基于风煤比煤质校正的锅炉自动燃烧调整控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及基于风煤比煤质校正的锅炉自动燃烧调整控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着不可再生能源需求的增长和可供能源的进一步消耗，国家制定了 "节能减排" 的政策，对于火电机组来说，"省煤"和"环保"运两个问题实际上都可W归结为一个问题， 即如何在不改变机组原有设备的基础上，改善机组运行，延长机组使用寿命。目前，电网一 般都是实现AGC经济调度，W节约能源，但是AGC调度只是从"分配"的角度去解决运一问 题，而运个问题的关键仍然在每一个运行的电厂个体，现有的AGC调节，主要都是建立在协 调的基础上来进行，而在协调控制系统中，有两个问题无法得到很好的解决，首先是如何准 确快速的判断当前煤质的变化，其次是在判断其煤质变化后应采取什么措施去自动调整锅 炉的燃烧方式。
[0003] 煤质分析方面，传统的分析方法是通过采样、制样、化验运Ξ个环节完成。该方法 耗时较长，运行人员需要得到化验报告后才能够根据煤质的变化而进行实时在线调整。为 了弥补传统方法的不足，一些在线监测系统（如：微波法煤质水分检测、放射性射线煤质灰 分检测、近红外煤质检测，W及丫射线中子活化煤质分析检测等）也被相继开发，但是对于 W上监测系统，其普遍存在的问题是结构复杂、成本高且维修不便。针对煤质中的具体成 分，如灰分和水分也只是对煤质元素的内部成分进行检测，而对于煤质的全面判断是无法 达到需求的，W上多方面的因素使得煤质在线监测装置很难大范围应用。综上，探索一种新 型的煤质实时计算方法是十分有必要且有意义的。
[0004] 控制技术方面，随着先进控制理论和计算机技术的开发，一些高级算法已被引入 到电厂控制系统中，例如模糊控制、神经网络控制、自适应控制、鲁棒控制、模型预估控制 等，并己经取得了一定的成果，但无论如何优化，在燃烧方式的自动调整方面仍然属于空 白，锅炉的燃烧调整仍然需要手动干预，因此也很有必要去探索一种新的燃烧控制策略，来 解决燃烧自动调整的问题。
[0005] 在电厂的运行当中，煤炭当中的成分会随着煤质的变化而变化，运会很大程度上 影响锅炉及辅机的各项参数，而由于煤质在线监测系统的诸多缺点，一般都会采用一些软 测量方法去表征煤质的变化。
[0006] 1. 1煤质发热量校正方案
[0007] 在刘友宽的《煤质自适应校正方案建模仿真》一文中，引入热量信号运一中间量， 与总煤量信号之比代表当前的煤质，同时信号的处理中加入滤波和取平均部分，得到多个 燃烧周期内的煤质系数，其计算公式如（1)式 f
[0008] ,C-Filter--(I) KM)
[0009] 式中皿代表热量信号，可衡定代表锅炉负荷，MW;M为给煤量，t/h;Filter为平均 值滤波模块；Cq煤质系数。考虑到机组蓄热，引入中间点压力Pz来计算热量信号皿，如（2) 式：
[0010]
[0011] 式中：Κι·Ρι为汽轮机侧总蒸汽流量，可恒定比例的代表汽轮机负荷，丽；^可代 u( 表中间点压力变化率，MPa/s。在机组工况且煤质稳定的条件下，通过计算得到的热量信号 存在惯性滞后，因此需要采用2个或2个W上的燃烧周期检测到的热量信号与给煤量信号 之比的平均值来代表煤质系数。
[0012] 此类方案用锅炉的热量信号代替了传统的表征锅炉负荷的信号，使锅炉当前的负 荷更具有代表性，但是该项方案中，笔者认为还存在W下几点问题：第一，在（1)式中的滤 波判断应该增加稳定工况的判断，煤质校正环节的第一要素在于准确，在非稳定工况或临 界稳定工况下得出的煤质系数都是不可靠的；第二，在（2)式中，C·%所代表的是机组 α? 的蓄热能力，而超临界机组的蓄热计算相比于汽包炉的要复杂的多，该项无法完整的代表 锅炉的蓄热能力，会对计算产生一定的偏差；第Ξ，对于滤波模块，一般的DCS并不具备自 动时间循环滤波的功能，因此该类方法并不具备广泛的应用价值。
[0013] 1.2功煤比煤质校正方案
