CN112178616A - 一种考虑蓄热时空分布的燃煤机组控制方法 - Google Patents

一种考虑蓄热时空分布的燃煤机组控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种考虑蓄热时空分布的燃煤机组控制方法，在实际运行过程中，在升负荷时，主蒸汽温度偏低，再热蒸汽温度偏高。究其原因在于省煤器由于蓄热变化量较大造成其出口温度变化迟缓，加上煤量超调造成主、再热蒸汽热量匹配不均的问题。为了解决上述问题，将省煤器蓄热变化量与单位再热蒸汽温度调节量变化引起的水冷壁或过热侧烟道内过热器换热量的变化量作商，将其与再热蒸汽温度调节量指令相加，得到再热蒸汽温度调节量新值。本发明将省煤器延迟变化的热量通过再热器温度调节量由水冷壁或过热侧烟道内过热器吸热量进行补偿，完成了主、再热蒸汽温度的耦合调节，有效改善了变负荷过程中蒸汽温度的质量，提高机组运行经济性。

Description

一种考虑蓄热时空分布的燃煤机组控制方法
技术领域
本发明属于火电厂热工控制技术领域，具体涉及火一种考虑蓄热时空分布的燃煤机组控制方法。
背景技术
锅炉蓄热是导致金属壁温变化迟缓的主要原因。考虑锅炉中蓄热变化分布对蒸汽温度的精准控制意义重大。由于锅炉自身结构特点，省煤器蓄热变化量较大，变化迟缓，导致分离器出口温度变化较慢，影响水燃比的控制，进而严重影响主、再热蒸汽温度控制效果。故将省煤器蓄热变化量通过再热蒸汽温度调节量由水冷壁/过热侧烟道内过热器的吸热量补偿，实现主、再热蒸汽温度耦合控制，以改善运行过程中蒸汽温度控制效果，提高机组运行经济性与安全性。
发明内容
本发明针对锅炉中蓄热分布不均等特点，结合实际电厂运行问题，从锅炉瞬态特性与静态特性的本质差异中出发，旨在寻觅出从根本上改善机组参数控制品质的方法。本发明的目的是提供一种考虑蓄热时空分布的燃煤机组控制方法，改善变负荷过程中的蒸汽温度品质，提高机组运行的安全性与经济性，为机组灵活调峰提供了可能。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种考虑蓄热时空分布的燃煤机组控制方法，其特征在于：通过省煤器进出口参数获得省煤器蓄热变化量，将省煤器蓄热变化量与单位再热蒸汽温度调节量变化引起的水冷壁或过热侧烟道内过热器换热量的变化量作商，作为再热蒸汽温度调节量的前馈，即将省煤器延迟变化的热量通过再热蒸汽温度调节量的改变由水冷壁或过热侧烟道内过热器吸热量补偿，完成了主、再热蒸汽温度的耦合调节，将再热蒸汽温度调节量前馈值与从燃煤机组控制系统中得到的再热蒸汽温度调节量指令相加，得到再热蒸汽温度调节量新值。
所述省煤器蓄热变化量的计算方法如下：
测量省煤器的金属壁温Tm，省煤器金属的蓄热变化量计算如下：
Figure BDA0002729321600000021
式中：Qm为金属面的蓄热量，kJ；M为金属的质量，kg；cm为金属比热容，kJ/(kg·℃)；Tm为金属面的壁温，℃；t为时间，s；
测量省煤器进出口工质的温度和压力，通过水蒸气物性参数表查得对应热力学能us，密度ρs，省煤器工质的蓄热变化量计算如下：
Figure BDA0002729321600000022
式中：Qs为省煤器工质蓄热量，kJ；us为工质的热力学能，kJ/kg；ρs为工质的密度，kJ/m3；Vs为工质的体积，kJ/m3；
故省煤器蓄热变化量为
Figure BDA0002729321600000023
式中：g(t)表示省煤器蓄热变化量，kJ/s。
将g(t)嵌入机组控制系统中，如附图1、2、3所示，由省煤器进出口参数通过g(t)获得省煤器蓄热变化量。
