一种火电厂煤质低位发热量在线校正系统及方法与流程

本发明属于火电厂锅炉热工参数测量领域，特别涉及一种火电厂煤质低位发热量在线校正系统及方法。

背景技术：

我国富煤、贫油、少气的资源禀赋决定了火电长期以来占据着电源结构的主导地位。随着新能源电力的不断发展，火电利用小时数在逐年下降，但2017火电全年发电量仍占70％以上，其主要原因在于火电的可控性强，相比于新能源电力的大随机性和波动性，火电更利于电网的安全稳定运行。随着新能源电力的不断发展，面对现阶段电网的调度方式，火电的灵活性被提上日程，火电机组运行的灵活性是指机组变负荷的快速性和深度性，在这种高灵活性运行对机组的机炉协调控制系统提出了更高的要求，一方面要求协调控制能够满足电网agc和一次调频考核要求，另一方面又要求协调系统能够适应机组大范围变负荷工况，这使得协调系统的鲁棒性变得至关重要。

煤质变化是影响机组协调系统鲁棒性的重要因素之一。目前，我国大多数电厂采用混煤掺烧来降低发电成本，提高其经济效益，这无疑增加了煤质变化幅度。传统火电机组的煤质低位发热量校正(即btu校正)在一定程度上能够实现煤质的在线校正，其原理是根据设计煤质低位发热量与实际煤质低位发热量的偏差产生校正系数，然后乘以给煤量与设计煤量的偏差做长积分处理，其中实际煤质低位发热量一般由运行人员手动输入给定，对于大迟延大滞后燃煤锅炉，此方法存在严重的滞后，且一般仅适应于燃用煤质低位发热量变化不大的机组。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种火电厂煤质低位发热量在线校正系统及方法,解决了传统的火电机组燃料控制系统中设有的燃料低位发热量校正回路不适用于大迟延大滞后燃煤锅炉的频繁变化的煤质低位发热量的问题。

为了达到上述目的,本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种火电厂煤质低位发热量在线校正系统，包括机组稳态运行工况判断单元、煤质低位发热量在线更新单元和dcs锅炉主控系统，其中，dcs锅炉主控系统电控制连接机组稳态运行工况判断单元和煤质低位发热量在线更新单元；

机组稳态运行工况判断单元用于输出机组稳定工况判别信号，并将该机组稳定工况判别信号输出到dcs锅炉主控系统；

dcs锅炉主控系统用于根据接收到的机组稳定工况判别信号获取煤质低位发热量，并将获取所得的煤质低位发热量传输到煤质低位发热量在线更新单元，煤质低位发热量在线更新单元用于输出校正后给煤基线。

优选地，机组稳态运行工况判断单元的输入端接机组目标负荷、机组实发功率、机前压力设定值和主蒸汽压力反馈值；机组稳态运行工况判断单元的输出端dcs锅炉主控系统。

优选地，机组稳态运行工况判断单元包括第一判断块、第一非门块、第一延迟触发块、第二判断块、第二非门块、第二延迟触发块和与门块，

其中，机组目标负荷和机组实发功率接第一差值块的输入端，第一差值块的输出端接第一判断块的输入端，第一判断块的输出端接第一非门块的输入端，第一非门块的输出端接第一延迟触发块的输入端，第一延迟触发块的输出端接与门块的输入端；

机前压力设定值和主蒸汽压力反馈值接第二差值块的输入端，第二差值块的输出端接第二判断块的输入端，第二判断块的输出端接第二非门块的输入端，第二非门块的输出端接第二延迟触发块的输入端，第二延迟触发块的输出端接与门块的输入端；与门块的输出端dcs锅炉主控系统。

优选地，煤质低位发热量在线更新单元的输入端接煤质低位低位发热量和限速后机组负荷设定，煤质低位发热量在线更新单元的输入端接煤质低位低位发热量和限速后机组负荷设定，煤质低位发热量在线更新单元的输出端dcs锅炉主控系统。

优选地，煤质低位发热量在线更新单元包括逻辑切换块、除法块、限幅块、负荷煤量函数模块和乘法块，其中，煤质低位低位发热量接逻辑切换块输入端的yes端，逻辑切换块输入端的输出端接除法块的输入端，除法块的输入端还接有煤质低位发热量设定值，除法块的输出端接限幅块的输入端，限幅块的输出端接乘法块的输入端；

