CN114135900B - 基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法及装置 - Google Patents
基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法及装置，属于燃烧自动控制技术领域，方法为对目标锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；对目标锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线；对得到的曲线分别进行数据拟合，得到综合的用于表征单个燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第一传递函数。装置包括温度监测模块A、数据采集模块B、拟合模块C和控制模块D。本发明提出的基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法及装置保证炉膛燃烧的均匀性和充分性，减少炉膛偏烧现象的产生。
Description
技术领域
本发明属于燃烧自动控制技术领域，更具体地说，涉及一种基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法及装置。
背景技术
我国各电厂对国家提出的节能减排计划一直非常重视，并不断优化锅炉的燃烧运行方式。但是，很多电厂目前使用大型燃煤锅炉，由于锅炉的经济效益和燃料分配方面的影响，在运行中经常出现安全问题，因此，在电厂锅炉燃烧控制中，需要进行进一步的优化，从而实现节能减排。
在锅炉的运行过程中，要确保燃烧效率并控制炉膛出口NOx含量的，不仅需要确保风量的供给还要对风量进行控制。燃尽风合理配置不仅可以降低NOx的生成，也能降低炉膛两侧烟温偏差，保证炉膛燃烧的均匀性和充分性，减少炉膛偏烧现象的产生。
由于不确定炉膛出口分区温度与燃尽风门、风速之间的对应关系，在现场实际应用中很难实现对炉膛出口温度的均匀控制。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明的目的是提供了一种基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法及装置，保证炉膛燃烧的均匀性和充分性，减少炉膛偏烧现象的产生。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提出了一种基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法，其特征在于，包括：
对目标锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；
对目标锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线；
对所述目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线和所述目标锅炉单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线分别进行数据拟合，得到综合的用于表征单个燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第一传递函数，进而通过任一稳定负荷下炉膛燃尽风下层温度分布均匀性判定具体燃尽风风门动作方向、开度以及风速。
进一步，所述对目标锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线的过程如下：
①在炉膛燃尽风下层3m～5m区间的炉膛四墙水冷壁安装温度测点，用于测量近水冷壁炉膛烟气温度；所述温度测点的布置方式为每墙水冷壁水平均匀布置N个测点，N∈[4,8]，N∈Z,Z为整数集，近水冷壁为炉膛内距离水冷壁5cm～10cm的位置；
②设定机组负荷；所述机组负荷为锅炉最低稳燃负荷、50％负荷、75％负荷和100％负荷；
③执行所述预先设定机组负荷，对燃尽风风门挡板开度进行调整，等待炉膛出口温度稳定后，记录燃尽风下层炉膛外圈温度，所述炉膛外圈温度即所述的近水冷壁炉膛烟气温度，计算此时单侧烟气温度分布不均匀系数；
具体为：对单侧近水冷壁炉膛烟气温度测量结果进行分析，定义截面的温度分布不均匀系数MT，它表征烟气温度分布的不均匀性：
式中该侧温度标准差Ti表示该侧第i个温度测点的温度，即第i个温度测点对应的近水冷壁炉膛烟气温度，温度单位为K；Tave表示该侧温度测点测量的温度的平均值，温度单位为K；n表示该侧测温点的数量；用MTZ、MTY、MTQ、MTH分别表示近左墙水冷壁、近右墙水冷壁、近前墙水冷壁和近后墙水冷壁的炉膛烟气温度分布的不均匀性；
④根据燃尽风风门挡板开度和炉膛烟气温度分布的不均匀性，得到目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线。
进一步，所述对目标锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线的过程如下：
针对指定负荷阶段，对锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线；所述指定负荷为锅炉最低稳燃负荷、50％负荷、75％负荷或100％负荷；所述烟气温度的测量过程为在炉膛燃尽风下层3m～5m区间的炉膛四墙水冷壁安装温度测点，对炉膛外圈温度进行监测，炉膛外圈温度即近水冷壁炉膛烟气温度；
所述温度测点的布置方式为每墙水冷壁水平均匀布置N个测点，N∈[4,8]，N∈Z,Z为整数集，用于测量近水冷壁炉膛烟气温度，所述近水冷壁炉膛烟气温度的测量过程为将温度测量装置探入炉膛内且距离水冷壁5cm～10cm处，对近水冷壁炉膛烟气温度进行测量；