所述单位再热蒸汽温度调节量变化引起的水冷壁或过热侧烟道内过热器换热量的变化量的计算方法如下：
再热蒸汽温度调节量包括燃烧器摆角开度、烟气再循环量、烟气挡板开度；针对依靠燃烧器摆角调节再热蒸汽温度的机组，选择燃烧器摆角开度扰动；针对依靠烟气再循环调节再热蒸汽温度的机组，选用烟气再循环量扰动；针对依靠烟气挡板调节再热蒸汽温度的机组，选用烟气挡板开度扰动；具体如下：
(1)单位燃烧器摆角开度变化引起的水冷壁换热量的变化量的确定
不同稳态负荷下，进行燃烧器摆角扰动，测量、记录水冷壁进出口工质温度、流量和压力，通过水蒸气物性参数表得出对应焓值，得出单位燃烧器摆角开度变化时水冷壁吸热量的变化值，记为△Q1:
ΔQ1＝(Gout,b·hout,b-Gin,b·hin,b)-(Gout,a·hout,a-Gin,a·hin,a)/(BSAb-BSAa)
式中：△Q1表示单位燃烧器摆角变化时水冷壁换热量的变化值；G代表工质流量，kg/s；h代表工质焓值，kJ/kg；BSA代表燃烧器摆角开度；下标in，out分别代表进出口，下标a，b分别代表燃烧器摆角变化前后；
将不同稳态负荷下的△Q1与对应负荷值拟合，记为f1(x)。如图1所示，将f1(x)嵌入机组控制系统中，负荷值通过f1(x)处理后获得单位燃烧器摆角开度变化引起的水冷壁换热变化量。
(2)单位烟气再循环量变化引起的水冷壁换热量的变化量的确定
不同稳态负荷下，进行烟气再循环量扰动，测量、记录水冷壁进出口工质温度、流量和压力，通过水蒸气物性参数表得出对应焓值，得出单位烟气再循环量变化时水冷壁吸热量的变化值，记为△Q2:
ΔQ2＝(Gout,b·hout,b-Gin,b·hin,b)-(Gout,a·hout,a-Gin,a·hin,a)/(FGRb-FGRa)
式中：△Q2表示单位烟气再循环量变化时水冷壁换热量的变化值；G代表工质流量，kg/s；h代表工质焓值，kJ/kg；FGR代表烟气再循环量；下标in，out分别代表进出口，下标a，b分别代表烟气再循环量变化前后；
将不同稳态负荷下的△Q2与对应负荷值拟合，记为f2(x)；如图2所示，将f2(x)嵌入机组控制系统中，负荷值通过f2(x)处理后获得单位烟气再循环量变化引起的水冷壁换热变化量。
(3)单位烟气挡板开度变化时引起的过热侧烟道内过热器换热量的变化量的确定
不同稳态负荷下，进行烟气挡板开度扰动，测量、记录过热侧烟道内过热器进出口工质温度、流量和压力，通过水蒸气物性参数表得出对应焓值，得出单位烟气挡板开度变化时过热侧烟道内过热器吸热量的变化值，记为△Q3:
ΔQ3＝(Gout,b·hout,b-Gin,b·hin,b)-(Gout,a·hout,a-Gin,a·hin,a)/(FGBb-FGBa)
式中：△Q3表示单位烟气挡板开度变化时过热侧烟道内过热器吸热量的变化值；G代表工质流量，kg/s；h代表工质焓值，kJ/kg；FGB代表烟气挡板开度；下标in，out分别代表进出口，下标a，b分别代表烟气挡板开度变化前后；
将不同稳态负荷下的△Q3与对应负荷值拟合，记为f3(x)；如图3所示，将f3(x)嵌入机组控制系统中，负荷值通过f3(x)处理后获得单位烟气挡板开度变化引起的过热侧烟道内过热器换热变化量。
所述再热蒸汽温度调节量前馈值的计算方法如下：
将省煤器蓄热变化量与单位再热蒸汽温度调节量变化时水冷壁或过热侧烟道内的过热器的换热变化量作商，即为再热蒸汽温度调节量的前馈值：
ΔBSArevised＝g(t)/f1(x)
ΔFGRrevised＝g(t)/f2(x)
ΔFGBrevised＝g(t)/f3(x)
式中：△BSArevised是燃烧器摆角前馈值，△FGRrevised是烟气再循环量前馈值，△FGBrevised是烟气挡板开度前馈值。
