CN112460573A - 母管制机组主汽压力稳定控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了母管制机组主汽压力稳定控制系统及其控制方法，包括过热蒸汽母管、汽机和锅炉，所述锅炉的输出端电性连接在过热蒸汽母管的输入端，所述过热蒸汽母管的输出端电性连接在汽机的输入端，所述过热蒸汽母管包括过热蒸汽母管压力控制器、给粉自动系统、送风系统、二次风自动系统和引风自动系统，所述二次风自动系统包括信息输入单元、推理机、规则库、信息输出单元和执行单元，本发明涉及母管制机组技术领域。该母管制机组主汽压力稳定控制系统及其控制方法，解决数量众多的母管制锅炉燃烧系统基本处于手动控制，运行中煤耗高、故障率高、效率低，蒸汽压力和蒸汽温度波动大，热用户的安全生产和产品质量也得不到保证。

Description

母管制机组主汽压力稳定控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及母管制机组技术领域，具体为母管制机组主汽压力稳定控制系统及其控制方法。

背景技术

锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能，锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。锅炉分“锅”和“炉”两部分。“锅”是容纳水和蒸汽的受压部件，对水进行加热、汽化和汽水分离，“炉”是进行燃料燃烧或其他热能放热的场所，有燃烧设备和燃烧室炉膛及放热烟道等。锅与炉两者进行着热量转换过程，放热和吸热的分界面称为受热面。锅炉将水加热成蒸汽。除锅与炉外还有构架、平台、扶梯、燃烧、出渣、烟风道、管道、炉墙等辅助设备，几台锅炉并列运行同时向同一母管供汽以满足发电、供热需求的方式称为母管制运行方式。母管制机组具有运行稳定性好、安全性高，锅炉或汽机在故障、检修时可直接切除而不影响其它机炉运行等优点，现已广泛应用于电力、石化、冶金、造纸、热电联产等行业的热电企业。

经检索专利号CN210601682U，具体为一种母管制机组蒸汽管道的吹管系统，主要包括主蒸汽母管、供汽端以及用汽端；供汽端包括首级供汽端以及次级供汽端；还包括吹管临时系统，吹管临时系统的数目与用汽端的数目相等；所述吹管临时系统包括与用汽端依次连接的临吹门及靶板；还包括首级吹管管道及次级吹管管道；所述首级吹管管道的入口端连接至用汽端与主蒸汽母管之间的连接管道上，出口端连接至用汽端的出口端；所述次级吹管管道一端连接至次级供汽端与主蒸汽母管之间的连接管道上，另一端连接临吹门；所述次级供汽端与主蒸汽母管之间的连接管道及次级吹管管道上均活动设置有堵板，本实用新型节省时间和成本。

在上述专利中虽然解决节省时间和成本，但还是存在以下问题；

目前，数量众多的母管制锅炉燃烧系统基本处于手动控制，运行中煤耗高、故障率高、效率低，蒸汽压力和蒸汽温度波动大，热用户的安全生产和产品质量也得不到保证。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了母管制机组主汽压力稳定控制系统及其控制方法，解决了数量众多的母管制锅炉燃烧系统基本处于手动控制，运行中煤耗高、故障率高、效率低，蒸汽压力和蒸汽温度波动大，热用户的安全生产和产品质量也得不到保证的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：母管制机组主汽压力稳定控制系统及其控制方法，包括过热蒸汽母管、汽机和锅炉，所述锅炉的输出端电性连接在过热蒸汽母管的输入端，所述过热蒸汽母管的输出端电性连接在汽机的输入端，所述过热蒸汽母管包括过热蒸汽母管压力控制器、给粉自动系统、送风系统、二次风自动系统和引风自动系统；

所述二次风自动系统包括信息输入单元、推理机、规则库、信息输出单元和执行单元，所述信息输入单元的输出端与推理机和规则库的输入端电性连接，所述推理机和规则库的输出端与信息输出单元的输入端电性连接，所述信息输出单元的输出端与执行单元的输入端电性连接。

优选的，所述信息输入单元包括总送风量模块、烟气氧量模块、燃料供应量模块和制粉模块，且信息输入单元的输出端与总送风量模块、烟气氧量模块、燃料供应量模块和制粉模块的输入端电性连接。

优选的，所述送风系统包括自动在线搜索单元，所述自动在线搜索单元的输出端电性连接有一层风模块，所述自动在线搜索单元的输出端电性连接有二层风模块。

优选的，所述给粉自动系统包括给粉自动系统、送风系统和二次风自动系统，所述给粉自动系统的输入端均与在线识别单元、控制策略单元和自动切换单元的输出端实现电性连接。

优选的，所述在线识别单元包括内扰模块、锅炉暂停模块、气压稳定模块和外扰模块，所述在线识别单元的输入端与内扰模块、锅炉暂停模块、气压稳定模块和外扰模块的输出端实现电性连接。

