多风送管道煤粉重量或热量均衡供粉控制系统及控制方法与流程

本发明涉及多风送管道煤粉重量或热量偏差在线测量，特别涉及多个风送管道煤粉重量或热量均衡供粉与控制。

背景技术：

燃煤锅炉，诸如电力燃煤锅炉、大型供热锅炉、水泥窑炉等，都以煤粉为燃料，特别是大型电力锅炉普遍采用多层、多台磨煤机制粉供粉，通常一台大型锅炉有三层至六层，每层用一台磨煤机带动四个风送管道供粉，一般供粉的风送管道有20个左右。由于多层和同层的风送管道煤粉重量或热量偏差过大，引起炉内中心火焰偏斜，从而造成炉膛内热负荷、气温偏差大，分布不均，水冷壁局部过热，高温腐蚀加剧，最终导致燃烧下降、热效率低、排放量增加，严重时会造成火焰冲刷炉墙、结渣，甚至发生堵管、爆管等事故。多年来，风送管道煤粉重量或热量测量及多个风送管道煤粉重量或热量均衡供粉，一直受到国内外相关技术人员关注。从80年代后期开始，美国、日本、英国、德国、前苏联、意大利等国技术人员，采用多种方法，相继开展了风送管道煤粉重量或浓度检测的研发工作，如美国的热平衡法、德国的微波法、英国的静电感应法等。我国大专院校、科研院所和生产企业单位的科技人员，也先后开展了相应研发工作，发表了诸多论文和文章，申报了若干专利，并取得了阶段性成果，如西安热工研究院的“锅炉风粉监测系统”，北京理工大学的“火电厂管道煤粉质量流量测量系统”，华北电力大学的“煤粉浓度测量方法的研究”等。

目前，测量风送管道煤粉重量或流量的测量方法有：热平衡法、能量法、压差法、光-电检测法、电容法、电容层析成像法、激光法、辐射法、静电感应法、微波法、超声波法等等，且上述方法都具有各自的优缺点。采用上述方法制成的设备，在生产现场应用中都有各自的困难。

实现多风送管道煤粉重量偏差在线测量，为调节进入各管道煤粉重量、以减少各管道煤粉重量偏差提供了依据；也为多管道煤粉重量或热量均衡供粉控制创造了先决条件。

针对上述问题，本发明公开了一种“多风送管道煤粉重量或热量均衡供粉控制系统及控制方法”，用以解决对多路风送管道煤粉重量或热量偏差测量和均衡供粉控制，实现多路管道煤粉重量或热量均衡供粉，最终达到提高燃烧质量、降耗减排、提高锅炉运行的稳定性、经济性和安全性。

技术实现要素：

本发明“多风送管道煤粉重量或热量均衡供粉控制系统及控制方法”，应用于燃煤锅炉煤粉制备系统，它解决的技术问题是：

1、采用多台风送管道煤粉重量测量仪以及其他设备，构成多风送管道煤粉重量或热量均衡供粉控制系统，用以实现多路风送管道重量或热量偏差在线测量与控制；

2、建立多管道同一性测量数学模型，消除各路风送管道测量煤粉重量的差异，解决多路管道煤粉重量偏差在线测量问题；

3、采用自动跟踪变参数控制方法，实现多路管道煤粉重量或热量均衡供粉；

4、采用原煤发热量在线测量仪，将其安装在原煤仓至磨煤机之间的输送带上面，用以对入磨煤机原煤发热量q原煤及水分m原煤进行在线检测，并根据设定的原煤重量给定值w给原煤或设定原煤热量给定值j给原煤对入磨煤机原煤重量或热量进行定值控制；根据实时进入磨煤机的原煤重量和热量，计算出磨煤机输出煤粉的发热量q煤粉，从而实现各路风送管道煤粉热量测量与各管道煤粉热量的均衡供粉。

一台大型火电锅炉由多层、多台磨煤机多路风送管道供粉，通常每层有一台磨煤机带有四个风送管道供粉，各层设备相同。现以一台磨煤机、四个风送管道为例进行表述。图1给出一层一台磨煤机四个风送管道煤粉制备系统主要设备示意图。