所述再热蒸汽温度调节量新值计算方法如下：
再热蒸汽温度调节量前馈值与从机组控制系统中得到的再热蒸汽温度调节量指令相加，得到再热蒸汽温度调节量的新值FGRrevised：
BSArevised＝BSA+ΔBSArevised
FGRrevised＝FGR+ΔFGRrevised
FGBrevised＝FGB+ΔFGBrevised
式中：BSArevised为燃烧器摆角指令新值；FGRrevised为烟气再循环量指令新值；FGBrevised为烟气挡板开度指令新值；
在某个电厂中，以上三个指令选择其中一个即可，燃烧器摆角指令的优化适用于燃烧器摆角调节再热蒸汽温度的机组，烟气再循环量指令的优化适用于参用烟气再循环调节再热蒸汽温度的机组，烟气挡板开度指令的优化适用于参用烟气挡板调节再热蒸汽温度的机组。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)考虑到锅炉侧蓄热分布不均的问题，将省煤器蓄热变化量通过再循环烟气量的调节由水冷壁吸热量补偿，将主、再热蒸汽温度耦合控制，改善了主、再热蒸汽温度控制品质，提高了机组的灵活性、安全性，为实现机组高效灵活安全协同运行提供了可能。
(2)本发明实现方法简单，回收周期短。
附图说明
图1为考虑蓄热时空分布的烟气再循环指令。
图2为实际电厂变负荷过程中主、再热蒸汽温度变化曲线。(以升负荷为例)
图3为考虑蓄热时空分布后二次再热机组蒸汽温度耦合控制效果。(以升负荷为例)
具体实施方法
下面结合附图和实施例子对本发明进一步说明。
本发明一种考虑蓄热时空分布的燃煤机组控制方法。选定二次再热机组为研究对象，图2表示了实际电厂中升负荷过程中汽温变化特性，从中可以看出，升负荷过程中，再热蒸汽温度偏高，主蒸汽温度偏低。此二次再热机组选用烟气再循环调节再热蒸汽温度，选用如图1所示的控制方法优化逻辑。具体实施方法如下：
1、省煤器蓄热变化量的计算
省煤器金属面安装了温度测点，将测量出的温度记为Tm。通过金属受热面的温度、比热容和金属质量可计算出蓄热变化量。其中温度由热电偶可直接测得，比热容和金属质量一般在锅炉厂家提供的“锅炉说明书”中会详细给出。省煤器金属的蓄热变化量计算如下：
Figure BDA0002729321600000071
式中：Qm为金属面的蓄热量，kJ；M为金属的质量，kg；cm为金属比热容，kJ/(kg·℃)；Tm为金属面的壁温，℃；t为时间，s。
通过温度、压力传感器测量省煤器进出口工质的温度、压力，差水蒸气物性参数表得到对应热力学能us，密度ρs，省煤器工质的蓄热变化量计算如下：
Figure BDA0002729321600000072
式中：Qs为省煤器工质蓄热量，kJ；us为工质的热力学能，kJ/kg；ρs为工质的密度，kJ/m3；Vs为工质的体积，kJ/m3；
故省煤器蓄热变化量g(t)为:
Figure BDA0002729321600000073
式中：g(t)表示省煤器蓄热变化量，kJ/s。
将g(t)接入机组控制系统中，如图2所示，通过省煤器进出口参数由g(t)计算出省煤器蓄热变化量。
2、单位烟气再循环量变化时引起的水冷壁换热变化量的计算。
不同稳态负荷下，进行烟气再循环量扰动，通过温度、流量、压力传感器测量、记录水冷壁进出口工质温度、流量、压力，通过水蒸气物性参数表得出对应焓值，得出单位烟气再循环量变化时水冷壁吸热量的变化值，记为△Q2:(此部分也可由零维炉膛燃烧计算实现)
ΔQ2＝(Gout,b·hout,b-Gin,b·hin,b)-(Gout,a·hout,a-Gin,a·hin,a)/(FGRb-FGRa)
