR入口烟温，℃；T_RHsteam--再热蒸汽温度，℃；T_pulout--磨煤机出口平均温度，℃；C_NOx----SCR入口NOx浓度，mg/m³；D_scanner--平均火检强度，％；R_furanceP--炉膛压力波动范围，％；η_boliler--锅炉燃料效率，％；C_bap--炉侧辅机厂用电率，％；D_{2gascritical-50％}--50％额定负荷下二次冷烟气再循环极限流量，m³/h。

(4)、同时投入一次/二次冷烟气再循环情况下的锅炉50％额定负荷的调整和性能测试。

根据前面两次测试结果，这次测试主要是为了获得最佳的运行方式，即在约束条件达标的情况下，经济性最好。

经过5号锅炉测试，测试结果表明，一次冷烟气再循环对降低氮氧化物浓度最有效，但明显增加炉侧辅机厂用电率，会降低锅炉效率不明显，并可以进一步提高磨煤机出口风温；二次冷烟气再循环对提高再热汽温最有效，但增加炉侧辅机厂用电率不明显，但会明显降低锅炉效率。

(5)、投入冷烟气再循环情况下的锅炉40％额定负荷的性能测试及优化。

经过性能测试和优化试验发现，在40％额定负荷下，必须同时投入一次冷烟气再循环和二次冷烟气再循环，同时获得一次冷烟气再循环量D_{1gascritical-40％}和二次冷烟气再循环量的极限值D_{2gascritical-40％}，这两个极限值指在40％额定负荷下，当一次和二次冷烟气再循环量超过极限值时，会影响锅炉的安全稳定运行，在40％负荷下获得冷烟气再循环量的函数关系为：

F₁＝f(D_1gas,D_2gas)

其中：D_1gas≤D_{1gascritical-40％}

D_2gas≤D_{2gascritical-40％}

(6)、投入冷烟气再循环情况下的锅炉30％额定负荷的性能测试及优化。

经过性能测试和优化试验发现，在30％额定负荷下，必须同时投入一次冷烟气再循环和二次冷烟气再循环，同时获得一次冷烟气再循环量D_{1gascritical-30％}和二次冷烟气再循环量的极限值D_{2gascritical-30％}，这两个极限值指在40％额定负荷下，当一次和二次冷烟气再循环量超过极限值时，会影响锅炉的安全稳定运行，在40％负荷下获得冷烟气再循环量的函数关系为：

F₂＝f(D_1gas,D_2gas)

其中：D_1gas≤D_{1gascritical-30％}

D_2gas≤D_{2gascritical-30％}

第二步根据以上测试和调整试验，确定5号锅炉的冷烟气再循环系统的投用策略为：

为了便于逻辑组态采用模块化处理，共分为高负荷模块，一级深度调峰模块，二级深度调峰模块，三级深度调峰模块，锅炉启动/停运模块。

高负荷模块为机组负荷P在50％额定负荷以上时冷烟气再循环的控制方法：在P高于50％额定负荷时，冷烟气再循环系统原始状态为停运，则禁止投运，并在操作员台上显示为黄色报警显示；冷烟气再循环系统原始状态为在运，则冷烟气再循环系统在锅炉负荷高于50％时停运，并在操作员台上闪烁报警。

一级深度调峰模块为机组负荷P在40％-50％额定负荷时冷烟气再循环的控制方法：机组在40％-50％额定负荷运行时，首先操作员台上显示冷烟气再循环系统可投运，并提醒操作员投入冷烟气再循环系统，冷烟气再循环系统投运后，然后判断锅炉约束条件，当SCR入口烟温和再热汽温受限时，则投用二次冷烟气再循环，数学模型为T_SCR＝f(D_2gas)，T_RHsteam＝f(D_2gas)；当SCR入口NOx浓度过高时，则需投用一次冷烟气再循环，数学模型为C_NOx＝f(D_1gas)，同时控制一次和二次冷烟气再循环量的范围为D_{1gascritical-40％}≤D_1gas≤D_{1gascritical-50％}，D_{2gascritical-40％}≤D_2gas≤D_{2gascritical-50％}。在烟气在循环系统运行过程中始终判断锅炉的稳燃性，当模拟量火检D_scanner≤85％或炉膛压力波动幅度R_furanceP≥350Pa时，则冷烟气再循环系统的一次和二次烟气在循环量停止增加并在10秒内减少10％的烟气再循环量，同时在操作员台上给出报警，当连续三次稳燃性不合格，则延迟10秒冷烟气在循环系统自动切除，并在操作员台上给出报警；另外需要说明的是，稳燃性判读具有优先级别，只要触发稳燃性判据，则进行上述的减烟气流量和切除的操作。