优选的，所述引风自动系统包括PID模块和FUZZY模块，所述PID模块和FUZZY模块之间实现双向电性连接。

优选的，所述过热蒸汽母管压力控制器的输出端与负荷优化系统的输入端实现电性连接，所述负荷优化系统的输出端与给粉自动系统的输入端实现电性连接，所述给粉自动系统的输出端均分别与送风系统、二次风自动系统和引风自动系统的输入端实现电性连接。

本发明还公开母管制机组主汽压力稳定控制系统，其控制方法如下：

S1、给粉控制，首先启动锅炉，使锅炉通过过热蒸汽母管给汽机进行供气发电，针对锅炉燃烧工况复杂、运行状态多变，单一控制策略无法满足各种运行工况自动控制要求的特点，通过建立了内扰模块、锅炉暂停模块、气压稳定模块和外扰模块四种运行模态的在线识别单元来显示锅炉内部的运行状态、另外通过控制策略单元和自动切换单元来对锅炉内部运行状态进行自动适应切换控制，通过控制策略单元、自动切换单元和给粉自动系统之间的配合使用，实现了锅炉负荷在70％-110％范围内快速波动时，燃料量自动控制系统快速稳定锅炉出口蒸汽压力，确保燃烧系统连续自动运行，以及过热蒸汽母管压力控制器来控制过热蒸汽母管压力的释放；

S2、送风控制，采用送风系统检测“风/煤比”的比例，来控制一层风模块和二层风模块之间的相互协调及其二次风自动系统来实现既控制一次风压，保障安全送粉，又有效控制二次风速，保证锅炉火燃中心稳定，实现最佳经济燃烧；

S3、二次风控制，通过总送风量模块中的总送风量模块、烟气氧量模块、燃料供应量模块和制粉模块的控制的输入，来保证合适的风量，又要保证合适的风速，使二者必须兼顾，在推理机来进行控制，在控制过程中需要通过规则库设置的总送风量模块、烟气氧量模块、燃料供应量模块和制粉模块的数值量不断调整各层二次风量的比例来保持每层各角二次风速相等，使锅炉火燃中心在负荷变化过程中保持上下、大小稳定。

S4、引风控制，在将引风自动系统中的PID模块与FUZZY模块相互结合，解决因炉膛漏风变化引起的送、引风系统难以控制问题，使引风、送风协调控制，实现送风、引风系统的长期、稳定自动运行。

有益效果

本发明提供了母管制机组主汽压力稳定控制系统及其控制方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

1、该母管制机组主汽压力稳定控制系统及其控制方法，通过针对锅炉燃烧工况复杂、运行状态多变，单一控制策略无法满足各种运行工况自动控制要求的特点，通过建立了内扰模块、锅炉暂停模块、气压稳定模块和外扰模块四种运行模态的在线识别单元来显示锅炉内部的运行状态、另外通过控制策略单元和自动切换单元来对锅炉内部运行状态进行自动适应切换控制，通过控制策略单元、自动切换单元和给粉自动系统之间的配合使用，实现了锅炉负荷在70％-110％范围内快速波动时，燃料量自动控制系统快速稳定锅炉出口蒸汽压力，确保燃烧系统连续自动运行，以及过热蒸汽母管压力控制器来控制过热蒸汽母管压力的释放。

2、该母管制机组主汽压力稳定控制系统及其控制方法，通过采用送风系统检测“风/煤比”，的比例，来控制一层风模块和二层风模块之间的相互协调及其二次风自动系统来实现既控制一次风压，保障安全送粉，又有效控制二次风速，保证锅炉火燃中心稳定，实现最佳经济燃烧。

3、该母管制机组主汽压力稳定控制系统及其控制方法，通过总送风量模块中的总送风量模块、烟气氧量模块、燃料供应量模块和制粉模块的控制的输入，来保证合适的风量，又要保证合适的风速，使二者必须兼顾，在推理机来进行控制，在控制过程中需要通过规则库设置的总送风量模块、烟气氧量模块、燃料供应量模块和制粉模块的数值量不断调整各层二次风量的比例来保持每层各角二次风速相等，使锅炉火燃中心在负荷变化过程中保持上下、大小稳定。

4、该母管制机组主汽压力稳定控制系统及其控制方法，通过将引风自动系统中的PID模块与FUZZY模块相互结合，解决因炉膛漏风变化引起的送、引风系统难以控制问题，使引风、送风协调控制，实现送风、引风系统的长期、稳定自动运行。

