专利名称：基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于燃煤火电厂控制技术领域，是ー种基于对现场设备操作记录中，寻找到最优的操作方式 ，将其归纳总结后形成的控制规则，并在控制装置中实现的基于规则的控制方法和一整套相对应控制装置。
背景技术：
当前，随着燃煤机组的发展和应用，对燃煤机组的控制深度也提出更新的要求，如对燃煤火电发电厂节能和降低NOx排放的控制。而这些參数的控制存在多參量、控制模型复杂等的特点，用常规的PID控制方式已经很难担负这些任务，而基于模型的控制方法以及像神经网络等涉及到高水平的人力资源，而且维护困难。基于规则的控制方法可以很好的解决上述这些问题，通过对历史数据的挖掘及人エ分析，找出每个エ况下的最优操作结果，通过规则控制方法，直接控制现场设备，完全可以有效的实现对节能降耗等用常规方法无法完成的控制。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明公开了ー种基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制方法，内容主要以エ况优化为基本优化手段，通过数据的深层次分析和挖掘，解析运行的历史行为，获得运行模式知识库，对电厂进行全厂节能综合评估和诊断，分析节能潜力，提供用于优化操作的知识库和规律，形成降低NOX和提高锅炉效率的规则，通过本发明实现对现场设备控制，达到降低NOX和提高锅炉效率的目标。本发明具体采用以下方案。一种基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(I)基于对现场设备的被控參数进行操作的历史操作记录，针对提高锅炉效率和降低NOx排放两个不同控制目标，寻找各种エ况參数组合下对所述现场设备的被控參数的最优的操作方式，并将这些最优的操作方式汇总形成两套控制规则；其中现场设备包括磨二次风门，燃烬风门，エ况參数包括机组功率、煤质系数和磨运行配风方式；(2)将步骤(I)中形成的相对于控制节煤及降氮两个不同控制目标的两套控制规则加载到PLC控制站中；(3)在操作员站选择提高锅炉效率或降低NOx排放不同的控制目标指令下发给PLC控制站；(4) PLC控制站在接到操作员站下发的控制目标指令后选择该控制目标对应的控制规则，根据当前エ况參数组合，从所述控制规则中选择对应的对被控參数的控制值，并实时形成相应的当前操作指令下发给分散控制系统DCS ；(5)当分散控制系统DCS接收到PLC控制站下发的当前操作指令后，在分散控制系统DCS内部与原有的自动逻辑进行切換，用当前操作指令替换原有的自动逻辑指令，并通过分散控制系统DCS原有的设备手操站等，最終控制现场设备，即磨二次风门及燃烬风门。本发明还公开了ー种实现上述基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制方法的装置，包括计算站、操作员站、交換机、PLC维护站、PLC控制站，以及各DCS系统，其特征在于计算站、操作员站以及PLC维护站通过交换机与PLC控制站网络相连；PLC控制站与各分散控制系统DCS通过控制线和网络相连；计算站用于完成实时煤质系数和机组功率的计算，为PLC控制站提供当前的煤质系数及机组功率；操作员站用于运行人员进行提高锅炉效率或降低NOx排放的不同的控制目标指令的投切，并监视相关的エ况參数、被控參数的控制值；PLC维护站用于维护工程师维护PLC控制站的控制逻辑；PLC控制站用于实现整个控制功能，实现实时逻辑判断，并接受操作员站下发的控制指令，井根据计算站上传的当前エ况參数和相应的控制规则形成当前操作指令下发给各分散控制系统DCS，完成对现场设备的控制。本发明公开装置的操作指令最后在DCS系统切换后，送到现场进行控制。本发明可以获得锅炉效率与氮氧化物排放多目标优化的运行方案，实现锅炉污染物排放最低(预设值)时的锅炉优化运行方案，或者获得锅炉效率最大时的优化运行方案。本发明相对于现有技术，具有以下有益效果I、找ー种最新的有效的对于复杂控制对象控制方法的途径；对于复杂的控制对象，如锅炉效率和Ν0Χ，由于受到多因素(煤质，负荷，运行状态)的影响，采用常规的方法无法完成，而采用本专利的方法，通过对最优操作方式的挖掘，并对參数理论分析后，形成控制规则，方便的完成对控制目标的控制。2、减少在系统维护过程中高智力人力的投入；对于复杂的控制对象，现常常采用如神经网络，状态观察器等现代控制理论和方法，需要非常高的智力投入，本专利的控制方法取之于运行经验，非常容易被现场运行人员及维护人员接受，所以减少了高水平人力资源的投入。3、降低控制系统运行风险；由于本专利采用的控制方法取之于以往的运行经验，各个エ况下的控制均得到过有效的验证，相对于传统控制方法，本方法几乎没有风险。4、有效的融合了理论知识和现场经验。、本专利采用了对以往运行最优操作方式的挖掘，并对相关的エ况參数进行理论分祈，很好的融合的理论知识和现场经验。