限速后机组负荷设定值接负荷煤量函数模块的输入端，负荷煤量函数模块的输出端接乘法块的输入端，乘法块的输出端接dcs锅炉主控系统。

一种火电厂煤质低位发热量在线校正方法，基于一种火电厂煤质低位发热量在线校正系统，包括以下步骤：

首先，根据机组稳态运行工况判断单元输出机组稳定工况判别信号，并将该机组稳定工况判别信号输出到dcs锅炉主控系统；

其次，dcs锅炉主控系统根据接收到的机组稳定工况判别信号获取煤质低位发热量，并将获取所得的煤质低位发热量传输到煤质低位发热量在线更新单元；

最后，煤质低位发热量在线更新单元根据煤质低位发热量输出校正后给煤基线。

优选地，机组稳态运行工况判断单元输出机组稳定工况判别信号的具体方法是：

首先，设定机组目标负荷和机前压力设定值的上下限值，其中，

若机组实发功率值小于等于设定的机组目标负荷上限值且大于设定的机组目标负荷下限值，则第一判断块输出的逻辑信号为0；

若机组实发功率值大于设定的机组目标负荷上限值或小于设定的机组目标负荷下限值，则第一判断块输出的逻辑信号为1；

若主蒸汽压力反馈值小于等于设定的机前压力设定值上限值且大于设定的机前压力设定值下限值，则第二判断块输出的逻辑信号为0；

若主蒸汽压力反馈值大于设定的机前压力设定值上限值或小于设定的机前压力设定值下限值，则第二判断块输出的逻辑信号为1；

接着，非门块对接入的开光量信号进行反转，并将输出的开关量信号接入延迟触发块；

接着，迟延触发模块对输入的开关量信号进行迟延触发，其中，当输入的开关量信号是由开关量1变为0时，则不经过迟延直接输出开关量0；当输入的开关量信号是由开光量0变为1时，则经过设定的迟延时间t后输出开关量1；

最后，当与门块接收到的第一延迟触发块和第二延迟触发块输出的开光量信号均为1时，则与门块输出的开光量信号为1，进而说明机组运行工况处于稳态；否则，与门块输出的开光量信号为0。

优选地，煤质低位发热量在线更新单元输出校正后给煤基线的具体方法是：

首先，当逻辑切换块的en端接收到的机组工况稳定信号时，则将yes端的模拟量输入信号作为逻辑切换块的输出逻辑信号a；当辑切换块的en端接收到的机组工况不稳定信号时，则将no端的模拟量输入信号作为逻辑切换块的输出逻辑信号a；

其次，将逻辑信号a和煤质低位发热量设定值输入除法块进行求商计算，除法块输出逻辑信号b；

接着，将逻辑信号b输入限幅块，其中，当逻辑信号b的数值在上限值和下限值之间时，则限幅块输出逻辑信号b；当逻辑信号b的数值大于上限值时，则限幅块输出上限值；当逻辑信号b的数值小于下限值时，则限幅块输出下限值；

接着，将限度后机组负荷设定值输入负荷煤量函数模块进行指令转换，负荷煤量函数模块输出所需的煤量指令；

接着，将限幅块的输出和负荷煤量函数模块输出输入乘法块中进行求积运算，最终乘法块输出校正后给煤基线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种火电厂煤质低位发热量在线校正，将锅炉总热量除以给煤量形成煤质低位发热量的实时计算值；再后，根据机组负荷和主蒸汽压力实时运行值判断机组是否处于稳态运行工况，当机组处于稳态运行工况时，更新并形成稳态煤质低位发热量；最后，将设计煤质低位发热量除以稳态煤质低位发热量，得到煤质校正系数，直接乘在锅炉主控上调整机组总给煤量，从而有效克服大迟延大滞后燃煤锅炉煤质煤种多变对单元机组运行的稳定性和经济性的强烈影响。

附图说明

图1机组稳态运行工况判断逻辑；

图2稳态煤质低位发热量在线更新校正逻辑。

具体实施方式

下面结合附图,对本发明进一步详细说明。

本发明提供的一种火电厂煤质低位发热量在线校正系统，包括：机组稳态运行工况判断单元和煤质低位发热量在线更新单元，其中，

机组稳态运行工况的判定，由于机组负荷和机前压力的变化情况能够展现机组是否处于稳态工况，因此，本申请以机组负荷和机前压力来判定机组是否处于稳态运行工况。

对于机组负荷，当机组实发功率与其目标负荷的偏差小于一定范围，且持续一定时间后两者的偏差仍然小于一定范围时，认为机组负荷处于稳态工况；

对于机前压力，当机前压力反馈值与其设定值的偏差小于一定范围，且持续一定时间后两者的偏差仍然小于一定范围时，认为机前压力处于稳态工况；

当机组负荷和机前压力同时处于稳态工况时，认为机组进入稳态工况，此时将机组稳定运行状态置1。

如图1所示，机组稳态运行工况判断单元包括第一差值块、第一判断块、第一非门块、第一延迟触发块、第二差值块、第二判断块、第二非门块、第二延迟触发块和与门块，其中，机组目标负荷和机组实发功率接入第一差值块的输入端，第一差值块的输出端接入第一判断块，第一判断块的输出端接入第一非门块，第一非门块的输出端接入第一延迟触发块，第一延迟输出端接入与门块的输入端；

