CN114673981B - 锅炉装置的先进控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制技术领域，公开了锅炉装置的先进控制系统和控制方法。本发明可以实现多台，尤其是两台炉的自动控制，辅炉能够根据主调炉运行情况通过控制辅炉负荷控制来平衡主调炉的氧含量。整个过程由先进控系统根据读取DCS的数据信息，通过模型预测变化趋势，实现自动判断和调整控制目标。该过程均由先进控制系统完成不需要操作员人为干预，大大提高了锅炉生产过程的自控率，锅炉装置生产过程实时处于精确计算的最佳状态，实现了锅炉装置运行自动化和智能化控制。

Description

锅炉装置的先进控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及控制技术领域，尤其涉及锅炉装置的先进控制系统和控制方法。

背景技术

化工生产装置循环流化床燃煤蒸汽锅炉装置，通过DCS控制系统来实现对于锅炉装置生产的自动控制，并通过温度、压力等检测仪表实现对锅炉生产过程的监控。锅炉装置生产流程较长，是典型的多变量、有约束和强耦合的复杂工业过程，由于DCS控制系统的控制方案通常为常规PID和串级，即常规单输入单输出的控制方案，所以DCS控制系统己经难以解决这种过程的整体控制及优化的问题。

化工生产装置的锅炉与其他锅炉不同（如热电厂锅炉，负荷的大幅度变化响应是控制的关键），化工锅炉的蒸汽用于下游生产用户，一般的对于化工生产，正常时整个生产负荷都是相对稳定的，即对蒸汽的需求就比较稳定，偶尔会出现负荷波动的情况，故用于化工生产的锅炉稳定控制压力和温度是关键。对此一般的负荷波动，通常是短时间的负荷波动，而不是负荷的加减。因此，对于化工锅炉装置来说，正常生产时不需要或者很少调整一次风、二次风和引风。

一般的化工生产装置的锅炉装置，采用多开多备的方式，每台锅炉炉由多台给煤机给煤，在生产过程中存在以下主要问题：1）下游蒸汽用户负荷波动会影响蒸汽母管压力的稳定性，通常在正常生产中负荷存在2%—5%的波动；2）锅炉使用的动力煤不同煤仓、不同时间段煤质变化频繁，相同负荷下不同煤质给煤量偏差达较大，并且给煤量与给煤机变频输出呈非线性关系，同样的转速，给煤量不一定相同；3）对于两台锅炉调节时，根据生产工艺要求，两台炉负荷控制不能偏差太大。锅炉装置因上述原因使得生产系统存在工艺参数波动大、负荷调节不及时等问题，同时负荷以及煤质的频繁变化使得操作员的劳动强度大大增加。

对于单台炉控制来说，上述问题解决的控制策略如下：管网蒸汽压力降低→增加锅炉负荷→给煤增加→氧含量在控制范围内，则不调风；若氧含量不在范围内→调整二次风、引风机，操作简单容易实现。但对于多台锅炉，锅炉之间的煤质存在偏差，每台锅炉工作效率也不同，当负荷发生变化时，根本无法通过简单的控制风煤比来实现系统的稳定运行，如果出现负荷波动就贸然控煤的同时调风，最终导致多台炉同时调节二次风，产生不断调风调煤的恶性循环，装置始终处于动态波动运行，导致系统波动越来越大，最终无法实现自动控制，不利于装置安全，平凡的动作也造成了能量的浪费。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为解决背景技术中的问题，本发明提供了锅炉装置的先进控制系统和控制方法和控制系统，通过控制锅炉给煤量的智能化控制，调节锅炉燃烧系统，操作工无需根据下游用户负荷波动对锅炉控制进行手动干预锅炉负荷，以在解决现有技术中锅炉生产装置因用户负荷和煤质频繁变化等原因使得工艺参数波动大特别是蒸汽压力以及锅炉装置自控程度低的问题。

为达到上述目的，本发明采用的第一个技术方案为：

锅炉装置的先进控制方法，包含以下步骤：

根据锅炉装置预设参数得到给煤机的给煤总量理论值；

将给煤总量的当前实际值与给煤总量理论值进行比较得到下一次给煤总量；以及

利用下一次给煤总量对锅炉装置进行多项优化控制；

其中，锅炉装置包含一个主调炉和至少一个辅炉，所述根据锅炉装置预设参数得到给煤机的给煤总量理论值的方法包含：

通过预设主调炉的主蒸汽量计算得到主调炉的给煤总量理论值；以及

通过预设辅炉的目标负荷、主调炉与辅炉的负荷偏差调节计算得到辅炉的给煤总量理论值。

优选的，所述通过预设辅炉的目标负荷、主调炉与辅炉的负荷偏差调节计算得到辅炉的给煤总量理论值的方法包含以下两种情况：当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围内时，根据目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值；