附图说明

图1为本发明系统示意图；

图2为本发明过热蒸汽母管系统的示意图；

图3为本发明给粉自动系统的示意图；

图4为本发明在线识别方法单元的示意图；

图5为本发明送风系统的示意图；

图6为本发明二次风自动系统的示意图；

图7为本发明信息输入单元的示意图；

图8为本发明引风自动系统的示意图；

图9为本发明空气系数和热效率关系示意图；

图10为本发明方法流程图。

图中：1、过热蒸汽母管；11、过热蒸汽母管压力控制器；111、给粉自动系统；1111、在线识别单元；11111、内扰模块；11112、锅炉暂停模块；11113、气压稳定模块；11114、外扰模块；1112、控制策略单元；1113、自动切换单元；112、送风系统；1121、自动在线搜索单元；11211、一层风模块；11212、二层风模块；113、二次风自动系统；1131、信息输入单元；11311、总送风量模块；11312、烟气氧量模块；11313、燃料供应量模块；11314、制粉模块；1132、推理机；1133、规则库；1134、信息输出单元；1135、执行单元；114、引风自动系统；1141、PID模块；1142、FUZZY模块；115、负荷优化系统；2、汽机；3、锅炉。

具体实施方式

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。

请参阅图1-2，本发明实施例提供一种技术方案：母管制机组主汽压力稳定控制系统及其控制方法，包括过热蒸汽母管1、汽机2和锅炉3，锅炉3的输出端电性连接在过热蒸汽母管1的输入端，过热蒸汽母管1的输出端电性连接在汽机2的输入端，过热蒸汽母管1包括过热蒸汽母管压力控制器11、给粉自动系统111、送风系统112、二次风自动系统113和引风自动系统114，过热蒸汽母管压力控制器11的输出端与负荷优化系统115的输入端实现电性连接，负荷优化系统115的输出端与给粉自动系统111的输入端实现电性连接，给粉自动系统111的输出端均分别与送风系统112、二次风自动系统113和引风自动系统114的输入端实现电性连接。

请参阅图3-4，给粉自动系统111包括给粉自动系统111、送风系统112和二次风自动系统113，给粉自动系统111的输入端均与在线识别单元1111、控制策略单元1112和自动切换单元1113的输出端实现电性连接，在线识别单元1111包括内扰模块11111、锅炉暂停模块11112、气压稳定模块11113和外扰模块11114，在线识别单元1111的输入端与内扰模块11111、锅炉暂停模块11112、气压稳定模块11113和外扰模块11114的输出端实现电性连接。

请参阅图5，送风系统112包括自动在线搜索单元1121，自动在线搜索单元1121的输出端电性连接有一层风模块11211，自动在线搜索单元1121的输出端电性连接有二层风模块11212。

请参阅图6-7，二次风自动系统113包括信息输入单元1131、推理机1132、规则库1133、信息输出单元1134和执行单元1135，信息输入单元1131的输出端与推理机1132和规则库1133的输入端电性连接，推理机1132和规则库1133的输出端与信息输出单元1134的输入端电性连接，信息输出单元1134的输出端与执行单元1135的输入端电性连接，信息输入单元1131包括总送风量模块11311、烟气氧量模块11312、燃料供应量模块11313和制粉模块11314，且信息输入单元1131的输出端与总送风量模块11311、烟气氧量模块11312、燃料供应量模块11313和制粉模块11314的输入端电性连接。

请参阅图8，引风自动系统114包括PID模块1141和FUZZY模块1142，PID模块1141和FUZZY模块1142之间实现双向电性连接。

请参阅图9-10,本发明还公开了母管制机组主汽压力稳定控制系统，其控制方法如下：

S1、给粉控制，首先启动锅炉3，使锅炉3通过过热蒸汽母管1给汽机2进行供气发电，针对锅炉3燃烧工况复杂、运行状态多变，单一控制策略无法满足各种运行工况自动控制要求的特点，通过建立了内扰模块11111、锅炉暂停模块11112、气压稳定模块11113和外扰模块11114四种运行模态的在线识别单元1111来显示锅炉3内部的运行状态、另外通过控制策略单元1112和自动切换单元1113来对锅炉3内部运行状态进行自动适应切换控制，通过控制策略单元1112、自动切换单元1113和给粉自动系统111之间的配合使用，实现了锅炉3负荷在70％-110％范围内快速波动时，燃料量自动控制系统快速稳定锅炉出口蒸汽压力，确保燃烧系统连续自动运行，以及过热蒸汽母管压力控制器11来控制过热蒸汽母管1压力的释放；

