低氮燃烧方式下四角切圆锅炉再热汽温控制方法
【专利摘要】一种低氮燃烧方式下四角切圆锅炉再热汽温控制方法，包括如下步骤：通过锅炉主控回路中动态超前前馈，为机组变负荷提供超前热量支持；合理控制上层给粉机与下层给粉机配比；合理控制主燃区与燃尽区风量配比，有效解决了炉膛火焰中心位置易移动，再热汽温难以稳定控制，尤其在变负荷工况下，再热汽温波动大，易出现锅炉超温现象，再热器减温水用量增大的技术问题。
【专利说明】低氮燃烧方式下四角切圆锅炉再热汽温控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及火电厂热工过程控制领域，特别涉及一种锅炉再热汽温控制方法。
【背景技术】
[0002]当前国家环保政策日益严格，《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2011对火电机组NOx排放浓度提出了明确的限值要求，新的减排补贴政策进一步激励着电厂开展降低锅炉NOx排放量的相关技术改造。锅炉低氮燃烧技术是从源头上减少NOx生成的有效手段，同时可以大幅降低尾部烟气脱硝运行成本。近些年，国内大部分火电机组均已完成锅炉低氮燃烧器改造。
[0003]然而，在低氮燃烧方式下，锅炉燃烧特性发生改变，尤其是四角切圆燃烧方式锅炉，其炉内燃烧分为主燃区和燃尽区两个热负荷中心，炉膛火焰中心位置易移动，再热汽温难以稳定控制，尤其在变负荷工况下，再热汽温波动大，易出现锅炉超温现象，再热器减温水用量增大，严重影响锅炉运行安全性和经济性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种低氮燃烧方式下四角切圆锅炉再热汽温控制方法，用于解决上述技术问题。
[0005]一种低氮燃烧方式下四角切圆锅炉再热汽温控制方法，包括如下步骤:
[0006]通过锅炉主控回路中动态超前前馈，为机组变负荷提供超前热量支持；
[0007]合理控制上层给粉机与下层给粉机配比；
[0008]合理控制主燃区与燃尽区风量配比。
[0009]所述锅炉主控回路中动态超前前馈的具体方法是:
[0010]在机组变负荷初期，通过再热汽温校正前馈超前调节锅炉给煤量；
[0011]维持主汽压力偏差在有效范围内；
[0012]减小锅炉主控PID模块调节幅度；
[0013]保持第一加法器输出的锅炉主控指令调节量及燃料量稳定。
[0014]所述合理控制上层给粉机与下层给粉机配比的具体方法是:
[0015]通过煤主控PID模块增加A层煤燃烧器、B层煤燃烧器、C层煤燃烧器和D层煤燃烧器的给粉量；
[0016]再通过再热汽温校正前馈增加A层煤燃烧器、B层煤燃烧器的额外给粉量。
[0017]所述合理控制主燃区与燃尽区风量配比的具体方法是:
[0018]通过炉膛差压PID模块控制下层辅助风挡板改变主燃区下层燃料的助燃风量；
[0019]通过炉膛差压PID模块控制上层辅助风挡板改变主燃区上层燃料的助燃风量；
[0020]通过下层燃料风挡板函数控制下层燃料风挡板改变主燃区下层燃料的周界风量;
[0021]通过上层燃料风挡板函数控制上层燃料风挡板改变主燃区上层燃料的周界风量;
[0022]另外，通过再热汽温校正前馈控制下层辅助风挡板改变主燃区下层燃料的助燃风量;
[0023]另外，通过再热汽温校正前馈控制下层燃料风挡板改变主燃区下层燃料的周界风量。
[0024]得到所述再热汽温校正前馈的方法包括以下步骤:
[0025]机组目标负荷经速率限制器后，利用减法器将限速输出值与滞后输出值相减，得到再热汽温校正前馈基准值，并将基准值输入乘法器；
[0026]乘法器输出改变速率限制器的限速率，决定校正前馈作用时长；
[0027]升负荷再热汽温校正函数、降负荷再热汽温校正函数经第一切换器判断后通过乘法器修正变负荷速率；
[0028]减法器将再热汽温值与其滞后值相减用于检测再热汽温变化率，升负荷工况下，第二切换器接通升负荷再热汽温变化率修正函数并接入乘法器，降负荷工况下，第二切换器接通降负荷再热汽温变化率修正函数并接入乘法器；
[0029]再热汽温偏差输入升负荷再热汽温偏差修正函数、降负荷再热汽温偏差修正函数，升负荷工况下第三切换器接通升负荷再热汽温偏差修正函数并接入乘法器，降负荷工况下第三切换器接通降负荷再热汽温偏差修正函数并接入乘法器；