当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围外时，自动调节辅炉负荷至负荷偏差回至预设范围内，再根据辅炉的目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值。

优选的，当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围内，且主调炉与辅炉的氧含量偏差在预设范围外时，先自动调节辅炉负荷至氧含量偏差回到预设范围内，再根据目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值。

优选的，当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围外，且主调炉与辅炉的氧含量偏差在预设范围外时，自动调节辅炉负荷至负荷偏差与氧含量偏差均回至预设范围内，再根据辅炉的目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值。

优选的，所述多项优化控制包括多炉优化控制、煤质变化响应优化控制、主蒸汽压力优化控制、氧含量优化控制、给煤机优化控制和风机优化控制。

优选的，所述多炉优化控制的具体方法包含：

识别判断主调炉和辅炉，对主调炉进行母管压力调节，使主蒸汽压力保持在工艺要求范围内；

对辅炉进行多角度约束负荷调节，配合主调炉完成对主蒸汽压力的控制；

其中，所述多角度约束包括主调炉与辅炉负荷偏差控制、主调炉氧含量纠偏控制，通过控制主调炉与辅炉负荷偏差，协调控制主调炉氧含量。

优选的，所述煤质变化响应优化控制的具体方法包含：

通过当前时间段给煤总量对蒸汽产量情况，计算出当前煤种对蒸汽的增益，通过不同时间段煤对蒸汽的增益对煤质进行判断，当煤热值变大，煤对蒸汽的增益变大则适当的调小给煤的变频输出值，热值变小，煤对蒸汽的增益减小则适当的增大给煤的变频输出值，维持锅炉负荷稳定。

优选的，主蒸汽压力优化控制的具体方法包含：

预测管网压力变化，提前调节进煤、风量进行控制，使用主调炉，进行蒸汽管网压力的压力控制，同时引入蒸汽用户流量作为前馈变量，辅炉读取到蒸汽用户流量变化信息，对辅炉进行微调。

优选的，所述氧含量优化控制的具体方法包含：

辅炉通过调节二次风，使锅炉内的氧气含量控制在目标值；

主调炉，根据主蒸汽压力进行负荷调节，当锅炉负荷处于稳态时，通过二次风与氧含量的关联，控制氧含量在控制范围内即可，无需设定目标值。

优选的，所述给煤机优化控制的具体方法包含：

通过给煤总量计算每台给煤机平均给煤量，通过控制多台给煤机给煤量与平均给煤量的偏差，保证多台给煤机给煤均匀，保证氧含量和燃烧效率。

优选的，所述风机优化控制的具体方法包含：

以床层温度和最小流化风量作为约束条件，对一次风机进行控制；

通过引风机控制炉膛负压稳定。

本发明采用的第二个技术方案为：

一种锅炉装置先进控制系统，包含：

给煤总量理论值计算模块，用于根据锅炉装置预设参数得到给煤机的给煤总量理论值；

数据优化模块，用于将给煤总量的当前实际值与给煤总量理论值进行比较得到下一次给煤总量；以及

多项优化控制模块，用于利用下一次给煤总量对锅炉装置进行多项优化控制；

其中，给煤总量理论值计算模块用于通过预设主调炉的主蒸汽量计算得到主调炉的给煤总量理论值；以及

用于通过预设辅炉的目标负荷、主调炉与辅炉的负荷偏差计算得到辅炉的给煤总量理论值。

优选的，所述多项优化控制模块多炉优化控制模块、煤质变化响应优化控制模块、主蒸汽压力优化控制模块、氧含量优化控制模块、给煤机优化控制模块和风机优化控制模块。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明可以实现多台，尤其是两台炉的自动控制，辅炉能够根据主调炉运行情况通过控制辅炉负荷控制来平衡主调炉的氧含量，例如主调炉氧含量高了，辅炉适当的降低自身负荷，总负荷降低（主蒸汽压力也会随之降低），对于主调炉，预测到主蒸汽压力降低的趋势，则控制主调炉给煤量增加，进而氧含量降低，实现两台炉氧含量的平衡控制，将两台炉负荷以及主蒸汽压力控制在目标范围内。整个过程由先进控系统根据读取DCS的数据信息，通过模型预测变化趋势，实现自动判断和调整控制目标。该过程均由先进控制系统完成不需要操作员人为干预，大大提高了锅炉生产过程的自控率，锅炉装置生产过程实时处于精确计算的最佳状态，实现了锅炉装置运行自动化和智能化控制。

