抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统的制作方法

本实用新型属于火电机组自动控制
技术领域：
，涉及一种火电机组制粉控制系统抗干扰能力、机组稳定性及节能方面的研究，具体涉及一种抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统。
背景技术：
：大型火电机组为了满足电网AGC深度调峰的需要，机组负荷在50％Pe～100％Pe范围内反复变动，直吹式制粉控制系统的磨煤机运行状态将跟随机组负荷有规律地变化，为了保证机组AGC调节品质，必须设计一套合理的制粉控制系统，包括：燃料控制系统和一次风压控制系统。常规的燃料控制系统是维持机组总燃料量供需平衡，并将总燃料指令分配给单台给煤机，使之与给煤机煤量传感器测量值相等；常规的一次风压控制系统是根据锅炉燃料指令对应的一次风压特性曲线，通过风压调整单元维持一次风母管压力的稳定。上述常规的制粉控制系统在磨煤机启停过程中暴露出多方面的技术问题，影响到机组的安全性能、稳定性能和节能指标。磨煤机启动过程中当制粉通道打开时，出现下述三种情况。(1)新启动的磨煤机磨碗中储存的煤粉被迅速吹入炉膛，该部分燃料量不具备监测手段，燃料控制系统无法控制机组总燃料量，导致炉膛的有效燃料量大幅增加。(2)新启动的磨煤机为了保证最小通风量，导致一次风母管压力迅速下降，一次风压控制系统将自动增大一次风机的出力，进入炉膛的一次风总流量将大幅增加。(3)在炉膛有效燃料量和一次风总流量同步增加双重作用下，必然加剧锅炉燃烧率，导致主汽压力及主汽温度等主要参数快速上升。磨煤机停运过程中当制粉通道切断时，出现下述四种情况。(1)新停运的磨煤机燃料量由最小煤量突变到0，燃料控制系统新增的燃料量具有一定的延时特性不能及时填补燃料的缺口，导致炉膛的有效燃料量急剧减少。(2)运行磨煤机的平均出力增大，磨煤机入口一次风量的需求量增大。(3)一次风母管压力急剧上升，一次风压控制系统将自动减小一次风机的出力，进入炉膛的一次风总流量将大幅降低，运行磨煤机入口一次风量供给量不足导致制粉控制系统堵塞。(4)在炉膛有效燃料量和一次风总流量同步减小双重作用下，必然大幅削弱锅炉燃烧率，引起主汽压力及主汽温度等主要参数快速下降。综上所述，现有的制粉控制系统存在两方面的缺陷：其一，磨煤机启停过程中不能维持炉膛燃料量和一次风总流量的稳定，引发机组主要参数大幅波动，无法满足电网AGC调峰的需要；其二，一次风母管压力特性曲线不合理，不能保持磨煤机平均出力与一次风压的动态匹配关系，容易造成制粉控制系统堵塞和机组能量损失。目前，有专利文献提到一次风压自适应智能控制，该文献只是涉及到制粉控制系统扰动产生后的调整手段，系统响应及时性不足；也有专利文献提到一次风压自动寻优系统，该文献提到根据磨煤机入口风门的开度及磨煤机所需要的总风量来自动调整一次风母管压力，由于风门开度线性度的不确定，在实施过程中存在诸多不确定因素。对于大型火力发电机组而言，研究出一种新型的制粉控制系统，能够有效解决因制粉系统内部扰动而引发机组主要参数大幅波动的问题，提高机组稳定性能，预防制粉控制系统堵塞，降低一次风机电耗，提高机组节能指标。技术实现要素：本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统，能够有效解决磨煤机启停过程中机组主要参数大幅波动的问题，同时提高机组安全稳定性能和机组节能指标。本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统的特点在于：包括：多台给煤机，用于调节机组总燃料量；多台磨煤机，用于为炉膛输送合格的煤粉；两台一次风机，用于调整制粉控制系统携带煤粉的能力；燃料调整单元，用于维持磨煤机启动和停运工况炉膛燃料量的稳定；风压调整单元，用于保持磨煤机平均出力与一次风母管压力的动态匹配关系；风压调整单元和一次风机连接，一次风机和磨煤机连接，磨煤机和锅炉炉膛连接，燃料调整单元和给煤机连接，给煤机和磨煤机连接，燃料调整单元和风压调整单元连接。