一种基于模型的入炉煤质量流量计算方法
【专利说明】一种基于模型的入炉煤质量流量计算方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及锅炉燃烧控制技术领域，特别是锅炉的入炉煤燃烧质量流量优化控制 的技术领域。 【【背景技术】】
[0002] 行业标准《火力发电厂燃烧系统设计计算技术规程》规定了火力发电厂锅炉燃烧 系统的设计计算方法，包括制粉系统的煤质分析、等级评定，规定了锅炉实际使用燃煤热值 与设计煤种热值之间的偏差值在0. 4MJ/kg-2MJ/kg( -般取1. 26MJ/kg)以内，但随着我国 供煤的多元化，这一要求在实际生产中很少能被满足。
[0003] 行业标准给出了反平衡方法计算锅炉效率的方法，还建议计算锅炉效率时宜参照 设计煤种下锅炉厂的合同保证值。然而，在入炉煤大幅波动的情况下据此进行的热力计算 误差将会加大。而且，在计算入炉煤热值的之前，首先必须准确计算入炉煤的质量流量，才 能通过锅炉侧全流程质量和能量衡算模型来获得煤的热值。
[0004] 目前也有对锅炉煤粉质量流量的计算方法，如CN200810044158,电站锅炉煤粉浓 度质量流量软测量方法，主要是利用模糊数学，提出基于分解合成的多模型加权平均的固 相质量流量非线性软测量模型，基于静电传感技术和模糊规则的软测量模型，但是考虑到 模糊控制需要人工干预、专家经验与试验，并且软测量模型建立的不易，煤粉的质量流量计 算效果并不理想。基于此，本发明是通过全方位的分析入炉煤的质量衡算模型，分块建立 各模型，极大地提高了模型的精度，为煤粉的质量流量计算打下了基础。 【
【发明内容】
】
[0005] 本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种基于模型的入炉煤质量流量 计算方法，分三部分建立原煤到入炉煤粉的质量流量模型，提高了建模精度，从而为入炉煤 热值的计算，为燃烧优化提高可靠的保证。
[0006] 为实现上述目的，本发明提出了一种基于模型的入炉煤质量流量计算方法，是在 基于煤的机理模型建立的基础上，衡算入炉煤的质量流量，具体步骤包括：
[0007] a给煤信号预处理：利用滑动平均的方法预处理给煤机皮带秤重的信号；
[0008] b粉仓模型建立：利用模型辨识的方法对原煤停留在粉仓的时间建模，模型考虑 为一阶纯滞后；
[0009] c质量流量衡算：根据动态风煤比和一次风质量流量的值，在变工况下确定入炉 煤的质量流量；
[0010] d模型验算：对建立起的模型进行现场验算，与实际入炉煤质量流量比较，做出误 差分析，对模型参数作校正。
[0011] 作为优选，所述（a)步骤中，给煤信号预处理过程，是利用了滑动平均的方法，考 虑到滑动平均方法在处理随机噪声具有变点数和加权数的优点，对信号的滤波效果较好， 计算方法简单易操作。
[0012] 作为优选，所述（b)步骤中，粉仓模型的建立，是在辨识的基础上，对原煤停留在 分仓时间的估算，一阶纯滞后的模型辨识具有代表性。
[0013] 作为优选，所述（c)步骤中，入炉煤质量流量模型的衡算，是在变工况、动态的情 况下，对煤粉的全过程进行计算。
[0014] 本发明的有益效果：
[0015] 本发明通过三个环节，即信号预处理和两个建模过程，对锅炉的制粉系统和入炉 煤的质量流量作了计算，从机理出发分析全过程，建立的模型精确有效，并且通过与实际入 炉煤质量流量的对比，校正模型参数，使得建模过程有自我反馈和更新过程，从而为入炉煤 热值的计算、锅炉燃烧优化的分析提供了可靠的数据来源。 【【具体实施方式】】
[0016] 本发明一种基于模型的入炉煤质量流量计算方法，具体步骤包括：
[0017] 步骤一、利用滑动平均的方法预处理给煤机皮带秤重的信号；
[0018] 步骤二、利用模型辨识的方法对原煤停留在粉仓的时间建模，模型考虑为一阶纯 滞后；
[0019] 步骤三、根据动态风煤比和一次风质量流量的值，在变工况、动态的情况下确定入 炉煤的质量流量；
[0020] 步骤四、对建立起的模型进行现场验算，与实际入炉煤质量流量比较，做出误差分 析，对模型参数作校正。
[0021] 在原煤进入磨煤机的过程中，制粉控制系统包括两个闭环回路：一次风风门挡板 开度控制系统和磨煤机粉仓料位控制系统。其中，风门挡板开度闭环控制系统的设定输入 变量是负荷指令信号。一次风携带的煤粉质量流量的变化对于磨煤机粉仓的料位（差压） 闭环控制回路而言是一个扰动信号，当扰动产生后，粉仓实际差压信号会偏离其设定值，料 位控制回路以给煤机皮带转动速率为操纵变量将粉仓料位控制到设定值。
[0022] 为了获得入炉煤质量流量，需对燃煤在制粉系统中经过的三个环节（给煤机运 送、磨煤机研磨和一次风携带）分别建立模型：给煤机皮带秤重信号预处理模型、粉仓停留 时间模型和入炉燃煤动态质量流量衡算模型。
[0023] 1、给煤机皮带秤重信号预处理
[0024] 给煤机皮带称重测点信号噪声水平很高，需要采用合适的方法对原始信号作去噪 预处理，拟选取滑动平均的方法去噪声。
