CN111963265A - 一种发电用锅炉燃烧过程及机组协调控制优化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电用锅炉燃烧过程及机组协调控制优化的方法，包括：负荷响应速率优化、阀门流量特性曲线优化、滑压曲线及定、滑压逻辑优化、锅炉燃烧控制逻辑优化。在实际使用可以实现提高锅炉燃烧效率，降低机组发电煤耗，确保机组在各工况下协调控制的品质均能达到机组安全经济运行的需要，年累计上网电量减少数量较大，通过燃烧优化调整更加合理的风煤配比使煤得到更加充分的燃烧，减少了相关污染物的排放，同时可提高自动调节品质，减少锅炉各运行参数的波动幅度，提高机组运行的安全、稳定性，减少非计划停机的次数及对电网的影响，减少工人的劳动强度，机组自动投入率将有大幅提高，提升企业的生产过程自动化控制水平。

Description

一种发电用锅炉燃烧过程及机组协调控制优化的方法

技术领域

本发明涉及电力系统电力调度运行领域，具体涉及一种发电用锅炉燃烧过程及机组协调控制优化的方法。

背景技术

CFB机组燃烧优化现多为外挂设备，通过OPC软件、交换机与DCS进行数据通讯，全部的运算均在外挂机上进行，不会影响DCS计算机系统的运行速度和网络通讯速率。外挂系统软件调试阶段都在机组带40％负荷以上进行，各种工况下的参数调整都通过在线调试。还有一种优化方式，不需要增加任何硬件设备，在原DCS系统Nexus系统上，利用原DCS系统中原有算法控制块组合集成一些新的高级算法，如iMPC模型预测控制算法、对象相位补偿功能块、大时间统计分析煤电比算法等高级应用功能块。不存在与第三方厂家优化系统通信接口，接口逻辑切换检查等兼容性问题，优化系统运行维护简单、安全可靠。目前，使用较多的为外挂式优化系统，其投入成本高，代码不对外开放，运行维护困难，出现问题基本无法处理，需后期厂家技术支持及不断优化调整，逻辑接口未知，存在风险不可控。基于原DCS进行组态及算法优化的方案，成本较低，代码对外开放可查，接口逻辑清晰，风险可控。

CFB锅炉特有的控制难点以及传统PID控制的局限性，部分控制回路至今无法很好的实现自动控制。我公司协调控制系统存在诸多问题，比如：(1)负荷响应速率较慢，累计上网电量较大；(2)压力波动较大，在升降负荷阶段，机前压力波动较大，300MW以上投入定压运行方式后，负荷变化引起汽机压力波动，导致CCS因超压切手动，机前压力控制稳定性较差；(3)阀门流量特性曲线较差，滑压、顺阀运行方式下，综合阀位在60％-％70的范围内，带负荷能力较差，不能满足负荷快速响应要求；(4)滑压曲线需优化调整，对应CCS参数应修改，实现真正意义上的定滑定运行方式，而非将深度滑压曲线简单修改；(5)燃烧自动未实现，机组运行各项经济指标与运行人员水平有一定关系，脱硫脱硝剂用量，锅炉内部燃烧工况，床温、炉膛差压等各项参数差别较大，未能达到经济运行的目标。

根据以上所述，为了满足机组经济安全运行及实现节能降耗等方面的需要，通过锅炉燃烧过程及机组协调系统的优化，实现节能和深化清洁燃烧效果，降低运行成本，提高循环流化床机组运行水平。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种发电用锅炉燃烧过程及机组协调控制优化的方法，其应用时通过优化锅炉燃烧过程与机组协调控制，从而可以提高自动调节品质，减少锅炉各运行参数的波动幅度，提高机组运行的安全、稳定性，减少非计划停机的次数及对电网的影响，各控制回路自动运行，减少工人的劳动强度，机组自动投入率将有大幅提高，提升企业的生产过程自动化控制水平和竞争力。