机前压力设定值和主蒸汽压力反馈值接入第二差值块的输入端，第二差值块的输出端接入第二判断块，第二判断的输出端接入第二非门块，第二非门块的输出端接入第二延迟触发块，第二延迟输出端接入与门块的输入端；与门块输出机组稳定工况判别信号。

如图2所述，煤质低位发热量在线更新单元主要用于决定计算所得煤质低位发热量如何更新。由于煤质低位发热量是在稳态工况下计算所得，而在动态过程中机组各个运行参数在时序上并不匹配，计算所得的煤质低位发热量不能反映当前机组的实际运行情况，因此在煤质低位发热量只能在稳态工况下进行更新。

煤质低位发热量在线更新单元包括逻辑切换块、除法块、限幅块、负荷煤量函数模块和乘法块，其中，逻辑切换块输入端yes端接煤质低位发热量实时计算值，no端接逻辑切换块的输出，en使能端接稳态工况判断，逻辑切换块的输出端同时接入除法块的输入端；除法块的输入端接煤质低位发热量的设计值和逻辑切换块的输出端，得到煤质低位发热量的校正系数，并通过输出端送入限幅块；在限幅块中，将校正系数与该校正系数的上下限值进行限幅处理，之后通过输出端送入乘法块；

限速后机组负荷设定接入负荷煤量函数模块得到所需的煤量指令；在乘法块中将校正系数和所需的煤量指令进行求积计算，得到校正后的给煤基线作出输出送入dcs锅炉主控系统中进行优化控制，具体地：

首先，当逻辑切换块的en端接收到的机组工况稳定信号时，则将yes端的模拟量输入信号作为逻辑切换块的输出逻辑信号a；当辑切换块的en端接收到的机组工况不稳定信号时，则将no端的模拟量输入信号作为逻辑切换块的输出逻辑信号a；

其次，将逻辑信号a和煤质低位发热量设定值输入除法块进行求商计算，除法块输出逻辑信号b；

接着，将逻辑信号b输入限幅块，其中，当逻辑信号b的数值在上限值和下限值之间时，则限幅块输出逻辑信号b；当逻辑信号b的数值大于上限值时，则限幅块输出上限值；当逻辑信号b的数值小于下限值时，则限幅块输出下限值；

接着，将限度后机组负荷设定值输入负荷煤量函数模块进行指令转换，负荷煤量函数模块输出所需的煤量指令；

接着，将限幅块的输出和负荷煤量函数模块输出输入乘法块中进行求积运算，最终乘法块输出校正后给煤基线。

其中各个功能模块的说明如下：

差值块的输出为输入端in1的数值与输入端in2的数值之差；

对接收到的信号值进行判断，若小于等于设定的上限值且大于设定的下限值则输出0，若大于设定的上限值或小于设定的下限值则输出1；

非门块对接入信号反转，输入为开光量1时输出为开光量0，输入为开光量0时输出开关量1；

迟延触发模块对输入的开关量信号进行迟延触发，当输入信号为开关量1变为0时不经过迟延输出为开关量0，当输入信号为开光量0变为1时经过设定的迟延时间t后输出为开关量1。

与门块当接入全部输入端为1时，输出为1，任一接入端为0时，输出为0；

逻辑切换块当使能端en为开关量信号1时，选择yes端的模拟量输入信号作为输出；当使能端en为开光量信号0时，选择no端的模拟量输入信号作为输出；

除法块的输出为输入端in1的数值与输入端in2的商；

乘法块的输出为输入端in1的数值与输入端in2的积；

在限幅块中设定除法块输出的逻辑信号的上下限值，并根据设定的上限值high和下限值low对输入信号进行限幅处理，当输入信号在上限值和下限值之间时输出与输入信号相等；当输入信号大于上限值时，输出为上限值；当输入信号小于下限值时，输出为下限值；

负荷煤量函数块为多点折线函数形式，将输入信号限速后负荷指令转换为所需的煤量指令。

1)煤质低位发热量在线计算

燃煤在锅炉中燃烧并利用的热量是锅炉有效吸热量，而其热损失主要包括排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失、散热损失、灰渣物理热损失。在各项损失中，排烟损失占比最大，其他损失占比较小，可忽略不计，因此，本专利认为燃煤在锅炉燃烧产生的热量主要以锅炉有效吸热量和排烟热损失为主，并建立以锅炉有效吸热量和排烟热损失为主的锅炉总热量，然后除以给煤量得出入炉煤低位发热量，具体计算公式如下

