CN201081241Y - 基于红外辐射能信号的电站锅炉燃烧优化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于红外辐射能信号的电站锅炉燃烧优化装置。分为硬件和软件两个部分，硬件包括三个部分：第一部分包括安装在锅炉四角的近红外辐射能传感器，近红外辐射能通过光纤传输到光电转换元件，光电转换元件与下位机数据采集及传输控制模块相连；第二部分包括位于锅炉本体的下位机数据采集及传输控制模块；第三部分包括位于电子室内的上位机数据分析及控制信号输出模块；软件系统采用Labview编程软件开发。利用近红外辐射能传感器获取炉内辐射能强度信息，并通过人工神经网络最优化方法得到辐射能偏差值，然后将滤波处理后的偏差值接入DCS锅炉燃料控制模块，改善给煤控制逻辑，提高机组的负荷响应速度，保证汽机运行的稳定性。

Description

基于红外辐射能信号的电站锅炉燃烧优化装置

技术领域

本实用新型涉及电站锅炉燃烧优化技术，具体涉及一种基于近红外辐射能信号的电站锅炉燃烧优化装置。

背景技术

四角切圆煤粉燃烧锅炉的燃料控制系统是锅炉本体控制中最复杂的部分，对于国内主流的300MW和600MW电站锅炉其燃烧控制通常由燃料调整，送风调整和引风调整三部分组成，一般随锅炉负荷的变化而采用锅炉跟随，汽机跟随或者是协调控制等运行方式。无论哪种运行方式，通常都需要用到“热量信号”作为入炉燃料量调节的一个反馈信号。热量信号来自汽包压力和主蒸汽流量的变化，而从燃料量变化到燃烧产生热量的变化再到汽包压力和主蒸汽量的变化无论对于直吹式还是中间储仓式锅炉来说，都是一个大滞后的惯性环节，尤其是随着锅炉容量的增加，滞后现象更加明显。由于其迟延特性，原有的控制系统在满足负荷的实时响应速度和主蒸汽压力的稳定性上存在不足。

炉膛辐射能信号是补偿热量信号迟滞性不足的一个最佳选择信号。从对炉内燃烧的深入分析来看，辐射强度信号有以下特点：

1.辐射能是炉内传热的主要来源，入炉燃料量或者风量的变化都会使辐射能迅速地发生变化，同时辐射也能反应不同煤种的燃烧特性；

2.辐射强度信号响应燃料变化速度快。燃料燃烧产生的热量首先以辐射能的和方式向周围介质扩散，而辐射能以电磁波的方式传输，因此在时间上几乎没有滞后；

3.辐射能随温度变化显著；

4.辐射能信号随炉内燃烧煤量、风量、氧量的变化成线性关系。

发明内容

本实用新型的目的在于提供基于红外辐射能信号的电站锅炉燃烧优化装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

分为硬件和软件两个部分，系统的硬件包括三个部分：第一部分包括安装在锅炉四角的近红外辐射能传感器，近红外辐射能通过光纤传输到光电转换元件，光电转换元件与下位机数据采集及传输控制模块相连；第二部分包括位于锅炉本体的下位机数据采集及传输控制模块；第三部分包括位于电子室内的上位机数据分析及控制信号输出模块，数据采集及传输控制模块包括以下模块：NI CRIO-9002，NI CRIO-9101，NI CRIO-9215和数据交换机；数据分析及控制信号输出模块包括以下模块：NI PXI-1042，NI PXI-6704，NI PXI-6259。下位机采集得到实时炉内辐射能信号，经网线连接到数据交换机，NI PXI-1042数据控制上位机利用TCP/IP网络，从下位机读取实时辐射能信号以及从电厂PI运行数据库读取锅炉运行参数，NI PXI-6704输出0～20mA电流信号到电厂DCS系统中；软件系统采用Labview编程软件开发。

利用近红外辐射能传感器获取炉内辐射能强度信息，并通过人工神经网络最优化方法得到辐射能偏差值，然后将滤波处理后的偏差值接入DCS锅炉燃料控制模块，改善给煤控制逻辑。