本发明通过以下技术方案实现：

一种发电用锅炉燃烧过程及机组协调控制优化的方法，包括：

S1、负荷响应速率优化，现有负荷控制方式为，值长根据变电站上网购网电量值，通知两台机组运行人员进行增减负荷操作，运行人员手动输入目标负荷，设定负荷变化速率，通过CCS(协调控制系统)进行负荷调整；优化方案是基于现有AGC(自动发电控制)控制逻辑，将变电站上网购网电量值作为AGC负荷变化指令，通过闭环控制自动调整负荷，以提高负荷响应速率，同时，增加两台机组负荷分配投切逻辑，值长可根据机组运行工况进行负荷分配。修改相关AGC自动投入切除条件，保证异常工况下AGC自动退出。优化CCS逻辑中相关参数，使得机组能快速响应负荷指令，负荷响应速率满足AGC考核规范要求，调节速率值不大于标准值3.3MW/min.

S2、阀门流量特性曲线优化：在机组大修后进行一次调频动态试验，机组在某一综合阀位点，带负荷能力较弱。例如在75％负荷，阀位控制方式下，需要有较大的一次调频系数方可满足理论计算负荷。而其它阀位点，带负荷能力均能满足试验要求。对阀门流量特性曲线进行修正，得到流量特性，综合阀位变化其线性度将会改善，更有利于负荷控制及参数调整。具体分为：(1)阀门管理，通过对DEH逻辑-阀门管理中关于阀位计算的函数进行计算，得出理论单顺阀流量曲线；(2)单、顺阀流量特性试验，运行工况切为阀位控制、单阀运行方式，确定阀门全开时带满负荷时的主汽压力，维持此压力不变，通过调整综合阀位指令，阀位记录负荷、调节级压力、综合阀位、主汽压力、单阀指令等参数；运行工况切为阀位控制、顺阀运行方式，维持上述压力不变，调整综合阀位指令，记录负荷、调节级压力、综合阀位、主汽压力、单阀指令等参数；(3)调节阀流量特性校正，根据试验所得数据，通过弗留格尔公式计算各阀位下的实际主汽流量，绘制单阀的流量曲线。根据试验数据，利用作图法确定阀门重叠度，绘制顺阀流量特性曲线；

S3、滑压曲线及定、滑压逻辑优化，滑压运行曲线为汽轮机厂家根据设计工况得出，无法准确描述系统变工况运行时的动态特想，而且该曲线只与负荷有关，未考虑其它因素影响，需对汽轮机的滑压曲线进行优化；汽轮机高调阀的节流损失是影响汽轮机运行经济性的重要因素，合适的滑压曲线可以将汽轮机主汽调阀的节流损失降低至最小，显著提高机组运行的经济性水平。为降低节流损失，提高机组运行效率，降低汽耗，需对汽轮机的滑压曲线进行优化。

S4、锅炉燃烧控制逻辑优化，整体优化思路为：“自下而上，由简及难，循序渐进”。先优化与协调控制系统相关的子控制回路，再优化协调控制系统自身的机主控、炉主控，系统稳定后优化涉及面较广的燃料性质校正环节、协调与各子控制回路的耦合环节，最后循环优化协调控制系统反馈侧的参数、协调控制炉内脱硫脱硝与炉外脱硫配合环节。

进一步的，一种发电用锅炉燃烧过程及机组协调控制优化的方法，所述锅炉燃烧控制逻辑优化的具体过程包括，步骤1：(1)首先优化炉膛压力控制，防止调试一次风量、二次风量时总风量波动造成炉膛压力失控，原因是炉膛压力为保护信号，而且当前各控制系统中炉膛压力控制相对脆弱；(2)稳定炉膛压力后，调试一次风量，加快一次风的响应速度，目的在于加煤时加风，保证一次风的输送作用，加快燃料响应，减少床内新煤堆集造成瞬时SO2和NOX失控；(3)加快一次风后，调试燃料主控，加快煤的响应速度，目的在于快速变负荷时稳定机前压力；(4)优化二次风量及氧量控制，优化风煤的动态配比保证燃烧充分稳定；(5)优化汽包水位控制相对独立，先优化给水流量控制回路，其次优化汽包水位控制回路；(6)一级过热/二级过热/再热汽温控制相对独立，由于二级过热汽温为其它汽温提供前馈信号，所以优化次序为：首先二级过热汽温；然后一级过热汽温；最后再热汽温；(7)炉外脱硫控制相对独立，先设计运行人员操作提示画面，然后优化控制逻辑。