作为优选，本实用新型所述燃料调整单元包括：计数模块，用于储存磨煤机运行数量；判断模块，用于根据计数模块输出结果，实时监测磨煤机运行状态，并判断“启磨”或“停磨”工况；运算模块，用于根据判断模块输出结果，计算出“启磨”和“停磨”工况燃料调整量；燃料测量模块，用于测量多台给煤机煤量并计算燃料总量，作为燃料校正模块的校正因子之一；燃料校正模块，用于结合运算模块输出、燃料测量模块输出和主汽压力变化率自动校正燃料调整量，精确控制燃料调整量；燃料输出模块，用于接收燃料校正模块输出信号，叠加机组负荷燃料函数，形成机组总燃料指令，并分配给多台给煤机同时调整总燃料量。作为优选，本实用新型所述风压调整单元包括：风压校正模块，用于快速响应“启磨”及“停磨”工况一次风压动态调整的需要，保持磨煤机平均出力与一次风压的动态匹配关系；指令模块，用于根据风压校正模块输出和总燃料指令对应的一次风压特性曲线，形成最终的风压控制指令；风压测量模块，用于一次风压测量及处理，实现三路测量信号“三取中”逻辑功能，并自动检测坏品质信号，当所有信号均不可信时退出“风压调整单元”自动控制模式，同时发出报警信号；调整模块，用于结合指令模块的输出和风压测量模块的输出，实现一次风压自动控制，具有比例和积分功能；风压输出模块，用于自动平衡两台一次风机出力，防止单侧一次风机出力受阻，出现“抢风”现象。作为优选，本实用新型所述燃料调整单元中，所述计数模块的“磨煤机运行”信号是由磨煤机电流值、磨煤机入口热风调节阀开度以及磨煤机电气开关闭合接点综合判断的结果。作为优选，本实用新型所述燃料调整单元中，所述判断模块由特定的微分环节、低值选择器和高值选择器组成。作为优选，本实用新型所述燃料调整单元中，所述运算模块由多个常数和两级模拟量切换器共同构成，通过对模拟量切换器设置不同的切换速率，实现快速预给煤且缓慢恢复的功能。作为优选，本实用新型所述燃料调整单元中，所述燃料校正模块引入总燃料量校正因子，实现燃料调整量跟随锅炉热负荷自动校正功能；引入主汽压力变化率校正因子，实现快速抑制主汽压力波动的功能。作为优选，本实用新型所述风压调整单元中，所述风压校正模块由函数发生器和偏置手操器组成，函数发生器输入量是计数模块输出的磨煤机运行数量；偏置手操器提供了运行人员手动干预一次风压设定值的手段。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：具有抗干扰能力强、防制粉控制系统堵塞、节能降耗及实施简便等优点。本实用新型控制方法基本思路如下：根据磨煤机电流、磨煤机入口热风调节阀开度和磨煤机电气开关接点状态，综合判断出磨煤机运行状态，经过计数模块统计出磨煤机运行数量，结果连接到燃料调整单元和风压调整单元。判断模块根据计数模块的输出监测磨煤机运行状态，判断“启磨”或“停磨”工况，一旦监测到磨煤机启动或停运信号，立即触发运算模块发出燃料调整指令，实现快速预给煤且缓慢恢复的调整功能，并在燃料校正模块中引入燃料总量和主汽压力校正因子，精确地控制燃料调整量，维持炉膛燃料总量的稳定，预防机组主要参数大幅波动。风压校正模块接收计数模块输出信号，在“启磨”和“停磨”工况下自动发出风压调整指令，校正总燃料指令对应的一次风压特性曲线，保持磨煤机平均出力与一次风母管压力的动态匹配关系，避免制粉控制系统出现堵塞和高阻力运行工况，降低一次风机电耗，提高机组节能指标。附图说明图1是一种抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统流程示意图。图2是一种抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统硬件配置示意图。图3是一种抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统组态示意图。图4是一种抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统升负荷过程效果图。图5是一种抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统降负荷过程效果图。图6是一种抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统启磨工况机组主要参数变化曲线图。