專利名稱：負(fù)荷大范圍變動下的循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種優(yōu)化控制系統(tǒng)，具體涉及一種負(fù)荷大范圍變動下的循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
循環(huán)流化床燃燒鍋爐因其高效、低污染、燃料適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，在近十幾年來得到了迅速的發(fā)展。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒系統(tǒng)較集中地反映了循環(huán)流化床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其燃燒室與常規(guī)的煤粉鍋爐的爐膛有較大的差異。典型的循環(huán)流化床鍋爐分為上、下兩部分，燃燒室的上部為氧化燃燒區(qū)，下部主要是還原燃燒和固硫區(qū)，由布風(fēng)裝置、密相區(qū)、床內(nèi)受熱面、氣固物料分離裝置、返料器等部分組成。其燃燒過程為煤和脫硫劑被送入爐膛后，迅速被爐膛內(nèi)存在的大量惰性高溫物料包圍，著火燃燒，發(fā)生脫硫反應(yīng)，并在上升氣流作用下向爐膛上部運(yùn)動，對水冷壁和爐內(nèi)布置的其他受熱面放熱。粗大粒子在被上升氣流帶入懸浮區(qū)后，在重力及其它外力作用下不斷減速偏離主氣流，并最終形成附壁下降粒子流。被夾帶出爐膛的固體粒子隨氣流進(jìn)入高溫分離器，大量固體物料，包括煤粉和脫硫劑，被分離出來送回爐膛進(jìn)行循環(huán)燃燒和脫硫。未被分離的極細(xì)粒子隨煙氣進(jìn)入尾部煙道，進(jìn)一步對受熱面、空氣預(yù)熱器等放熱冷卻，經(jīng)除塵器后由弓I風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙 排出大氣。但是由于循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個多變量、強(qiáng)耦合、純延遲大、時變的非線性難控系統(tǒng)，因而在負(fù)荷有較大波動的工況下，循環(huán)流化床鍋爐的燃燒自動控制尤其困難。首先，用汽負(fù)荷大范圍波動下的循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制需滿足以下主要目標(biāo) 1)燃燒的安全性保障料層的完全流化(包括爐膛內(nèi)及返料器內(nèi))，即料層不結(jié)焦、返料不中止，而又不能使料層過流化；控制爐內(nèi)各點(diǎn)溫度以保證脫硫效果，且不易熄火或結(jié)焦，如床溫一股維持在875士25°C。2、維持鍋爐出口蒸汽壓力的穩(wěn)定使循環(huán)流化床鍋爐在不同負(fù)荷下都能維持鍋爐出口蒸汽壓力的穩(wěn)定，并能平穩(wěn)的升降負(fù)荷?；帽Ｕ先紵慕?jīng)濟(jì)性和環(huán)保性不同負(fù)荷下合理的風(fēng)煤比(煙氣氧含量)，合理的料層厚度(密相區(qū)物料量)和循環(huán)灰量(稀相區(qū)物料量)及爐內(nèi)各部分溫度的調(diào)整，保證不同負(fù)荷下燃燒的經(jīng)濟(jì)性并滿足煙氣含硫量等排放指標(biāo)。其次，用汽負(fù)荷大范圍波動下的循環(huán)流化床燃燒控制難點(diǎn)在于判斷并控制爐內(nèi)料層厚度、循環(huán)灰量、密相區(qū)和稀相區(qū)的碳含量。但是這些變量都難以直接測量，如現(xiàn)有方法多采用料層差壓來表征料層厚度，由于根據(jù)測點(diǎn)兩個界面的伯努力方程，料層差壓的測量值為料層所產(chǎn)生的靜壓力和流動阻力之和，在負(fù)荷大范圍變動的工況下，物料與爐壁和布風(fēng)板的摩擦阻力不可忽略，所以即使物料量不變，若一次風(fēng)機(jī)加大，流動阻力加大，料層差壓也會增大；因而采用單一的料層差壓無法準(zhǔn)確的表征爐內(nèi)的料層厚度，不適用于負(fù)荷大范圍變動的工況。同時，當(dāng)負(fù)荷不同時，循環(huán)流化床鍋爐本身所需的爐內(nèi)各部分物料量及其配比也不同，而且各部分物料量及其配比的改變是一個動態(tài)的過程，需綜合考慮鍋爐出口壓力的穩(wěn)定和燃燒的平穩(wěn)來對給煤、排渣、排灰、一次風(fēng)、二次風(fēng)，返料風(fēng)、引風(fēng)等多個變量進(jìn)行協(xié)調(diào)控制?