一种“多风送管道煤粉重量或热量均衡供粉控制系统”，安装在现有煤粉制备系统设备上，其特征在于，包括：

1)多台“风送管道煤粉重量测量仪”100a、100b、100c、100d分别安装在风送管道8a、8b、8c、8d上，用于测量各路风送管道煤粉重量wa、wb、wc、wd；

2)具有调节功能的称重装置111，安装在原煤仓至磨煤机之间的输送带2下方，用于测量进入磨煤机原煤重量w原煤；

3)具有调节功能的煤粉分配器112，安装在磨煤机粗、细粉分离器6后面，用于调节进入各风送管道煤粉重量wa、wb、wc、wd；

4)数据采集处理控制器113，用于接收来自各风送管道煤粉重量测量仪100a、100b、100c、100d的煤粉重量信号wa、wb、wc、wd及称重装置111的重量信号w原煤，并对称重装置111和煤粉分配器112发出控制信号。

数据采集处理控制器113根据煤粉重量信号wa、wb、wc、wd及设定煤粉重量给定值w给煤粉，计算出w给煤粉与wa、wb、wc、wd之间各自的差值δwa、δwb、δwc、δwd，并根据各自差值δwa、δwb、δwc、δwd对煤粉分配器112发出控制信号，用以调节煤粉分配器相对应的调节机构，以增加或减少进入各风送管道煤粉重量，减小各自的差值δwa、δwb、δwc、δwd使wa、wb、wc、wd与w给煤粉相一致，实现煤粉重量均衡供粉。

w给煤粉可以是由锅炉热负荷需要而确定的入磨煤机原煤重量给定值；也可以是磨煤机输出煤粉重量w煤粉值或是各风送管道煤粉重量的平均值w平，推荐采用w给原煤＝w平。

多风送管道煤粉重量或热量均衡供粉控制系统，其特征在于，所述“风送管道煤粉重量测量仪”，可是上述方法的任何一种型式的管道煤粉重量测量仪，如辐射式煤粉重量测量仪或微波式煤粉重量测量仪或静电感应式煤粉重量测量仪或超声波式煤粉重量测量仪或压差式煤粉重量测量仪等。

多风送管道煤粉重量或热量均衡供粉控制系统，其特征在于，所述称重装置是给煤机或是电子皮带秤；所述煤粉分配器是叶栅式煤粉分配器或是煤粉均衡调节器。

多风送管道煤粉重量或热量均衡供粉控制系统，其特征在于，还包括一个“原煤发热量在线测量仪”，安装在原煤仓至磨煤机输送带2上面，用于测量入磨煤机原煤发热量q原煤和原煤水分m原煤；

数据采集处理控制器113，根据接收的原煤发热量q原煤、m原煤和称重装置的原煤重量w原煤信号，以及设定原煤重量给定值w给原煤或设定原煤热量给定值j设原煤，对入磨煤机原煤进行重量定值控制或热量定值控制，并计算出在磨煤机制粉时间t2内，磨煤机内存有的原煤热量和原煤重量以及磨煤机输出煤粉的发热量q煤粉

多风送管道煤粉重量或热量均衡供粉控制系统，其特征在于，数据采集处理控制器113根据采集的煤粉发热量q煤粉和各风送管道的煤粉重量信号wa，wb，wc，wd及设定煤粉热量给定值j给煤粉，计算出ja＝q煤粉*wa；jb＝q煤粉*wb；jc＝q煤粉*wc；jd＝q煤粉*wd；以及j给煤粉与ja、jb、jc、jd之间的差值δja、δjb、δjc、δjd，并根据各自差值对煤粉分配器发出控制信号，用以调节煤粉分配器相对应的调节机构，以增加或减少进入各风送管道相应的煤粉重量，减小各自的差值δja、δjb、δjc、δjd，使ja、jb、jc、jd与j给煤粉相一致，实现多风送管道煤粉热量均衡供粉。