对单侧近水冷壁炉膛烟气温度测量结果进行分析，定义截面的温度分布不均匀系数MT，它表征烟气温度分布的不均匀性：
式中该侧温度标准差Ti为该侧第i个温度测点对应的近水冷壁炉膛烟气温度，温度单位为K；Tave表示该侧温度测点测量的温度的平均值，温度单位为K；n表示该侧测温点的数量；用MTZ、MTY、MTQ、MTH分别表示近左墙水冷壁、右墙水冷壁、前墙水冷壁和后墙水冷壁的烟气温度分布的不均匀性；
得到目标锅炉单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线。
进一步，所述第一传递函数矩阵为：
其中，公式(1)中MTZ、MTY、MTQ、MTH分别表示近左墙水冷壁、近右墙水冷壁、近前墙水冷壁和近后墙水冷壁的烟气温度分布的不均匀性；αZZ、αZY、αZQ、αZH、αYZ、αYY、αYQ、αYH、αQZ、αQY、αQQ、αQH、αHZ、αHY、αHQ和αHH统一用αij表示，即i取Z、Y、Q或H；j取Z、Y、Q或H；αij表示j侧燃尽风开度对i侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；βZZ、βZY、βZQ、βZH、βYZ、βYY、βYQ、βYH、βQZ、βQY、βQQ、βQH、βHZ、βHY、βHQ和βHH统一用βij表示j侧燃尽风风速对i侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；A1Z、A1Y、A1Q和A1H统一用A1i表示，即i取Z、Y、Q或H；A1i表示i侧风门不同挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；A2Z、A2Y、A2Q和A2H统一用A2i表示，A2i表示i侧风门不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线。
进一步，所述的基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法，其特征在于：还包括：
对目标锅炉的同层双侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉同层双侧不同燃尽风风门挡板下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；
对目标锅炉的同层双侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉同侧双侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线；
对得到的同层双侧不同燃尽风风门挡板下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线和同层双侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线分别进行数据拟合，得到综合的用于表征同层双侧燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第二传递函数。
进一步，所述第二传递函数矩阵为：
其中，公式(2)中MTZ、MTY、MTQ、MTH分别表示近左墙水冷壁、近右墙水冷壁、近前墙水冷壁和近后墙水冷壁的烟气温度分布的不均匀性；αZQZ、αQYZ、αYHZ、αZHZ、αZQY、αQYY、αYHY、αZHY、αZQQ、αQYQ、αYHQ、αZHQ、αZQH、αQYH、αYHH和αZHH统一用αijk表示，即i取Z、Y、Q或H；j取Z、Y、Q或H；k取Z、Y、Q或H；αijk表示同层ij侧燃尽风开度对k侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；βZQZ、βQYZ、βYHZ、βZHZ、βZQY、βQYY、βYHY、βZHY、βZQQ、βQYQ、βYHQ、βZHQ、βZQH、βQYH、βYHH和βZHH统一用βijk表示同层ij侧燃尽风风速对k侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；B1ZQ、B1QY、B1YH和B1ZH统一用B1ij表示；B1ij表示同层i j侧风门不同挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；B2ZH、B2QY、B2ZQ和B2YH统一用B2ij表示，B2ij表示同层i j侧风门不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线。
本发明还提出了一种基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制装置，其特征在于，包括：
温度监测模块A，温度监测模块A用于对燃尽风下层近水冷壁炉膛烟气温度进行监测，近水冷壁为炉膛内距离水冷壁5cm～10cm的位置；
数据采集模块B，数据采集模块B用于在预先设定的机组负荷下，采集不同燃尽风风门开度和燃尽风风速下水冷壁各处温度，并分别得出不同燃尽风风门挡板开度和烟气温度分布不均匀性变化曲线以及不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线；
拟合模块C，拟合模块C用于根据数据采集模块B所采集数据进行拟合得出用于表征单个燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第一传递函数；