，F(xiàn)有技術(shù)無法解決在用汽負(fù)荷大范圍波動下，保障循環(huán)流行化床燃燒的安全性與經(jīng)濟(jì)性，并且維持鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種使循環(huán)流化床鍋爐在負(fù)荷大范圍波動的工況下，能夠?qū)崿F(xiàn)長期安全穩(wěn)定的自動化運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能減排效果的負(fù)荷大范圍變動下的循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于它包括DCS系統(tǒng)、優(yōu)化控制器、專家邏輯判斷電路和人機(jī)交互模塊，其中所述優(yōu)化控制器包括鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路和爐內(nèi)物料分布估測器；所述DCS系統(tǒng)用于采集鍋爐過程數(shù)據(jù)的測量信號，并向所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路、爐內(nèi)物料分布估測器、專家邏輯判斷電路輸出所述測量信號，根據(jù)所述專家邏輯判斷電路輸入的控制指令，向鍋爐輸出控制信號；所述人機(jī)交互模塊向所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路輸入料層溫度設(shè)定值、出口蒸汽壓力設(shè)定值和出口氧含量設(shè)定值；所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路向所述爐內(nèi)物料分布估測器輸出一次風(fēng)量計算值、二次風(fēng)量計算值和燃料量計算值；所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路的測量信號輸入端連接所述DCS系統(tǒng)的輸出端，設(shè)定信號輸入端連接所述人機(jī)交互模塊的輸出端，臨時修正信號的輸入端連接所述專家邏輯判斷電路的輸出端；所述爐內(nèi)物料分布估測器的輸入端連接所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路和DCS系統(tǒng)的輸出端，向所述專家邏輯判斷電路輸出料層厚度判斷結(jié)果，其中用以判斷爐內(nèi)料層厚度的床層壓降ΔP可表示為ΔΡ = mg+K f (u2, h, i)其中h為頻率，u為風(fēng)量，i為電流，m為床層物料的總質(zhì)量，κ的取值由現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)擬合；所述專家邏輯判斷電路中設(shè)置邏輯判斷電路，其輸入端連接所述爐內(nèi)物料分布估測器和DCS系統(tǒng)的輸出端，根據(jù)輸入的料層厚度判斷結(jié)果和測量信號，向所述DCS系統(tǒng)輸出最終控制量，并向所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路輸入床溫臨時修正值和二次風(fēng)臨時修正值。所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路中包括料層溫度調(diào)節(jié)回路、蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路、煙氣氧硫含量調(diào)節(jié)回路。所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路中包括風(fēng)煤比PID控制模塊和乘法器，由所述DCS系統(tǒng)向所述風(fēng)煤比PID控制模塊輸入料層溫度測量值，由所述人機(jī)交互模塊輸入的料層溫度設(shè)定值和專家邏輯判斷電路輸入的料層溫度臨時修正值作為反饋，所述風(fēng)煤比PID控制模塊向所述乘法器輸出風(fēng)煤比。所述蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路中包括蒸汽壓PID控制模塊，由所述DCS系統(tǒng)向所述蒸汽壓PID控制模塊輸入出口蒸汽壓力測量值，由所述人機(jī)交互模塊輸入的出口蒸汽壓力設(shè)定值作為反饋，由所述DCS系統(tǒng)輸入的出口蒸汽流量測量值作為動態(tài)前饋補(bǔ)償，所述蒸汽壓 PID控制模塊向所述爐內(nèi)動力學(xué)模型輸出一次風(fēng)量計算值；所述一次風(fēng)量計算值與所述風(fēng)煤比同時輸入所述乘法器，向所述爐內(nèi)物料分布估測器輸出燃料量。所述煙氣氧含量調(diào)節(jié)回路中包括氧含量PID控制模塊，由所述DCS系統(tǒng)向所述氧含量PID控制模塊輸入出口氧含量測量值，由所述人機(jī)交互模塊輸入出口氧含量設(shè)定值作為反饋，由所述DCS系統(tǒng)輸入的一次風(fēng)量測量值和由所述專家邏輯判斷電路輸入的二次風(fēng)量臨時修正值作為動態(tài)前饋補(bǔ)償，所述氧含量PID控制模塊向所述爐內(nèi)物料分布估測器輸出二次風(fēng)量計算值。所述優(yōu)化控制器中還包括爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)回路，所述爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)回路中包括負(fù)壓 PID控制模塊，由所述DCS系統(tǒng)輸入爐膛負(fù)壓測量值，由所述人機(jī)交互模塊輸入的爐膛負(fù)壓設(shè)定值作為反饋，由所述DCS系統(tǒng)輸入的一次風(fēng)機(jī)頻率、二次風(fēng)機(jī)頻率作為前饋，所述負(fù)壓 PID控制模塊向所述DCS系統(tǒng)輸出引風(fēng)機(jī)頻率。