图I基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制方法流程图；图2为基于规则的基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制装置结构组成示意图。
具体实施例方式
下面结合说明书附图，对本发明的技术方案进ー步详细介绍。图I为电站锅炉燃烧节煤降氮控制方法流程图，
本申请公开的基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制方法，包括以下步骤(一)根据控制节煤及降氮的控制目标，基于对被控參数进行的对现场设备的历史操作记录，相对于控制锅炉效率的提升及降氮两个不同控制目标，寻找各种负荷，煤质，及磨运行组合下对所述提升锅炉效率和降低NOX的最优的操作方式，并将这些最优的操作方式下得到磨二次风门控制值以及燃烬风门控制值汇总形成两套控制规则；其中エ况參数，包括负荷，煤质，及磨运行组合，具体处理为负荷采用区段的方式，工程中以30丽为ー个区段对负荷进行划分，[300, 330] [330,360]……[600，630]，可以涵盖整个负荷区间;对于煤质系数，在计算站中计算出煤质后也进行区段划分，并将区分标记送给PLC;对于磨运行组合采取的方法是，采用两类控制方式，一类是单磨的二次风配风控制方式，一类是整体配风方式，原则上当所有运行磨全部投入规则控制吋，自动采用整体配风方式，其他情况采用单磨配风方式；但当在整体配风方式没有的运行组合情况出现吋，就切换到单磨配风规则方式；整体配风方式主要是通过控制锅炉各层二次风的不同进风量，可以改变进入炉膛燃料的燃烧，从而控制NOX的生成和锅炉效率的改变；单磨配风主要是考虑磨运行后能保证从该磨进入炉膛燃烧的二次风量。 (ニ)将上述的规则下装到PLC，在PLC内部进行功能判断，包括运行人员在操作员站上得功能选择，及控制功能投入/切除判断，控制功能在计算站及分散控制系统DCS出现通讯故障下自动切除判断，规则功能判断等，选择出最終的指令，送给分散控制系统。(三)选择后的指令送入分散控制系统DCS系统，为保证生产安全，在DCS侧增加对输入指令的限值判断，这样当PLC发生故障时引起的指令变动被限制在ー个安全值之内，从而能保证系统的稳定运行。(四)由于原磨二次风及燃烬风的控制在DCS侧控制，但在优化控制方案中也需要对二次风及燃烬风进行控制，为减少对现场设备的硬件改造，控制方案采用将控制指令送给DCS系统，通过在与DCS中原有该设备的自动逻辑在DCS系统中进行控制指令的切換，实现优化控制方案可控制或DCS控制，在优化实现控制功能的同时对原来系统的改变不大，在控制切换过程中，控制系统(PLC)控制值通过基于DCS系统当前值进行有速率变动，使整个系统在切换过程没有扰动。(五)在DCS系统切换后的指令经过原有的DCS系统手操器算法，及原有的生产保护算法，最终将风门控制指令送给现场设备。在本系统中当优化系统出现故障吋，如通讯故障，方案中将优化系统的控制权转回到DCS系统手动控制；同时方案在负荷大于300MW以上才能投入优化控制，且控制值在DCS侧对最优化信号的限值做了限制；当PLC系统切除控制时，优化控制的响应自动将DCS侧的优化切除，同时在DCS侧给出声音报警，从而保证在各类エ况下都能保证系统的稳定运行。图2为基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制装置结构组成示意图，其中计算站、操作员站以及PLC维护站通过交换机与PLC控制站网络相连；其中，计算站用于完成实时煤质參数和锅炉效率的计算后，通过MODBUS TCP的方式送入PLC控制站，为PLC控制站提供当前的煤质參数及锅炉效率；操作员通过操作员站通过画面操作的方式，将提高锅炉效率或降低NOX的控制指令通过MODBUS TCP的方式送入PLC控制站，供PLC控制实现控制节煤及降氮的控制目标指令的逻辑投切，同时操作员也可以通过操作站监视相关的エ况參数、被控參数的实时值；PLC维护站通过PLC可视化的编程工具维护PLC控制站的控制逻辑，完成PLC控制站中的逻辑修改及下装，控制站数据库下装，PLC控制站逻辑在线參数监视等功能。PLC控制站与各分散控制系统DCS通过控制线和网络相连；PLC控制站实现整个系统的控制功能，完成逻辑切換，并根据操作员站的操作指令及计算站上传的当前煤质系数和相应的控制规则以及通过MODBUS RS485通讯方式得到的发电厂AGC指令，各个磨煤机运行状态等形成当前操作指令通过PLC系统模拟量输出卡件将4-20mA控制指令传送给各分散控制系统DCS，完成对现场设备的控制。PLC同时完成在通讯故障自动切除控制功能，保证在各类 エ况下系统的稳定运行。