步骤2：(1)首先优化炉内脱硫控制，防止调试过程中SO2失控，先进行电石渣给料量软测量，再使控制系统构成给煤量前馈+校正的控制回路；(2)优化喷氨自动，防止调试过程中NOX失控；(3)其次优化锅炉主控，保证机前压力的稳定，保证燃料量波动幅度在机组可接受范围内；(4)进一步优化汽机主控，减小负荷响应延迟时间，提高负荷控制精度，维持负荷响应速率。

步骤3：(1)首先增加BTU校正逻辑，使机组煤质适应能力更好，优化协调控制系统与各子回路之间的动态前馈系数及补偿系数，达到系统的整体协调；(2)然后进一步优化协调控制系统，循环优化协调控制与各子回路的耦合逻辑；(3)最后整体优化给煤量、炉内脱硫脱硝、炉外脱硫环节，达到节约煤量、电石渣、尿素。

综上所述，本发明的以下有益效果：

1、本发明一种发电用锅炉燃烧过程及机组协调控制优化的方法，提高锅炉燃烧效率，降低机组发电煤耗，确保机组在各工况下协调控制的品质均能达到机组安全经济运行的需要，年累计上网电量减少数量较大，实现的直接经济效益较好。

2、本发明一种发电用锅炉燃烧过程及机组协调控制优化的方法，通过燃烧优化调整更加合理的风煤配比使煤得到更加充分的燃烧，减少了相关污染物的排放。

3、本发明一种发电用锅炉燃烧过程及机组协调控制优化的方法，可提高自动调节品质，减少锅炉各运行参数的波动幅度，提高机组运行的安全、稳定性，减少非计划停机的次数及对电网的影响，各控制回路自动运行，减少工人的劳动强度，机组自动投入率将有大幅提高，提升企业的生产过程自动化控制水平和竞争力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明工艺流程示意图。