式中：△Q2表示单位烟气再循环量变化时水冷壁换热量的变化值；G代表工质流量，kg/s；h代表工质焓值，kJ/kg；FGR代表烟气再循环量；下标in，out分别代表进出口，下标a，b分别代表烟气再循环量变化前后。
将不同稳态负荷下的△Q2与对应负荷值拟合，记为f2(x)，将此关系接入电厂的控制系统，如图2所示。在机组实际运行过程中，负荷值通过f2(x)计算出单位烟气再循环量变化时引起的水冷壁换热量的变化量。
3、烟气再循环量前馈值的计算
将省煤器蓄热变化量与单位烟气再循环量变化时水冷壁的换热变化量作商，即为烟气再循环量的前馈值：
ΔFGRrevised＝g(t)/f2(x)
式中：△FGRrevised是烟气再循环量前馈值。
4、烟气再循环量新值
烟气再循环量的前馈值与由机组控制系统中得到的烟气再循环量指令相加，得到烟气再循环量的新值FGRrevised：
FGRrevised＝FGR+ΔFGRrevised
式中：FGRrevised为烟气再循环量指令新值。
5、具体电厂的优化效果
图3给出了在仿真系统中优化控制前后升负荷过程中汽温变化特性。从中可以看出，通过烟气再循环量的前馈，主、再热蒸汽温度质量明显改善，提高了机组运行经济性。

Claims (5)

1.一种考虑蓄热时空分布的燃煤机组控制方法，其特征在于：通过省煤器进出口参数获得省煤器蓄热变化量，将省煤器蓄热变化量与单位再热蒸汽温度调节量变化引起的水冷壁或过热侧烟道内过热器换热量的变化量作商，作为再热蒸汽温度调节量的前馈，即将省煤器延迟变化的热量通过再热蒸汽温度调节量的改变由水冷壁或过热侧烟道内过热器吸热量补偿，完成了主、再热蒸汽温度的耦合调节，将再热蒸汽温度调节量前馈值与从燃煤机组控制系统中得到的再热蒸汽温度调节量指令相加，得到再热蒸汽温度调节量新值。
2.根据权利要求1中所述的一种考虑蓄热时空分布的燃煤机组控制方法，其特征在于：所述省煤器蓄热变化量的计算方法如下：
测量省煤器的金属壁温Tm，省煤器金属的蓄热变化量计算如下：
Figure FDA0002729321590000011
式中：Qm为金属面的蓄热量，kJ；M为金属的质量，kg；cm为金属比热容，kJ/(kg·℃)；Tm为金属面的壁温，℃；t为时间，s；
测量省煤器进出口工质的温度和压力，通过水蒸气物性参数表查得对应热力学能us，密度ρs，省煤器工质的蓄热变化量计算如下：
Figure FDA0002729321590000012
式中：Qs为省煤器工质蓄热量，kJ；us为工质的热力学能，kJ/kg；ρs为工质的密度，kJ/m3；Vs为工质的体积，kJ/m3；
故省煤器蓄热变化量为
Figure FDA0002729321590000013
式中：g(t)表示省煤器蓄热变化量，kJ/s。
3.根据权利要求1所述的中所述一种考虑蓄热时空分布的燃煤机组控制方法，其特征在于：所述单位再热蒸汽温度调节量变化引起的水冷壁或过热侧烟道内过热器换热量的变化量的计算方法如下：
再热蒸汽温度调节量包括燃烧器摆角开度、烟气再循环量、烟气挡板开度；针对依靠燃烧器摆角调节再热蒸汽温度的机组，选择燃烧器摆角开度扰动；针对依靠烟气再循环调节再热蒸汽温度的机组，选用烟气再循环量扰动；针对依靠烟气挡板调节再热蒸汽温度的机组，选用烟气挡板开度扰动；具体如下：
(1)单位燃烧器摆角开度变化引起的水冷壁换热量的变化量的确定
不同稳态负荷下，进行燃烧器摆角扰动，测量、记录水冷壁进出口工质温度、流量和压力，通过水蒸气物性参数表得出对应焓值，得出单位燃烧器摆角开度变化时水冷壁吸热量的变化值，记为△Q1:
ΔQ1＝(Gout,b·hout,b-Gin,b·hin,b)-(Gout,a·hout,a-Gin,a·hin,a)/(BSAb-BSAa)
式中：△Q1表示单位燃烧器摆角变化时水冷壁换热量的变化值；G代表工质流量，kg/s；h代表工质焓值，kJ/kg；BSA代表燃烧器摆角开度；下标in，out分别代表进出口，下标a，b分别代表燃烧器摆角变化前后；
将不同稳态负荷下的△Q1与对应负荷拟合，记为f1(x)；
(2)单位烟气再循环量变化引起的水冷壁换热量的变化量的确定
不同稳态负荷下，进行烟气再循环量扰动，测量、记录水冷壁进出口工质温度、流量和压力，通过水蒸气物性参数表得出对应焓值，得出单位烟气再循环量变化时水冷壁吸热量的变化值，记为△Q2:
ΔQ2＝(Gout,b·hout,b-Gin,b·hin,b)-(Gout,a·hout,a-Gin,a·hin,a)/(FGRb-FGRa)
式中：△Q2表示单位烟气再循环量变化时水冷壁换热量的变化值；G代表工质流量，kg/s；h代表工质焓值，kJ/kg；FGR代表烟气再循环量；下标in，out分别代表进出口，下标a，b分别代表烟气再循环量变化前后；
将不同稳态负荷下的△Q2与对应负荷值拟合，记为f2(x)；
(3)单位烟气挡板开度变化时引起的过热侧烟道内过热器换热量的变化量的确定
不同稳态负荷下，进行烟气挡板开度扰动，测量、记录过热侧烟道内过热器进出口工质温度、流量和压力，通过水蒸气物性参数表得出对应焓值，得出单位烟气挡板开度变化时过热侧烟道内过热器吸热量的变化值，记为△Q3:
ΔQ3＝(Gout,b·hout,b-Gin,b·hin,b)-(Gout,a·hout,a-Gin,a·hin,a)/(FGBb-FGBa)
式中：△Q3表示单位烟气挡板开度变化时过热侧烟道内过热器吸热量的变化值；G代表工质流量，kg/s；h代表工质焓值，kJ/kg；FGB代表烟气挡板开度；下标in，out分别代表进出口，下标a，b分别代表烟气挡板开度变化前后；
将不同稳态负荷下的△Q3与对应负荷值拟合，记为f3(x)。
4.根据权利要求1所述的中所述一种考虑蓄热时空分布的燃煤机组控制方法，其特征在于：所述再热蒸汽温度调节量前馈值的计算方法如下：
将省煤器蓄热变化量与单位再热蒸汽温度调节量变化时水冷壁或过热侧烟道内的过热器的换热变化量作商，即为再热蒸汽温度调节量的前馈值：
ΔBSArevised＝g(t)/f1(x)
ΔFGRrevised＝g(t)/f2(x)
ΔFGBrevised＝g(t)/f3(x)
式中：△BSArevised是燃烧器摆角前馈值，△FGRrevised是烟气再循环量前馈值，△FGBrevised是烟气挡板开度前馈值。
5.根据权利要求1所述的中所述一种考虑蓄热时空分布的燃煤机组控制方法，其特征在于：所述再热蒸汽温度调节量新值计算方法如下：
再热蒸汽温度调节量前馈值与从机组控制系统中得到的再热蒸汽温度调节量指令相加，得到再热蒸汽温度调节量的新值FGRrevised：
BSArevised＝BSA+ΔBSArevised
FGRrevised＝FGR+ΔFGRrevised
FGBrevised＝FGB+ΔFGBrevised
式中：BSArevised为燃烧器摆角指令新值；FGRrevised为烟气再循环量指令新值；FGBrevised为烟气挡板开度指令新值；
在某个电厂中，以上三个指令选择其中一个；燃烧器摆角指令的优化适用于燃烧器摆角调节再热蒸汽温度的机组，烟气再循环量指令的优化适用于参用烟气再循环调节再热蒸汽温度的机组，烟气挡板开度指令的优化适用于参用烟气挡板调节再热蒸汽温度的机组。
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