图7是一种抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统启停磨工况机组主要参数变化曲线图。图1中：1-A侧一次风机、2-B侧一次风机、14-A给煤机、15-A磨煤机、16-F给煤机、17-F磨煤机、70-计数模块、71-判断模块、72-燃料调整量运算模块、73-机组主汽压力变化率信号、74-燃料测量模块、75-燃料校正模块、76-燃料输出模块、80-风压校正模块、81-机组总燃料指令模块、82-风压指令模块、83-风压测量模块、84-风压调整模块、85-风压输出模块。图2中：1-A侧一次风机、2-B侧一次风机、3-风压调整单元、4-A侧一次风母管压力调节阀、5-B侧一次风母管压力调节阀、6-A磨煤机入口热风调节阀、7-F磨煤机入口热风调节阀、8-一次风压母管压力变送器、9-一次风压母管压力变送器、10-一次风压母管压力变送器、11-风压测量通道、12-A磨煤机入口一次风流量变送器、13-F磨煤机入口一次风流量变送器、14-A给煤机、15-A磨煤机、16-F给煤机、17-F磨煤机、18-A给煤量、19-F给煤量、20-A磨煤机出口燃料量、21-A磨煤机电气开关信号、22-A磨煤机电流信号、23-F磨煤机出口燃料量、24-F磨煤机电气开关信号、25-F磨煤机电流信号、26-锅炉炉膛。图3中：31-开关量计数器、32-开关量计数器、33-加法器、34-一阶惯性环节、35-减法器、36-常数、37-低值选择器、38-高值选择器、39-常数、40-常数、41-模拟量切换器、42-常数、43-模拟量切换器、44-函数发生器、45-速率计算器、46-函数发生器、47-乘法器、48-乘法器、49-模拟量选择器、50-一阶惯性环节、51-偏置手操器、52-一阶惯性环节、53-函数发生器、54-一阶惯性环节、55-函数发生器、56-加法器、57-PID调节器、58-手/自动控制站。具体实施方式下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。实施例。参见图1至图7，本实施例中一种抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统，其流程如图1所示，包括多台给煤机、多台磨煤机、两台一次风机、燃料调整单元和风压调整单元，风压调整单元和一次风机连接，一次风机和磨煤机连接，磨煤机和锅炉炉膛连接，燃料调整单元和给煤机连接，给煤机和磨煤机连接，燃料调整单元和风压调整单元连接。燃料调整单元包括：计数模块70、判断模块71、燃料调整量运算模块72、机组主汽压力变化率信号73、燃料测量模块74、燃料校正模块75和燃料输出模块76，风压调整单元包括：风压校正模块80、机组总燃料指令模块81、风压指令模块82、风压测量模块83、风压调整模块84和风压输出模块85。多台给煤机包括A给煤机14和F给煤机16，多台磨煤机包括A磨煤机15和F磨煤机17，两台一次风机为A侧一次风机1和B侧一次风机2。本实施例硬件配置如图2所示，包括：A侧一次风机1、B侧一次风机2、风压调整单元3、A侧一次风母管压力调节阀4、B侧一次风母管压力调节阀5、A磨煤机入口热风调节阀6、F磨煤机入口热风调节阀7、一次风压母管压力变送器8、一次风压母管压力变送器9、一次风压母管压力变送器10、风压测量通道11、A磨煤机入口一次风流量变送器12、F磨煤机入口一次风流量变送器13、A给煤机14、A磨煤机15、F给煤机16、F磨煤机17、A给煤量18、F给煤量19、A磨煤机出口燃料量20、A磨煤机电气开关信号21、A磨煤机电流信号22、F磨煤机出口燃料量23、F磨煤机电气开关信号24、F磨煤机电流信号25、锅炉炉膛26。本实施例逻辑内容如图3所示，包括：开关量计数器31、开关量计数器32、加法器33、一阶惯性环节34、减法器35、常数36、低值选择器37、高值选择器38、常数39、常数40、模拟量切换器41、常数42、模拟量切换器43、函数发生器44、速率计算器45、函数发生器46、乘法器47、乘法器48、模拟量选择器49、一阶惯性环节50、偏置手操器51、一阶惯性环节52、函数发生器53、一阶惯性环节54、函数发生器55、加法器56、PID调节器57、手/自动控制站58。