所述最終控制量包括給煤頻率、排渣排灰頻率、一次反料風(fēng)機(jī)頻率、二次反料風(fēng)機(jī)頻。在所述專家邏輯判斷電路和DCS系統(tǒng)之間設(shè)置燃燒動態(tài)校正系統(tǒng)，根據(jù)所述專家邏輯判斷電路輸入的最終控制量和所述DCS系統(tǒng)輸入的料層溫度測量值校正風(fēng)煤比。本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明的循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)中，優(yōu)化控制器包括鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路和爐內(nèi)物料分布估測器；其中鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路向爐內(nèi)物料分布估測器輸出一次風(fēng)量計算值、二次風(fēng)量計算值和燃料量計算值；爐內(nèi)物料分布估測器向?qū)＜疫壿嬇袛嚯娐份敵隽蠈雍穸扰袛嘟Y(jié)果；專家邏輯判斷電路根據(jù)輸入的料層厚度判斷結(jié)果和過程數(shù)據(jù)的測量信號，向DCS系統(tǒng)輸出最終控制量，并向鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路輸入床溫臨時修正值和二次風(fēng)臨時修正值。根據(jù)爐內(nèi)物料分布估測器中設(shè)置爐內(nèi)動力學(xué)模型得出爐內(nèi)料層厚度的變化趨勢，進(jìn)而推斷出密相區(qū)、稀相區(qū)物料量，物料量結(jié)合鍋爐設(shè)計參數(shù)、現(xiàn)場操作經(jīng)驗(yàn)和DCS系統(tǒng)采集的測量信號，可準(zhǔn)確的表征爐內(nèi)的料層厚度。本發(fā)明根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)多變量、強(qiáng)耦合、純延遲大、時變等特點(diǎn)，在爐內(nèi)物料分布估測器中設(shè)置了爐內(nèi)動力學(xué)模型，結(jié)合專家邏輯判斷電路，來估測各部分物料量及碳濃度，動態(tài)修正風(fēng)煤比。只有控制好爐內(nèi)各主要狀態(tài)量，如密相區(qū)物料量、稀相區(qū)物料量、密相區(qū)碳濃度、稀相區(qū)物碳濃度、密稀相區(qū)物料比例，才能很好地控制各被控量，使得循環(huán)流化爐可在用汽負(fù)荷大范圍波動下能長期穩(wěn)定的投入自動運(yùn)行，保持鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定，保障循環(huán)流行化床燃燒的安全性與經(jīng)濟(jì)性，留出升降負(fù)荷的余量，大大提高了循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程的自控系統(tǒng)投運(yùn)率，避免了手動操作引入的擾動。本發(fā)明可采用0PC、實(shí)時數(shù)據(jù)庫等多種方式與各種DCS、PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，嵌入原有鍋爐控制系統(tǒng)，移植、實(shí)施方便?？蓾M足熱負(fù)荷的需要(穩(wěn)定蒸汽壓力)，使鍋爐在 55% 100%負(fù)荷下，控制出口蒸汽壓力測量值在設(shè)定值的士0. 范圍內(nèi)波動；保證鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性，使單位蒸汽耗煤量低于手動操作；維持料層溫度測量值在設(shè)定值的士 25°C范圍內(nèi)波動。


圖1是本發(fā)明的循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的循環(huán)流化床鍋爐負(fù)壓調(diào)節(jié)回路流程SAMA3是本發(fā)明的循環(huán)流化床鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)流程SAMA圖A圖4為本發(fā)明的循環(huán)流化床鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)流程SAMA圖B
