專利名稱：基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉屬于燃燒檢測與控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
隨著我國新火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的實施,對各火力發(fā)電廠的氮氧化物的排放提出了更嚴(yán)格要求，因此新建火電機組的鍋爐都采用了低氮燃燒技術(shù)，投產(chǎn)較早的機組也要將原鍋爐燃燒器改造為低氮燃燒器以降低氮氧化物的排放水平。在我國目前采用的低氮燃燒器中，考慮到投資成本和技術(shù)的成熟度，大都采用了空氣分級燃燒技術(shù)，就直流切圓燃燒的鍋爐來說，即在主燃燒區(qū)域采用缺氧濃淡分離燃燒，在主燃燒器上部布置部分過燃風(fēng)從而實現(xiàn)空氣分級燃燒。就目前這種空氣分級燃燒技術(shù)來說，由于將一部分空氣分離出來放在燃燒器上面作為燃盡風(fēng)，使煤粉顆粒的燃燒時間拉長，火焰中心上移，如鍋爐在某一負荷下穩(wěn)定運行并且煤質(zhì)穩(wěn)定的情況下，通過一定的燃燒調(diào)整手段可以保證鍋爐運行在經(jīng)濟性較好，氮氧化物排放水平較低的水平，但是當(dāng)機組為了滿足響應(yīng)電網(wǎng)的AGC指令，需要快速升減負荷時，或煤種發(fā)生變化時，由于空氣分級燃燒技術(shù)而導(dǎo)致燃燒過程的拉長，就會出現(xiàn)的情況是:鍋爐升負荷時，短時間過熱器壁溫和再熱器會出現(xiàn)大面積的超溫，減溫水量不夠的情況；而在降負荷時的情況相反，出現(xiàn)汽溫偏低的現(xiàn)象。煤種的變優(yōu)/變差與鍋爐減負荷/增負荷的情況一樣。這種情況在改造機組中表現(xiàn)更為明顯，如國電蓬萊電廠的#2鍋爐，華電章丘電廠#4鍋爐等，由于上述這種情況的出現(xiàn)導(dǎo)致某些機組的AGC不能投用而且鍋爐的經(jīng)濟性能也比較差。因此這些狀況影響的不僅僅是鍋爐對負荷變化的適應(yīng)性，還有為了滿足鍋爐氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)而采用較低的氧量到質(zhì) 鍋爐的飛灰和爐渣可燃物含量急劇升高，鍋爐經(jīng)濟性降低，這兒就涉及到一個最佳運行狀態(tài)的問題，在最佳運行狀態(tài)下，鍋爐保持最合適的氧量，最佳的配風(fēng)方式等，在這種狀態(tài)下，鍋爐的氮氧化物排放合格同時鍋爐的經(jīng)濟性較好。我國近幾年有些機組安裝了鍋爐爐膛煙溫測量系統(tǒng)，其測量原理有的采用激光測量有的采用聲波測量。就爐膛出口煙溫的測量結(jié)果來看，其準(zhǔn)確性在工業(yè)上是可以接受的。但這套測量系統(tǒng)所測量的結(jié)果僅供運行人員觀察爐內(nèi)煙溫的變化，沒有參與任何的自動調(diào)節(jié)，利用率極低。而爐膛內(nèi)的煙氣溫度場是反映鍋爐燃燒狀況的最直接、最快的一個變量，其反應(yīng)速度遠快于過熱器壁溫和減溫水量，如果能利用爐內(nèi)煙氣溫度場這個變量形成一個燃燒優(yōu)化的控制系統(tǒng)，根據(jù)優(yōu)化的爐膛煙氣溫度場，對燃燒器風(fēng)門擋板，燃燒器擺角等變量進行調(diào)整，這樣鍋爐在升降負荷時就能平穩(wěn)過渡，避免出現(xiàn)短時間過熱器壁溫和再熱器會出現(xiàn)大面積的超溫、減溫水量不夠以及汽溫偏低的現(xiàn)象。經(jīng)濟性優(yōu)化控制系統(tǒng)是通過對爐內(nèi)煙氣溫度場調(diào)節(jié)均勻、對各風(fēng)門擋板、運行氧量、配風(fēng)方式等變量的調(diào)節(jié)使鍋爐運行在最佳運行狀態(tài)，提高鍋爐熱效率，同時兼顧降低鍋爐的NOx的排放，做到同時保證鍋爐運行在經(jīng)濟性和環(huán)保性均較好的狀態(tài)。