控制模块D，控制模块D用于根据第一传递函数即不同负荷下炉膛燃尽风温度监测的风门控制关系，在锅炉负荷稳定运行时，触发温度监测模块A，通过温度监测模块A数据分析锅炉在任一稳定负荷下其燃尽风下层温度分布均匀性判定具体燃尽风风门动作方向、开度以及风速。
进一步，所述第一传递函数矩阵为：
其中，公式(1)中MTZ、MTY、MTQ、MTH分别表示近左墙水冷壁、近右墙水冷壁、近前墙水冷壁和近后墙水冷壁的烟气温度分布的不均匀性；αZZ、αZY、αZQ、αZH、αYZ、αYY、αYQ、αYH、αQZ、αQY、αQQ、αQH、αHZ、αHY、αHQ和αHH统一用αij表示，即i取Z、Y、Q或H；j取Z、Y、Q或H；αij表示j侧燃尽风开度对i侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；βZZ、βZY、βZQ、βZH、βYZ、βYY、βYQ、βYH、βQZ、βQY、βQQ、βQH、βHZ、βHY、βHQ和βHH统一用βij表示j侧燃尽风风速对i侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；A1Z、A1Y、A1Q和A1H统一用A1i表示，即i取Z、Y、Q或H；A1i表示i侧风门不同挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；A2Z、A2Y、A2Q和A2H统一用A2i表示，A2i表示i侧风门不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提出的一种基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法及装置，以一种简单、安全、有效的性能测试方式确定炉膛出口温度均匀性与各风门间对应的控制关系，在保证锅炉运行安全稳定的前提下，可以通过调节燃尽风控制炉膛出口烟温偏差，控制高温烟气的流向，同时保证炉膛燃烧的均匀性和充分性，减少炉膛偏烧现象的产生。
附图说明
此处的附图说明用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明提供的基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法的流程图。
图2为本发明提出的炉膛燃尽风温度监测点布置方式示意图。
图3为本发明提供的燃尽风温度监测装置温度位置示意图。
图4为本发明基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面结合本发明的实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚完整地描述。显然，本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程和流程并没有详细叙述。
如图1所示，一种基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法，包括：
针对目标锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；
针对目标锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线；
对上述步骤中得到的目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线和目标锅炉单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线分别进行数据拟合，得到综合的用于表征单个燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第一传递函数。
优选的，所述方法还包括对所述第一传递函数进行简化处理。
通过对系统各项性能指标以及实际情况考量，去掉系统中系统响应速度慢、延迟大、调节范围小、难以控制的部分，只保留与各区温度关联性强的因素，从而得到简化后的第一传递函数。
优选的，所述方法还包括对目标锅炉的同层双侧燃尽风风门进行测试，得到同层双侧不同燃尽风风门挡板下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；
针对目标锅炉同层双侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉同层双侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线；
对上述步骤中得到的同层双侧不同燃尽风风门挡板下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线和同层双侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线分别进行数据拟合，得到综合的用于表征同层双侧燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第二传递函数。
所述第二传递函数矩阵为：
其中，公式(2)中MTZ、MTY、MTQ、MTH分别表示近左墙水冷壁、近右墙水冷壁、近前墙水冷壁和近后墙水冷壁的烟气温度分布的不均匀性；αZQZ、αQYZ、αYHZ、αZHZ、αZQY、αQYY、αYHY、αZHY、αZQQ、αQYQ、αYHQ、αZHQ、αZQH、αQYH、αYHH和αZHH统一用αijk表示，即i取Z、Y、Q或H；j取Z、Y、Q或H；k取Z、Y、Q或H；αijk表示同层ij侧燃尽风开度对k侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子，βZQZ、βQYZ、βYHZ、βZHZ、βZQY、βQYY、βYHY、βZHY、βZQQ、βQYQ、βYHQ、βZHQ、βZQH、βQYH、βYHH和βZHH统一用βijk表示同层ij侧燃尽风风速对k侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；B1ZQ、B1QY、B1YH和B1ZH统一用B1ij表示；B1ij表示同层i j侧风门不同挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；B2ZH、B2QY、B2ZQ和B2YH统一用B2ij表示，B2ij表示同层i j侧风门不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线。