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。如圖1所示，本發(fā)明的循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)包括DCS系統(tǒng)1、優(yōu)化控制器2、專家邏輯判斷電路3、燃燒動態(tài)校正系統(tǒng)4和人機(jī)交互模塊5，其中優(yōu)化控制器2包括爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)回路21、鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路22和爐內(nèi)物料分布估測器23，其中鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路22中又包括料層溫度調(diào)節(jié)回路221、蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路222、煙氣氧硫含量調(diào)節(jié)回路 223。DCS系統(tǒng)1是一種工業(yè)過程控制系統(tǒng)，用于采集循環(huán)流化床鍋爐中過程數(shù)據(jù)的測量信號，并將這些測量信號輸入到優(yōu)化控制器2、專家邏輯判斷電路3、燃燒動態(tài)校正系統(tǒng)4中進(jìn)行運(yùn)算；同時接收燃燒動態(tài)校正系統(tǒng)4輸出的控制策略，并將這些控制策略轉(zhuǎn)換成控制信號，分別輸出到相應(yīng)的控制器中，對循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行情況進(jìn)行控制。優(yōu)化控制器2結(jié)合人機(jī)交互模塊5輸入的參數(shù)設(shè)定值和DCS系統(tǒng)1輸入的測量信號，經(jīng)過其中設(shè)置的爐內(nèi)物料分布估測器23的運(yùn)算，向?qū)＜疫壿嬇袛嚯娐?輸出爐內(nèi)料層的物料量、碳含量以及兩者的分布情況等判斷結(jié)果。專家邏輯判斷電路3中內(nèi)置有不同輸入?yún)?shù)范圍所對應(yīng)的控制策略，根據(jù)爐內(nèi)物料分布估測器23輸入的判斷結(jié)果參數(shù)落入的范圍，綜合選擇由床溫臨時修正值、二次風(fēng)臨時修正值等中間量、各最終控制量構(gòu)成的控制策略。燃燒動態(tài)校正系統(tǒng)4通過DCS系統(tǒng)1輸入的料層溫度測量值，校正一次風(fēng)量與燃料量的風(fēng)煤比，通過煙氣含氧量校正二次風(fēng)量與燃料量的風(fēng)煤比，實(shí)時計算當(dāng)期風(fēng)煤比，當(dāng)有升降負(fù)荷要求時，先按照現(xiàn)有的風(fēng)煤比作預(yù)調(diào)，然后根據(jù)料層溫度、煙氣含氧量作校正。操作員通過在人機(jī)交互模塊5中輸入爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)回路21的爐膛負(fù)壓設(shè)定值； 以及鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路22中料層溫度調(diào)節(jié)回路221的料層溫度設(shè)定值，蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路 222的出口蒸汽壓力設(shè)定值，煙氣氧含量調(diào)節(jié)回路223的出口氧含量設(shè)定值，專家邏輯判斷電路3的反料溫度設(shè)定值、煙氣含硫量上限值。系統(tǒng)通過人機(jī)交互模塊5，實(shí)現(xiàn)聲音報警、彈出對話框、操作記錄、歷史曲線對各控制回路進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。如圖2所示，由于爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)回路21與其他燃燒回路不存在較強(qiáng)的耦合，因而采用單回路調(diào)節(jié)方式，由DCS系統(tǒng)1輸入爐膛負(fù)壓測量值、一次風(fēng)機(jī)頻率、二次風(fēng)機(jī)頻率，由人機(jī)交互模塊5輸入爐膛負(fù)壓設(shè)定值；將爐膛負(fù)壓測量值輸入負(fù)壓PID控制模塊，將爐膛負(fù)壓設(shè)定值作為反饋，一次風(fēng)頻率和二次風(fēng)頻率作為前饋；負(fù)壓PID控制模塊通過DCS系統(tǒng)1 輸出引風(fēng)機(jī)頻率給外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即引風(fēng)機(jī)變頻器。根據(jù)爐膛負(fù)壓測量值對一次風(fēng)機(jī)頻率、 二次風(fēng)機(jī)頻率的動態(tài)響應(yīng)整定前饋參數(shù)，根據(jù)爐膛負(fù)壓測量值對引風(fēng)機(jī)頻率的動態(tài)響應(yīng)整定負(fù)壓PID控制模塊參數(shù)，爐膛負(fù)壓測量值在設(shè)定值的士20 范圍內(nèi)變化。