本实施例应用效果图如图4～图7所示，包括：一种抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统升负荷过程效果图、一种抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统降负荷过程效果图、一种抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统启磨工况机组主要参数变化曲线图、一种抗干扰节能型的火电机组制粉控制系统停磨工况机组主要参数变化曲线图。本实施例应用效果数据统计如表5～表7所示，包括：启磨工况机组主要参数变化幅值汇总表、停磨工况机组主要参数变化幅值汇总表、节能效果数据表。(1)计数模块：计数模块70用于储存磨煤机运行数量，由A磨煤机入口热风调节阀6开度、F磨煤机入口热风调节阀7开度、A磨煤机电气开关信号21、A磨煤机电流信号22、F磨煤机电气开关信号24、F磨煤机电流信号25、开关量计数器31、开关量计数器32和加法器33组成。(B～E磨煤机相同的信号也参与计数模块70的逻辑运算)以A磨煤机15为例，当A磨煤机入口热风调节阀6开度、A磨煤机电流信号22值、A磨煤机电气开关信号21状态三者与A磨煤机15实际运行情况完全吻合，即判定“A磨煤机15运行信号”有效。磨煤机运行信号经过开关量计数器31和开关量计数器32实现D/A转换功能，并送入加法器33求和，计算出机组磨煤机运行数量，计算结果连接到燃料调整单元和风压调整单元。(2)判断模块：判断模块71用于根据计数模块70的输出结果，实时监测磨煤机运行状态，并判断“启磨”或“停磨”工况，由一阶惯性环节34、减法器35、常数36、低值选择器37、高值选择器38组成。计数模块70的输出信号经过一阶惯性环节34和减法器35运算，构成特殊的微分环节。当微分量输出负值，经过低值选择器37逻辑运算得出“停磨”信号；当微分量输出正值，经过高值选择器38逻辑运算得出“启磨”信号。一阶惯性环节34滤波时间设为3s，常数36设为0。(3)运算模块：燃料调整量运算模块72用于根据判断模块71的输出，计算出“启磨”和“停磨”工况燃料调整量，维持炉膛26燃料量的稳定，由常数39、常数40、模拟量切换器41、常数42和模拟量切换器43组成。对模拟量切换器41和模拟量切换器43设置不同的切换速率，能够实现快速预给煤并缓慢恢复的功能。“启磨”工况下总燃料调整量为-8t/h，速率为每秒种1t/h；“停磨”工况下总燃料调整量为10t/h，速率为每秒种1.5t/h。两种工况燃料调整量均能维持一定时间直到“启磨”或者“停磨”信号消失，之后按照每秒钟0.01t/h的速率恢复至零。常数39设为0，常数40设为-5，常数42设为+8，模拟量切换器41的切换速率1、速率2分别设为1、0.01，模拟量切换器43的切换速率1、速率2分别设为1.5、0.01。(4)燃料测量模块：燃料测量模块74用于多台给煤机煤量测量并计算燃料总量，作为燃料校正模块75的校正因子之一，由A给煤机14的A给煤量18、F给煤机16的F给煤量19及其他给煤机的煤量传感器组成。煤量传感器测量的给煤量经过逻辑运算得出机组总燃料量，运算结果连接到函数发生器44的输入端。(5)燃料校正模块：燃料校正模块75用于结合燃料调整量运算模块72的输出、燃料测量模块74的输出和机组主汽压力变化率信号73自动校正燃料调整量，精确控制进入锅炉炉膛26的燃料量(包括A磨煤机出口燃料量20、F磨煤机出口燃料量23及其他磨煤机出口燃料量)，由函数发生器44、速率计算器45、函数发生器46、乘法器47和乘法器48组成。函数发生器44拟合出燃料修正曲线，实现燃料调整量跟随锅炉热负荷自动校正功能；引入机组主汽压力变化率信号73校正因子用于动态校准机组能量平衡关系，在“启磨”或者“停磨”工况下预设的燃料调整量与实际需求量存在偏差，速率计算器45检测到偏差后，通过压力变化率修正因子快速调整燃料量以保证机组能量的平衡。速率计算器45平滑时间设为60s，乘法器47和乘法器48的运算结果为燃料调整单元输出值。