二级深度调峰模块为机组负荷P在30％-40％额定负荷时冷烟气再循环的控制方法：机组负荷P在30％-40％额定负荷时，当SCR入口烟温、再热汽温和SCR入口NOx浓度这三个约束条件任一触发，则冷烟气再循环投用，数学模型采用F₁＝f(D_1gas,D_2gas)，一次和二次冷烟气再循环量的范围为D_{1gascritical-30％}≤D_1gas<D_{1gascritical-40％}，D_{2gascritical-30％}≤D_2gas<D_{2gascritical-40％}，同时在系统运行过程中始终判断锅炉的稳燃性，当模拟量火检D_scanner≤85％或炉膛压力波动幅度R_furanceP≥350Pa时，则冷烟气再循环系统的一次和二次烟气在循环量停止增加并在10秒内减少10％的烟气再循环量，同时在操作员台上给出报警，当连续三次稳燃性不合格，则延迟10秒冷烟气在循环系统自动切除，并在操作员台上给出报警；另外需要说明的是，稳燃性判读具有优先级别，只要触发稳燃性判据，则进行上述的减烟气流量和切除的操作。

二级深度调峰模块为机组负荷P在25％-30％额定负荷时冷烟气再循环的控制方法：机组负荷P在25％-30％额定负荷时，当SCR入口烟温、再热汽温和SCR入口NOx浓度这三个约束条件任一触发，则冷烟气再循环投用，数学模型采用F₂＝f(D_1gas,D_2gas)，一次和二次冷烟气再循环量的范围为D_1gas≤D_{1gascritical-30％}，D_2gas≤D_{2gascritical-30％}，同时在系统运行过程中始终判断锅炉的稳燃性，当模拟量火检D_scanner≤85％或炉膛压力波动幅度R_furanceP≥350Pa时，则冷烟气再循环系统的一次和二次烟气在循环量停止增加并在10秒内减少10％的烟气再循环量同时在操作员台上给出报警，当连续三次稳燃性不合格，则延迟10秒冷烟气在循环系统自动切除，并在操作员台上给出报警；另外需要说明的是，稳燃性判读具有优先级别，只要触发稳燃性判据，则进行上述的减烟气流量和切除的操作。

锅炉启动/停运模块为在机组负荷P低于25％或锅炉有油枪投入时则烟气再循环的控制方法，这种状态认为锅炉处于启动或停运过程，冷烟气再循环系统原始状态为停运，则禁止投运，并在操作员台上显示为黄色报警显示；冷烟气再循环系统原始状态为在运，则冷烟气再循环系统在锅炉负荷低于25％时或有油枪投运时，则冷烟气在循环系统自动切除，并在运行操作台上闪烁报警。

第三步，根据试验测试得到的数学模型和控制策略，进行软件和硬件的设计，以及逻辑组态。为了不对机组的DCS控制系统产生影响，同时为了智能控制系统的调试和维护方便，采用单独设立工作站的方式，并与DCS通讯的方式进行数据的传输，同时在运行操作站上设计操作和报警界面。

图4为本发明的模块示意图，图5为操作界面示意图，下面结合图4和图5详细说明本发明的工作过程：运行人员在运行操作台8上按下投入按钮9，该系统投入运行，首先从DCS系统1中收集相关运行数据，然后在数据处理模块2中进行处理，根据机组负荷自动选择相应的执行模块，当机组负荷高于50％额定负荷时，执行高负荷模块3，该系统自动退出，投入按钮9变为可投入状态，同时在报警显示11中显示出机组负荷高退出；机组负荷在40％-50％额定负荷时，选择一级深度调峰模块4；机组负荷在30％-40％额定负荷时，选择二级深度调峰模块5；机组负荷在25％-30％额定负荷时，选择三级深度调峰模块6；机组负荷在低于25％或机组投油期间，选择启动/停运模块7，该系统自动退出，投入按钮9变为可投入状态，同时在报警显示11中显示出机组负荷低或机组启停过程系统退出，系统在运行过程中连续对机组负荷和约束变量进行判断，然后选择相应执行模块。系统运行过程中，运行操作员可以随时按下切除按钮10，将系统停运。在运行操作台上还有一个重要参数显示区域12，用来显示机组重要参数如机组负荷、炉膛压力波动幅度，火检强度等。