通过给粉自动系统111，在针对发生大负荷扰动时，过热蒸汽母管1运行的锅炉3与汽机2无法像单元机组一样实现“机炉协调控制”，而现场的实际运行却要求锅炉3负荷快速跟踪汽机2负荷或外网负荷的需求,解决导给粉自动系统111转速大范围快速变化，严重时有灭火停炉的危险，特别是在汽机因故障等原因快速甩负荷时，调节系统难以跟上等问题；

S2、送风控制，采用送风系统112检测“风/煤比”的比例，来控制一层风模块11211和二层风模块11212之间的相互协调及其二次风自动系统113来实现既控制一次风压，保障安全送粉，又有效控制二次风速风量，保证锅炉火燃中心稳定，实现最佳经济燃烧；

S4、二次风控制，通过总送风量模块11311中的总送风量模块11311、烟气氧量模块11312、燃料供应量模块11313和制粉模块11314的控制的输入，来保证合适的风量，又要保证合适的风速，使二者必须兼顾，在推理机1132来进行控制，在控制过程中需要通过规则库1133设置的总送风量模块11311、烟气氧量模块11312、燃料供应量模块11313和制粉模块11314的数值量不断调整各层二次风量的比例来保持每层各角二次风速相等，使锅炉火燃中心在负荷变化过程中保持上下、大小稳定。

S5、引风控制，在将引风自动系统114中的PID模块1141与FUZZY模块1142相互结合，解决因炉膛漏风变化引起的送、引风系统难以控制问题，使引风、送风协调控制，实现送风、引风系统的长期、稳定自动运行。

在本实施例中需要说明的是，推理机1132是一组程序，用来控制、协调整个系统，正向推理一般又称事实驱动的推理，是由原始数据出发，按一定的策略，运用知识库中的知识，推断出结论的方法。该方式由数据到结论，故又称为数据驱动或由底向上策略。基于正向推理的推理机至少能做到：根据数据库中的数据，知道选用知识库中哪些知识；将运用知识得到的结论存入数据库，并将所用过的知识记录下来以备解释之用；判断何时应结束推理，必要时向用户提问，反向推理是先提出结论假设，然后寻找支持这个结论的证据。若证据不足，重新提出新假设，再重复上述过程，直到得出答案为止。这种由结论到数据的策略，称之为目标驱动或由顶向下策略。基于反向推理的推理机至少有如下功能：提出假设，并运用知识库中知识判断此假设的真假。若真，记录下运用了什么知识以备解释之用，同时告诉用户；若假，系统应能重新提出新的假设，再进行判断，必要时向用户询问情况，混合推力，先根据数据库中的原始数据，用正向推理帮助提出假设，再用反向推理，进一步寻找支持假设的证据，如此反复。反向推理机并不能随意确认条件的真或假，它只是引导用户进行反向推理，减少了推理的盲目性。

规则库1133就是数据库中对存储在表的列或用户自定义数据类型中的值的规定和限制，规则是单独存储的独立的数据库对象。规则与其作用的表或用户自定义数据类型是相互独立的，即表或用户自定义对象的删除、修改不会对与之相连的规则产生影响。

PID模块1141，在STP中，若在端口收到的BPDU中BID和path cost相同时，则比较PID来选择阻塞端口。数字电视复用系统名词PID(Packet Identifier)在数字电视复用系统中它的作用好比一份文件的文件名，我们可以称它为“标志码传输包”，工程控制和数学物理方面PID比例积分微分，PID由8位端口优先级加端口号组成，端口号占低位，默认端口号优先级128。

FUZZY模块(1142)利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键。系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.母管制机组主汽压力稳定控制系统，包括过热蒸汽母管(1)、汽机(2)和锅炉(3)，所述锅炉(3)的输出端电性连接在过热蒸汽母管(1)的输入端，所述过热蒸汽母管(1)的输出端电性连接在汽机(2)的输入端，其特征在于：所述过热蒸汽母管(1)包括过热蒸汽母管压力控制器(11)、给粉自动系统(111)、送风系统(112)、二次风自动系统(113)和引风自动系统(114)；

所述二次风自动系统(113)包括信息输入单元(1131)、推理机(1132)、规则库(1133)、信息输出单元(1134)和执行单元(1135)，所述信息输入单元(1131)的输出端与推理机(1132)和规则库(1133)的输入端电性连接，所述推理机(1132)和规则库(1133)的输出端与信息输出单元(1134)的输入端电性连接，所述信息输出单元(1134)的输出端与执行单元(1135)的输入端电性连接。