(6)燃料输出模块：燃料输出模块76，用于接收燃料校正模块信号，叠加机组负荷指令对应的燃料指令之后，完成多台给煤机燃料指令分配任务。(7)风压校正模块：风压校正模块80用于快速响应“启磨”及“停磨”工况一次风压动态调整的需要，保持磨煤机平均出力与一次风压的动态匹配关系，由偏置手操器51、一阶惯性环节54及函数发生器55组成。偏置手操器51提供了运行人员手动干预一次风压设定值的手段；一阶惯性环节54为风压设定值平滑变化提供了保障；函数发生器55输入量来自计数模块输出的磨煤机运行数量，函数关系如表1所示。由表1可以确定，发生“启磨”和“停磨”工况时，风压校正模块快速调整一次风压指令，既能维持“启磨”工况一次风总流量的稳定，又能预防“停磨”工况制粉控制系统的堵塞，有效地保持了磨煤机平均出力与磨煤机入口一次风量(包括A磨煤机入口一次风流量变送器12、F磨煤机入口一次风流量变送器13及其他磨煤机入口一次风流量变送器)的动态平衡关系。表1风压校正模块函数表磨煤机运行台数0123456风压校正指令(kPa)00-0.5-0.9-1.3-1.6-1.9(8)指令模块：指令模块82用于根据风压校正模块输出和总燃料指令对应的一次风压特性曲线，形成最终的风压控制指令，是由一阶惯性环节52、函数发生器53和加法器56组成。一阶惯性环节52接收总燃料指令并作平滑处理，结果连接到函数发生器53，形成总燃料指令对应的一次风压特性曲线，构成一次风压指令理论曲线，函数关系如表2所示，与风压校正模块80输出值叠加形成最终的风压控制指令。表3和表4分别为“启磨”和“停磨”工况一次风压指令修正曲线。表2一次风压指令理论曲线表3启磨工况一次风压指令修正曲线表4停磨工况一次风压指令修正曲线(9)风压测量模块：风压测量模块83用于一次风母管压力信号测量及处理，是由一次风压母管压力变送器8、一次风压母管压力变送器9、一次风压母管压力变送器10、风压测量通道11、模拟量选择器49和一阶惯性环节50组成。风压测量通道11接收三路一次风母管压力信号，经过逻辑运算后连接到模拟量选择器49，实现三路测量信号“三取中”逻辑功能，并自动检测坏品质信号，当所有信号均不可信时将退出“风压调整单元”自动控制模式，同时发出报警信号。一阶惯性环节50滤波时间设为3s，能够将小幅波动的一次风母管压力转换成平稳可调节的信号，运算结果连接到PID调节器57的输入端。(10)调整模块：调整模块84，对应于组态图中的PID调节器57，用于根据风压指令模块82和风压测量模块83的输出值自动调节一次风母管压力，具有比例和积分功能。(11)风压输出模块：风压输出模块85，对应于组态图中的手/自动控制站58，用于自动平衡两台一次风机出力，根据两台一次风机电流的偏差自动调整A侧一次风母管压力调节阀4和B侧一次风母管压力调节阀5的偏置，防止单侧一次风机出力受阻，出现“抢风”现象。(12)实施效果：a.本实用新型能够克服“启磨”和“停磨”工况时炉膛燃料量及一次风总流量的扰动，维持机组各主要参数的稳定。本实用新型在某电厂的应用效果如图6、图7所示，各项控制指标详见表5和表6。通过表5、表6、图6和图7的内容可以确认，在“启磨”和“停磨”工况下机组各主要参数控制指标均达到《DL/T1210-2013火力发电厂自动发电控制性能测试验收规程》(国家能源局)优秀水平。b.本实用新型在“启磨”和“停磨”工况下，具有自动校正锅炉热负荷与一次风母管压力特性曲线的功能，既降低了热负荷高位运行时的一次风管道阻力，又提高了热负荷低位运行时的一次风携粉能力，避免制粉系统堵塞。效果图见图4、图5。c.本实用新型有效地降低了一次风机电耗，提高了机组节能指标。表7中列举了本实用新型应用案例的相关参数，通过与同类型机组的对比可以看出本实用新型的节能效果。表5启磨工况机组主要参数变化幅值汇总表表6停磨工况机组主要参数变化幅值汇总表表7节能效果数据表注：标注◆的数据来自未使用本实用新型的甲电厂；标注★的数据来自使用本实用新型的乙电厂。此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属
技术领域：
的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。当前第1页1 2 3