附图说明

图1为本发明锅炉装置控制方法总体流程图；

图2为本发明主调炉工作逻辑框图；

图3-5为本发明辅炉工作逻辑图。

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了，下面结合具体实施方式和附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

参考图1-5，本发明提供的第一个实施方式为，锅炉装置的先进控制方法，包含以下步骤：

根据锅炉装置预设参数得到给煤机的给煤总量理论值；将给煤总量的当前实际值与给煤总量理论值进行比较得到下一次给煤总量；以及利用该下一次给煤总量对锅炉装置进行多项优化控制；

其中，锅炉装置包含一个主调炉和至少一个辅炉，所述根据锅炉装置预设参数得到给煤机的给煤总量理论值的方法包含：通过预设主调炉的主蒸汽量计算得到主调炉的给煤总量理论值；以及通过预设辅炉的目标负荷、主调炉与辅炉的负荷偏差调节计算得到辅炉的给煤总量理论值。

上述得到的主调炉的给煤总量理论值和辅炉的给煤总量理论值作为下一时刻主调炉与辅炉的给煤总量的输出值。如此循环不断优化和校正每一时刻的给煤总量输出值，最终实现主蒸汽压力等参数的合理优化控制。

本发明的控制方法适用于两台及两台以上的锅炉同时工作，对两台炉分别使用不同的控制策略。根据锅炉的工作状态，可以确定一台锅炉为主调炉，其余的为辅炉。对主调炉和辅炉控制的区别主要在于确定给煤总量理论值的方法，主调炉根据主蒸汽压力来控制给煤总量理论值，辅炉根据主调炉与辅炉的负荷偏差来控制给煤总量理论值。主调炉控制方案如下，设定母管蒸汽压力控制范围，主调炉控制策略如下，仅需建立给煤与蒸汽压力的控制模型即可，蒸汽压力高，主调炉减少给煤量。

所述通过预设辅炉的目标负荷、主调炉与辅炉的负荷偏差调节计算得到辅炉的给煤总量理论值的方法包含以下两种情况：当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围内时，根据目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值；当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围外时，自动调节辅炉负荷至负荷偏差回至预设范围内，再根据辅炉的目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值。

辅炉首先受到目标负荷的约束，调节过程中始终时向设定的目标负荷靠近；其次，辅炉负荷控制又要受到主调炉负荷的约束，两台炉的负荷偏差不能超过一定范围。若负荷偏差在范围内，辅炉负荷向目标设定值控制即可，若辅炉负荷达到目标设定值时，此时辅炉与主调炉偏差值超过了设定范围，系统自动判断，允许辅炉在负荷设定的目标值附近范围内进行调整，减小辅炉与主调炉的负荷偏差。

具体来说，负荷偏差是主调炉减去辅炉的负荷得到的差值，若主调炉与辅炉的负荷偏差不在预设范围内，且这个偏差只在范围下限，代表主调炉负荷偏高，系统此时会增加辅炉的负荷，负荷通过增加给煤来实现，具体增加量根据距离偏差下限的量来确定，此时，辅炉负荷在增加，相当于辅炉产生了蒸汽补偿主蒸汽母管，而主调炉给煤量的变化只受蒸汽压力的影响，故变相的主调炉负荷增加的程度会变小，甚至会出现减负荷的情况。反之，若偏差超上限，代表辅炉负荷偏高或者主调炉负荷偏小，同理进行调节。需要说明的是，前述情况仅是短时间的负荷变化，因此，当两者的负荷偏差调到预设范围内后，最终会回到各自的稳态，即辅炉负荷最终还是会向设定的目标负荷靠拢。

除此之外，辅炉给煤总量理论值的控制还与主调炉氧含量有关。当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围内，且主调炉与辅炉的氧含量偏差在预设范围外时，先自动调节辅炉负荷至氧含量偏差回到预设范围内，再根据目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值。当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围外，且主调炉与辅炉的氧含量偏差在预设范围外时，自动调节辅炉负荷至负荷偏差与氧含量偏差均回至预设范围内，再根据辅炉的目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值。

