專利名稱：一種煤粉爐智能優(yōu)化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電廠鍋爐燃燒優(yōu)化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤粉爐智能優(yōu)化控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
煤粉爐是電力行業(yè)的主要運(yùn)行設(shè)備，主要是通過給鍋爐輸送磨制好的煤粉配以合適的風(fēng)量進(jìn)行燃燒，將經(jīng)過處理的水加熱變成一定溫度和壓力的蒸汽推動汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。總起來說鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒時有這樣一個特性，即負(fù)荷越高廢氣含氧量就會越小，負(fù)荷越低廢氣含氧量就會越大，且隨煤種的變化而變化，雖然鍋爐的廢氣含氧量和負(fù)荷的關(guān)系在鍋爐出廠時已經(jīng)由鍋爐生產(chǎn)廠家根據(jù)某一種煤種進(jìn)行了設(shè)計，但是由于煤炭種類的多樣性以及煤炭的供應(yīng)緊張的原因，電廠所燒燃煤并不是鍋爐的設(shè)計煤種，所以煙氣含氧量的控制按照鍋爐制造廠給定的曲線進(jìn)行控制未必是最佳操作。
現(xiàn)有煤粉爐的優(yōu)化控制技術(shù)有多種。其中，柴慶宣公開了一項發(fā)明專利“煤粉鍋爐火燃燃燒狀態(tài)控制方法”(申請?zhí)?00510009817. 6)，是根據(jù)給定的固定氧含量設(shè)定值，進(jìn)行分層配風(fēng)，解決了手動調(diào)整配風(fēng)操作難度大、調(diào)整頻率高、調(diào)整過程緩慢等問題；北京和隆優(yōu)化控制技術(shù)有限公司公開了一種發(fā)明專利“循環(huán)流化床鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行與經(jīng)濟(jì)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)”(200910143611. 0)，根據(jù)煤質(zhì)和負(fù)荷的變化情況實時優(yōu)化二次風(fēng)增量，解決了在風(fēng)量精確測量情況下的風(fēng)煤配比合理和優(yōu)化的問題；清華大學(xué)熱能系呂澤華、徐春暉的論文“中小型煤粉爐的優(yōu)化運(yùn)行”采用模糊控制的方法利用反平衡算法計算鍋爐熱效率，根據(jù)已經(jīng)燃燒過的煤種和在一定的負(fù)荷范圍內(nèi)優(yōu)化氧含量?，F(xiàn)有的主流技術(shù)主要是針對鍋爐燃燒過程中各種檢測儀表配置齊全、儀表性能良好的現(xiàn)場測控條件下解決燃燒優(yōu)化或控制問題，包括經(jīng)濟(jì)燃燒、安全穩(wěn)定燃燒以及解決頻繁操作的問題，如“循環(huán)流化床穩(wěn)定運(yùn)行與經(jīng)濟(jì)燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)”二次風(fēng)的控制回路的目標(biāo)值是風(fēng)量，測量值也是風(fēng)量，適用于有二次風(fēng)量測量且較精確的現(xiàn)場；“煤粉鍋爐火燃狀態(tài)控制方法”適用于煤質(zhì)非常穩(wěn)定、鍋爐負(fù)荷非常穩(wěn)定的現(xiàn)場；“中小型煤粉爐的優(yōu)化運(yùn)行”需要采集煤種的熱值；同時這些方法沒有很好考慮現(xiàn)場風(fēng)流量測量儀表不準(zhǔn)確的等各種因素的影響；有的考慮了煤種的變化但是僅僅限于已經(jīng)燃用過的煤種，并且要做大量的測試工作。此外，現(xiàn)有技術(shù)中的氧含量優(yōu)化自尋優(yōu)過程是采用反平衡法計算鍋爐熱效率，這需要大量的實時在線分析儀表才能完成，如果沒有這些儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集而進(jìn)行的優(yōu)化結(jié)果肯定是不能保證優(yōu)化的正確性。