图2为本发明单阀流量曲线图。

图3为本发明顺阀流量曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示，一种发电用锅炉燃烧过程及机组协调控制优化的方法，包括：(1)负荷响应速率优化，现有负荷控制方式为，值长根据变电站上网购网电量值，通知两台机组运行人员进行增减负荷操作，运行人员手动输入目标负荷，设定负荷变化速率，通过CCS进行负荷调整；优化方案是基于现有AGC控制逻辑，将变电站上网购网电量值作为AGC负荷变化指令，通过闭环控制自动调整负荷，以提高负荷响应速率，同时，增加两台机组负荷分配投切逻辑，值长可根据机组运行工况进行负荷分配。修改相关AGC自动投入切除条件，保证异常工况下AGC自动退出。优化CCS逻辑中相关参数，使得机组能快速响应负荷指令，负荷响应速率满足AGC考核规范要求，调节速率值不大于标准值3.3MW/min；(2)阀门流量特性曲线优化：在机组大修后进行一次调频动态试验，机组在某一综合阀位点，带负荷能力较弱。例如在75％负荷，阀位控制方式下，需要有较大的一次调频系数方可满足理论计算负荷。而其它阀位点，带负荷能力均能满足试验要求。对阀门流量特性曲线进行修正，得到流量特性，综合阀位变化其线性度将会改善，更有利于负荷控制及参数调整。具体分为：阀门管理，通过对DEH逻辑-阀门管理中关于阀位计算的函数进行计算，得出理论单顺阀流量曲线；单、顺阀流量特性试验，运行工况切为阀位控制、单阀运行方式，确定阀门全开时带满负荷时的主汽压力，维持此压力不变，通过调整综合阀位指令，阀位记录负荷、调节级压力、综合阀位、主汽压力、单阀指令等参数；运行工况切为阀位控制、顺阀运行方式，维持上述压力不变，调整综合阀位指令，记录负荷、调节级压力、综合阀位、主汽压力、单阀指令等参数；调节阀流量特性校正，根据试验所得数据，通过弗留格尔公式计算各阀位下的实际主汽流量，绘制单阀的流量曲线。根据试验数据，利用作图法确定阀门重叠度，绘制顺阀流量特性曲线；(3)滑压曲线及定、滑压逻辑优化，滑压运行曲线为汽轮机厂家根据设计工况得出，无法准确描述系统变工况运行时的动态特想，而且该曲线只与负荷有关，未考虑其它因素影响，需对汽轮机的滑压曲线进行优化；汽轮机高调阀的节流损失是影响汽轮机运行经济性的重要因素，合适的滑压曲线可以将汽轮机主汽调阀的节流损失降低至最小，显著提高机组运行的经济性水平。为降低节流损失，提高机组运行效率，降低汽耗，需对汽轮机的滑压曲线进行优化。(4)锅炉燃烧控制逻辑优化，整体优化思路为：“自下而上，由简及难，循序渐进”。先优化与协调控制系统相关的子控制回路，再优化协调控制系统自身的机主控、炉主控，系统稳定后优化涉及面较广的燃料性质校正环节、协调与各子控制回路的耦合环节，最后循环优化协调控制系统反馈侧的参数、协调控制炉内脱硫脱硝与炉外脱硫配合环节。

具体的，所述锅炉燃烧控制逻辑优化的具体过程包括，首先优化炉膛压力控制，防止调试一次风量、二次风量时总风量波动造成炉膛压力失控，原因是炉膛压力为保护信号，而且当前各控制系统中炉膛压力控制相对脆弱；稳定炉膛压力后，调试一次风量，加快一次风的响应速度，目的在于加煤时加风，保证一次风的输送作用，加快燃料响应，减少床内新煤堆集造成瞬时SO2和NOX失控；加快一次风后，调试燃料主控，加快煤的响应速度，目的在于快速变负荷时稳定机前压力；优化二次风量及氧量控制，优化风煤的动态配比保证燃烧充分稳定；优化汽包水位控制相对独立，先优化给水流量控制回路，其次优化汽包水位控制回路；一级过热/二级过热/再热汽温控制相对独立，由于二级过热汽温为其它汽温提供前馈信号，所以优化次序为：首先二级过热汽温；然后一级过热汽温；最后再热汽温；炉外脱硫控制相对独立，先设计运行人员操作提示画面，然后优化控制逻辑；优化炉内脱硫控制，防止调试过程中SO₂失控，先进行电石渣给料量软测量，再使控制系统构成给煤量前馈+校正的控制回路；优化喷氨自动，防止调试过程中NO_X失控；其次优化锅炉主控，保证机前压力的稳定，保证燃料量波动幅度在机组可接受范围内；进一步优化汽机主控，减小负荷响应延迟时间，提高负荷控制精度，维持负荷响应速率。增加BTU校正逻辑，使机组煤质适应能力更好，优化协调控制系统与各子回路之间的动态前馈系数及补偿系数，达到系统的整体协调；然后进一步优化协调控制系统，循环优化协调控制与各子回路的耦合逻辑；最后整体优化给煤量、炉内脱硫脱硝、炉外脱硫环节，达到节约煤量、电石渣、尿素。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种发电用锅炉燃烧过程及机组协调控制优化的方法，其特征在于，包括：