具体来说，当两者负荷偏差在范围内，若出现下列情况，例如主蒸汽压力低，此时，按控制策略，应该是主调炉负荷增加即增加给煤量以平衡蒸汽压力，由于增加给煤量较多，增加给煤了一瞬间，主调炉氧含量会大幅度降低。此时通过氧含量监测，氧含量降低到控制下限，系统自动判断，若辅炉氧含量还有空间可调节，则即使两者负荷偏差在范围内，系统依旧会适当增加辅炉负荷，从而减少主调炉（变相减少主调炉给煤），避免出现氧含量过低。若主调炉与辅炉的负荷偏差在范围内，且氧含量合适，则辅炉不会进行调节，即维持负荷，并向设定的目标负荷靠拢。

所述多项优化控制包含多炉优化控制、煤质变化响应优化控制、主蒸汽压力优化控制、氧含量优化控制、给煤机优化控制和风机优化控制。

其中，多炉优化控制的具体方法包含：

引入主调炉信号、辅炉信号，系统识别和判断锅炉的主调炉，主调炉只针对母管压力进行调节，即主蒸汽压力低，主调炉增加给煤量，提高主调负荷，主蒸汽压力高，主调炉减少给煤量，降低主调炉负荷，在确保安全前提下尽可能迅速地调节负荷，使主蒸汽压力保持在工艺要求范围内。

辅炉，对锅炉负荷调节进行多角度约束，根据不同的约束进行不同手段的调节，配合主调炉完成对主蒸汽压力的控制。通常的，辅炉在同时满足所有约束条件时，辅炉只根据先进控制器设定的负荷目标值进行控制。

上述多角度约束，控制模型包括主调炉与辅炉负荷偏差控制模型、主调炉氧含量纠偏控制模型，通过控制两台炉负荷偏差，协调控制主调炉氧含量。

煤质变化响应优化控制的具体方法包含：

通过当前时间段给煤总量对蒸汽产量情况，计算出当前煤种对蒸汽的增益，通过不同时间段煤对蒸汽的增益对煤质进行判断，当煤热值变大，煤对蒸汽的增益变大则适当的调小给煤的变频输出值，热值变小，煤对蒸汽的增益减小则适当的增大给煤的变频输出值，从而维持锅炉负荷稳定。

主蒸汽压力优化控制的具体方法包含：

预测管网压力变化，提前调节进煤、风量进行控制，使用主调炉，进行蒸汽管网压力的压力控制。同时引入蒸汽用户流量（此处指主蒸汽管网的直接用户，与主蒸汽管网相连的空分蒸汽用量阀门）作为前馈变量，辅炉读取到蒸汽用户流量变化信息，对辅炉进行微调（流量信息反馈快于主蒸汽压力信息，主要调节手段还是靠主调炉，辅炉只是根据流量信息进行小幅度响应）。

氧含量优化控制的具体方法包含：

辅炉氧含量控制，建立二次风和氧含量相关联的模型，通过调节二次风，使锅炉内的氧气含量控制在目标值。

氧含量优化控制的具体方法包含：

对于主调炉，主调炉是根据主蒸汽压力进行负荷调节，当锅炉负荷处于稳态时，根据二次风与氧含量关联控制，使得氧含量在控制范围内即可，无需设定目标值。当主调炉负荷发生变化，对于氧含量影响最直接的是给煤，明显的，给煤增加，氧含量会立刻降低，给煤减少，氧含量增加，建立主调炉负荷与二次风、以及辅炉负荷间的关联模型，控制氧含量稳定。

当主调炉和辅炉氧含量都处于操作上限且主蒸汽压力也处于上限范围，则模型控制减小二次风量，来协调两台炉氧含量，若主调炉的负荷相对偏高，则减小主调炉的二次风，主调炉二次风降低，为了控制对应的氧含量，模型则控制减少主调炉给煤以使氧含量控制到范围内，同时主蒸汽压力也从控制上限降下来。若氧含量都处于控制下限，同时主蒸汽压力也较低，则对两者负荷相对较低的锅炉增加二次风量。二次风增加使氧含量增加，模型则自动增加给煤，将氧含量控制到范围内，此时主蒸汽压力也随着给煤的增加而增加。