綜上所述，現(xiàn)有的技術(shù)仍舊存在一定的局限性和缺陷，因此開發(fā)本系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是發(fā)明一種煤粉爐智能優(yōu)化控制系統(tǒng)，在風(fēng)量流量測量儀表因故障或性能缺陷無法投入運(yùn)行的條件下，通過尋找最佳的鍋爐煙氣含氧量并對其進(jìn)行閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化控制，達(dá)到節(jié)能的目的。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是本發(fā)明設(shè)有負(fù)荷調(diào)節(jié)器，負(fù)荷一氧含量設(shè)定器，鍋爐實時等效熱效率計算器，氧含量增量優(yōu)化控制器，氧量調(diào)節(jié)器以及鍋爐負(fù)荷一蒸汽流量測量變送器、燃煤流量計、煙氣含氧量變送器、給煤變頻器、二次風(fēng)調(diào)節(jié)閥等測控儀表。其中，鍋爐實際負(fù)荷測量值與鍋爐的負(fù)荷設(shè)定值進(jìn)行比較，通過負(fù)荷調(diào)節(jié)器的計算輸出，控制給煤變頻器，控制進(jìn)入鍋爐的給煤量，負(fù)荷調(diào)節(jié)器可以采用PID算法或其它控制算法。負(fù)荷一氧含量設(shè)定器的輸入是鍋爐實際負(fù)荷，其輸出是含氧量設(shè)定值的基本值，負(fù)荷一氧含量設(shè)定曲線是根據(jù)在一定煤種下的運(yùn)行經(jīng)驗或鍋爐生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定。鍋爐實時等效熱效率計算器采用正平衡法計算表征鍋爐熱效率變化趨勢的等效 熱效率，并考慮鍋爐蓄熱的影響，其中煤的低位發(fā)熱值采用一個常數(shù)。氧含量增量優(yōu)化控制器以鍋爐實時等效熱效率為優(yōu)化目標(biāo)值，采用進(jìn)退法自尋優(yōu)算法優(yōu)化氧含量設(shè)定值增量。氧量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值是負(fù)荷-含氧量設(shè)定器輸出和氧含量增量優(yōu)化控制器輸出之和，測量值是氧含量，氧含量調(diào)節(jié)器的輸出控制二次風(fēng)調(diào)節(jié)閥，氧量調(diào)節(jié)器采用PID或其它控制算法。氧含量增量優(yōu)化控制器首先選擇增加或減少任意一個方向，按照一定的幅度來調(diào)整氧含量設(shè)定值，再由氧量調(diào)節(jié)器根據(jù)氧含量的測量值和設(shè)定值的偏差調(diào)節(jié)二次風(fēng)調(diào)節(jié)閥開度，待系統(tǒng)響應(yīng)后，比較前后工況下的鍋爐實時等效熱效率的變化量，如果鍋爐實時等效熱效率變化量增加且達(dá)到一定的幅度，說明這種調(diào)整是有益的，繼續(xù)按照原來的方向調(diào)整氧含量；如果鍋爐等效熱效率變化量是減少且顯著，按照原有氧含量調(diào)整量的相反方向調(diào)整氧含量；當(dāng)鍋爐等效熱效率變化不明顯時則停止氧含量的尋優(yōu)，即上次的氧含量設(shè)定值為最佳值。本發(fā)明的有益效果是不依賴于難以在線測量的煤的熱值尋找煙氣含氧量優(yōu)化設(shè)定值，能夠應(yīng)對風(fēng)流量測量儀表無法正常投運(yùn)所導(dǎo)致的控制與優(yōu)化無法實現(xiàn)的問題，從而實現(xiàn)煤粉爐經(jīng)濟(jì)燃燒。(4)


附圖為煤粉爐智能優(yōu)化控制系統(tǒng)總體框圖。(5)實施方式 實施例