多风送管道煤粉重量或热量均衡供粉控制系统，其特征在于，多风送管道煤粉重量的测量是采用多管道同一性的测量重量数学模型，其数学模型是：

wa＝k1*wa；wb＝k2*wb；wc＝k3*wc；wd＝k4*wd；

式中：

wa、wb、wc、wd——同一性数学模型测量重量；

wa、wb、wc、wd——各风送管道煤粉重量测量仪测量的重量；

k1、k2、k3、k4——同一性系数

k1、k2、k3、k4是同一标准值，对各路煤粉重量测量进行标定得到。

在此应指出：进行同一化的目的是消除各风送管道煤粉重量测量仪之间测量上的差异，使其测量都统一在同一个标准上；当然，如果不存在各路风送管道煤粉重量测量的差异，也就无需同一化。

附图说明

图1现有煤粉制备系统主要设备示意图；

1——原煤仓

2——输送带

3——给煤机

4——磨煤机

5——风机

6——粗、细粉分离器

7——煤粉分配器

8a，8b，8c，8d——风送煤粉管道

9a，9b，9c，9d——燃烧器

10——锅炉

图2现有煤粉制备系统，原煤重量、煤粉重量分配图；

图3现有煤粉制备系统，磨煤机的制粉时间关系和重量关系图；

图3(a)时间关系图

图3(b)重量关系图

图4多风送管道煤粉重量或热量均衡供粉控制系统安装在煤粉制备系统设备上示意图；

100a，100b，100c，100d——风送管道煤粉重量测量仪

110——原煤发热量在线测量仪

111——称重装置

112——煤粉分配器

113——数据采集处理控制器

图5可调式煤粉分配器调节机构示意图；

112a——调节进入管道8a煤粉重量wa

112b——调节进入管道8b煤粉重量wb

112c——调节进入管道8c煤粉重量wc

112d——调节进入管道8d煤粉重量wd

图6多风送管道煤粉重量均衡供粉控制框图；

图7多风送管道煤粉热量均衡供粉控制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施做进一步说明。

图1给出了一台磨煤机、四个风送管道，现有煤粉制备系统主要设备示意图；

图2给出了煤粉制备系统主要设备的原煤重量、煤粉重量分配图；

图3给出了磨煤机的制粉时间关系图和重量间关系图；

图4是“多风送管道煤粉重量或热量均衡供粉控制系统”安装在现有煤粉制备系统设备上的示意图。

多风送管道煤粉重量或热量均衡供粉控制系统的设备推荐采用：风送管道煤粉重量测量仪，是辐射式煤粉重量测量仪；称重装置是给煤机；煤粉分配器是叶栅式煤粉分配器；原煤发热量在线测量仪是辐射式原煤发热量测量仪；数据采集处理控制器是工业控制机。

多管道煤粉重量或热量均衡供粉控制系统有两个控制回路：

1)入磨煤机原煤重量或热量的定值控制回路，在实现多管道煤粉重量均衡供粉控制时，它根据锅炉所需热负荷值而确定需要的原煤重量值做为设定煤粉重量给定值w给原煤，对进入磨煤机原煤重量进行定值控制；在实现多管道煤粉热量均衡供粉控制时，它根据锅炉所需热负荷的热量值做为设定煤粉热量给定值j给原煤对进入磨煤机的原煤热量进行热量定值控制，并实时给出磨煤机输出煤粉发热量q煤粉。

2)多风送管道煤粉重量或热量均衡供粉的控制回路，该回路是根据各风送管道煤粉重量测量值wa、wb、wc、wd或热量测量值ja、jb、jc、jd和设定的煤粉重量给定值w给煤粉或设定煤粉热量给定值j给煤粉进行自动跟踪变参数定值控制，其控制方法是：