优选的，所述方法还包括对所述第二传递函数进行简化处理。
通过对系统各项性能指标以及实际情况考量，去掉系统中系统响应速度慢、延迟大、调节范围小、难以控制的部分，只保留与各区温度关联性强的因素，从而得到简化后的第二传递函数。
一种基于锅炉炉膛燃尽风温度监测的风门控制装置，所述装置包括：
温度监测模块A，在炉膛燃尽风下层3m～5m区间的炉膛水冷壁四周安装温度测点，温度测点布置方式为每墙水冷壁水平均匀布置N个测点(N∈[4,8]，N∈Z,Z为整数集)，将温度测量装置探入炉膛5cm～10cm深度，对近水冷壁炉膛烟气温度进行测量(700℃～1200℃)。
温度监测模块A，对单侧近水冷壁炉膛烟气温度测量结果进行分析，定义截面的温度分布不均匀系数MT，它表征烟气温度分布的不均匀性
式中该侧温度标准差Ti为该侧第i个温度测点对应的近水冷壁炉膛烟气温度，温度单位为K；Tave表示该侧温度测点测量的温度的平均值，温度单位为K；本发明中n表示该侧测温点的数量；用MTZ、MTY、MTQ和MTH分别表示近左墙水冷壁、右墙水冷壁、前墙水冷壁和后墙水冷壁的烟气温度分布的不均匀性；
数据采集模块B，监测所述目标锅炉的运行状态，并在所述目标锅炉处于稳定运行状态的情况下，执行指定负荷阶段，对锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线A1；
监测所述目标锅炉的运行状态，并在所述目标锅炉处于稳定运行状态的情况下，执行针对指定负荷阶段，对锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线A2。
针对不同负荷阶段，待机组负荷稳定后对锅炉单侧燃尽风风门进行测试，测试内容包括对燃尽风风门开度的变化和燃尽风风速的改变，机组负荷稳定后水冷壁各处温度的数据采集，并得出所述目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线A1和目标锅炉单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线A2。
优选的，所述方法还包括监测所述目标锅炉的运行状态，并在所述目标锅炉处于稳定运行状态的情况下，执行所述针对指定负荷阶段，对锅炉同层双侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉同层双侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线B1。
监测所述目标锅炉的运行状态，并在所述目标锅炉处于稳定运行状态的情况下，执行针对指定负荷阶段，对锅炉同层双侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉同层双侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线B2。
在一些其他实施例中还用于对目标锅炉同层双侧燃尽风风门进行测试，针对不同负荷阶段，待机组负荷稳定后对锅炉同层双侧燃尽风风门进行测试，测试内容包括对燃尽风风门开度的变化和燃尽风风速的改变，机组负荷稳定后水冷壁各处温度的数据采集，并得出同层双侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线B1和同层双侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线B2。
拟合模块C，对上述步骤中得到的单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线A1和单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线A2分别进行数据拟合，得到综合的用于表征单个燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第一传递函数。
结合锅炉炉膛结构数据对采集数据进行拟合得出用于表征单个燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第一传递函数。为提高第一传递函数的关联性，拟合模块还用于对第一传递函数的简化处理。
拟合模块C还包括结合锅炉炉膛结构数据对采集数据进行拟合得出用于表征同层双侧燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第二传递函数。为提高第二传递函数的关联性，拟合模块C还用于对第二传递函数的简化处理。
控制模块D，监测锅炉运行状态，通过锅炉负荷稳定运行时，触发温度监测模块A。在获取了本发明列出的不同负荷下炉膛燃尽风温度监测的风门控制关系后，通过温度监测模块A数据分析锅炉在任一稳定负荷下其燃尽风下层温度分布均匀性即可判定具体燃尽风风门动作方向、开度以及风速。
本发明实施例提供了一种基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法，该方法流程图如图1所示，包括以下步骤：