如附圖所示，負(fù)荷設(shè)定值由值長給定的負(fù)荷指令給定，該值連接負(fù)荷調(diào)節(jié)器作為負(fù)荷調(diào)節(jié)的設(shè)定值，蒸汽流量信號連接負(fù)荷調(diào)節(jié)器作為負(fù)荷調(diào)節(jié)器的測量值，負(fù)荷調(diào)節(jié)器采用PID控制算法，比例帶設(shè)定100，積分時間設(shè)定50，負(fù)荷調(diào)節(jié)器的輸出連接給煤變頻器，控制進(jìn)入鍋爐的給煤量；
負(fù)荷測量信號同時連接負(fù)荷-氧含量設(shè)定器，作為負(fù)荷-氧含量設(shè)定器的輸入變量，輸出是氧含量設(shè)定值，該值是負(fù)荷的函數(shù)，可以是線性或非線性函數(shù)根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗或鍋爐廠家提供的某種煤種下的負(fù)荷-氧量的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定，在本實施例中，100%負(fù)荷時氧量設(shè)定值為4%，60%負(fù)荷時氧量設(shè)定值為5%，負(fù)荷在60% 100%之間變化時采用線性函數(shù)進(jìn)行插值計算，當(dāng)負(fù)荷大于100%時按照100%時的氧量設(shè)定值輸出不在減少，負(fù)荷小于60%時按照60%時的氧量設(shè)定值輸出不再增加，負(fù)荷氧含量設(shè)定器的輸出為OPS1，該變量連接加法器的輸入端I ;
負(fù)荷測量信號連接實時鍋爐燃燒熱效率計算器的輸入端1，主汽溫度、主汽壓力、給水流量、給水溫度、給水壓力、燃煤流量、燃煤熱值(固定數(shù)值)分別連接實時鍋爐燃燒熱效率計算器的輸入端2、3、4、5、6、7、8，采用正平衡算法對于鍋爐的實時熱效率進(jìn)行計算，實時熱效率計算器的輸出連接氧含量增量優(yōu)化控制器的輸入，氧含量增量優(yōu)化控制器的輸出OPS2連接加法器的輸入端2，其中鍋爐實時等效熱效率計算器按下面的公式計算n = (Ft1* ( H1-H2) +Ck*dP/dt) /Ft2*Qdw*100%
其中，H 鍋爐等效熱效率，F(xiàn)t1:蒸汽流量，HpH2分別為蒸汽、鍋爐給水的焓，數(shù)據(jù)來自水和蒸汽性質(zhì)，可查表得到，單位Kj/kg，Ck為鍋爐蓄熱系數(shù)，單位Kj/MPa，該系數(shù)由鍋爐制造廠提供或經(jīng)過測試得到，P :鍋筒蒸汽壓力，F(xiàn)t2 :燃煤流量，Qdw :燃煤低位發(fā)熱值，按
常數(shù)計算。加法器的輸出OPS連接氧量調(diào)節(jié)器的輸入端I作為設(shè)定值，氧含量測量值連接氧量調(diào)節(jié)器的輸入端2作為測量值，氧量調(diào)節(jié)器采用PID算法，比例帶設(shè)定值200 300，積分時間設(shè)定180 240，該調(diào)節(jié)器輸出控制二次風(fēng)調(diào)節(jié)閥。氧含量增量優(yōu)化控制器
1)將鍋爐實時等效熱效率計算器的輸出連接到氧含量增量優(yōu)化控制器的輸入端，根據(jù)程序設(shè)定的增加或者減少氧含量設(shè)定值的變化量比如O. 1%，氧含量增量控制器的輸出0PS2連接加法器的輸入端2，從而改變氧含量控制器的設(shè)定值，進(jìn)而控制二次風(fēng)調(diào)節(jié)閥改變進(jìn)入鍋爐的二次風(fēng)風(fēng)量；
2)目標(biāo)函數(shù)值計算
以動態(tài)響應(yīng)后的穩(wěn)態(tài)實時過程測量值，按鍋爐實時等效熱效率計算器的計算等效熱效率。即優(yōu)化輸出作用到裝置后的一段時間后開始計算，時間取決于過程的動態(tài)響應(yīng)時間，對煤粉爐來說一般取2 4分鐘。3)比較氧含量設(shè)定值改變后的熱效率Π (k)與氧含量改變前的熱效率η α^)，如果n(k)-ε , ε等效熱效率變化量閾值，為正數(shù)，比如O. 15%，繼續(xù)按照上一次氧量設(shè)定值改變的方向調(diào)整氧含量設(shè)定值；如果則按照上一次個氧量設(shè)定值改變方向的相反方向改變氧含量設(shè)定值；如果-Sail2-Il1X ε則尋優(yōu)結(jié)束，等待下一次優(yōu)化。