给煤机优化控制的具体方法包含：

通过给煤总量，计算多台给煤机平均给煤量，通过控制多台给煤机给煤量与平均给煤量的偏差，保证多台给煤机给煤均匀，保证氧含量和燃烧效率。

所述风机优化控制的具体方法包含：

风机优化控制，主要针对一次风和引风机控制，引入最小流化信息，以床层温度和最小流化风量作为约束条件，对一次风机进行控制。引风机优化控制，建立炉膛负压与引风机控制模型，控制炉膛负压稳定。

本发明提供的第二实施方式为，锅炉装置的先进控制系统，包含：给煤总量理论值计算模块，用于根据锅炉装置预设参数得到给煤机的给煤总量理论值；数据优化模块，用于将给煤总量的当前实际值与给煤总量理论值进行比较得到下一次给煤总量；以及多项优化控制模块，用于利用下一次给煤总量对锅炉装置进行多项优化控制；

其中，给煤总量理论值计算模块用于通过预设主调炉的主蒸汽量计算得到主调炉的给煤总量理论值；以及用于通过预设辅炉的目标负荷、主调炉与辅炉的负荷偏差计算得到辅炉的给煤总量理论值。

优选的，所述多项优化控制模块多炉优化控制模块、煤质变化响应优化控制模块、主蒸汽压力优化控制模块、氧含量优化控制模块、给煤机优化控制模块和风机优化控制模块。

在一些优选实施方式中，本发明的锅炉控制系统包括DCS控制装置和锅炉装置先进控制器，所述锅炉装置包括给煤系统、燃烧系统、主蒸汽系统；所述DCS控制装置包括通信连接的服务器和DCS控制器组件，执行组件设置于给煤系统、燃烧系统、主蒸汽系统；所述锅炉装置先进控制器包括用于数据储存的先进控制器专用数据库、模型控制器、模型存储器和输入装置。

其中，输入装置，用于输入可控变量的目标控值制范围，该控制范围小于或等于DCS控制范围；先进控制器专用数据库内存储有从DCS服务器中读取可控变量的历史数据、实时数据和预测控制数据；模型控制器包括给煤系统预测控制器，燃烧系统预测控制器；模型存储器内存储有给煤系统数据模型、燃烧系统数据模型。

即时数据存储器和优化控制组件均与所述DCS服务器通信连接；DCS服务器通过DCS控制器组件的传感器组件分别获取所述煤系统、燃烧系统、主蒸汽系统的可控变量的实时数据，并将所述实施数据传输至并存储于所述锅炉先进控制系统先进控制器专用数据库；

其中，可控变量包括，给煤系统可控变量、燃烧系统可控变量、主蒸汽系统可控变量；具体包含，给煤系统：单台给煤机给煤量，给煤总量；燃烧系统：炉膛压力，床温、氧含量，一次变频输出风量、二次变频输出风量、引风变频输出风量、锅炉蒸汽流量；主蒸汽系统：主蒸汽压力、母管蒸汽去空分蒸汽流量。

模型控制器能够根据所述给煤系统数据模型和燃烧系统数据模型所述先进控制器中的实时数据及历史数据，预测所述可控变量在预设时间段内的变化趋势；模型控制根据所述变化趋势和预定理想值计算得出上述可控变量的目标值和最优操作量,并将所述最优操作量信息传输至所述DCS服务器，最后有DCS服务器将信息指令传达到DCS控制器组件具体执行。使得上述可控变量实际值达到先进控制器的目标值。

所述风机优化控制模块，用于风机优化控制，主要针对一次风和引风机控制，建立一次风机和床层温度控制模型，引入最小流化信息，以床层温度和最小流化风量作为约束条件，对一次风机进行控制。

本发明以PID控制为基础，结合DMC（动态矩阵控制）系统先进过程控制技术组合而成的新型控制方法，能够追踪锅炉效率变化，调整控制策略，实现系统长周期优化；根据工况能够自动选择优化操作模式，实现单炉及多炉联动实时优化控制；自动识别煤质变化和下游需求变化，快速调节负荷，稳定蒸汽品质。

本发明基于DMC（动态矩阵控制）系统先进过程控制技术开发的先进控制系统解决方案，通过多炉控制优化控制，使得燃煤蒸汽锅炉在应对煤质变化、负荷调整等动态过程中能够以最优的方式和最快的速度加以响应，基于模型由智能控制系统代替操作员进行系统操作，克服了基于反馈的常规调节模式的滞后和波动问题，使锅炉始终保持较高的燃烧效率，降低蒸汽煤耗，并通过锅炉性能差异的动态判断，优化负荷调整分配，兼顾各自的炉温约束限制各锅炉调节幅度，确保安全，延长锅炉使用寿命。