权利要求
1.一种基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 (1)基于对电站锅炉现场设备的被控參数进行操作的历史操作记录，针对提高锅炉效率和降低NOx排放两个不同控制目标，寻找各种エ况參数组合下对所述现场设备的被控參数的最优的操作方式，并将这些最优的操作方式汇总形成两套控制规则；其中エ况參数包括机组功率、煤质系数和磨运行组合方式； (2)将步骤(I)中形成的相对于控制节煤及降氮两个不同控制目标的两套控制规则加载到PLC控制站中； (3)在操作员站选择提高锅炉效率或降低NOx排放不同的控制目标指令下发给PLC控制站; (4)PLC控制站在接到操作员站下发的控制目标指令后选择该控制目标对应的控制规 贝1J，根据当前エ况參数组合，从所述控制规则中选择对应的对被控參数的控制值，并实时形成相应的当前操作指令下发给分散控制系统DCS ； (5)当分散控制系统DCS接收到PLC控制站下发的当前操作指令后，在分散控制系统DCS内部与原有的自动逻辑进行切換，用当前操作指令替换原有的自动逻辑的指令，并通过分散控制系统DCS原有的DCS手操站最终将当前操作指令发送到电站锅炉现场设备。
2.根据权利要求I所述的基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制方法，其特征在于 在步骤(I)中，机组功率和煤质系数采用区段的方式进行划分，将机组功率、煤质系数的不同区段与两种磨运行配风方式组合得到不同的エ况參数组合，相对于不同的エ况參数组合，每ー套控制规则均有两种不同的配风方式。
3.根据权利要求I所述的基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制方法，其特征在于 在步骤(4)中，还进一歩包括计算站，对エ况參数中的煤质系数和机组功率进行计算，并对煤质系数和机组功率进行区段划分，将当前エ况下的煤质系数和机组功率的区分标记传送给PLC控制站。
4.根据权利要求I所述的基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制方法，其特征在于 在步骤(5)中，在将当前操作指令与原有的自动逻辑进行切換之前，还包括对分散控制系统DCS侧进行限值判断，保证当前操作指令在限值之内。
5.根据权利要求4所述的基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制方法，其特征在于 在步骤(5)中，所述电站锅炉现场设备包括磨二次风门及燃烬风门，所述当前操作指令包括风门挡板控制指令。
6.ー种实现权利要求1-5中任ー权利要求所述基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制方法的装置，包括计算站、操作员站、交換机、PLC维护站、PLC控制站，以及各分散控制系统DCS，其特征在于 计算站、操作员站以及PLC维护站通过交换机与PLC控制站网络相连； PLC控制站与各分散控制系统DCS通过控制线和网络相连； 计算站用于完成实时煤质系数和锅炉效率的计算，为PLC控制站提供当前的煤质系数及锅炉效率； 操作员站用于运行人员进行提高锅炉效率或降低NOx排放的不同的控制目标指令的投切，并监视相关的エ况參数、被控參数的控制值；PLC维护站用于维护工程师维护PLC控制站的控制逻辑； PLC控制站用于接受操作员站下发的控制目标指令，井根据计算站上传的当前エ况參数和相应的控制规则形成当前操作指令下发给各分散控制系统DCS，完成对现场设备的控制。
全文摘要
一种基于规则的电站锅炉燃烧节煤降氮控制方法，在燃煤火电厂机组控制技术领域中，基于对被控参数进行的对现场设备操作记录中，寻找到对该参数最优的操作方式，并将其归纳总结后形成控制规则，在控制装置中实现的基于规则的控制方法和一整套相对应控制装置。本发明的主要成果在对燃煤火力发电机组的锅炉效率和NOx排放的作为控制目标，基于规则的控制方法是通过对历史数据的挖掘，找出每个工况下的最优操作结果，直接控制现场设备，实现常规方法无法完成的节能降耗增效控制效果。
文档编号G05B19/418GK102654768SQ201210141660
公开日2012年9月5日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者吉云, 王继明, 祝敬伟, 黄孝彬, 黄振江 申请人:北京华电天仁电力控制技术有限公司