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明設(shè)有負(fù)荷調(diào)節(jié)器，負(fù)荷一氧含量設(shè)定器，鍋爐實時等效熱效率計算器，氧含量增量優(yōu)化控制器，氧量調(diào)節(jié)器以及鍋爐負(fù)荷一蒸汽流量測量變送器、燃煤流量計、煙氣含氧量變送器、給煤變頻器、二次風(fēng)調(diào)節(jié)閥等測控儀表； 其中，鍋爐實際負(fù)荷測量值與鍋爐的負(fù)荷設(shè)定值進(jìn)行比較，通過負(fù)荷調(diào)節(jié)器的計算輸出，控制給煤變頻器，控制進(jìn)入鍋爐的給煤量，負(fù)荷調(diào)節(jié)器可以采用PID算法或其它控制算法; 負(fù)荷一氧含量設(shè)定器的輸入是鍋爐實際負(fù)荷，其輸出是含氧量設(shè)定值的基本值，負(fù)荷一氧含量設(shè)定曲線是根據(jù)在一定煤種下的運(yùn)行經(jīng)驗或鍋爐生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定; 鍋爐實時等效熱效率計算器采用正平衡法計算表征鍋爐熱效率變化趨勢的等效熱效率，并考慮鍋爐蓄熱的影響，其中煤的低位發(fā)熱值采用一個常數(shù)； 氧含量增量優(yōu)化控制器以鍋爐實時等效熱效率為優(yōu)化目標(biāo)值，采用進(jìn)退法自尋優(yōu)算法 優(yōu)化氧含量設(shè)定值增量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于氧含量增量優(yōu)化控制器首先選擇增加或減少任意一個方向，按照一定的幅度來調(diào)整氧含量設(shè)定值，再由氧量調(diào)節(jié)器根據(jù)氧含量的測量值和設(shè)定值的偏差調(diào)節(jié)二次風(fēng)調(diào)節(jié)閥開度，待系統(tǒng)響應(yīng)后，比較前后工況下的鍋爐實時等效熱效率的變化量，如果鍋爐實時等效熱效率變化量增加且達(dá)到一定的幅度，說明這種調(diào)整是有益的，繼續(xù)按照原來的方向調(diào)整氧含量；如果鍋爐等效熱效率變化量是減少且顯著，按照原有氧含量調(diào)整量的反方向調(diào)整氧含量；當(dāng)鍋爐等效熱效率變化不明顯時則停止氧含量的尋優(yōu)，即上次的氧含量設(shè)定值為最佳值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于氧量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值是負(fù)荷-含氧量設(shè)定器輸出和氧含量增量優(yōu)化控制器輸出之和，測量值是氧含量，氧含量調(diào)節(jié)器的輸出控制二次風(fēng)調(diào)節(jié)閥，氧量調(diào)節(jié)器采用PID或其它控制算法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤粉爐智能優(yōu)化控制系統(tǒng)，涉及煤粉爐優(yōu)化控制技術(shù)領(lǐng)域，系統(tǒng)設(shè)有負(fù)荷調(diào)節(jié)器，負(fù)荷—氧含量設(shè)定器，鍋爐實時等效熱效率計算器，氧含量增量優(yōu)化控制器，氧量調(diào)節(jié)器等。核心技術(shù)特征是以鍋爐等效熱效率為優(yōu)化目標(biāo)，采用進(jìn)退法自尋優(yōu)算法尋找最佳的煙氣含氧量設(shè)定值，實現(xiàn)煤粉爐經(jīng)濟(jì)燃燒。本發(fā)明不依賴于煤的熱值檢測，能夠應(yīng)對風(fēng)流量測量儀表無法正常投運(yùn)所導(dǎo)致的控制與優(yōu)化無法實現(xiàn)的問題，達(dá)到優(yōu)化燃燒節(jié)能的目的。
文檔編號F22B35/00GK102853419SQ20121031185
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者于現(xiàn)軍, 高瑞峰 申請人:北京和隆優(yōu)化控制技術(shù)有限公司