CN111998383B - 基于锅炉负荷及火焰中心点坐标量化的燃尽风控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃烧方法技术领域，尤其涉及一种基于锅炉负荷及火焰中心点坐标量化的燃尽风控制方法。通过水冷壁的实时壁温对锅炉当前的火焰中心高度进行计算，得到量化数值结果；通过建立火焰中心高度、燃尽风平均开度和炉膛出口氮氧化物含量的多变量预测模型，将模型输出的结果作为燃尽风的补偿量，叠加锅炉负荷对应燃尽风的平均阀门开度粗调指令，得到最终的燃尽风平均阀门开度指令。本发明解决现有方法中锅炉火焰中心高度计算方法繁琐、耗时长、结构复杂、成本高的问题；控制技术方面，锅炉的燃尽风调整仍然需要手动干预的问题。

Description

基于锅炉负荷及火焰中心点坐标量化的燃尽风控制方法

技术领域

本发明属于燃烧方法技术领域，尤其涉及一种基于锅炉负荷及火焰中心点坐标量化的燃尽风控制方法。

背景技术

随着不可再生能源需求的增长和可供能源的进一步消耗，国家制定了“节能减排”的政策，对于火电机组来说，“省煤”和“环保”这两个问题实际上都可以归结为一个问题，即如何在不改变机组原有设备的基础上，改善机组运行，延长机组使用寿命。目前，电网一般都是实现AGC经济调度，以节约能源，但是AGC调度只是从“分配”的角度去解决这一问题，而这个问题的关键仍然在每一个运行的电厂个体，现有的AGC调节，主要都是建立在协调的基础上来进行，而协调解决的问题主要是让机组能够快速响应电网的需求，随着对燃煤锅炉氮氧化物排放要求的提高，低氮燃烧器、空气分级和燃料分级等低氮燃烧技术得到越来越多的应用，在锅炉的低氮改造中，燃尽风的布置方式、配风量等因素都会对氮氧化物的排放有着至关重要的影响，选择不当不仅会影响氮氧化物的排放难以达标，同时还可能引起蒸汽参数降低、飞灰和灰渣含碳量上升、受热面结焦等问题，会严重影响锅炉的经济环保运行。对于燃尽风的布置，一旦固定位置很难再去进行调整，因此目前针对燃烧过程的调整，主要是在燃尽风配风量这个部分进行动态实时调整，而目前调整的方式主要依赖于工程技术人员的经验，根据氮氧化物的排放量进行“感觉”上的调节，当氮氧化物下降时，减少燃尽风的开度；当氮氧化物上升时，增加燃尽风的开度，尽量保证氮氧化物的排放处在一个合适的范围内。这种调节方式属于一种比较粗犷的调节方式，并没有充分挖掘负荷、工况、配风和氮氧化物排放的深度联系，氮氧化物排放的影响因素是多样化的，但炉膛火焰中心高度的变化是作为一个非常重要的影响因素而存在的，目前的炉膛火焰中心高度是非量化的，这就很难建立起炉膛火焰中心高度和氮氧化物排放之间的一个明确的对应关系，这也是以往传统燃烧调节领域里面一直无法很好解决的问题。另外由于前面的火焰中心高度无法量化的问题，后面的选用合适的预测算法进行控制优化也就变得无从谈起。

综上，如何将火焰中心高度通过实时检测的数据进行推算并与氮氧化物建立起完整的模型关系对于锅炉的低氮排放是非常有价值的。

发明内容

本发明是要解决现有方法中锅炉火焰中心高度计算方法繁琐、耗时长、结构复杂、成本高的问题以及控制技术方面，锅炉的燃尽风调整仍然需要手动干预的问题，进而提供了基于锅炉负荷及火焰中心点坐标量化的燃尽风控制方法。

为实现上述目的，本发明采用的方案为：

基于锅炉负荷及火焰中心点坐标量化的燃尽风控制方法，它按以下步骤实现：

(1)通过水冷壁壁温的实时检测数值完成火焰中心高度的量化计算；

(2)建立火焰中心高度、燃尽风平均开度和炉膛出口氮氧化物含量的多变量预测模型；

(3)计算主蒸汽热焓值，通过和额定蒸汽焓值的换算得到当前的锅炉负荷百分比，通过线性函数折算，得到锅炉负荷对应燃尽风的平均阀门开度粗调指令，该指令再叠加上步骤(1)和(2)计算出的燃尽风开度的修正量，得到最终的燃尽风平均阀门开度指令。

进一步地，步骤(1)通过分散控制系统，实现锅炉壁温定时检测和结果输出火焰中心高度量化值，具体步骤如下：

①通过电厂在锅炉炉膛水冷壁上布置的温度传感器进行实时采样，通过分散控制系统的模拟量采集卡完成数据的实时采集；

②通过水冷壁壁温测点布置的物理位置将整个炉膛高度进行标定，从低到高依次标定为0,1,2……N；

③计算高度0～N的每一层的水冷壁壁温检测值的和，得到T₀,T₁,T₂……T_N；

④通过人为经验标定火焰中心的初始高度范围K到M，其中0<K<M<N，

计算的值；

若则将火焰中心的高度范围改为/>

若则将火焰中心的高度范围改为/>

⑤重复上述步骤r次，直到则火焰中心的高度为/>

进一步地，步骤(2)通过分散控制系统的智能控制器，实现多变量预测模型的建立，具体步骤如下：

①保持锅炉燃烧和煤质稳定，阶跃改变二次风辅助风门开度，令火焰中心高度发生变化，等待一定时间，锅炉重新稳定后，通过模型辨识的方法得到火焰中心高度和炉膛出口氮氧化物含量的传递函数表达式；