[0030]乘法器的输出通过乘法器修正前馈基准值，并经限幅模块实现前馈作用限幅。
[0031]本发明的有益效果为，有效解决了低氮燃烧方式下四角切圆锅炉再热汽温波动大、锅炉管壁易超温、再热器减温水用量大的技术难题，提高了锅炉运行稳定性、安全性和经济性。
[0032]下面结合附图对本发明的低氮燃烧方式下四角切圆锅炉再热汽温控制方法作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为低氮燃烧方式下四角切圆锅炉再热汽温控制方法示意图；
[0034]图2为再热汽温校正前馈示意图。
【具体实施方式】
[0035]本发明实施例用锅炉为HG-1025/17.5 — YM30型亚临界、四角切圆燃烧汽包炉，制粉系统为中间储仓式，从下至上布置A层煤燃烧器、B层煤燃烧器、C层煤燃烧器、D层煤燃
[0036]在变负荷工况下，通过锅炉主控回路中动态超前前馈，为机组变负荷提供超前热量支持，维持锅炉与汽轮机间能量供需平衡，避免变负荷后期由于燃料量大幅调节引起再热汽温耦合波动。另一方面，通过合理控制上层给粉机与下层给粉机配比、主燃区与燃尽区风量配比，稳定变负荷过程中锅炉热负荷及火焰中心位置，维持再热器辐射吸热比例恒定，从而达到变负荷工况下锅炉再热汽温稳定控制目的。
[0037]如图1所示，低氮燃烧方式下四角切圆锅炉再热汽温控制方法包括如下步骤:
[0038]通过锅炉主控回路中动态超前前馈，为机组变负荷提供超前热量支持；合理控制上层给粉机与下层给粉机配比；合理控制主燃区与燃尽区风量配比。
[0039]锅炉主控回路中动态超前前馈的工作机理是在机组变负荷初期，通过再热汽温校正前馈5超前调节锅炉给煤量，加快锅炉燃烧响应速度，维持主汽压力偏差I在有效范围内，减小锅炉主控PID模块6调节幅度，确保变负荷过程中第一加法器9输出的锅炉主控指令调节量及燃料量稳定，避免变负荷后期由于锅炉整体热负荷扰动引起的再热汽温波动。
[0040]合理控制上层给粉机与下层给粉机配比的工作机理是，在机组升负荷过程中，一方面煤主控PID模块12控制发出分别给A层煤燃烧器、B层煤燃烧器、C层煤燃烧器、D层煤燃烧器增加给粉量的A给粉机指令、B给粉机指令、C给粉机指令、D给粉机指令，另一方面再热汽温校正前馈5通过第四加法器13、第五加法器14发出A给粉机指令、B给粉机指令进一步增加A层煤燃烧器、B层煤燃烧器的额外给粉量；
[0041]因为A层煤燃烧器、B层煤燃烧器同时受煤主控PID模块12和再热汽温校正前馈5共同控制增加给粉量，而C层煤燃烧器、D层煤燃烧器只受煤主控PID模块12控制增加给粉量，无再热汽温校正前馈5控制供给的额外给粉量，因此处于锅炉下层的A层煤燃烧器、B层煤燃烧器始终比上层的C层煤燃烧器、D层煤燃烧器的给粉量比重大，有效控制升负荷过程中锅炉燃烧热负荷扰动及火焰中心上移引起的再热汽温上涨现象。减负荷过程中作用机理同上。
[0042]合理控制主燃区与燃尽区风量配比的工作机理是，在机组升负荷过程中，
[0043]炉膛差压PID模块7接收风箱与炉膛差压信号3，分析判断后发出相应的下层辅助风挡板指令，用于控制下层辅助风挡板，改变主燃区下层燃料的助燃风量；
[0044]炉膛差压PID模块7接收风箱与炉膛差压信号3，分析判断后发出相应的上层辅助风挡板指令，用于控制上层辅助风挡板，改变主燃区上层燃料的助燃风量；
[0045]下层燃料风挡板函数8控制接下层收给粉机指令4，处理后发出下层燃料风挡板指令，控制下层燃料风挡板改变主燃区下层燃料的周界风量；
[0046]上层燃料风挡板函数38控制接收上层给粉机指令39，处理后发出上层燃料风挡板指令，控制上层燃料风挡板改变主燃区上层燃料的周界风量；
[0047]另外，再热汽温校正前馈5通过第二加法器10发出下层辅助风挡板指令，控制下层辅助风挡板改变主燃区下层燃料的助燃风量；
[0048]另外，再热汽温校正前馈5通过第三加法器11发出下层燃料风挡板指令，控制下层燃料风挡板改变主燃区下层燃料的周界风量。