如圖3、圖4所示，鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路22采用復(fù)合串級調(diào)節(jié)方式，由料層溫度調(diào)節(jié)回路221、蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路222、煙氣氧硫含量調(diào)節(jié)回路223分別向爐內(nèi)物料分布估測器 23輸入二次風(fēng)量、燃料量和一次風(fēng)量。料層溫度調(diào)節(jié)回路221由DCS系統(tǒng)1輸入料層溫度測量值，由專家邏輯判斷電路 3輸入料層溫度臨時修正值，由人機(jī)交互模塊5輸入料層溫度設(shè)定值；將料層溫度測量值進(jìn)行四選一和濾波處理，將處理后的標(biāo)準(zhǔn)值輸入風(fēng)煤比PID控制模塊，料層溫度設(shè)定值和料層溫度臨時修正值的和作為反饋，風(fēng)煤比PID控制模塊向乘法器輸出風(fēng)煤比；同時蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路222向乘法器輸入一次風(fēng)量計算值，最終乘法器輸出燃料量。根據(jù)料層溫度測量值對風(fēng)煤比的動態(tài)響應(yīng)特性，整定前饋補(bǔ)償參數(shù)及風(fēng)煤比PID控制模塊參數(shù)。蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路222由DCS系統(tǒng)1輸入出口蒸汽壓力測量值和出口蒸汽流量測量值，由人機(jī)交互模塊5輸入出口蒸汽壓力設(shè)定值；將出口蒸汽壓力測量值微分后輸入蒸汽壓PID控制模塊，出口蒸汽壓力設(shè)定值作為反饋，出口蒸汽流量測量值作為動態(tài)前饋補(bǔ)償，蒸汽壓PID控制模塊輸出一次風(fēng)量計算值。根據(jù)出口蒸汽壓力測量值對出口蒸汽流量測量值和一次風(fēng)量計算值的動態(tài)響應(yīng)特性，整定前饋補(bǔ)償參數(shù)及蒸汽壓PID控制模塊參數(shù)。煙氣氧含量調(diào)節(jié)回路223由DCS系統(tǒng)1輸入出口氧含量測量值、一次風(fēng)量測量值， 由專家邏輯判斷電路3輸入二次風(fēng)臨時修正值，由人機(jī)交互模塊5輸入出口氧含量設(shè)定值； 將出口氧含量測量值輸入氧含量PID控制模塊，出口氧含量設(shè)定值作為反饋，一次風(fēng)量測量值和二次風(fēng)臨時修正值作為動態(tài)前饋補(bǔ)償，氧含量PID控制模塊輸出二次風(fēng)量計算值。 根據(jù)出口氧含量測量值對一次風(fēng)量和對二次風(fēng)量計算值的動態(tài)響應(yīng)特性，整定前饋補(bǔ)償參數(shù)及氧含量PID控制模塊參數(shù)。爐內(nèi)物料分布估測器23由鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路22輸入一次風(fēng)量計算值、二次風(fēng)量計算值與燃料量；配合DCS系統(tǒng)1輸入的料層差壓、爐膛差壓、料層溫度、返料溫度，一次風(fēng)機(jī)頻率、一次風(fēng)機(jī)電流，二次風(fēng)機(jī)頻率、二次風(fēng)機(jī)電流，返料風(fēng)機(jī)頻率、反料風(fēng)機(jī)電流；上述參數(shù)經(jīng)爐內(nèi)爐內(nèi)動力學(xué)模型估測爐內(nèi)料層的物料量、循環(huán)灰量，判斷爐內(nèi)現(xiàn)有的物料量 (渣、灰)及物料分布與比例(灰渣比)，是否滿足加減負(fù)荷(即加減一次風(fēng)和燃料量)的要求。從理論上分析當(dāng)床層流化，全部物料顆粒處于懸浮狀態(tài)，根據(jù)床層作受力分析和動量守恒定律，可求出流化床的床層壓降為aP = ^-(Pp-P)S
Λρρ(1)其中A為料床截面積，單位為m2 ；m為床層物料的總質(zhì)量，單位為kg ； P p、P為分別為物料密度和風(fēng)密度，單位為kg/m3。假設(shè)流化床的壓降等于床內(nèi)物料的表觀重量(重力-浮力)，與風(fēng)速無關(guān)。而在實(shí)際工況下，物料與爐壁和布風(fēng)板的摩擦阻力隨風(fēng)速的增大而增大，根據(jù)范寧(Farming)公式，流體在直管內(nèi)的流動阻力能量損失為
TTr . I U2Wf = λ ——
d 2 (2)忽略空氣質(zhì)量，實(shí)際工況下流化床的床層壓降可表示為Δ P = mg+ κ U2(3)其中，u為風(fēng)量，單位為m3/S ； κ的取值由現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)擬合，即通過少量增減一次風(fēng)量，短時間內(nèi)物料量不變，記錄流化床的床層壓降ΔΡ數(shù)據(jù)變動。根據(jù)離心式風(fēng)機(jī)特性曲線和管路特性曲線，管路阻力增大將使風(fēng)機(jī)相同頻率下的空氣流量下降、風(fēng)機(jī)功率減小、 風(fēng)機(jī)電流減小，當(dāng)風(fēng)量測量不準(zhǔn)確時，也可用風(fēng)機(jī)頻率、風(fēng)機(jī)電流校正流化床的床層壓降 Δ P，即流化床的床層壓降Δ P可表示為Δ P = mg+ κ f (u2，h, i)(4)其中h為頻率，單位為HZ ;i為電流，單位為Α。