[0014] 在刘永红的《功煤比及热耗在火电厂协调控制系统中的应用》一文中采用机组的 实际运行参数构造煤质校正系数。该方法的原理是首先判断机组是否处于稳定工况，判断 通过后，用锅炉总给煤量和机组实际负荷的比值表征机组做功的能力，即在当前煤质和煤 量的情况下，机组的出力能力。用运个数值再除W标煤下的出力得到的系数即为煤质校正 系数。当煤质不发生变化时，该系数为1，当煤质发生变化后，该数值会发生偏离，对其进行 0. 8~1. 2的限幅，其限幅范围可根据机组实际的煤种变化情况来进行更改，其控制图如图 1 ;
[0015] 该方案相比于第一个方案来说更具有很好的工程应用价值，第一.解决了在机组 动态运行中对稳定工况的判定，找出代表稳定工况的功煤比；第二.解决了如何在负荷不 稳定的情况下保持前一个稳态负荷时的热耗参数；第Ξ.解决了原功煤比与新功煤比及热 耗修正值的无扰切换问题。可W说如果是应用于协调控制系统中煤质的校正，该逻辑即可 实现，但是该方案仍然无法应用在本文所提到的燃烧自动调整当中。因为燃烧调整的目的 正是通过优化燃烧方式来优化燃烧效果，而通过优化燃烧，不仅可W减少氮氧化物和一氧 化碳的排放，同时还能一定程度的减少燃料的消耗，所W当通过燃烧自动调整后，其结果必 然是用煤量会有所下降，而通过功煤比判断后，逻辑会判定煤质又发生了变化，再次改变燃 烧的方式，运样就导致了逻辑的判断陷入了一个循环，该方案无法实现锅炉燃烧方式的自 动调整。对于锅炉燃烧调整来说，它既包含煤的调整，也包含了风的调整，传统的协调控制 系统对煤量和风量的控制已经相对完善，但对于给煤和配风的方式上仍然需要运行员进行 手动干预。
【发明内容】
[0016] 本发明是要解决现有方法煤质分析方面，耗时长、结构复杂、成本高；控制技术方 面，锅炉的燃烧调整仍然需要手动干预的问题，而提供了基于风煤比煤质校正的锅炉自动 燃烧调整控制方法。
[0017] 基于风煤比煤质校正的锅炉自动燃烧调整控制方法，它按W下步骤实现：
[0018] (1)通过角燃烧型锅炉标煤燃烧试验，得到不同发电量对应不同氧量下的风量和 煤量的比值，简称风煤比，W此作为基准风煤比；
[0019] (2)通过分散控制系统的逻辑组态，实现定时检测和结果输出煤质校正系数K;
[0020] (3)由煤质校正系数K计算锅炉辅助风风口各层前馈对于K值的表达式；
[0021] (4)将步骤Ξ计算的各层前馈对于K值的一般表达式加入原有的控制回路后，实 现二次风辅助风整体燃烧状态进行调节，调节中根据煤质校正系数K值的变化折算出各层 不同的前馈值，实现各辅助风风口在正塔型、均匀型和倒塔型Ξ种形态中平滑自动切换。 [002引发明效果：
[0023] 本发明为了实现自动燃烧调整运一目的提出了基于风煤比判断煤质变化的改进 型方案。电厂使用煤种按工业分析包含挥发分（V)、水分（M))、灰分（A)、固定碳（FC)和硫 分做等。水分、硫分和灰分都是不利于燃烧的，它们的存在会降低燃料的燃烧溫度、影响 与氧气的接触，同时会导致炉膛结渣和受热面的积灰与腐蚀；固定碳代表煤的碳化程度，一 般的其含量越高越难燃烧；挥发分是在煤在加热分解的过程中析出的气体，其着火溫度较 低，使煤更易于燃烧；固定碳是煤中最主要发热量来源，当其含量低时同样的锅炉负荷所用 的实际煤量会增大。由此可见煤炭中能够跟氧气发生反应的部分很大程度的决定了煤质的 好坏，因此，当负荷、氧量已知且稳定的情况下，风煤比的变化能够反映出煤质的变化：风煤 比升高，煤质变好；风煤比降低，煤质变差，而锅炉不同氧量下的风煤比可W通过锅炉设计 说明书或实际试验的方式获得，在风煤比判断的过程中，还应该考虑机组应处于稳定燃烧 的工况，参考1. 2节中的逻辑控制思路，如图2,采用5分钟为一个采样的周期，用风量当前 值、3分钟后的风量值和6分钟后的风量值Ξ取中作为当前的风量，用煤量当前值、3分钟后 煤量值和6分钟后煤量值Ξ取中作为当前的煤量，通过除法得到当前的风煤比，再用运一 数值除W该氧量对应下的额定风煤比，得到新的煤质校正系数，该系数越大则说明煤质越 好；系数越小说明煤质越差。同时还需对该系数进行输出的限幅，在运一逻辑当中，通过煤 量变化率、风量变化率和氧量变化率Ξ个数值的判断来判定是否处于稳定燃烧的工况，若 经判断后，W上Ξ个参数任一项超限，则采样将会停止，煤质校正系数将保持上一采样周期 的数值。通过运一方案得到的煤质校正系数不会因为锅炉燃烧方式的改变而改变，它能够 非常客观的反应当前