一种电站锅炉负压协同控制方法及系统与流程

本发明属于电站锅炉负压协同控制领域，特别涉及一种电站锅炉负压协同控制方法及系统。

背景技术：

在环保形势严峻的大环境下，清节能源发电的清洁环保优势突显，但清节能源发电受风、光资源的影响较大，不能满足电网调峰的要求，因而大容量火力发电机组不仅要适应带基本负荷的需要，而且要适应电网深度调峰的更高要求。频繁的调节对电厂辅助设备必须具有较高的可靠性和快速调节能力。同时，电站锅炉是火力发电厂三大主机最重要的设备之一，其安全可靠系数的大小直接影响整个电厂长期的盈利能力，因此，制造厂对锅炉保护设计也越来越苛刻，运行过程中保护要求级别最高，目前部分设备的负压保护要求为正负1500pa。其严格的保护要求对风烟系统设备的响应速度和负压的控制精度提出更高的要求，尤其在快速响应电网的调峰或锅炉辅机事故跳闸工况下的快速调节。

现有技术一种炉膛负压控制系统，其特征在于获取炉膛负压的测量值，再依据炉膛负压的测量值，调整引风机的执行机构，使其达到控制炉膛负压的目的，其控制方法依然采用反馈和跟踪调节的方式。机组不同工况下辅机跳闸或燃料快速变化，其控制系数快速响应系数k不会因负荷的不同而变化，系统只能通过增加一些前馈量使引风机能够超前调节，但超前的量不会因影响因素的改变而变换造成现有控制稳定性较差，只能等影响因素体现在锅炉负压测量值后引风机才开始调节，这种控制手段延误了最佳调节时机；同时，当机组不同负荷下辅机设备跳闸瞬间，单靠引风机调节很难将炉膛负压快速稳定，经常导致负压超限触发保护导致机组跳闸。

在负压变化过程中，由于负压反馈延迟性的存在，不同的负荷、不同负压扰动的因素所导致负压波动的量及延迟时间都不一样，采用单一控制模式的负压控制方式存在过调或欠调，导致正常工况负压调节品质差，恶劣工况经常导致负压越界触发保护动作等不足；同时现有控制方式不能识别制粉系统设备启停、煤量非线变化、辅机跳闸、档板非线性等因素对负压的影响，只能等待影响因素反映到负压值时，调节系统才开始产生指令，由于负压延迟性的存在，往往会错过最佳的调节时机。

其次，目前锅炉负压的控制较为被动，风机启动后不能自行识别和跟踪锅炉负压，需要运行人员投相应自动按钮及设定相应的负压目标值，由于需要人为干预点较多，给运行人员提高误操作的概率创造机会，增加人为不安全因素对机组的威胁。

现有控制手段跟踪目标较为单一，锅炉负压测点坏质量时，自动切除引风机自动，影响机组协调自动控制以及机组自动加减负荷能力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电站锅炉负压协同控制方法及系统，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电站锅炉负压协同控制方法，包括以下步骤：

建立锅炉烟风系统运行工况识别模块，锅炉烟风系统运行工况识别模块是将锅炉烟风系统的运行工况分成五个阶段判断，用于锅炉烟风系统在启动或运行过程中自行识别锅炉运行所处的工况，识别所处工况中的影响因素，提前识别扰动因素，优选调节系数；

建立负压影响因素模块，在烟风系统运行工况的五个阶段分别建立负压影响因素；

在锅炉烟风控制系统中建立控制系数处理模块，负压影响因素模块识别锅炉运行工况并分析判断所处工况的负压影响因素，将影响因素分析结果发送给锅炉负压控制系数处理模块，用于对影响因素有针对性的调节；