针对指定负荷阶段，对锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线A1；
在执行上述步骤过程中，可以按照锅炉最低稳燃负荷、50％负荷、75％负荷和100％负荷分别进行测试(本发明中50％负荷、75％负荷和100％负荷，指代的是机组负荷的50％、75％、100％)，得出该目标机组在全工况下锅炉炉膛燃尽风风门控制挡板开度与烟气温度分布均匀性控制关系。烟气温度的测量按照图2在锅炉燃尽风下层3m～5m范围内炉膛四墙分别进行等距离炉膛外圈温度监测，图2中a为风门，b为炉膛四墙，c为温度测量点。将外圈监测温度数值输入拟合模块C对炉膛燃烧状况进行模拟确定炉膛燃烧中心位置，进而判定炉膛偏烧情况。
比如某电厂机组，锅炉为采用四角切圆燃烧方式的直流锅炉，额定功率负荷330MW，有5台中速磨煤机配正压直吹制粉系统，炉膛燃尽风下层四墙安装了测温在线监测系统，分别在35％、50％、75％以及100％负荷下进行测试。
进一步针对四角燃尽风单侧风门执行性能测试，得到单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线A1，具体步骤如下
步骤S10，对于燃尽风门挡板开度初始各层进行调整(增加或减少)5％，(燃尽风开度是从0～100％，即每隔5％进行燃尽风开度调整)等待炉膛出口温度稳定后，记录炉膛出口外圈温度，计算此时单侧烟气温度分布不均匀系数。单侧燃尽风风门挡板开度的调整对MTZ、MTY、MTQ、MTH的影响和该风门与该侧水冷壁中心线距离有直接关系。
步骤S20，进一步针对四角燃尽风单侧风门执行性能测试，得到单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与速度变化曲线A2。
燃尽风风速一般在30m/s～50m/s区间，对单侧燃尽风风速进行调整(增加或减少)5％，等待炉膛出口温度稳定后，记录炉膛出口外圈温度，计算此时单侧烟气温度分布不均匀系数。单侧燃尽风风速调整对MTZ、MTY、MTQ、MTH的影响和该风门与该侧水冷壁中心线距离有直接关系。
步骤S30，对A1曲线和A2曲线分别进行拟合，得到综合的用于表征单个燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第一传递函数。
在执行步骤S30的过程中，可以采用matlab软件或其他软件对数据进行系统辨识，得到如下公式(1)所示的第一传递函数矩阵
其中，公式(1)中MTZ、MTY、MTQ、MTH分别表示近左墙水冷壁、近右墙水冷壁、近前墙水冷壁和近后墙水冷壁的烟气温度分布的不均匀性；αZZ、αZY、αZQ、αZH、αYZ、αYY、αYQ、αYH、αQZ、αQY、αQQ、αQH、αHZ、αHY、αHQ和αHH统一用αij表示，即i取Z、Y、Q或H；j取Z、Y、Q或H；αij表示j侧燃尽风开度对i侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；βZZ、βZY、βZQ、βZH、βYZ、βYY、βYQ、βYH、βQZ、βQY、βQQ、βQH、βHZ、βHY、βHQ和βHH统一用βij表示j侧燃尽风风速对i侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；A1Z、A1Y、A1Q和A1H统一用A1i表示，即i取Z、Y、Q或H；A1i表示i侧风门不同挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；A2Z、A2Y、A2Q和A2H统一用A2i表示，A2i表示i侧风门不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线。
公式(1)中不同的机组结构αij和βij有所不同。
步骤S40对第一传递函数进行简化处理。
在执行步骤S40的过程中，通过对系统各项性能指标以及实际情况的考量，去掉其中系统响应速度慢、延迟大、调节范围小、难以控制的部分，只保留与各分区温度关联性强的因素，得到简化后的第一传递函数阵。再通过不同负荷情况下对该函数矩阵进行修正，即可得到简化的锅炉炉膛燃尽风温度监测的风门控制。
步骤S50，针对指定负荷阶段，对锅炉同层双侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉同层双侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线B1；同层双侧燃尽风风门挡板开度的调整对MTZ、MTY、MTQ、MTH的影响和该风门与该侧水冷壁中心线距离有直接关系。
步骤S60，针对指定负荷阶段，对锅炉同层双侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉同层双侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线B2。
燃尽风风速一般在30m/s～50m/s区间，对双侧燃尽风风速进行调整(增加或减少)5％，等待炉膛出口温度稳定后，记录炉膛出口外圈温度，计算此时单侧烟气温度分布不均匀系数。同层双侧燃尽风风速调整对MTZ、MTY、MTQ、MTH的影响和该风门与该侧水冷壁中心线距离有直接关系。
需要说明的是燃尽风风门挡板开度和风速的调整范围应保证炉膛火焰不在长时间发生偏烧和NOx含量不发生大幅增加的范围内。在合理的范围内尽量多做几组数据保证测试结果的准确性，且任意组同层双侧燃尽风门性能测试完成后将该组同层双侧的燃尽风风门的挡板开度恢复至原有开度。
步骤S70，对B1曲线和B2曲线分别进行拟合，得到综合的用于表征同层双侧燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第二传递函数。