方程(3)、(4)對爐內(nèi)密相區(qū)、稀相區(qū)物料量均適用。則可以由料層差壓、爐膛差壓、一次風(fēng)量計算值、二次風(fēng)量計算值、一次風(fēng)機(jī)頻率、二次風(fēng)機(jī)頻率、一次風(fēng)機(jī)電流、二次風(fēng)機(jī)電流得出密相區(qū)、稀相區(qū)物料量m，物料量 m結(jié)合鍋爐設(shè)計參數(shù)、現(xiàn)場操作經(jīng)驗(yàn)和DCS系統(tǒng)1采集的過程數(shù)據(jù)的測量信號來綜合判斷爐內(nèi)料層厚度。根據(jù)鍋爐各負(fù)荷下的料層差壓、爐膛差壓、一次風(fēng)量計算值、二次風(fēng)量計算值、 返料風(fēng)量等測量信號，修正爐內(nèi)物料分布估測器23，使之符合實(shí)際的燃燒工藝過程。專家邏輯判斷電路3根據(jù)鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路22輸入的一次風(fēng)量計算值、二次風(fēng)量計算值、燃料量，結(jié)合爐內(nèi)物料分布估測器23輸入的料層厚度判斷結(jié)果，經(jīng)其中內(nèi)置的專家規(guī)則庫判斷，給出床溫臨時修正值和二次風(fēng)臨時修正值等中間量，及給煤頻率、排渣排灰頻率、一次反料風(fēng)機(jī)頻率、二次反料風(fēng)機(jī)頻等最終控制量。例如a)當(dāng)鍋爐出口蒸汽壓力測量值超過設(shè)定值士 0. 2MPa，而由爐內(nèi)物料分布估測器3的判斷料層(密相區(qū))過厚或過薄，不能加減風(fēng)時，即給出相應(yīng)的床溫臨時修正值作為風(fēng)煤比PID控制模塊的負(fù)反饋，通過調(diào)整床溫臨時修正值穩(wěn)定負(fù)荷；b)當(dāng)返料器溫度超過返料器溫度設(shè)定值時，不能減小返料風(fēng)或增大二次風(fēng)量，以免返料風(fēng)過小、或吹入過多的燃料到返料器造成返料器結(jié)焦；c)當(dāng)反料風(fēng)小于設(shè)定值時，不能加大一次風(fēng)量或二次風(fēng)量，以免吹入過多的物料進(jìn)入反料器，造成反料終止；d)當(dāng)煙氣含硫量大于煙氣含硫量上限值100時，禁止增加燃料量，當(dāng)大于煙氣含硫量設(shè)定值時，主動減燃料量，這一策略的優(yōu)先級最高。本發(fā)明的循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化控制方法步驟包括1)根據(jù)DCS系統(tǒng)1輸入的料層差壓、爐膛差壓、一次風(fēng)機(jī)頻率、二次風(fēng)機(jī)頻率、一次風(fēng)機(jī)電流、二次風(fēng)機(jī)電流，鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路22輸入的一次風(fēng)量測量值、二次風(fēng)量測量值、 燃料量等變量建立爐內(nèi)物料分布估測器23，輸出爐內(nèi)料層的物料量、循環(huán)灰量的估測值；2)通過DCS系統(tǒng)1輸入的料層溫度、出口煙氣溫度、返料溫度、高溫過熱器前煙氣溫度、低溫過熱器出口煙氣氧含量、出口氧含量、出口硫含量等變量輸入專家邏輯判斷電路3，通常情況下通過料層溫度在爐內(nèi)的分布梯度，即可判斷風(fēng)煤比是否合適，若料層溫度高說明風(fēng)小，煤量大，需要加風(fēng)減煤；若料層溫度低說明風(fēng)大，煤量小，需要減風(fēng)加煤。但在實(shí)際工況中，存在各種只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷的情況若料層溫度較低，反料溫度、出口煙氣溫度較高，說明燃料集中在爐膛的上部燃燒，風(fēng)量過大，需要蓄料(即不排渣)；若料層溫度較高，出口氧含量降低、出口硫含量增加，則鍋爐整體碳含量升高，風(fēng)量過小，各部分溫度有上升的趨勢，需要降低燃料量或者增加風(fēng)量。3)當(dāng)負(fù)荷改變、鍋爐出口蒸汽壓力波動時，通過料層溫度調(diào)節(jié)回路221、蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路222、煙氣氧含量調(diào)節(jié)回路223計算所需燃料量、一次風(fēng)量計算值、二次風(fēng)量計算值，由燃燒動態(tài)校正系統(tǒng)4動態(tài)修正風(fēng)煤比；4)由爐內(nèi)物料分布估測器23及專家邏輯判斷電路3判斷是否滿足加減燃料、風(fēng)量的條件，進(jìn)而選擇控制策略，通過輸出二次風(fēng)臨時修正值和床溫臨時修正值調(diào)節(jié)燃料量、風(fēng)量，并通過調(diào)節(jié)排渣機(jī)頻率、排灰機(jī)頻率調(diào)整爐內(nèi)物料量及灰、渣比例，使?fàn)t內(nèi)狀態(tài)滿足增減負(fù)荷的要求。