建立控制系数选择模块接收控制系数处理模块的信号后，对输入信息有针对性的分类识别并选择好控制系数，并将控制系数发送给接收指令模块；

建立接收指令设备模块，当控制系数选择模块将控制系数选择后发送给接收指令设备模块，接收指令设备模块将指令分配给引风、送风、一次风、二次风挡板设备协作调节。

进一步的，五个阶段包括烟风系统启动锅炉未点火阶段、锅炉点火未投煤阶段、锅炉点火投煤升温升压阶段、锅炉带初负荷阶段、锅炉正常带负荷阶段。

进一步的，锅炉未点火阶段，是指开始启动风机至第一支油枪投入，或第一支等离子点火器投入；锅炉点火未投煤阶段，是指第二支油燃器投入或第二支等离子燃烧器投入，给煤机未启动；锅炉点火投煤阶段，是指燃油或等离子投入正常，给煤机已启动，并有煤粉连续进入锅炉；锅炉升温升压阶段，是指锅炉压力升至1.2mpa—1.5mpa，温度升至187℃—198℃热态冲洗至汽轮机定速3000r/min；锅炉带初负荷阶段，是指机组负荷大于5mw至锅炉最低稳燃负荷或锅炉燃油点火系统、锅炉等离子点火系统完全退出运行；锅炉正常带负荷阶段，是指发电机组的电功率或折算电负荷所消耗的锅炉燃煤量大于锅炉的最低稳。

进一步的，负压影响因素的建立：

在烟风系统锅炉未点火阶段建立引风机对锅炉负压的影响因素kst1y、送风机对锅炉负压的影响因素kst1s、一次风机对锅炉负压的影响因素kst1yc、引风机入口门响应速度对负压的影响因素kst1yr、送风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst1sc、一次风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst1ycc、磨煤机通风量对负压的影响因素kst1mtf；

在锅炉点火未投煤阶段建立引风机对锅炉负压的影响因素kst2y、送风机对锅炉负压的影响因素kst2s、一次风机对锅炉负压的影响因素kst2yc、引风机入口门响应速度对负压的影响因素kst2yr、送风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst2sc、一次风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst2ycc、磨煤机通风量对负压的影响因素kst2mtf；

在锅炉点火升温升压阶段建立引风机对锅炉负压的影响因素kst3y、送风机对锅炉负压的影响因素kst3s、一次风机对锅炉负压的影响因素kst3yc、引风机入口门响应速度对负压的影响因素kst3yr、送风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst3sc、一次风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst3ycc、磨煤机通风量对负压的影响因素kst3mtf、入炉煤量变化对负压的影响因素kst3ml；

在锅炉带初负荷阶段建立引风机对锅炉负压的影响因素kst4y、送风机对锅炉负压的影响因素kst4s、一次风机对锅炉负压的影响因素kst4yc、引风机入口门响应速度对负压的影响因素kst4yr、送风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst4sc、一次风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst4ycc、磨煤机通风量对负压的影响因素kst4mtf、入炉煤量变化对负压的影响因素kst4ml；

在锅炉正常带负荷阶段建立引风机对锅炉负压的影响因素kst5y、送风机对锅炉负压的影响因素kst5s、一次风机对锅炉负压的影响因素kst5yc、引风机入口门响应速度对负压的影响因素kst5yr、送风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst5sc、一次风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst5ycc、磨煤机通风量对负压的影响因素kst5mtf、入炉煤量变化对负压的影响因素kst5ml。

进一步的，控制系数处理模块包括：能量平衡输出、反馈变化输出、燃料变化输出、系统计阻力输出。

进一步的，能量平衡输出，通过风机和燃料的出力贡献计算，风机在产生的能量与入炉燃煤燃烧所产生的能量的比例系数，锅炉负压处于平衡状态时，引风机总输出能量等于送风机所产生的能量加一次风机所产生的能量再加入炉燃煤燃烧所产生的能量，能量比随烟风系统出力的增加而增加，能量平衡系数控制为1.3—1.7；

反馈输出是在锅炉负压的正常控制范围，在-50pa至-150pa，在锅炉负压测量输出故障或反馈坏质量时，自行锁定风机的执行机构并根据历史运行数据参照能量平衡系数控制；

燃料变化输出，是在进入锅炉的燃料在短时间内发生变化时对负压的影响，负压变化的剧烈程度与燃料量变化的剧烈程度成正比关系，其修正系数为：f(负压变化量)＝(燃料变化前-燃料变化后)/燃料变化前；

系统计阻力输出，在烟风系统运行过程中，系统阻力随烟风系统负荷的增加而增大，运行阻力随烟风系统负荷的增加而增加，其修正系数为：f(负压影响的大小)＝f(烟风系统的出力)。