本实用新型具有的有益效果是：

利用炉内燃料燃烧过程发射的红外辐射能信号，作为一个提前反馈量，接入DCS锅炉主控模块中，对原有的基于“热量信号”的燃料控制逻辑进行改进，提高机组的负荷响应速度，克服由于燃料热值或者燃料测干扰引起的锅炉主蒸汽压力以及流量的波动，保证汽机运行的稳定性。

附图说明

图1是辐射能传感器安装位置示意图。

图2是装置结构示意图。

图3是优化控制逻辑示意图。

图中：1、近红外辐射能传感器，2、光纤，3、光电转换元件，4、数据采集及传输控制模块，5、数据分析及控制信号输出模块。

具体实施方式

如图1，图2所示，近红外辐射能传感器1安装在锅炉的35.432m高度的四角，炉膛辐射能由近红外辐射能传感器1获得，通过光纤2传输到光电转换元件PDA553，在光电转换元件内经过转换通过BNC接头输出0～10V电压信号，之后经过网线传输到控制中心。下位机数据采集及传输控制模块4中的NICRIO-9002是就地数据采集下位机，用于数据采集和传输的控制，通过TCP/IP协议与上位机数据分析及控制信号输出模块5通讯。下位机输入的实时炉内辐射能信号，经网线连接到交换机，NI PXI-1042数据控制上位机利用TCP/IP网络，从下位机读取实时辐射能信号以及从电厂PI运行数据库读取锅炉运行参数。NI PXI-6704是基于PXI接口的模拟量输出模块，把通过人工神经网络最优化方法得到辐射能偏差值输入到电厂DCS燃料控制模块中，改善给煤控制逻辑。如图3所示，热量信号是指燃料进入炉膛燃烧后，在单位时间内所产生的热量，是蒸汽流量信号D和汽包压力P_b微分信号之和。原有的给煤逻辑是利用热量信号输入气压调节器，得到的气压值与机前气压标准值P_T进行比较后对燃料调节器进行控制，响应过程具有很大的延迟。改进的给煤逻辑加入了经过人工神经网络优化方法处理后的红外辐射能标准偏差值E，大大改善了控制响应过程的时间，权重设置单元用于控制输入红外辐射能标准偏差值E的大小。其中，经过人工神经网络优化方法处理后的红外辐射能标准偏差值E的数学模型如下：

$\mathrm{\Δ}{R}_t=f{\{({\stackrel{\‾}{R}}_3^{32}(r_1,r_2,r_3,r_4)-R_0(x_1,x_2,x_3,x_4.....)\}}_t$

式中：

R₃ ³²-表示三级滤波处理后的炉内实际四角辐射能r₁，r₂，r₃，r₄的32个时刻点的积分平均值，这个值代表了输入热量。

R₀-表示经过人工神经网络最优化方法得到的对应于当前运行参数x₁，x₂，x₃，x₄等的理论辐射能，这个值代表了需求热量。

ΔR_t-表示了输出的辐射能控制信号。ΔR_t＞0表示输入大于需求，这个时候需要减少燃料量，反之则表示输入小于需求，这个时候需要增加燃料量。

Claims (1)

1.一种基于近红外辐射能信号的电站锅炉燃烧优化装置，其特征在于：分为硬件和软件两个部分，系统的硬件包括三个部分：第一部分包括安装在锅炉四角的近红外辐射能传感器(1)，近红外辐射能通过光纤(2)传输到光电转换元件(3)，光电转换元件(3)与下位机数据采集及传输控制模块(4)相连；第二部分包括位于锅炉本体的下位机数据采集及传输控制模块(4)；第三部分包括位于电子室内的上位机数据分析及控制信号输出模块(5)，数据采集及传输控制模块(4)包括以下模块：NI CRIO-9002，NI CRIO-9101，NI CRIO-9215和数据交换机；数据分析及控制信号输出模块(5)包括以下模块：NI PXI-1042，NI PXI-6704，NIPXI-6259，下位机采集得到实时炉内辐射能信号，经网线连接到数据交换机，NI PXI-1042数据控制上位机利用TCP/IP网络，从下位机读取实时辐射能信号以及从电厂PI运行数据库读取锅炉运行参数，NI PXI-6704输出0～20mA电流信号到电厂DCS系统中；软件系统采用Labview编程软件开发。

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