例如，在爐內(nèi)狀態(tài)如料層厚度、循環(huán)灰量及各部分溫度的允許下，先加減風(fēng)量以快速的響應(yīng)負(fù)荷變化，維持出口蒸汽壓力測量值的穩(wěn)定，當(dāng)加減風(fēng)量受爐內(nèi)工況限制(如料層過厚不能減風(fēng)，防止結(jié)焦；料層過薄不能加風(fēng)，防止過流化和返料中止)時，在料層溫度允許的情況下，先加減給煤量，適當(dāng)?shù)靥岣呋蚪档土蠈訙囟?，維持鍋爐出口蒸汽壓力的穩(wěn)定。上述系統(tǒng)滿足負(fù)荷的需要，如75t鍋爐在40t/h 75t/h負(fù)荷下，控制出口蒸汽壓力測量值在設(shè)定值的士0. 3MPa范圍內(nèi)波動；保證鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性，使單位蒸汽耗煤量低于手動操作；維持料層溫度測量值在設(shè)定值的士25°C范圍內(nèi)波動；料層厚度控制在一定范圍內(nèi)等；工氧化硫、煙塵的排放符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。整定后的負(fù)荷大范圍波動的循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制與優(yōu)化系統(tǒng)，系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)如表1所示表1系統(tǒng)輸入輸出參數(shù)表
權(quán)利要求
1.一種循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于它包括DCS系統(tǒng)、優(yōu)化控制器、專家邏輯判斷電路和人機(jī)交互模塊，其中所述優(yōu)化控制器包括鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路和爐內(nèi)物料分布估測器；所述DCS系統(tǒng)用于采集鍋爐過程數(shù)據(jù)的測量信號，并向所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路、爐內(nèi)物料分布估測器、專家邏輯判斷電路輸出所述測量信號，根據(jù)所述專家邏輯判斷電路輸入的控制指令，向鍋爐輸出控制信號；所述人機(jī)交互模塊向所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路輸入料層溫度設(shè)定值、出口蒸汽壓力設(shè)定值和出口氧含量設(shè)定值；所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路向所述爐內(nèi)物料分布估測器輸出一次風(fēng)量計算值、二次風(fēng)量計算值和燃料量計算值；所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路的測量信號輸入端連接所述DCS系統(tǒng)的輸出端，設(shè)定信號輸入端連接所述人機(jī)交互模塊的輸出端，臨時修正信號的輸入端連接所述專家邏輯判斷電路的輸出端；所述爐內(nèi)物料分布估測器的輸入端連接所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路和DCS系統(tǒng)的輸出端， 向所述專家邏輯判斷電路輸出料層厚度判斷結(jié)果，其中用以判斷爐內(nèi)料層厚度的床層壓降 ΔP可表示為ΔΡ = mg+κ f (u2, h, i)其中h為頻率，u為風(fēng)量，i為電流，m為床層物料的總質(zhì)量，κ的取值由現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)擬合；所述專家邏輯判斷電路中設(shè)置邏輯判斷電路，其輸入端連接所述爐內(nèi)物料分布估測器和DCS系統(tǒng)的輸出端，根據(jù)輸入的料層厚度判斷結(jié)果和測量信號，向所述DCS系統(tǒng)輸出最終控制量，并向所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路輸入床溫臨時修正值和二次風(fēng)臨時修正值。
2.如權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路中包括料層溫度調(diào)節(jié)回路、蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路、煙氣氧硫含量調(diào)節(jié)回路。
3.如權(quán)利要求2所述的一種循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于所述鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路中包括風(fēng)煤比PID控制模塊和乘法器，由所述DCS系統(tǒng)向所述風(fēng)煤比PID 控制模塊輸入料層溫度測量值，由所述人機(jī)交互模塊輸入的料層溫度設(shè)定值和專家邏輯判斷電路輸入的料層溫度臨時修正值作為反饋，所述風(fēng)煤比PID控制模塊向所述乘法器輸出風(fēng)煤比。