在执行步骤S30的过程中，可以采用matlab软件或其他软件对数据进行系统辨识，具体过程可以参见上述步骤中S30中得到第一传递函数矩阵的过程，在此不再赘述。
当然，在实施案例中为提高传递函数的关联性对第二传递函数进行简化处理。
图3示出了燃尽风风温监测装置温度位置示意图，图中A、B、C、D、E分别为燃烧器层，AB、BC、CD、DE、EE分别代表二次风层，SOFA A、SOFA B、SOFA C、SOFA D、SOFA E代表燃尽风层，d代表温度监测点位置。
本发明实施例提供的基于锅炉炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法，是一种简单、安全、有效的性能测试方法确定炉膛出口温度均匀性与各风门间对应控制关系。在保证锅炉运行安全稳定的前提下，可以通过调节燃尽风控制炉膛出口烟温偏差，控制高温烟气的流向，同时保证炉膛燃烧的均匀性和充分性，减少炉膛偏烧现象的产生。
基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法，本发明实施例提供了一种炉膛燃尽风温度监测的风门控制关系的确定装置，该装置的结果示意图如图4所示，包括：
温度监测模块A，在目标锅炉目标位置进行温度测定的安装，具体位置见图4，对燃尽风下层近水冷壁炉膛烟气温度进行监测。
数据采集模块B，针对不同负荷阶段，待机组负荷稳定后对锅炉单侧燃尽风风门进行测试，测试内容包括对燃尽风风门开度的变化和燃尽风风速的改变，机组负荷稳定后水冷壁各处温度的数据采集，并得出锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线A1和单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线A2。
在一些其他实施例中还用于对目标锅炉同层双侧燃尽风风门进行测试，针对不同负荷阶段，带机组负荷稳定后对锅炉同层双侧燃尽风风门进行测试，测试内容包括对燃尽风风门开度的变化和燃尽风风速的改变，机组负荷稳定后水冷壁各处温度的数据采集，并得出同层双侧锅炉同层双侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线B1和锅炉同层双侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线B2。
拟合模块C，结合锅炉炉膛结构数据对采集数据进行拟合得出用于表征单个燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第一传递函数。为提高第一传递函数的关联性，拟合模块还用于对第一传递函数的简化处理。
拟合模块C还包括结合锅炉炉膛结构数据对采集数据进行拟合得出用于表征同层双侧燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第二传递函数。为提高第二传递函数的关联性，拟合模块C还用于对第二传递函数的简化处理。
控制模块D，监测锅炉运行状态，通过锅炉负荷稳定运行时，触发温度监测模块A。在获取了本发明列出的不同负荷下炉膛燃尽风温度监测的风门控制关系后，通过温度监测模块A数据分析锅炉在任一稳定负荷下其燃尽风下层温度分布均匀性即可判定具体燃尽风风门动作方向、开度以及风速。
本发明提供的一种炉膛燃尽风温度监测的风门控制关系的确定装置，是以一种简单、安全、有效的性能测试方法确定的炉膛燃尽风下层温度与燃尽风风门开度、燃尽风风速间对应的控制关系，在保障锅炉运行安全的前提下，可以通过调节燃尽风开度、风速将炉膛燃烧状态向最优区和舒适区转移，从而保证锅炉着火稳定、燃烧完全、燃烧均匀、减少偏烧、结渣、过热器超温等问题的出现，提高锅炉热效率，降低污染物排放。
Claims (4)
1.一种基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法，其特征在于，包括：
对目标锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；
对目标锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线；
对所述目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线和所述目标锅炉单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线分别进行数据拟合，得到综合的用于表征单个燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第一传递函数，进而通过任一稳定负荷下炉膛燃尽风下层温度分布均匀性判定具体燃尽风风门动作方向、开度以及风速；
所述对目标锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线的过程如下：
①在炉膛燃尽风下层3m～5m区间的炉膛四墙水冷壁安装温度测点，用于测量近水冷壁炉膛烟气温度；所述温度测点的布置方式为每墙水冷壁水平均匀布置N个测点，N∈[4,8]，N∈Z,Z为整数集，近水冷壁为炉膛内距离水冷壁5cm～10cm的位置；
②设定机组负荷；所述机组负荷为锅炉最低稳燃负荷、50％负荷、75％负荷和100％负荷；
③执行预先设定机组负荷，对燃尽风风门挡板开度进行调整，等待炉膛出口温度稳定后，记录燃尽风下层炉膛外圈温度，所述炉膛外圈温度即所述的近水冷壁炉膛烟气温度，计算此时单侧烟气温度分布不均匀系数；
具体为：对单侧近水冷壁炉膛烟气温度测量结果进行分析，定义截面的温度分布不均匀系数MT，它表征烟气温度分布的不均匀性：