为使本发明的技术方案更加清晰，以下以具体实施例进行描述。

实施例1

该实施例以1台主调炉和1台辅炉同时运行为例进行说明。

主调炉控制：

第一步：设定主蒸汽压力控制范围，先进控制器根据主蒸汽压力设定值和主蒸汽压力当前值和变化趋势计算得所需要的生产的蒸汽量；

第二步：先进控制器根据上一时间段的给煤总量和产生的蒸汽量，计算得到煤与蒸汽的增益作为当前时刻的煤质热值，先进控制器根据第一步所计算的需要的蒸汽量以及当前时刻煤质热值计算得到需要的给煤总量；

第三步：先进控制器根据第二步计算的给煤总量，根据给煤机偏差控制模型，计算得到4台给煤机给煤量，根据给煤量设定4台给煤机输出变频输出值；

第四步：先进控制器根据给煤量设定和给煤变频输出设定通过DCS进行给煤补偿；

第五步：先进控制器将设定的给煤机参数通过OPC协议发送给DCS，DCS通过给定的给煤机参数对给煤机进行控制。锅炉系统工作时， DCS收集关键控制参数的实时数据并进行储存，关键参数包括：一次风机、二次风机、引风机的转速、电流和风量；蒸汽母管压力；炉膛压力；流化床床层温度、氧含量；

第六步：先进控制器根据上述关键控制参数设定锅炉的给煤机变频输出设定、一次风、二次风和引风机变频输出。在锅炉运行时进行多项优化即可。多炉优化控制、煤质变化响应优化控制、主蒸汽压力优化控制、氧含量优化控制、给煤机优化控制和风机优化控制。

注意，本过程并不是一次就达到控制目标压力，而是先进控制器分多次调节，而在调节过程中主蒸汽压力是实时变化的，每一次都将根据实际压力和理论计算值进行比较并校正下一次的给煤量。

辅炉控制：

第一步：设定辅炉负荷，先进控制器根据辅炉设定值和辅炉负荷当前值及变化趋势计算得所需要的生产的蒸汽量；

第二步：先进控制器根据上一时间段的给煤总量和产生的蒸汽量，计算得到煤与蒸汽的增益作为当前时刻的煤质热值，先进控制器根据第一步所计算的需要的蒸汽量以及当前时刻煤质热值计算得到需要的给煤总量；

第三步：先进控制器根据第二步计算的给煤总量，根据给煤机偏差控制模型，计算得到4台给煤机给煤量，根据给煤量设定4台给煤机输出变频输出值；

第四步：先进控制器根据给煤量设定和给煤变频输出设定通过DCS进行给煤补偿；

第五步：先进器将设定的给煤机参数通过OPC协议发送给DCS，DCS通过给定的给煤机参数对给煤机进行控制。锅炉系统工作时，DCS收集关键控制参数的实时数据并进行储存，关键参数包括：一次风机、二次风机、引风机的转速、电流和风量；蒸汽母管压力；炉膛压力；流化床床层温度、氧含量；

第六步：先进器根据上述关键控制参数设定锅炉的给煤机变频输出设定、一次风、二次风和引风机变频输出。在锅炉运行时进行多项优化即可。多炉优化控制、煤质变化响应优化控制、主蒸汽压力优化控制、氧含量优化控制、给煤机优化控制和风机优化控制。

注意，本过程并不是一次就达到负荷的控制目标，而是先进控制器分多次调节，根据辅炉实际负荷与目标负荷的差异，计算得到给煤量，然而在辅炉实际负荷向目标负荷靠近时，这是一个动态的变化过程，实际负荷与理论计算值进行比较并校正下一次的给煤量，不断通过多个反复步骤最终达到目标负荷。

辅炉控制还有一下几种情况（1）第一点：辅炉首先收到目标负荷的约束，调节过程中始终时向设定的目标负荷靠近；（2）第二点：辅炉负荷控制又要收到主调炉负荷的约束，两台炉的负荷偏差不能超过一定范围。就第二点问题，如果负荷偏差在范围内，辅炉负荷向目标设定值控制即可，若辅炉负荷达到目标设定值时，此时辅炉与主调炉偏差值超过了设定范围，此时，先进控制器自动判断，允许辅炉在负荷设定的目标值附近范围内进行调整，减小辅炉与主调炉的负荷偏差。