[0049]下层辅助风挡板指令、下层燃料风挡板指令分别通过炉膛差压PID模块7、下层燃料风挡板函数8增加风量，另外还通过再热汽温校正前馈5增加额外风量；而上层辅助风挡板指令、上层燃料风挡板指令只接受炉膛差压PID模块7、上层燃料风挡板函数38调节，无再热汽温校正前馈5增加的额外前馈风量。因此由于主燃区下层燃料的助燃风量、周界风量充足，燃烧份额及所占炉膛热负荷比重大，而主燃区上层燃料助燃风量和燃尽区风量相对少，其燃烧份额逐渐减小，这种自下而上燃烧份额逐渐递减的作用有效控制了升负荷过程中锅炉燃烧热负荷扰动及火焰中心上移引起的再热汽温上涨现象。减负荷工作过程中作用机理同上。
[0050]再热汽温校正前馈5是再热汽温修正后的动态前馈，为锅炉主控PID模块、A给粉机指令、B给粉机指令、下层辅助风挡板指令、下层燃料风挡板指令提供超前前馈调节。
[0051]如图2所示为再热汽温校正前馈示意图，具体得到再热汽温校正前馈5的方法如下:
[0052]机组目标负荷15经速率限制器19后，利用第一减法器26将速率限制器19的输出值与第一滞后器24的输出相减，得到再热汽温校正前馈基准值，第一乘法器20输出的改变速率限制器19的限速率，决定校正前馈作用时长，而第二乘法器35的输出通过第三乘法器36修正前馈基准值，决定校正前馈作用幅度。
[0053]升负荷再热汽温校正函数21、降负荷再热汽温校正函数22经第一切换器27判断后通过乘法器20修正变负荷速率16，其中升负荷再热汽温校正函数21为升负荷工况下再热汽温校正函数，降负荷再热汽温校正函数22为降负荷工况下再热汽温校正函数(即升、降负荷判断器25判断机组处于升负荷工况下，控制第一切换器27切换到升负荷再热气温校正函数21，升、降负荷判断器25判断机组处于降负荷工况下，控制第一切换器27切换到降负荷再热汽温校正函数22)。函数设置原则为升负荷工况下，升负荷再热汽温校正函数21与再热汽温为正函数关系；降负荷工况下，降负荷再热汽温校正函数22与再热汽温为反函数关系。
[0054]第二减法器28将再热汽温17与第二滞后器23输出值相减用于检测再热汽温变化率，升负荷再热汽温变化率修正函数31、降负荷再热汽温变化率修正函数32分别为升、降负荷工况下再热汽温变化率修正函数(即升、降负荷判断器25判断机组处于升负荷工况下，控制第二切换器33切换到升负荷再热汽温变化率修正函数31，升、降负荷判断器25判断机组处于降负荷工况下，控制第二切换器33切换到降负荷再热汽温变化率修正函数32)，其设置原则为升负荷工况下，升负荷再热汽温变化率修正函数31与再热汽温变化速率正函数关系；降负荷工况下，降负荷再热汽温变化率修正函数32与再热汽温变化速率反函数关系。
[0055]升负荷再热汽温偏差修正函数29、降负荷再热汽温偏差修正函数30分别为升、降负荷工况下再热汽温偏差修正函数(即升、降负荷判断器25判断机组处于升负荷工况下，控制第三切换器34切换到升负荷再热汽温偏差修正函数29，升、降负荷判断器25判断机组处于降负荷工况下，控制第三切换器34切换到降负荷再热汽温偏差修正函数30)，其设置原则为，升负荷工况下，再热汽温偏差(实际再热汽温值-设定值再热汽温)越大，升负荷再热汽温偏差修正函数29与再热汽温偏差正函数关系越大；降负荷工况下，再热汽温偏差越大，降负荷再热汽温偏差修正函数30与再热汽温偏差反函数关系越大。
[0056]锅炉主控PID模块6用于闭环调节机组主汽压力至设定值附近，其输出指令改变总煤量设定值；煤主控PID模块12用于闭环调节进入锅炉的总煤量至设定值附近，其输出指令改变给粉机转速；炉膛差压PID模块7用于闭环调节风箱与炉膛差压至设定值附近，其输出指令改变辅助风挡板指令；上层燃料风挡板函数38用于设置上层给粉机指令与其燃料风的基准配比关系；下层燃料风挡板函数8用于设置下层给粉机指令与其燃料风的基准配比关系。升负荷再热汽温校正函数21用于根据再热汽温实测值修正升负荷工况下再热汽温校正前馈作用时长；降负荷再热汽温校正函数22用于根据再热汽温实测值修正降负荷工况下再热汽温校正前馈作用时长；升负荷再热汽温偏差修正函数29用于根据再热汽温控制偏差修正升负荷工况下再热汽温校正前馈作用幅度；降负荷再热汽温偏差修正函数30用于根据再热汽温控制偏差修正降负荷工况下再热汽温校正前馈作用幅度；升、降负荷判断器25用于判断机组是处于升负荷工况下还是处于降负荷工况下，并根据判断结果控制切换器(第一切换器27、第二切换器33、第三切换器34);限幅模块37用于将再热汽温校正前馈作用幅度限制在有效安全范围内。