式中该侧温度标准差Ti表示该侧第i个温度测点的温度，即第i个温度测点对应的近水冷壁炉膛烟气温度，温度单位为K；Tave表示该侧温度测点测量的温度的平均值，温度单位为K；n表示该侧测温点的数量；用MTZ、MTY、MTQ、MTH分别表示近左墙水冷壁、近右墙水冷壁、近前墙水冷壁和近后墙水冷壁的炉膛烟气温度分布的不均匀性；
④根据燃尽风风门挡板开度和炉膛烟气温度分布的不均匀性，得到目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；
所述对目标锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线的过程如下：
针对指定负荷阶段，对锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线；所述指定负荷为锅炉最低稳燃负荷、50％负荷、75％负荷或100％负荷；所述烟气温度的测量过程为在炉膛燃尽风下层3m～5m区间的炉膛四墙水冷壁安装温度测点，对炉膛外圈温度进行监测，炉膛外圈温度即近水冷壁炉膛烟气温度；
所述温度测点的布置方式为每墙水冷壁水平均匀布置N个测点，N∈[4,8]，N∈Z,Z为整数集，用于测量近水冷壁炉膛烟气温度，所述近水冷壁炉膛烟气温度的测量过程为将温度测量装置探入炉膛内且距离水冷壁5cm～10cm处，对近水冷壁炉膛烟气温度进行测量；
对单侧近水冷壁炉膛烟气温度测量结果进行分析，定义截面的温度分布不均匀系数MT，它表征烟气温度分布的不均匀性：
式中该侧温度标准差Ti为该侧第i个温度测点对应的近水冷壁炉膛烟气温度，温度单位为K；Tave表示该侧温度测点测量的温度的平均值，温度单位为K；n表示该侧测温点的数量；用MTZ、MTY、MTQ、MTH分别表示近左墙水冷壁、右墙水冷壁、前墙水冷壁和后墙水冷壁的烟气温度分布的不均匀性；
得到目标锅炉单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线；
所述第一传递函数矩阵为：
其中，公式(1)中MTZ、MTY、MTQ、MTH分别表示近左墙水冷壁、近右墙水冷壁、近前墙水冷壁和近后墙水冷壁的烟气温度分布的不均匀性；αZZ、αZY、αZQ、αZH、αYZ、αYY、αYQ、αYH、αQZ、αQY、αQQ、αQH、αHZ、αHY、αHQ和αHH统一用αij表示，即i取Z、Y、Q或H；j取Z、Y、Q或H；αij表示j侧燃尽风开度对i侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；βZZ、βZY、βZQ、βZH、βYZ、βYY、βYQ、βYH、βQZ、βQY、βQQ、βQH、βHZ、βHY、βHQ和βHH统一用βij表示j侧燃尽风风速对i侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；A1Z、A1Y、A1Q和A1H统一用A1i表示，即i取Z、Y、Q或H；A1i表示i侧风门不同挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；A2Z、A2Y、A2Q和A2H统一用A2i表示，A2i表示i侧风门不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线。
2.根据权利要求1所述的基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法，其特征在于：所述的基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法，其特征在于：还包括：
对目标锅炉的同层双侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉同层双侧不同燃尽风风门挡板下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；
对目标锅炉的同层双侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉同侧双侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线；
对得到的同层双侧不同燃尽风风门挡板下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线和同层双侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线分别进行数据拟合，得到综合的用于表征同层双侧燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第二传递函数。
3.根据权利要求2所述的基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制方法，其特征在于：所述第二传递函数矩阵为：
其中，公式(2)中MTZ、MTY、MTQ、MTH分别表示近左墙水冷壁、近右墙水冷壁、近前墙水冷壁和近后墙水冷壁的烟气温度分布的不均匀性；αZQZ、αQYZ、αYHZ、αZHZ、αZQY、αQYY、αYHY、αZHY、αZQQ、αQYQ、αYHQ、αZHQ、αZQH、αQYH、αYHH和αZHH统一用αijk表示，即i取Z、Y、Q或H；j取Z、Y、Q或H；k取Z、Y、Q或H；αijk表示同层ij侧燃尽风开度对k侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；βZQZ、βQYZ、βYHZ、βZHZ、βZQY、βQYY、βYHY、βZHY、βZQQ、βQYQ、βYHQ、βZHQ、βZQH、βQYH、βYHH和βZHH统一用βijk表示同层ij侧燃尽风风速对k侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；B1ZQ、B1QY、B1YH和B1ZH统一用B1ij表示；B1ij表示同层i j侧风门不同挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；B2ZH、B2QY、B2ZQ和B2YH统一用B2ij表示，B2ij表示同层i j侧风门不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线。