为提高锅炉的深度调峰能力，减少运行人员的运行调整的压力，本发明建立了一个独立于DCS的智能控制系统，该系统从DCS中获取锅炉的运行状态参数，根据这些参数对冷烟气在循环中的一次冷烟气再循环风机、二次冷烟气再循环风机等设备进行调整，使得锅炉在深度调峰期间的经济性、安全性和环保特性保持在最佳运行状态，而且调整过程中完全不需要运行人员的参与，但是运行人员可根据需要执行投入和切除该智能控制系统。

本发明的控制系统可以根据锅炉运行状况和技术要求对冷烟气再循环系统自动调整，使之满足锅炉的运行状况，保证锅炉在深度调峰状态下保持在最佳运行工况，并且不需要运行人员的精细调整，实现了对冷烟气再循环的智能调节。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视作为本发明的保护范围。

Claims

1.一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统，其特征是，包括：

2.根据权利要求1所述的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统，其特征是，所述数据处理层处理的数据包括SCR入口NOx浓度、火检强度和炉膛压力波动幅度：

式(1)中，

为SCR入口NOx浓度，i为SCR入口NOx浓度测量点，j为前10个SCR入口NOx浓度值；

65<D_scannerij<110 (2)

式(2)中，D_scanner--各火检强度，i为燃烧器层数，j为每层的燃烧器数；

R_furanceP-炉膛压力波动范围，Pa。

3.根据权利要求1或2所述的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统，其特征是，所述执行模块选择层包括：

4.一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统构建方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤4，根据这些数学模型建立智能控制系统。

5.根据权利要求4所述的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统构建方法，其特征是，所述对锅炉深度调峰状态下锅炉运行状况测试和优化调整包括：不投入冷烟气再循环情况下的锅炉50％额定负荷和最低负荷的性能测试、锅炉50％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试、锅炉40％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试、锅炉30％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试。

6.根据权利要求5所述的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统构建方法，其特征是，不投入冷烟气再循环情况下的锅炉50％额定负荷和最低负荷的性能测试包括：由于目前电网对于普通机组要求的最低负荷为50％额定负荷，因此需要了解在不投入冷烟气再循环下的50％额定负荷下的锅炉经济性、环保特性和安全特性，然后降低机组负荷，当由于安全特性或环保特性受限时，则停止降低负荷，在此负荷下测试锅炉的锅炉经济性、环保特性和安全特性，作为对比工况和基础工况，同时掌握锅炉在继续深度调峰时的受限条件如SCR入口烟温、再热汽温等。

7.根据权利要求5所述的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统构建方法，其特征是，锅炉50％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试包括：仅投入一次冷烟气再循环，并在不同一次冷烟气再循环流量工况下，锅炉各种特性变化趋势，主要目的是寻求一次冷烟气再循环量与各种特性及关键受限参数之间的关系；仅投入二次冷烟气再循环，并在不同二次冷烟气再循环流量工况下，锅炉各种特性变化趋势，主要目的是寻求二次冷烟气再循环量与各种特性及关键受限参数之间的关系；投入一次冷烟气和二次冷烟气再循环，并在不同一次和二次冷烟气再循环流量工况下，锅炉各种特性变化趋势，主要目的是寻求一次和二次冷烟气再循环量组合方式下与各种特性及关键受限参数之间的关系，在一次和二次冷烟气再循环组合方式下，重点关注安全性和经济特性。

8.根据权利要求5所述的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统构建方法，其特征是，锅炉40％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试包括：进一步验证50％工况下冷烟气再循环测试中获得的趋势在40％负荷下的适用性，同时通过调整获取在40％负荷下，一次冷烟气再循环，二次冷烟气再循环，一次和二次冷烟气再循环组合方式下的各种特性的变化趋势。

9.根据权利要求5所述的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统构建方法，其特征是，锅炉30％额定负荷投入冷烟气再循环的调整和性能测试指寻找锅炉在投入冷烟气再循环系统所能达到的最低负荷即锅炉的极限深度调峰能力，通过对安全性、环保特性和经济性的调整，寻找到锅炉所能达到的极限调峰能力。

10.根据权利要求4-9任意一项所述的一种冷烟气再循环系统的耦合智能控制系统构建方法，其特征是，所述的数学模型包括：建立锅炉深度调峰各约束变量与冷烟气再循环量之间的数学模型，建立锅炉燃料效率与冷烟气再循环量的数学模型，建立锅炉运行的安全性与冷烟气再循环量之间的数学模型等。