4.如權(quán)利要求2所述的一種循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于所述蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路中包括蒸汽壓PID控制模塊，由所述DCS系統(tǒng)向所述蒸汽壓PID控制模塊輸入出口蒸汽壓力測量值，由所述人機(jī)交互模塊輸入的出口蒸汽壓力設(shè)定值作為反饋，由所述DCS系統(tǒng)輸入的出口蒸汽流量測量值作為動態(tài)前饋補(bǔ)償，所述蒸汽壓PID控制模塊向所述爐內(nèi)動力學(xué)模型輸出一次風(fēng)量計算值；所述一次風(fēng)量計算值與所述風(fēng)煤比同時輸入所述乘法器，向所述爐內(nèi)物料分布估測器輸出燃料量。
5.如權(quán)利要求2所述的一種循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于所述煙氣氧含量調(diào)節(jié)回路中包括氧含量PID控制模塊，由所述DCS系統(tǒng)向所述氧含量PID控制模塊輸入出口氧含量測量值，由所述人機(jī)交互模塊輸入出口氧含量設(shè)定值作為反饋，由所述 DCS系統(tǒng)輸入的一次風(fēng)量測量值和由所述專家邏輯判斷電路輸入的二次風(fēng)量臨時修正值作為動態(tài)前饋補(bǔ)償，所述氧含量PID控制模塊向所述爐內(nèi)物料分布估測器輸出二次風(fēng)量計算值。
6.如權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于所述優(yōu)化控制器中還包括爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)回路，所述爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)回路中包括負(fù)壓PID控制模塊， 由所述DCS系統(tǒng)輸入爐膛負(fù)壓測量值，由所述人機(jī)交互模塊輸入的爐膛負(fù)壓設(shè)定值作為反饋，由所述DCS系統(tǒng)輸入的一次風(fēng)機(jī)頻率、二次風(fēng)機(jī)頻率作為前饋，所述負(fù)壓PID控制模塊向所述DCS系統(tǒng)輸出引風(fēng)機(jī)頻率。
7.如權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于所述最終控制量包括給煤頻率、排渣排灰頻率、一次反料風(fēng)機(jī)頻率、二次反料風(fēng)機(jī)頻。
8.如權(quán)利要求1或2所述的一種循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于在所述專家邏輯判斷電路和DCS系統(tǒng)之間設(shè)置燃燒動態(tài)校正系統(tǒng)，根據(jù)所述專家邏輯判斷電路輸入的最終控制量和所述DCS系統(tǒng)輸入的料層溫度測量值校正風(fēng)煤比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種負(fù)荷大范圍變動下的循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其中優(yōu)化控制器包括鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路和爐內(nèi)物料分布估測器；其中鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路向爐內(nèi)物料分布估測器輸出一次風(fēng)量計算值、二次風(fēng)量計算值和燃料量計算值；爐內(nèi)物料分布估測器向?qū)＜疫壿嬇袛嚯娐份敵隽蠈雍穸扰袛嘟Y(jié)果；專家邏輯判斷電路根據(jù)輸入的料層厚度判斷結(jié)果和過程數(shù)據(jù)的測量信號，向DCS系統(tǒng)輸出最終控制量，并向鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)回路輸入床溫臨時修正值和二次風(fēng)臨時修正值。本發(fā)明根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)多變量、強(qiáng)耦合、純延遲大、時變等特點(diǎn)，在爐內(nèi)物料分布估測器中設(shè)置了爐內(nèi)動力學(xué)模型，結(jié)合專家邏輯判斷電路，來估測各部分物料量及碳濃度，動態(tài)修正風(fēng)煤比。
文檔編號F23C10/28GK102183015SQ201110082800
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者王平, 胡樂, 魏志 申請人:北京三博中自科技有限公司