①多风送管道煤粉重量均衡供粉控制方法：

步骤1：设置常数

数据采集时间δt

调节时间t1，t1/δt＝n1

自动跟踪时间t3，t3＝ρt1＝pn1，ρ＝1，2……ρ。

步骤2：标定多风送管道煤粉重量测量同一系数k1，k2，k3，k4。

步骤3：采集各风送管道煤粉重量测量仪的煤粉重量信号wai，wbi，wci，wdi，并按同一性数学模型计算出：

步骤4：调节计数器n1加1，即：n1i+1，并判断n1i+1≥n1

n1i+1＜n1，返回步骤3；

n1i+1≥n1，进入下一步骤。

步骤5：调节计数器n1清“0”。

步骤6：取w平，令w平＝w给煤粉。

步骤7：计算w给煤粉与wa1/n1，wb1/n1，wc1/n1，wd1/n1之差值δwa，δwb，δwc，δwd。

步骤8：根据δwa，δwb，δwc，δwd对煤粉分配器发出控制信号，以调节煤粉分配器的相对应调节机构，增加或减少各风送管道的入煤粉重量wa，wb，wc，wd，减小各自差值δwa，δwb，δwc，δwd，

使wa，wb，wc，wd与w给煤粉相一致。

步骤9：计算

步骤10：自动跟踪计数器p加1，即：ρi+1。

步骤11：判断ρi+1≥ρ

ρi+1＜ρ，返回步骤3；

ρi+1≥ρ，进入下一步骤。

步骤12：计算各风送管道煤粉重量平均值w平

步骤13：将w平存入w平寄存器取代上次w平。

步骤14：自动跟踪计数器ρ清“0”；

返回步骤3。

多风送管道煤粉重量均衡供粉控制框图见图6。

②多风送管道煤粉热量均衡供粉控制方法：

步骤1：设置常数

数据采集时间δt

调节时间t1，t1/δt＝n1

自动跟踪时间t3，t3＝ρt1＝pn1，ρ＝1，2……ρ。

步骤2：标定多风送管道煤粉重量测量同一系数k1，k2，k3，k4。

步骤3：采集各风送管道煤粉重量测量仪的煤粉重量信号wai，wbi，wci，wdi及磨煤机输出煤粉发热量q煤粉信号。

步骤4：计算：

步骤5：调节计数器n1，加1，即：n1i+1；

步骤6：判断

n1i+1≥n1

n1i+1＜n1，返回步骤3；

n1i+1≥n1，进入下一步骤。

步骤7：调节计数器n1，清“0”。

步骤8：取j平值，并令j平＝j给煤粉。

步骤9：计算j给煤粉与ja1/n1，jb1/n1，jc1/n1，jd1/n1之差值δja1，δjb1，δjc1，δjd1。

步骤10：根据δja1，δjb1，δjc1，δjd1对煤粉分配器发出控制信号，以调节煤粉分配器相对应的调节机构，增加或减少进入各风送管道煤粉重量，减小δja，δjb，δjc，δjd，使各风送管道内煤粉热量ja，jb，jc，jd与j给煤粉相一致。

步骤11：计算

步骤12：自动跟踪计数器p加1，即：pi+1。

步骤13：判断

pi+1≥p

pi+1＜p，返回步骤3；

pi+1≥p，进入下一步骤。

步骤14：自动跟踪计数器p置“0”。

步骤15：计算各风送管道煤粉热量平均值j平

步骤16：将j平存入j平寄存器取代上次j平

返回步骤3。

多风送管道煤粉热量均衡供粉控制方法的控制框图见图7。

应该指出：无论是重量均衡供粉控制方法还是热量均衡供粉控制方法，在其步骤上可有多种组合或增加和减少，但本控制方法的基本特点是自动跟踪变参数定值控制，并且其重量或热量给定值是多管道煤粉重量或热量的平均值。

一台燃煤锅炉采用多层、每层有多个风送管道供粉，可根据锅炉每层的热负荷需要，设定每一层的煤粉热量给定值，采用本控制方法实现各层按各自的煤粉热量给定值进行热量均衡供粉，达到整个锅炉都按锅炉各层所需热量供粉燃烧，使整个锅炉煤粉燃烧达到最佳状态，这将极大地提高锅炉热效率、减少排放量，提高锅炉运行稳定性、安全性和经济化。