进一步的，控制系数选择模块包括：能量平衡系数、反馈识别系数、燃料能量系数、系统阻力修正系数。

进一步的，能量平衡，当锅炉烟风系统辅机或磨煤机跳闸时，故障发生短时间内负压反馈未及时反应，通过风机能量超前锁定输入输出能量平衡；

能量平衡输出激发条件：即在锅炉存在辅机跳闸输出，或负压影响因素被预估负压扰动值大于±500pa范围时被激活，锅炉负压反馈扰动小于±300pa时，能量平衡系数作用结束；

反馈识别系数，烟风系统正常运行情况下，负压控制系统结合锅炉负压的反馈值；

在负压测量装置坏质量，未能正常输出时反馈识别系数被激活，或在负压波动小于±300pa时一直被激活；

燃料能量系数，在锅炉正常运行过程中，当存在给煤机断煤或磨煤机跳闸时均激活燃料能量系数；

系统阻力修正系数，当烟风系统的出力改变时，系统的阻力也随风机的出力增加而增加，系统阻力修正系数和风机出力成正比。

进一步的，一种电站锅炉负压协同控制系统，包括：

锅炉烟风系统运行工况识别模块用于锅炉烟风系统运行工况识别模块是将锅炉烟风系统的运行工况分成五个阶段判断，用于锅炉烟风系统在启动或运行过程中自行识别锅炉运行所处的工况，识别所处工况中的影响因素，提前识别扰动因素，优选调节系数；

负压影响因素模块用于在烟风系统运行工况的五个阶段分别建立负压影响因素；

控制系数处理模块用于负压影响因素模块识别锅炉运行工况并分析判断所处工况的负压影响因素，将影响因素分析结果发送给锅炉负压控制系数处理模块，用于对影响因素有针对性的调节；

控制系数选择模块用于接收控制系数处理模块的信号后，对输入信息有针对性的分类识别并选择好控制系数，并将控制系数发送给接收指令设备模块；

接收指令设备模块用于当控制系数选择模块将控制系数选择后发送给接收指令设备模块，接收指令设备模块将指令分配给引风、送风、一次风、二次风挡板设备协作调节。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明一种电站锅炉负压协同控制方法，采用分阶段，分类识别影响因素控制，有针对性的对诱发锅炉负压扰动因素选择对应该的控制系数，有效解决现有控制策略单一系数到底的控制思路，多系数联动有效解决不同负荷、不同负压扰动的因素所导致负压波动的量及延迟时间都不一样而导致负压过调、欠调带来调节品质差以及恶劣工况经常导致负压越界触发保护动作等不足；

本控制技术加增了燃料波动识别和系统阻力修正，燃料短时间内的变化速度将形成不同控制指令提前告知引风机对负压进行超前调节，非等负压反馈发生变化后才进行调节，有效克服制粉系统设备启停、煤量非线变化、辅机跳闸等因素对负压的冲击，来自燃料变化及辅机跳闸对负压的调节有较大的改善，避免负压反馈延迟错过最佳的调节时机而导致锅炉保护运导致机组跳闸；

其次，本控制方法在风机启动后自行识别和跟踪锅炉负压，无需要运行人员投相应自动按钮及设定相应的负压目标值，避免运行人员误操作，降低人为不安全因素对锅炉运的威胁。同时采用本控制方法为多目标控制，克服现有控制手段跟踪目标较为单一、锅炉负压测点坏质量引风机切除自动给锅炉安全运行带来的风险。

附图说明

图1为未点火阶段控制流程图；

图2为点火未投煤阶段控制流程图

图3为升温升压阶段控制流程图

图4为带初负荷阶段控制流程图

图5为正常带负荷阶段控制流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

本发明一种电站锅炉负压协同控制方法及系统，是在锅炉烟风控制系统中建立锅炉负压控制模型，包括锅炉运行工况识别模型、负压影响因素模型、负压控制系数模型、负压指令分配模型。