②保持锅炉燃烧和煤质稳定，阶跃改变燃尽风平均开度，等待一定时间，锅炉重新稳定后，通过模型辨识的方法得到燃尽风平均开度和炉膛出口氮氧化物含量的传递函数表达式；

③通过多次阶跃试验，得到火焰中心高度、燃尽风平均开度和炉膛出口氮氧化物含量的多变量预测模型，其中火焰中心高度为干扰变量FV，燃尽风平均开度为操作变量MV，炉膛出口氮氧化物含量为被控变量CV。

进一步地，步骤(3)通过分散控制系统的图形化组态工具，实现锅炉负荷对应燃尽风开度的粗调计算和步骤(2)得到的燃尽风修正量的叠加，并通过分散控制系统的模拟量输出卡件将指令送达燃尽风门的电动执行机构，具体步骤如下：

①通过计算主蒸汽的额定压力、额定温度和额定流量计算出主蒸汽压力的额定焓值；

②通过计算主蒸汽的当前压力、当前温度和当前流量计算出主蒸汽压力的当前焓值；

③通过当前焓值与额定焓值做商，通过百分比换算得到锅炉当前的负荷百分比；

④通过折算函数将锅炉负荷百分比对应燃尽风的平均开度建立线性关系，令负荷百分比发生变化后，燃尽风的平均开度也会随之发生变化；

⑤将步骤(2)得到的燃尽风修正量，通过前馈指令的方式叠加到燃尽风的平均指令输出上，实现火焰中心发生变化时，燃尽风能够在锅炉出口氮氧化物发生变化前实现预测性控制。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.从电厂的监控系统中获取数据，无需增加测点。

2.通过电厂实时壁温参数进行简单的数学计算去量化了当前炉膛火焰中心的高度，所有计算过程发生在电厂监控系统内部，火焰中心高度可用于监控系统的内部使用。

3.火焰中心高度的计算采用局部检测值分段对比的方式，可有效降低错误率。

4.火焰中心高度、燃尽风调门开度和氮氧化物之间采用多变量模型预测算法，建立预测模型，实现自动预测控制。

5.锅炉的负荷采用焓值进行表征，并通过和额定负荷焓值进行处理后，得到锅炉负荷的百分比数值，可更好的表征锅炉的真实负荷。

6.最终的输出通过DCS统一接口，保证了输出的统一性。

附图说明

图1为二次风门布置图；

图2为基于锅炉负荷及火焰中心点坐标量化的燃尽风控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

基于锅炉负荷及火焰中心点坐标量化的燃尽风控制方法，它按以下步骤实现：

(1)通过水冷壁壁温的实时检测数值完成火焰中心高度的量化计算；

(2)建立火焰中心高度、燃尽风平均开度和炉膛出口氮氧化物含量的多变量预测模型；

(3)计算主蒸汽热焓值，通过和额定蒸汽焓值的换算得到当前的锅炉负荷百分比，通过线性函数折算，得到锅炉负荷对应燃尽风的平均阀门开度粗调指令，该指令再叠加上步骤(1)和(2)计算出的燃尽风开度的修正量，得到最终的燃尽风平均阀门开度指令。

步骤(1)通过分散控制系统，实现锅炉壁温定时检测和结果输出火焰中心高度量化值，具体步骤如下：

①通过电厂在锅炉炉膛水冷壁上布置的温度传感器进行实时采样，通过分散控制系统的模拟量采集卡完成数据的实时采集；

②通过水冷壁壁温测点布置的物理位置将整个炉膛高度进行标定，从低到高依次标定为0,1,2……N；

③计算高度0～N的每一层的水冷壁壁温检测值的和，得到T₀,T₁,T₂……T_N；

④通过人为经验标定火焰中心的初始高度范围K到M，其中0<K<M<N，

计算的值；

若则将火焰中心的高度范围改为/>

若则将火焰中心的高度范围改为/>

⑤重复上述步骤r次，直到则火焰中心的高度为/>

步骤(2)通过分散控制系统的智能控制器，实现多变量预测模型的建立，具体步骤如下：

①保持锅炉燃烧和煤质稳定，阶跃改变二次风辅助风门开度，令火焰中心高度发生变化，等待一定时间，锅炉重新稳定后，通过模型辨识的方法得到火焰中心高度和炉膛出口氮氧化物含量的传递函数表达式；