[0025] 2、原煤在粉仓的停留时间模型
[0026] 颗粒状原煤自给煤机皮带进入磨煤机粉仓后，经过一定的停留研磨才生成细度合 格的煤粉，故合格煤粉生成速率与给煤速率在时域上存在相位差。为计算该相位差，需要建 立原煤在粉仓的停留时间模型。考虑到粗细分分离器的作用，模型可采用一阶加纯滞后传 递函数结构，表达式如下：
[0027]
[0028] 式中，Dpul为合格煤粉生成速率（质量流量），kg/s ;D raw为去噪声处理后的给煤机 质量流量，kg/s;T，T为模型参数，由给煤机和粉仓的几何结构决定，需要结合给煤机出力 电流加以初步辨识。
[0029] 3、入炉燃煤质量流量衡算模型
[0030] 用粉仓停留时间模型实时计算合格煤粉生成速率，进而计算动态风煤比，再利用 一次风量信号计算入炉燃煤质量流量，可以实现入炉煤质量流量的计算。忽略合格煤粉在 磨煤机中的明显滞留，磨煤机内的煤粉动态质量衡算方程是：
[0031]
[0032] 式中，Mpul为粉仓中煤粉的蓄积量，kg ;Dpul为合格煤粉生成速率（质量流量），kg/ s ;Dfur为一次风携带煤粉质量流量，即入炉燃煤质量流量，kg/s ;在负荷变化幅度较小的时 间段和适中的时间内，忽略合格煤粉在磨煤机中的明显滞留，即令上式左端为〇得：
[0033]
[0034] 所以动态风煤比均值R为：
[0035]
[0036] 式中，Fpa(t)为一次风质量流量，kg/s ;Dfur为入炉燃煤质量流量，kg/s ;Dpul为合格 煤粉生成速率（质量流量），kg/s。
[0037] 在负荷无大幅变化的时段，入炉燃煤质量流量的计算式为：
[0038] Dfur=Fpa/R
[0039] 负荷快速变化的过程中风煤比明显与负荷值呈反比关系。利用这一反比关系，可 以计算负荷快速变化期间的风煤比：
[0040]
[0041] 式甲，匕为货何伏速变化开始时刻对应的负荷值，MW 为变负荷过程开始时刻的 风煤比；P为负荷快速变化过程中的负荷实时值，MW。
[0042] 本发明工作过程：
[0043] 本发明通过三个环节，即信号预处理和两个建模过程，对锅炉的制粉系统和入炉 煤的质量流量作了计算，从机理出发分析全过程，建立的模型精确有效，并且通过与实际入 炉煤质量流量的对比，校正模型参数，使得建模过程有自我反馈和更新过程，从而为入炉煤 热值的计算、锅炉燃烧优化的分析提供了可靠的数据来源。
[0044] 上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后 的方案均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于模型的入炉煤质量流量计算方法，其特征在于：所述计算方法是在煤的机 理模型建立的基础上，分三部分建立原煤到入炉煤粉的质量流量模型，衡算入炉煤的质量 流量，提高了建模精度，具体步骤包括： a给煤信号预处理：利用滑动平均的方法预处理给煤机皮带秤重的信号； b粉仓模型建立：利用模型辨识的方法对原煤停留在粉仓的时间建模，模型考虑为一 阶纯滞后； c质量流量衡算：根据动态风煤比和一次风质量流量的值，在变工况、动态的情况下确 定入炉煤的质量流量； d模型验算：对建立起的模型进行现场验算，与实际入炉煤质量流量比较，做出误差分 析，对模型参数作校正。2. 如权利要求1所述的一种基于模型的入炉煤质量流量计算方法，其特征在于：所述 (a) 步骤中，给煤信号预处理过程，是利用了滑动平均的方法，考虑到滑动平均方法在处理 随机噪声具有变点数和加权数的优点，对信号的滤波效果较好，计算方法简单易操作。3. 如权利要求1所述的一种基于模型的入炉煤质量流量计算方法，其特征在于：所述 (b) 步骤中，粉仓模型的建立，是在辨识的基础上，对原煤停留在分仓时间的估算，一阶纯滞 后的模型辨识具有代表性。4. 如权利要求1所述的一种基于模型的入炉煤质量流量计算方法，其特征在于：所述 (c) 步骤中，入炉煤质量流量模型的衡算，是在变工况、动态的情况下，对煤粉的全过程进行 计算。
【专利摘要】本发明公开了一种基于模型的入炉煤质量流量计算方法，具体步骤包括：(a)给煤信号预处理：利用滑动平均的方法预处理给煤机皮带秤重的信号；(b)粉仓模型建立；(c)质量流量衡算：根据动态风煤比和一次风质量流量的值，在变工况、动态的情况下确定入炉煤的质量流量；(d)模型验算。本发明通过三个环节，即信号预处理和两个建模过程，对锅炉的制粉系统和入炉煤的质量流量作了计算，从机理出发分析全过程，建立的模型精确有效，并且通过与实际入炉煤质量流量的对比，校正模型参数，使得建模过程有自我反馈和更新过程，从而为入炉煤热值的计算、锅炉燃烧优化的分析提供了可靠的数据来源。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104992026
【申请号】CN201510420382
【发明人】杨海霞, 吕碧升, 陈巨根
【申请人】陈巨根
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月16日