在锅炉烟风系统启动及正常运行过程中控制系统通过识别锅炉不同运行工况下的锅炉负压不同影响因素，有针对性选择模型对应的控制系数，形成对应的控制量或超前响应锅炉负压调节，克服现有负压控制技术在指令与反馈非同步而导致的负压过调或欠调；不同锅炉负荷下辅机故障跳闸时采用唯引风引调负压非线性变化的控制方法存在调节品质差，在辅机故障或机组紧急情况导致负压扰动较大的工况时，直利用送引风的出力共同协作控制，达到快速稳定负压，克服现有负压控制策略在辅机故障产生恶劣工况失稳导致负压越线触发炉膛超压保护动作；

其次，目前锅炉负压的控制策略较为被动，风机启动后不能自行识别和及时跟踪锅炉负压，需要运行人员投相应自动按钮及设定相应的负压目标值，由于需人为干预点较多，给运行人员提高误操作的概率创造机会，增加人为不安全因素对锅炉安全运行的威胁。同时现有控制策略负压跟踪信号单一，当目标坏质量时切除自动存在较大的安全隐患，一种锅炉负压协同控制方法能够实现风机启动后自行锁定锅炉负压值，当跟踪目标存在坏质量问题或目标失真时，会自行通过辅机出力、燃烧工况、挡板开度综合分析并判断是否需调节，克服了人为误操及目标坏质量给锅炉带来的安全隐患。

具体的：

第一步：建立锅炉烟风系统运行工况识别模块，所述锅炉烟风系统运行工况识别模块是将锅炉烟风系统的运行工况分成五个阶段判断，以实现锅炉烟风系统在启动或运行过程中自行识别锅炉运行所处的工况，快速识别所处工况中的影响因素，达到提前识别扰动因素，快速优选调节系数的目的。

所述五个阶段包括烟风系统启动锅炉未点火阶段、锅炉点火未投煤阶段、锅炉点火投煤升温升压阶段、锅炉带初负荷阶段、锅炉正常带负荷阶段。

所述锅炉未点火阶段，是指开始启动风机至第一支油枪投入，或第一支等离子点火器投入；

所述锅炉点火未投煤阶段，是指第二支油燃器投入或第二支等离子燃烧器投入，给煤机未启动；

所述锅炉点火投煤阶段，是指燃油或等离子投入正常，给煤机已启动，并有煤粉连续进入锅炉；

所述锅炉升温升压阶段，是指锅炉压力升至1.2mpa—1.5mpa，温度升至187℃—198℃热态冲洗至汽轮机定速3000r/min；

所述锅炉带初负荷阶段，是指机组负荷大于5mw至锅炉最低稳燃负荷或锅炉燃油点火系统、锅炉等离子点火系统完全退出运行；

所述锅炉正常带负荷阶段，是指发电机组的电功率或折算电负荷所消耗的锅炉燃煤量大于锅炉的最低稳。

第二步：建立负压影响因素模块，分别在烟风系统锅炉未点火阶段建立引风机对锅炉负压的影响因素kst1y、送风机对锅炉负压的影响因素kst1s、一次风机对锅炉负压的影响因素kst1yc、引风机入口门响应速度对负压的影响因素kst1yr、送风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst1sc、一次风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst1ycc、磨煤机通风量对负压的影响因素kst1mtf。

在锅炉点火未投煤阶段建立引风机对锅炉负压的影响因素kst2y、送风机对锅炉负压的影响因素kst2s、一次风机对锅炉负压的影响因素kst2yc、引风机入口门响应速度对负压的影响因素kst2yr、送风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst2sc、一次风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst2ycc、磨煤机通风量对负压的影响因素kst2mtf。

在锅炉点火升温升压阶段建立引风机对锅炉负压的影响因素kst3y、送风机对锅炉负压的影响因素kst3s、一次风机对锅炉负压的影响因素kst3yc、引风机入口门响应速度对负压的影响因素kst3yr、送风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst3sc、一次风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst3ycc、磨煤机通风量对负压的影响因素kst3mtf、入炉煤量变化对负压的影响因素kst3ml。

在锅炉带初负荷阶段建立引风机对锅炉负压的影响因素kst4y、送风机对锅炉负压的影响因素kst4s、一次风机对锅炉负压的影响因素kst4yc、引风机入口门响应速度对负压的影响因素kst4yr、送风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst4sc、一次风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst4ycc、磨煤机通风量对负压的影响因素kst4mtf、入炉煤量变化对负压的影响因素kst4ml。