[0057]实施例中，再热汽温校正前馈可全部由分散控制系统DCS的标准控制模块组态生成，并以宏模块形式应用于锅炉主控回路、A给粉机指令回路、B给粉机指令回路、下层辅助风挡板指令回路、燃料风挡板指令回路；不同回路中再热汽温校正前馈作用时长可通过设置升负荷再热汽温校正函数21、降负荷再热汽温校正函数22实现，前馈作用幅度可通过设置升负荷再热汽温偏差修正函数29、降负荷再热汽温偏差修正函数30、升负荷再热汽温变化率修正函数31、降负荷再热汽温变化率修正函数32实现，前馈作用限幅可通过设置限幅模块37实现。
[0058]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种低氮燃烧方式下四角切圆锅炉再热汽温控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 通过锅炉主控回路中动态超前前馈，为机组变负荷提供超前热量支持； 合理控制上层给粉机与下层给粉机配比； 合理控制主燃区与燃尽区风量配比。
2.根据权利要求1所述的低氮燃烧方式下四角切圆锅炉再热汽温控制方法，其特征在于，所述锅炉主控回路中动态超前前馈的具体方法是: 在机组变负荷初期，通过再热汽温校正前馈(5)超前调节锅炉给煤量； 维持主汽压力偏差(I)在有效范围内； 减小锅炉主控PID模块(6)调节幅度； 保持第一加法器(9)输出的锅炉主控指令调节量及燃料量稳定。
3.根据权利要求2所述的低氮燃烧方式下四角切圆锅炉再热汽温控制方法，其特征在于，所述合理控制上层给粉机与下层给粉机配比的具体方法是: 通过煤主控PID模块(12)增加A层煤燃烧器、B层煤燃烧器、C层煤燃烧器和D层煤燃烧器的给粉量； 再通过再热汽温校正前馈(5)增加A层煤燃烧器、B层煤燃烧器的额外给粉量。
4.根据权利要求3所述的低氮燃烧方式下四角切圆锅炉再热汽温控制方法，其特征在于，所述合理控制主燃区与燃尽区风量配比的具体方法是: 通过炉膛差压PID模块(7)控制下层辅助风挡板改变主燃区下层燃料的助燃风量； 通过炉膛差压PID模块(7)控制上层辅助风挡板改变主燃区上层燃料的助燃风量； 通过下层燃料风挡板函数(8)控制下层燃料风挡板改变主燃区下层燃料的周界风量； 通过上层燃料风挡板函数(38)控制上层燃料风挡板改变主燃区上层燃料的周界风量; 另外，通过再热汽温校正前馈(5)控制下层辅助风挡板改变主燃区下层燃料的助燃风量; 另外，通过再热汽温校正前馈(5)控制下层燃料风挡板改变主燃区下层燃料的周界风量。
5.根据权利要求2所述的低氮燃烧方式下四角切圆锅炉再热汽温控制方法，其特征在于，得到所述再热汽温校正前馈(5)的方法包括以下步骤: 机组目标负荷(15)经速率限制器(19)后，利用减法器(26)将限速输出值与滞后输出值相减，得到再热汽温校正前馈基准值，并将基准值输入乘法器(36)； 乘法器(20)输出改变速率限制器(19)的限速率，决定校正前馈作用时长； 升负荷再热汽温校正函数(21)、降负荷再热汽温校正函数(22)经第一切换器(27)判断后通过乘法器(20)修正变负荷速率(16)；减法器(28)将再热汽温值与其滞后值相减用于检测再热汽温变化率，升负荷工况下，第二切换器(33)接通升负荷再热汽温变化率修正函数(31)并接入乘法器(35)，降负荷工况下，第二切换器(31)接通降负荷再热汽温变化率修正函数(32)并接入乘法器(35)；再热汽温偏差(18)输入升负荷再热汽温偏差修正函数(29)、降负荷再热汽温偏差修正函数(30)，升负荷工况下第三切换器(34)接通升负荷再热汽温偏差修正函数(29)并接入乘法器(35)，降负荷工况下第三切换器(34)接通降负荷再热汽温偏差修正函数(30)并接入乘法器(35)； 乘法器(35)的输出通过乘法器(36)修正前馈基准值，并经限幅模块(37)实现前馈作用限幅。
【文档编号】F23N1/02GK104406153SQ201410495506
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】施壮, 蔡兵, 方伦, 蔡伟, 程仁海, 高俊, 査贵庆 申请人:国家电网公司, 国网安徽省电力公司电力科学研究院, 安徽池州九华发电有限公司, 安徽新力电业科技咨询有限责任公司, 国网安徽省电力公司六安供电公司