本发明，在控制过程中，辅炉的随动控制尤为重要，辅炉在锅炉负荷发生变化或者主蒸汽压力发生波动时。在整个动态过程中，主调炉只根据主蒸汽压力进行加煤或者减煤，操作回路单一，参考参数仅为主蒸汽压力。剩余部分均有负荷进行协调平衡，辅炉在控制过程中主要分以下几点：

（1）下游蒸汽用量增加/降低，主蒸汽压力降低/增加，主调炉进行对压力进行响应，即主调炉负荷增大/降低，当辅炉与主调炉负荷偏差达到偏差设定值的上限或者下限时，辅炉参与负荷调节，增加/减小负荷，使得辅炉负荷与主调炉负荷回到控制范围内。

（2）下游蒸汽用量增加/降低，主蒸汽压力降低/增加，主调炉进行对压力进行响应，即主调炉负荷增大/降低，给煤量随即发生变化，由于给煤的变化直接影响到主调炉氧含量的变化（二次风调节氧含量从调节到响应时间长，而且根据氧含量优化控制模型，氧含量在设定范围内，二次风都不会进行动作调节），当氧含量靠近控制上限或者下限时，模型自动判断权重，即使辅炉和主调炉负荷偏差在控制范围内，辅炉会根据主调炉氧含量信息，适当的增加或减少辅炉负荷，从侧面对主调炉氧含量进行纠偏控制。

我们需考虑到，这些蒸汽用量波动引发的负荷波动都是短时间的，所以对于短时间的波动，通过二次风来调节氧含量反而不稳定，且要注意到，负荷波动瞬间给煤量时影响氧含量的最直接且最明显的反应。

本发明的先进控制器器通过OPC（一种通讯协议）与DCS进行通讯，通过OPC调取DCS数据库中的实时数据并进行处理，将处理后的结果通过OPC发送给DCS，由DCS对锅炉系统进行优化调节。

本发明对锅炉装置的控制是这样实现的：首先根据锅炉工况和负荷变化，即与人工判断方法一样，选定一台炉作为主调炉，另一台作为辅炉，然后根据单台炉控制器进行控制。本发明在工作过程中，不会改变原有锅炉的控制回路，仅仅是实现对锅炉的合理合量合适的操作，能够根据各参数的变化趋势提前进行工况判断，从而克服了原有控制方法的滞后调节，提高装置自控率。

在实际生产过程中，具体操作流程为：操作人员通过输入界面输入每台给煤机变频输出的操作上下限、风机变频输出的操作上下限、氧含量控制上下限等，确定主调炉和辅炉。开始工作后，先进控制器通过DCS读取到相关的参数数据，并储存，通过上一时刻参数数据，通过模型控制优化，计算出下一时刻操作变量的输出值和理论的对应的控制变量计算值。此时通过OPC将计算的操作变量输出值传递给DCS系统，DCS系统再传递给给煤机、一次风机等执行组件。随后，执行组件执行指令后，对应的控制变量实际值再通过DCS经OPC反馈给先进控制器。先进控制器根据反馈的实时数据与计算的理论值进行比较校正优化的到下一时刻的操作变量输出值和控制变量的理论预测值。需要注意的是，该过程是个动态过程，不是一次性的过程，是经过多次的不断的小幅度的变化过程，得到的预测值和实际值不会不出现过大的偏差。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.锅炉装置的先进控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

根据锅炉装置预设参数得到给煤机的给煤总量理论值；

将给煤总量的当前实际值与给煤总量理论值进行比较得到下一次给煤总量；以及

利用下一次给煤总量对锅炉装置进行多项优化控制；

其中，锅炉装置包含一个主调炉和至少一个辅炉，所述根据锅炉装置预设参数得到给煤机的操作变量理论值的方法包含：

通过预设主调炉的主蒸汽量计算得到主调炉的给煤总量理论值；以及

通过预设辅炉的目标负荷、主调炉与辅炉的负荷偏差调节计算得到辅炉的给煤总量理论值；

其中，所述通过预设辅炉的目标负荷、主调炉与辅炉的负荷偏差调节计算得到辅炉的给煤总量理论值的方法包含以下两种情况：当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围内时，根据目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值；

当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围外时，自动调节辅炉负荷至负荷偏差回至预设范围内，再根据辅炉的目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值；