通過檢索發(fā)現(xiàn)存在相關(guān)性的文獻包括:王飛，馬增益，衛(wèi)成業(yè)等，“根據(jù)火焰圖像測量煤粉爐截面溫度場的研究”《中國電機工程學(xué)報》2000 (7)，20(7):41-43。在火焰處理技術(shù)的基礎(chǔ)上運用代數(shù)重建技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理并計算出截面溫度場。此文獻沒有進一步涉及到如何調(diào)整和控制爐內(nèi)燃燒來優(yōu)化溫度場，僅從算法上論述了計算溫度場。黃群星，馬增益，嚴(yán)建華等，“300MWe電廠鍋爐爐膛截面溫度場中心的實時監(jiān)測研究”，《中國電機工程學(xué)報》2003 (3)，23 (3): 156-160。在截面溫度場的基礎(chǔ)上提出了溫度場中心的概念，用溫度場中心來反映切圓燃燒鍋爐的燃燒切圓的分布情況，為燃燒調(diào)整提供一個一個依據(jù)。這篇文獻僅構(gòu)建了燃燒切圓的位置狀況，如果發(fā)生偏斜，并沒提出如何解決處理。張師師，周懷春，黃勇理等，“采用輻射能反饋信號的火電單元機組負荷控制系統(tǒng)仿真研究”《中國電機工程學(xué)報》，2001 (2)，21 (2) 85-88。(這篇文獻的輻射能也是從火焰圖像處理技術(shù)提取出輻射能信號)和常瑞麗，王飛，黃群星等，“電站煤粉鍋爐火焰監(jiān)測與燃燒診斷優(yōu)化控制研究”《能源工程》，2006 (4): 10-13。這兩篇文獻是在火焰圖像處理技術(shù)基礎(chǔ)上，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行自學(xué)習(xí)和穩(wěn)定性分析，得出一個前饋信號來調(diào)節(jié)并修正燃料量到主汽壓力和從燃料量到機組實發(fā)電功率的純延遲、大滯后的特性。這個控制系統(tǒng)存在兩個較大缺陷，也是不能實際應(yīng)用的主要原因，一個是火焰圖像處理技術(shù)的不完善，由于受現(xiàn)場高溫、多灰，鍋爐結(jié)焦結(jié)渣等因素影響，從現(xiàn)場采集到的火焰圖像往往失真較嚴(yán)重，而且在圖像處理存在較大延遲，造成BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)出現(xiàn)錯誤；另一個是該診斷控制系統(tǒng)僅僅對負荷控制系統(tǒng)進行了修正，對提高機組對負荷響應(yīng)速度有利，并沒有涉及到通過控制運行可控因素進行燃燒優(yōu)化提高鍋爐的經(jīng)濟性。文獻高夏雨，程學(xué)勇，藏海瑞等“基于爐膛出口煙氣溫度監(jiān)測的鍋爐優(yōu)化運行”《煤氣與動力》，2010 (10)，30 (11):12-14中作者介紹采用紅外線測溫儀測試鍋爐爐膛出口煙溫(作者將爐膛出口定義為對流受熱面入口即遮焰角上面，水平煙道入口)，利用測出的爐膛出口煙溫重新進行熱力計算·，為鍋爐優(yōu)化運行提供依據(jù)，然后計算機軟件計算出鍋爐熱效率，提供給運行人員最佳的運行方式，如主蒸汽運行方式、磨煤機運行方式等，運行人員將設(shè)備調(diào)整軟件提供的最佳運行方式。這種方法的缺陷是紅外測溫技術(shù)誤差較大，并且受鍋爐集灰、結(jié)渣等因素影響，尤其是國內(nèi)電廠燃用非設(shè)計煤種時偏差會更大，有時會直接癱瘓不能使用如日照電廠的測溫儀現(xiàn)在基本處于退出狀態(tài)；鍋爐的優(yōu)化運行也僅僅是提供給運行人員一種較好的運行方式，具體還要運行人員操作達到最佳運行狀態(tài)，不能直接通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板等使鍋爐達到最佳運行方式。通過專利檢索發(fā)現(xiàn)有相關(guān)性的專利如下:中國專利201110107881.3“基于煙氣能量平衡的爐膛出口煙溫優(yōu)化測量方法”，介紹了一種根據(jù)爐膛燃燒與輻射能量平衡、過熱器煙氣側(cè)與工質(zhì)側(cè)能量平衡、再熱器煙氣側(cè)與工質(zhì)側(cè)能量平衡以及尾煙氣能量平衡，從煙氣側(cè)正反兩個方向?qū)t膛煙溫進行了優(yōu)化測量，僅介紹了一種爐膛出口煙溫的測量方法，未涉及到燃燒優(yōu)化的內(nèi)容。中國專利200910273514.3“爐膛輻射能信號檢測方法及其用于控制鍋爐燃燒的方法”，中國專利01133648.X“鍋爐多火嘴爐膛燃燒優(yōu)化控制方法”，這兩個專利與前面所述的文獻《電站煤粉鍋爐火焰監(jiān)測與燃燒診斷優(yōu)化控制研究》相似，都是采用火焰圖像處理技術(shù)獲取輻射能信號然后用輻射能信號來進行燃燒控制，其中，中國專利200910273514.3是利用輻射能信號控制氧量，并用熱量信號來控制過熱器減溫水量；中國專利01133648.X利用火焰圖像探測器獲取爐膛三維溫度場分布，然后通過數(shù)據(jù)處理擬合出輻射能信號找出與機組電負荷的關(guān)系，火焰中心高度和斷面中心與各層各角燃料量和風(fēng)量分配比的關(guān)系進行燃燒優(yōu)化調(diào)整?