式中：qnet,ar为煤的低位发热量，kj/kg；qb为以锅炉有效吸热量和排烟热损失为主的锅炉总热量，mw；bv为给煤量，kg/s；k为与效率相关的系数。

a)锅炉有效吸热量在线计算

锅炉内工质吸收的有效热量可以表示为主蒸汽与再热蒸汽吸收的热量之和，减掉加热给水消耗的热量以及过热和再热器部分减温水消耗的热量。具体计算公式如下：

q1＝dgrigr-dgsigs+djws(izr-ijws)+dzr(izr-igp)(2)

式中：dgr为主蒸汽流量，kg/s；igr为主蒸汽焓，mj/kg；igs为给水焓，mj/kg；dgs为给水流量，kg/s；djws为减温水流量，kg/s；ijws为减温水焓，mj/kg；dzr为再热蒸汽流量，kg/s；izr为再热蒸汽焓，mj/kg；igp为高缸排汽焓，mj/kg。

b)排烟热损失在线计算

排烟热损失可以根据冷风温度和排烟温度、结合总风量来计算。具体计算公式如下：

q2＝1.071*(1.3593+0.000188t1)*(t1-t0)*qa(3)

式中：qa为总风量，kg/s；t0为冷风温度，℃；t1为排烟温度，℃。

本发明的有益效果是实时计算燃煤机组的煤质低位发热量，并实时校准机组给煤基线，克服由于煤质多变对单元机组运行的稳定性和经济性的影响。

本发明提供一种火电厂煤质低位发热量在线校正方法，包括机组稳态运行工况的判定、煤质低位热量的在线计算、稳态煤质低位发热量在线更新校正。所述一种火电厂煤质低位发热量在线校正方法：

按照图1、图2所示组态在控制系统中搭建组态。

第一步，按照说明书中有效吸热量在线计算方法，将主蒸汽流量、主蒸汽压力、主蒸汽温度、给水流量、给水压力、给水温度、再热蒸汽流量、再热热段蒸汽压力、再热热段蒸汽温度、再热冷段蒸汽压力、再热冷段蒸汽温度、过热减温水流量、再热减温水流量等实时信息计算锅炉有效吸热量，具体计算公式如下：

q1＝dgrigr-dgsigs+djws(izr-ijws)+dzr(izr-igp)

(1)

式中：dgr为主蒸汽流量，kg/s；igr为主蒸汽焓，mj/kg；igs为给水焓，mj/kg；dgs为给水流量，kg/s；djws为减温水流量，kg/s；ijws为减温水焓，mj/kg；dzr为再热蒸汽流量，kg/s；izr为再热蒸汽焓，mj/kg；igp为高缸排汽焓，mj/kg。

第二步，按照说明书中所示的排烟热损失在线计算方法，将总风量、冷风温度、热风温度等实时信息计算排烟损失，具体计算公式如下：

q2＝1.071*(1.3593+0.000188t1)*(t1-t0)*qa

(2)

式中：qa为总风量，kg/s；t0为冷风温度，℃；t1为排烟温度，℃。

第三步，按照说明中所示的煤质低位发热量在线计算方法，将锅炉有效吸热量与排烟热损失叠加，形成以有效吸热量与排烟热损失为主的锅炉总热量，并除以给煤量，得到入炉煤质低位发热量。

第四步，按照图1所示的机组稳态运行工况判断逻辑，依据机组负荷和主蒸汽压力的实时信息，实时判断机组是否处于稳态工况，当机组处于稳态工况时，机组稳态运行工况判断逻辑输出1。其中第三判断块的上限值设置为6mw，下限值设置为-6mw；第七延迟触发块的迟延时间设置为300秒；第四判断块的上限值设置为0.3mpa，下限值设置为-0.3mpa；第七延迟触发块的迟延时间设置为300秒。

第五步，按照图2所示的稳态煤质低位发热量更新校正逻辑，对实时计算的煤质低位发热量进行稳态更新。当机组稳态运行工况判断逻辑输出为1时，实时计算的煤质低位发热量作用至除法模块，经过限幅模块后对当前的煤量曲线进行校正；但机组稳态运行工况判断逻辑输出为0时，此时第一逻辑切换块的输出将保留上一刻的结果，不对煤量曲线进行校正。第三限幅块的上限值设置为1.1，下限值设置为0.9。负荷煤量函数则根据机组的实际运行情况和设计工况下的低位发热量进行设置，即负荷和煤量指令的关系曲线，一般为线性函数关系。