S1、负荷响应速率优化，现有负荷控制方式为，值长根据变电站上网购网电量值，通知两台机组运行人员进行增减负荷操作，运行人员手动输入目标负荷，设定负荷变化速率，通过CCS进行负荷调整；

优化CCS逻辑中相关参数，使得机组能快速响应负荷指令，负荷响应速率满足AGC考核规范要求，调节速率值不大于标准值3.3MW/min；

S2、阀门流量特性曲线优化：

(1)阀门管理，通过对DEH逻辑-阀门管理中关于阀位计算的函数进行计算，得出理论单顺阀流量曲线；

(2)单、顺阀流量特性试验，运行工况切为阀位控制、单阀运行方式，确定阀门全开时带满负荷时的主汽压力，维持此压力不变，通过调整综合阀位指令，阀位记录负荷、调节级压力、综合阀位、主汽压力、单阀指令等参数；

(3)调节阀流量特性校正，根据试验所得数据，通过弗留格尔公式计算各阀位下的实际主汽流量，绘制单阀的流量曲线，根据试验数据，利用作图法确定阀门重叠度，绘制顺阀流量特性曲线；

S3、滑压曲线及定、滑压逻辑优化，滑压运行曲线为汽轮机厂家根据设计工况得出，无法准确描述系统变工况运行时的动态特想，而且该曲线只与负荷有关，未考虑其它因素影响，需对汽轮机的滑压曲线进行优化；汽轮机高调阀的节流损失是影响汽轮机运行经济性的重要因素，合适的滑压曲线可以将汽轮机主汽调阀的节流损失降低至最小，显著提高机组运行的经济性水平，为降低节流损失，提高机组运行效率，降低汽耗，需对汽轮机的滑压曲线进行优化；

S4、锅炉燃烧控制逻辑优化，先优化与协调控制系统相关的子控制回路，再优化协调控制系统自身的机主控、炉主控，系统稳定后优化涉及面较广的燃料性质校正环节、协调与各子控制回路的耦合环节，最后循环优化协调控制系统反馈侧的参数、协调控制炉内脱硫脱硝与炉外脱硫配合环节。

2.根据权利要求1所述的一种发电用锅炉燃烧过程及机组协调控制优化的方法，其特征在于，所述锅炉燃烧控制逻辑优化的具体过程是：

步骤1：

(1)首先优化炉膛压力控制，防止调试一次风量、二次风量时总风量波动造成炉膛压力失控；

(2)稳定炉膛压力后，调试一次风量，加快一次风的响应速度；

(3)加快一次风后，调试燃料主控，加快煤的响应速度；

(4)优化二次风量及氧量控制，优化风煤的动态配比保证燃烧充分稳定；

(5)优化汽包水位控制相对独立，先优化给水流量控制回路，其次优化汽包水位控制回路；

(6)一级过热/二级过热/再热汽温控制相对独立，优化次序为：首先二级过热汽温；然后一级过热汽温；最后再热汽温；

(8)炉外脱硫控制相对独立，先设计运行人员操作提示画面，然后优化控制逻辑；

步骤2：

(1)首先优化炉内脱硫控制，防止调试过程中SO₂失控，先进行电石渣给料量软测量，再使控制系统构成给煤量前馈+校正的控制回路；

(2)优化喷氨自动，防止调试过程中NO_X失控；

(3)其次优化锅炉主控，保证机前压力的稳定，保证燃料量波动幅度在机组可接受范围内；

(4)进一步优化汽机主控，减小负荷响应延迟时间，提高负荷控制精度，维持负荷响应速率；

步骤3：

(1)首先增加BTU校正逻辑，使机组煤质适应能力更好，优化协调控制系统与各子回路之间的动态前馈系数及补偿系数，达到系统的整体协调；

(2)然后进一步优化协调控制系统，循环优化协调控制与各子回路的耦合逻辑；

(3)最后整体优化给煤量、炉内脱硫脱硝、炉外脱硫环节，达到节约煤量、电石渣、尿素。

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