；鹧鎴D像處理技術(shù)和輻射能信號在現(xiàn)場使用的局限性前面已詳細描述不再描述，中國專利200910273514.3中所涉及的燃燒優(yōu)化僅利用氧量進行優(yōu)化存在較大的局限性，因為燃燒調(diào)整變量還包括很多，如輔助風(fēng)配風(fēng)方式，磨煤機的運行方式等而且還應(yīng)包括氮氧化物排放濃度等，并且輻射能信號是影響因素較多并且經(jīng)常失真信號，而且其變化幅度和變化頻率較高，用它來控制減溫水量容易導(dǎo)致減溫水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)過頻而損壞；中國專利01133648.X除了輻射能的獲取方法和現(xiàn)場使用的固有缺陷外，在燃燒優(yōu)化調(diào)整變量方面包括不全面，沒有包括運行氧量這個重要的變量(運行氧量對鍋爐的經(jīng)濟性和氮氧化物的排放都有影響)，還沒有包括燃燒器擺角，分級燃盡風(fēng)的配比，爐膛吹灰狀況以及燃燒器投運情況等，還有一點是對于配直吹式制粉系統(tǒng)的鍋爐來說，各角的燃燒器的燃料量是不能調(diào)節(jié)的。中國專利200710 069862.X “基于紅外輻射能信號的電站鍋爐燃燒優(yōu)化方法及裝置”，這個專利所提出的方法與文獻《基于爐膛出口煙氣溫度監(jiān)測的鍋爐優(yōu)化運行》一致，這個專利主要強調(diào)了通過近紅外輻射能傳感器獲取爐內(nèi)輻射強度信息，并通過人工網(wǎng)絡(luò)來得到輻射能偏差值這個方法，關(guān)于燃燒優(yōu)化這方面僅僅是將輻射能偏差值介入電廠的DCS系統(tǒng)來控制鍋爐燃料模塊，改善鍋爐給煤控制邏輯，提高鍋爐相應(yīng)機組負荷變換的速度，在一定程度上說并非真正意義上的燃燒優(yōu)化。中國專利200910184471.1“鍋爐煤粉分層燃燒在線優(yōu)化控制系統(tǒng)及其優(yōu)化”，這個專利優(yōu)化方法利用空預(yù)器出口和爐膛的煙氣取樣分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用支持向量機理論為基礎(chǔ)進行自動訓(xùn)練和尋優(yōu)，這種方法首先是由于煙道較大，采用取樣測點較少的話不能真實反映煙氣成分，測點較多的話有造成系統(tǒng)太復(fù)雜，而且在訓(xùn)練和學(xué)習(xí)中需要用到飛灰含碳量，高溫腐蝕狀況等數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)受人為和煤質(zhì)變化影響較大，目前鍋爐燃煤基本都偏離設(shè)計煤種，在系統(tǒng)訓(xùn)練和尋優(yōu)過程往往不能完成，找不到最優(yōu)目標(biāo)。中國專利201110205051.4“一種廣義鍋爐燃燒整體優(yōu)化節(jié)能復(fù)合系統(tǒng)”，介紹了用在爐排鍋爐上的一種優(yōu)化復(fù)合控制系統(tǒng)，該專利主要強調(diào)了燃料改良劑的改良添加系統(tǒng)，專利說明書中僅簡單的說了燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)采用模糊控制和優(yōu)化自尋優(yōu)技術(shù)對風(fēng)煤比進行調(diào)節(jié)，沒有詳細描述燃燒整體優(yōu)化的方法，并且該專利主要適用于小型的爐排鍋爐。中國專利201220029007.2“一種鍋爐爐膛燃燒優(yōu)化裝置”，介紹了在尾部煙道省煤器出口處增加了 CO2探頭，然后進行左右兩側(cè)CO2比較，如有偏差較大則通過認為調(diào)整二次風(fēng)消除偏差，還有一點是將實測CO2值與計算出的CO2max比較，如果CO2max比實測CO2值小6%以上說明氧量測量值偏大，并且其權(quán)力要求上也僅要求是在煙道中增設(shè)CO2監(jiān)測變送器，因此該專利沒有涉及真正意義上的燃燒優(yōu)化。