2.根据权利要求1所述的母管制机组主汽压力稳定控制系统，其特征在于：所述信息输入单元(1131)包括总送风量模块(11311)、烟气氧量模块(11312)、燃料供应量模块(11313)和制粉模块(11314)，且信息输入单元(1131)的输出端与总送风量模块(11311)、烟气氧量模块(11312)、燃料供应量模块(11313)和制粉模块(11314)的输入端电性连接。

3.根据权利要求1所述的母管制机组主汽压力稳定控制系统，其特征在于：所述送风系统(112)包括自动在线搜索单元(1121)，所述自动在线搜索单元(1121)的输出端电性连接有一层风模块(11211)，所述自动在线搜索单元(1121)的输出端电性连接有二层风模块(11212)。

4.根据权利要求1所述的母管制机组主汽压力稳定控制系统，其特征在于：所述给粉自动系统(111)包括给粉自动系统(111)、送风系统(112)和二次风自动系统(113)，所述给粉自动系统(111)的输入端均与在线识别单元(1111)、控制策略单元(1112)和自动切换单元(1113)的输出端实现电性连接。

5.根据权利要求4所述的母管制机组主汽压力稳定控制系统，其特征在于：所述在线识别单元(1111)包括内扰模块(11111)、锅炉暂停模块(11112)、气压稳定模块(11113)和外扰模块(11114)，所述在线识别单元(1111)的输入端与内扰模块(11111)、锅炉暂停模块(11112)、气压稳定模块(11113)和外扰模块(11114)的输出端实现电性连接。

6.根据权利要求1所述的母管制机组主汽压力稳定控制系统及，其特征在于：所述引风自动系统(114)包括PID模块(1141)和FUZZY模块(1142)，所述PID模块(1141)和FUZZY模块(1142)之间实现双向电性连接。

7.根据权利要求1所述的母管制机组主汽压力稳定控制系统，其特征在于：所述过热蒸汽母管压力控制器(11)的输出端与负荷优化系统(115)的输入端实现电性连接，所述负荷优化系统(115)的输出端与给粉自动系统(111)的输入端实现电性连接，所述给粉自动系统(111)的输出端均分别与送风系统(112)、二次风自动系统(113)和引风自动系统(114)的输入端实现电性连接。

8.根据权利要求1-7所述任意的母管制机组主汽压力稳定控制系统，其特征在于，其控制方法如下：

S1、给粉控制，首先启动锅炉(3)，使锅炉(3)通过过热蒸汽母管(1)给汽机(2)进行供气发电，针对锅炉(3)燃烧工况复杂、运行状态多变，单一控制策略无法满足各种运行工况自动控制要求的特点，通过建立了内扰模块(11111)、锅炉暂停模块(11112)、气压稳定模块(11113)和外扰模块(11114)四种运行模态的在线识别单元(1111)来显示锅炉(3)内部的运行状态、另外通过控制策略单元(1112)和自动切换单元(1113)来对锅炉(3)内部运行状态进行自动适应切换控制，通过控制策略单元(1112)、自动切换单元(1113)和给粉自动系统(111)之间的配合使用，实现了锅炉(3)负荷在70％-110％范围内快速波动时，燃料量自动控制系统快速稳定锅炉出口蒸汽压力，确保燃烧系统连续自动运行，以及过热蒸汽母管压力控制器(11)来控制过热蒸汽母管(1)压力的释放；

S2、送风控制，采用送风系统(112)检测“风/煤比”的比例，来控制一层风模块(11211)和二层风模块(11212)之间的相互协调及其二次风自动系统(113)来实现既控制一次风压，保障安全送粉，又有效控制二次风速(风量)，保证锅炉火燃中心稳定，实现最佳经济燃烧；

S3、二次风控制，通过总送风量模块(11311)中的总送风量模块(11311)、烟气氧量模块(11312)、燃料供应量模块(11313)和制粉模块(11314)的控制的输入，来保证合适的风量，又要保证合适的风速，使二者必须兼顾，在推理机(1132)来进行控制，在控制过程中需要通过规则库(1133)设置的总送风量模块(11311)、烟气氧量模块(11312)、燃料供应量模块(11313)和制粉模块(11314)的数值量不断调整各层二次风量的比例来保持每层各角二次风速相等，使锅炉火燃中心在负荷变化过程中保持上下、大小稳定。

S4、引风控制，在将引风自动系统(114)中的PID模块(1141)与FUZZY模块(1142)相互结合，解决因炉膛漏风变化引起的送、引风系统难以控制问题，使引风、送风协调控制，实现送风、引风系统的长期、稳定自动运行。

Images