②保持锅炉燃烧和煤质稳定，阶跃改变燃尽风平均开度，等待一定时间，锅炉重新稳定后，通过模型辨识的方法得到燃尽风平均开度和炉膛出口氮氧化物含量的传递函数表达式；

③通过多次阶跃试验，得到火焰中心高度、燃尽风平均开度和炉膛出口氮氧化物含量的多变量预测模型，其中火焰中心高度为干扰变量FV，燃尽风平均开度为操作变量MV，炉膛出口氮氧化物含量为被控变量CV。

步骤(3)通过分散控制系统的图形化组态工具，实现锅炉负荷对应燃尽风开度的粗调计算和步骤(2)得到的燃尽风修正量的叠加，并通过分散控制系统的模拟量输出卡件将指令送达燃尽风门的电动执行机构，具体步骤如下：

①通过计算主蒸汽的额定压力、额定温度和额定流量计算出主蒸汽压力的额定焓值；

②通过计算主蒸汽的当前压力、当前温度和当前流量计算出主蒸汽压力的当前焓值；

③通过当前焓值与额定焓值做商，通过百分比换算得到锅炉当前的负荷百分比；

④通过折算函数将锅炉负荷百分比对应燃尽风的平均开度建立线性关系，令负荷百分比发生变化后，燃尽风的平均开度也会随之发生变化；

⑤将步骤(2)得到的燃尽风修正量，通过前馈指令的方式叠加到燃尽风的平均指令输出上，实现火焰中心发生变化时，燃尽风能够在锅炉出口氮氧化物发生变化前实现预测性控制。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域人员能很好的理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (2)

1.基于锅炉负荷及火焰中心点坐标量化的燃尽风控制方法，其特征在于，它按以下步骤实现：

(1)通过水冷壁壁温的实时检测数值完成火焰中心高度的量化计算；

(2)建立火焰中心高度、燃尽风平均开度和炉膛出口氮氧化物含量的多变量预测模型；

(3)计算主蒸汽热焓值，通过和额定蒸汽焓值的换算得到当前的锅炉负荷百分比，通过线性函数折算，得到锅炉负荷对应燃尽风的平均阀门开度粗调指令，该指令再叠加上步骤(1)和(2)计算出的燃尽风开度的修正量，得到最终的燃尽风平均阀门开度指令；

步骤(1)通过分散控制系统，实现锅炉壁温定时检测和结果输出火焰中心高度量化值，具体步骤如下：

①通过电厂在锅炉炉膛水冷壁上布置的温度传感器进行实时采样，通过分散控制系统的模拟量采集卡完成数据的实时采集；

②通过水冷壁壁温测点布置的物理位置将整个炉膛高度进行标定，从低到高依次标定为0,1,2……N；

③计算高度0～N的每一层的水冷壁壁温检测值的和，得到T₀,T₁,T₂……T_N；

④通过人为经验标定火焰中心的初始高度范围K到M，其中0<K<M<N，

计算的值；

若则将火焰中心的高度范围改为K′＝K，/>

若则将火焰中心的高度范围改为/>M′＝M；

⑤重复上述步骤r次，直到则火焰中心的高度为/>

步骤(2)通过分散控制系统的智能控制器，实现多变量预测模型的建立，具体步骤如下：

①保持锅炉燃烧和煤质稳定，阶跃改变二次风辅助风门开度，令火焰中心高度发生变化，等待一定时间，锅炉重新稳定后，通过模型辨识的方法得到火焰中心高度和炉膛出口氮氧化物含量的传递函数表达式；

②保持锅炉燃烧和煤质稳定，阶跃改变燃尽风平均开度，等待一定时间，锅炉重新稳定后，通过模型辨识的方法得到燃尽风平均开度和炉膛出口氮氧化物含量的传递函数表达式；

③通过多次阶跃试验，得到火焰中心高度、燃尽风平均开度和炉膛出口氮氧化物含量的多变量预测模型，其中火焰中心高度为干扰变量FV，燃尽风平均开度为操作变量MV，炉膛出口氮氧化物含量为被控变量CV。

2.根据权利要求1所述的基于锅炉负荷及火焰中心点坐标量化的燃尽风控制方法，其特征在于，步骤(3)通过分散控制系统的图形化组态工具，实现锅炉负荷对应燃尽风开度的粗调计算和步骤(2)得到的燃尽风修正量的叠加，并通过分散控制系统的模拟量输出卡件将指令送达燃尽风门的电动执行机构，具体步骤如下：

①通过计算主蒸汽的额定压力、额定温度和额定流量计算出主蒸汽压力的额定焓值；

②通过计算主蒸汽的当前压力、当前温度和当前流量计算出主蒸汽压力的当前焓值；

③通过当前焓值与额定焓值做商，通过百分比换算得到锅炉当前的负荷百分比；

④通过折算函数将锅炉负荷百分比对应燃尽风的平均开度建立线性关系，令负荷百分比发生变化后，燃尽风的平均开度也会随之发生变化；

⑤将步骤(2)得到的燃尽风修正量，通过前馈指令的方式叠加到燃尽风的平均指令输出上，实现火焰中心发生变化时，燃尽风能够在锅炉出口氮氧化物发生变化前实现预测性控制。