在锅炉正常带负荷阶段建立引风机对锅炉负压的影响因素kst5y、送风机对锅炉负压的影响因素kst5s、一次风机对锅炉负压的影响因素kst5yc、引风机入口门响应速度对负压的影响因素kst5yr、送风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst5sc、一次风机出口门响应速度对锅炉负压的影响因素kst5ycc、磨煤机通风量对负压的影响因素kst5mtf、入炉煤量变化对负压的影响因素kst5ml。

第三步：在锅炉烟风控制系统中建立控制系数处理模块，在整个锅炉烟风系统运行过程中，控制系统自行识别锅炉烟风系统的运行工况，通过工况识别模块将锅炉烟风系统所处的运行工况发送给负压影响因素模块，负压影响因素模块识别锅炉运行工况并分析判断所处工况的负压影响因素，并将影响因素分析结果发送给锅炉负压控制系数生成模块，以实现对影响因素有针对性的调节。

所述控制系数处理模块包括：能量平衡输出、反馈变化输出、燃料变化输出、系统计阻力输出。

所述能量平衡输出，通过风机和燃料的出力贡献计算，风机在产生的能量与入炉燃煤燃烧所产生的能量的比例系数，锅炉负压处于平衡状态时，引风机总输出能量等于送风机所产生的能量加一次风机所产生的能量再加入炉燃煤燃烧所产生的能量，由于系统固有阻力的存在，能量比随烟风系统出力的增加而增加，能量平衡系数控制为1.3—1.7。

所述反馈输出是在锅炉负压的正常控制范围，正常情下控制在-50pa至-150pa，在锅炉负压测量输出故障或反馈坏质量时，自行锁定风机的执行机构并根据历史运行数据参照能量平衡系数控制，保证锅炉运行安全。

所述燃料变化输出，是在进入锅炉的燃料在短时间内发生变化时对负压的影响，负压变化的剧烈程度与燃料量变化的剧烈程度成正比关系，其修正系数为：f(负压变化量)＝(燃料变化前-燃料变化后)/燃料变化前。

所述系统计阻力输出，在烟风系统运行过程中，系统阻力随烟风系统负荷的增加而增大，运行阻力随烟风系统负荷的增加而增加，因此在控制系统中必须修正，其修正系数为：f(负压影响的大小)＝f(烟风系统的出力)。

第四步：建立控制系数选择模块接收控制系数处理模块的信号后，对输入信息有针对性的分类识别并选择好控制系数，并将控制系数发送给接收指令设备模块，所述控制系数选择模块包括：能量平衡系数、反馈识别系数、燃料能量系数、系统阻力修正系数

所述能量平衡，当锅炉烟风系统辅机或磨煤机跳闸时，故障发生短时间内负压反馈未及时反应，通过风机能量超前锁定输入输出能量平衡的一种控制策略。

所述能量平衡输出进一步包括激发条件，即在锅炉存在辅机跳闸输出，或负压影响因素被预估负压扰动值大于±500pa范围时被激活，锅炉负压反馈扰动小于±300pa时，能量平衡系数作用结束；

所述反馈识别系数，烟风系统正常运行情况下，负压控制系统结合锅炉负压的反馈值

在负压测量装置坏质量，未能正常输出时反馈识别系数被激活，或在负压波动小于±300pa时一直被激活。

所述燃料能量系数，在锅炉正常运行过程中，瞬间失去全部或部分燃料都会对炉膛负压有影响，影响的大小与在一定时内瞬间失去燃料的多少有直接的关系，当存在给煤机断煤或磨煤机跳闸时均激活燃料能量系数。

所述系统阻力修正系数，由于系统阻力的存在，当烟风系统的出力改变时，系统的阻力也随风机的出力增加而增加，系统阻力修正系数和风机出力成正比。

第五步：建立接收指令设备模块，当控制系数选择模块将控制系数选择后发送给接收指令设备模块，接收指令设备模块将指令分配给引风、送风、一次风、二次风挡板等设备协作调节。达到快速稳定锅炉负压的目的。