当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围内，且主调炉与辅炉的氧含量偏差在预设范围外时，先自动调节辅炉负荷至氧含量偏差回到预设范围内，再根据目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值。

2.如权利要求1所述的锅炉装置的先进控制方法，其特征在于，当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围外，且主调炉与辅炉的氧含量偏差在预设范围外时，自动调节辅炉负荷至负荷偏差与氧含量偏差均回至预设范围内，再根据辅炉的目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值。

3.如权利要求1所述的锅炉装置的先进控制方法，其特征在于，所述多项优化控制包括多炉优化控制、煤质变化响应优化控制、主蒸汽压力优化控制、氧含量优化控制、给煤机优化控制和风机优化控制。

4.如权利要求3所述的锅炉装置的先进控制方法，其特征在于，所述多炉优化控制的具体方法包含： 识别判断主调炉和辅炉，对主调炉进行母管压力调节，使主蒸汽压力保持在工艺要求范围内；

对辅炉进行多角度约束负荷调节，配合主调炉完成对主蒸汽压力的控制；

其中，所述多角度约束包括主调炉与辅炉负荷偏差控制、主调炉氧含量纠偏控制，通过控制主调炉与辅炉负荷偏差，协调控制主调炉氧含量。

5.如权利要求3所述的锅炉装置的先进控制方法，其特征在于，所述煤质变化响应优化控制的具体方法包含：

通过当前时间段给煤总量对蒸汽产量情况，计算出当前煤种对蒸汽的增益，通过不同时间段煤对蒸汽的增益对煤质进行判断，当煤热值变大，煤对蒸汽的增益变大则适当的调小给煤的变频输出值，热值变小，煤对蒸汽的增益减小则适当的增大给煤的变频输出值，维持锅炉负荷稳定。

6.如权利要求3所述的锅炉装置的先进控制方法，其特征在于，主蒸汽压力优化控制的具体方法包含：

预测管网压力变化，提前调节进煤、风量进行控制，使用主调炉，进行蒸汽管网压力的压力控制，同时引入蒸汽用户流量作为前馈变量，辅炉读取到蒸汽用户流量变化信息，对辅炉进行微调。

7.如权利要求3所述的锅炉装置的先进控制方法，其特征在于，所述氧含量优化控制的具体方法包含：

辅炉通过调节二次风，使锅炉内的氧气含量控制在目标值；

主调炉，根据主蒸汽压力进行负荷调节，当锅炉负荷处于稳态时，通过二次风与氧含量的关联，控制氧含量在控制范围内即可，无需设定目标值。

8.如权利要求3所述的锅炉装置的先进控制方法，其特征在于，所述给煤机优化控制的具体方法包含：

通过给煤总量计算每台给煤机平均给煤量，通过控制多台给煤机给煤量与平均给煤量的偏差，保证多台给煤机给煤均匀，保证氧含量和燃烧效率。

9.如权利要求3所述的锅炉装置的先进控制方法，其特征在于，所述风机优化控制的具体方法包含：

以床层温度和最小流化风量作为约束条件，对一次风机进行控制；

通过引风机控制炉膛负压稳定。

10.锅炉装置的先进控制系统，其特征在于，包含： 给煤总量理论值计算模块，用于根据锅炉装置预设参数得到给煤机的给煤总量理论值；

数据优化模块，用于将给煤总量的当前实际值与给煤总量理论值进行比较得到下一次给煤总量；以及

多项优化控制模块，用于利用下一次给煤总量对锅炉装置进行多项优化控制；

其中，给煤总量理论值计算模块用于通过预设主调炉的主蒸汽量计算得到主调炉的给煤总量理论值；以及

用于通过预设辅炉的目标负荷、主调炉与辅炉的负荷偏差计算得到辅炉的给煤总量理论值；当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围内时，根据目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值；当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围外时，自动调节辅炉负荷至负荷偏差回至预设范围内，再根据辅炉的目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值；当主调炉与辅炉的负荷偏差在预设范围内，且主调炉与辅炉的氧含量偏差在预设范围外时，先自动调节辅炉负荷至氧含量偏差回到预设范围内，再根据目标负荷与实际负荷的差计算得到辅炉的给煤总量理论值。

11.如权利要求10所述的锅炉装置的先进控制系统，其特征在于，所述多项优化控制模块包括多炉优化控制模块、煤质变化响应优化控制模块、主蒸汽压力优化控制模块、氧含量优化控制模块、给煤机优化控制模块和风机优化控制模块。