4.一种基于炉膛燃尽风温度监测的风门控制装置，其特征在于，包括：
温度监测模块A，温度监测模块A用于对燃尽风下层近水冷壁炉膛烟气温度进行监测，近水冷壁为炉膛内距离水冷壁5cm～10cm的位置；
数据采集模块B，数据采集模块B用于在预先设定的机组负荷下，采集不同燃尽风风门开度和燃尽风风速下水冷壁各处温度，并分别得出不同燃尽风风门挡板开度和烟气温度分布不均匀性变化曲线以及不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线；
拟合模块C，拟合模块C用于根据数据采集模块B所采集数据进行拟合得出用于表征单个燃尽风风门开度和风速变化对炉膛烟温分布均匀性的第一传递函数；
控制模块D，控制模块D用于根据第一传递函数即不同负荷下炉膛燃尽风温度监测的风门控制关系，在锅炉负荷稳定运行时，触发温度监测模块A，通过温度监测模块A数据分析锅炉在任一稳定负荷下其燃尽风下层温度分布均匀性判定具体燃尽风风门动作方向、开度以及风速；
所述第一传递函数矩阵为：
其中，公式(1)中MTZ、MTY、MTQ、MTH分别表示近左墙水冷壁、近右墙水冷壁、近前墙水冷壁和近后墙水冷壁的烟气温度分布的不均匀性；αZZ、αZY、αZQ、αZH、αYZ、αYY、αYQ、αYH、αQZ、αQY、αQQ、αQH、αHZ、αHY、αHQ和αHH统一用αij表示，即i取Z、Y、Q或H；j取Z、Y、Q或H；αij表示j侧燃尽风开度对i侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；βZZ、βZY、βZQ、βZH、βYZ、βYY、βYQ、βYH、βQZ、βQY、βQQ、βQH、βHZ、βHY、βHQ和βHH统一用βij表示j侧燃尽风风速对i侧烟气温度分布不均匀系数的影响因子；A1Z、A1Y、A1Q和A1H统一用A1i表示，即i取Z、Y、Q或H；A1i表示i侧风门不同挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；A2Z、A2Y、A2Q和A2H统一用A2i表示，A2i表示i侧风门不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线；
数据采集模块B，具体用于在预先设定的机组负荷下，采集不同燃尽风风门开度和燃尽风风速下水冷壁各处温度，并得出不同燃尽风风门挡板开度和烟气温度分布不均匀性变化曲线的过程为：
①在炉膛燃尽风下层3m～5m区间的炉膛四墙水冷壁安装温度测点，用于测量近水冷壁炉膛烟气温度；所述温度测点的布置方式为每墙水冷壁水平均匀布置N个测点，N∈[4,8]，N∈Z,Z为整数集，近水冷壁为炉膛内距离水冷壁5cm～10cm的位置；
②设定机组负荷；所述所述机组负荷为锅炉最低稳燃负荷、50％负荷、75％负荷和100％负荷；
③执行预先设定机组负荷，对燃尽风风门挡板开度进行调整，等待炉膛出口温度稳定后，记录燃尽风下层炉膛外圈温度，所述炉膛外圈温度即所述的近水冷壁炉膛烟气温度，计算此时单侧烟气温度分布不均匀系数；
具体为：对单侧近水冷壁炉膛烟气温度测量结果进行分析，定义截面的温度分布不均匀系数MT，它表征烟气温度分布的不均匀性：
式中该侧温度标准差Ti表示该侧第i个温度测点的温度，即第i个温度测点对应的近水冷壁炉膛烟气温度，温度单位为K；Tave表示该侧温度测点测量的温度的平均值，温度单位为K；n表示该侧测温点的数量；用MTZ、MTY、MTQ、MTH分别表示近左墙水冷壁、近右墙水冷壁、近前墙水冷壁和近后墙水冷壁的炉膛烟气温度分布的不均匀性；
④根据燃尽风风门挡板开度和炉膛烟气温度分布的不均匀性，得到目标锅炉单侧不同燃尽风风门挡板开度下烟气温度分布不均匀性与开度变化曲线；
数据采集模块B，具体用于在预先设定的机组负荷下，采集不同燃尽风风门开度和燃尽风风速下水冷壁各处温度，并得出不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线的过程为：
针对指定负荷阶段，对锅炉单侧燃尽风风门进行测试，得到所述目标锅炉不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线；所述指定负荷为锅炉最低稳燃负荷、50％负荷、75％负荷或100％负荷；所述烟气温度的测量过程为在炉膛燃尽风下层3m～5m区间的炉膛四墙水冷壁安装温度测点，对炉膛外圈温度进行监测，炉膛外圈温度即近水冷壁炉膛烟气温度；
所述温度测点的布置方式为每墙水冷壁水平均匀布置N个测点，N∈[4,8]，N∈Z,Z为整数集，用于测量近水冷壁炉膛烟气温度，所述近水冷壁炉膛烟气温度的测量过程为将温度测量装置探入炉膛内且距离水冷壁5cm～10cm处，对近水冷壁炉膛烟气温度进行测量；
对单侧近水冷壁炉膛烟气温度测量结果进行分析，定义截面的温度分布不均匀系数MT，它表征烟气温度分布的不均匀性：
式中该侧温度标准差Ti为该侧第i个温度测点对应的近水冷壁炉膛烟气温度，温度单位为K；Tave表示该侧温度测点测量的温度的平均值，温度单位为K；n表示该侧测温点的数量；用MTZ、MTY、MTQ、MTH分别表示近左墙水冷壁、右墙水冷壁、前墙水冷壁和后墙水冷壁的烟气温度分布的不均匀性；得到目标锅炉单侧不同燃尽风风速下烟气温度分布不均匀性与风速变化曲线。
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