根據(jù)以上分析可以發(fā)現(xiàn)，對于大型電站鍋爐來說，目前以爐膛溫度場為基礎(chǔ)的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)或者單純的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)存在較多缺陷，主要表現(xiàn)在:(I)、以輻射能或火焰圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)的溫度場測量技術(shù)由于傳感器的工作環(huán)境多灰、高溫的環(huán)境使?fàn)t膛溫度場測量系統(tǒng)工作不正常，經(jīng)常停運或溫度場數(shù)據(jù)失真；(2)、目前單純的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)或基于爐膛溫度場測量的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)都存在著燃燒控制因素不全面的問題，大部分現(xiàn)在的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)僅改善了某一個方面如改善鍋爐對機組負荷的反應(yīng)速度等。(3)、目前單純的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)或基于爐膛溫度場測量的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)還存在另一個缺點是控制系統(tǒng)的不能自動實現(xiàn)燃燒的優(yōu)化還需要運行人員的參與。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)及控制方法，它利用爐膛溫度場可以迅速、直接的反應(yīng)爐內(nèi)燃燒狀況，建立一個在可靠、準(zhǔn)確測量爐膛溫度場的情況下，綜合考慮所有影響燃燒的可控因素構(gòu)建成一個自動調(diào)節(jié)燃燒的系統(tǒng)，它具有可以提高鍋爐燃燒效率，使鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟和可靠運行的優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)據(jù)處理裝置將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給運行方式選擇模塊，所述運行方式選擇模塊將選擇的結(jié)果傳輸給執(zhí)行指令輸出模塊；數(shù)據(jù)采集模塊用于收集電廠運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理裝置用于對收集到的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析和處理；運行方式選擇模塊用于根據(jù)磨煤機和吹灰的的投運狀態(tài)選則最佳運行方式；執(zhí)行指令輸出模塊用于根據(jù)最佳運行方式對現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，將鍋爐調(diào)整至最佳運行狀態(tài)；所述數(shù)據(jù)處理裝置封裝有煤質(zhì)處理模塊、吹灰方式處理模塊、輔助風(fēng)配風(fēng)方式處理模塊、爐膛溫度場數(shù)據(jù)處理模塊、爐膛溫度場調(diào)勻模塊、鍋爐輔機運行方式處理模塊、鍋爐磨煤機投運方式處理模塊；`所述執(zhí)行指令輸出模塊包括氧量調(diào)整模塊和爐膛溫度調(diào)整模塊；所述煤質(zhì)處理模塊用于對鍋爐入爐煤質(zhì)進行定量的數(shù)值化處理分析，以便根據(jù)煤質(zhì)進行相應(yīng)的運行方式調(diào)整；所述吹灰方式處理模塊用于鍋爐吹灰狀態(tài)進行數(shù)字化處理，方便控制、調(diào)整；所述輔助風(fēng)配風(fēng)方式處理模塊用于鍋爐輔助風(fēng)配風(fēng)方式進行數(shù)字化處理，方便控制、調(diào)整；所述爐膛溫度場數(shù)據(jù)處理模塊用于對溫度場測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；所述爐膛溫度場調(diào)勻模塊用于通過執(zhí)行機構(gòu)進行爐膛溫度場的均勻性調(diào)整；所述鍋爐輔機運行方式模塊用于對鍋爐輔機的運行方式進行數(shù)字化處理和優(yōu)化運行；所述鍋爐磨煤機投運方式模塊用于對磨煤機的投運狀態(tài)進行數(shù)字化處理，方便控制、調(diào)整；所述氧量調(diào)整模塊用于鍋爐運行氧量的調(diào)整和優(yōu)化；所述爐膛溫度調(diào)整模塊用于鍋爐爐膛溫度的調(diào)整和優(yōu)化。上述一種基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的控制方法，主要包括如下步驟:
步驟(I):對鍋爐進行全面性能測試和燃燒優(yōu)化調(diào)整，找出鍋爐的最佳運行工況，以及在最佳運行工況下各燃燒可控變量的變化范圍，數(shù)據(jù)采集模塊是對鍋爐負荷、輔助風(fēng)狀況、分隔燃盡風(fēng)狀況、爐膛溫度場狀況、吹灰狀況和磨煤機運行狀況進行數(shù)據(jù)的采集；步驟(2):根據(jù)上述全面測試結(jié)果進行的數(shù)學(xué)處理，主要是建立鍋爐熱效率，氮氧化物排放濃度與各燃燒可控變量之間的關(guān)系，對數(shù)據(jù)采集模塊輸出的溫度數(shù)值進行數(shù)據(jù)處理，使之成為能夠參與燃燒控制的變量，數(shù)據(jù)處理模塊的煤質(zhì)處理模塊、吹灰方式處理模塊、輔助風(fēng)配風(fēng)方式處理模塊、爐膛溫度場數(shù)據(jù)處理模塊、爐膛溫度場調(diào)勻模塊、鍋爐輔機運行方式模塊、鍋爐磨煤機投運方式模塊對數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)進行處理；步驟(3):運行方式選擇模塊選擇相應(yīng)的運行方式；步驟(4):氧量調(diào)整模塊進行運行氧量與最佳氧量比較，當(dāng)兩者出現(xiàn)偏差時通過調(diào)節(jié)送風(fēng)量使運行氧量接近或等于最佳氧量。爐膛溫度調(diào)整模塊進行實時爐膛平均溫度與最佳爐膛平均溫度比較，當(dāng)兩者出現(xiàn)偏差時，通過調(diào)節(jié)SOFA (Separated Over Fire Air分離燃盡風(fēng))擺角，各磨煤機的出力等使實時爐膛平均溫度接近或等于最佳爐膛平均溫度。所述步驟(I)對鍋爐進行的全面性能測試包括:鍋爐輔助系統(tǒng)的調(diào)整和測試、在鍋爐各負荷下的燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗、鍋爐經(jīng)濟負荷下的變煤種試驗；所述步驟(I)燃燒優(yōu)化調(diào)整包括:在不同負荷下進行變氧量試驗、輔助風(fēng)配風(fēng)方式改變試驗、變磨煤機投運方式試驗、變吹灰頻次試驗、變分隔燃盡風(fēng)風(fēng)量試驗、變?nèi)紵鲾[角試驗、磨煤機分離器轉(zhuǎn)速試驗；
·
所述步驟(2)溫度數(shù)值處理包括:溫度測量數(shù)值的壞值判斷與處理，溫度測量數(shù)值的區(qū)域化處理；所述步驟(2)數(shù)學(xué)處理包括:根據(jù)入爐煤質(zhì)分析結(jié)果，建立煤質(zhì)因子的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)全面的性能測試和鍋爐燃燒調(diào)整試驗建立最佳爐膛平均溫度與鍋爐負荷、煤質(zhì)因子的數(shù)學(xué)關(guān)系式，建立最佳氧量與鍋爐負荷、煤質(zhì)因子的數(shù)學(xué)關(guān)系式，找出變化SOFA擺角、燃燒器擺角、各磨煤機出力分配與爐膛平均溫度變化關(guān)系為氧量調(diào)整模塊和爐膛溫度調(diào)整準(zhǔn)備。本發(fā)明的基本工作原理:在進行鍋爐全面優(yōu)化測試和聲波測溫系統(tǒng)測量的基礎(chǔ)上，對聲波測量數(shù)據(jù)進行處理后根據(jù)聲波測量系統(tǒng)的溫度測量數(shù)據(jù)進行爐膛溫度場的均勻性調(diào)整，使整鍋爐的整個燃燒截面溫度場均勻減少了由于溫度場不均勻而造成的氮氧化物生成量和焦炭的不完全燃燒；根據(jù)鍋爐現(xiàn)場實際的全面測量結(jié)果，建立鍋爐各運行可控因素與鍋爐經(jīng)濟性、氮氧化物排放特性及爐膛溫度的數(shù)學(xué)模型，然后利用數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)實現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化的自動調(diào)節(jié)。本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵點:I)、為了真實反映鍋爐的實際情況，而且要考慮不同煤種和不同吹灰狀態(tài)下，不同負荷下的鍋爐運行狀態(tài)下對鍋爐進行全面的調(diào)整優(yōu)化，因此此項工作相當(dāng)繁雜，用時長，可根據(jù)現(xiàn)場的具體情況提前進行或利用部分以前的試驗測試數(shù)據(jù)。2)、數(shù)學(xué)模型的建立不僅要根據(jù)實際測試數(shù)據(jù)進行數(shù)值擬合，還要考慮電廠運行人員的操作習(xí)慣和鍋爐運行安全性、穩(wěn)定性。本發(fā)明的有益效果是:
I由于該燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)是在對鍋爐進行全面進行調(diào)整和優(yōu)化的基礎(chǔ)上并利用聲波測溫系統(tǒng)上開發(fā)的，并充分考慮電廠的實際燃煤狀況，輔助系統(tǒng)的運行方式，運行人員的操作習(xí)慣，能夠很好地貼近實際，可以說對某臺鍋爐量身定做的，可以保證鍋爐穩(wěn)定運行在經(jīng)濟性和氮氧化物排放特性較好的狀態(tài)。2目前較多燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的非正常退出都是由于燃煤的變化或輔機運行狀態(tài)發(fā)生變化造成的，而本系統(tǒng)充分考慮的電廠的實際燃煤狀況和輔機的運行狀態(tài)，避免了由于這兩項原因造成燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的非正常退出，具有較高的可靠性。3本系統(tǒng)不需要運行人員參與操作，實現(xiàn)了完全地智能化，完全避免了運行人員某些不合理的操作習(xí)慣對鍋爐燃燒的負面影響。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)模塊示意圖；圖2為本發(fā)明的工作流程示意圖；圖3為TMS-2000聲波測溫系統(tǒng)溫度信號示意圖；其中，1、煤質(zhì)處理模塊，2、吹灰方式處理模塊，3、輔助風(fēng)配風(fēng)方式處理模塊，4、爐膛溫度場數(shù)據(jù)處理模塊，5、爐膛溫度場調(diào)勻模塊，6、鍋爐輔機運行方式處理模塊，7、鍋爐磨煤機投運方式處理模塊，8、氧量調(diào)整模塊，9、爐膛溫度調(diào)整模塊，10、數(shù)據(jù)采集裝置，11、運行方式選擇模塊，12、數(shù)據(jù)處理裝置，13、執(zhí)行指令輸出模塊。
具體實施例方式下面結(jié)合華能某電廠#5鍋爐的實際實施例與說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的闡述。如圖1所示，一種 基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理裝置12，所述數(shù)據(jù)處理裝置12將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給運行方式選擇模塊11，所述運行方式選擇模塊11將選擇的結(jié)果傳輸給執(zhí)行指令輸出模塊13 ；數(shù)據(jù)采集模塊用于收集電廠運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理裝置12用于對收集到的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析和處理；運行方式選擇模塊11用于根據(jù)磨煤機和吹灰的的投運狀態(tài)選則最佳運行方式；執(zhí)行指令輸出模塊13用于根據(jù)最佳運行方式對現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，將鍋爐調(diào)整至最佳運行狀態(tài)；所述數(shù)據(jù)處理裝置12封裝有煤質(zhì)處理模塊1、吹灰方式處理模塊2、輔助風(fēng)配風(fēng)方式處理模塊3、爐膛溫度場數(shù)據(jù)處理模塊4、爐膛溫度場調(diào)勻模塊5、鍋爐輔機運行方式處理模塊6、鍋爐磨煤機投運方式處理模塊7。所述執(zhí)行機構(gòu)包括氧量調(diào)整模塊8和爐膛溫度調(diào)整模塊9 ;所述煤質(zhì)處理模塊I用于對鍋爐入爐煤質(zhì)進行定量的數(shù)值化處理分析，以便根據(jù)煤質(zhì)進行相應(yīng)的運行方式調(diào)整；所述吹灰方式處理模塊2用于鍋爐吹灰狀態(tài)進行數(shù)字化處理，方便控制、調(diào)整；所述輔助風(fēng)配風(fēng)方式處理模塊3用于鍋爐輔助風(fēng)配風(fēng)方式進行數(shù)字化處理，方便控制、調(diào)整；所述爐膛溫度場數(shù)據(jù)處理模塊4用于對溫度場測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；所述爐膛溫度場調(diào)勻模塊5用于通過執(zhí)行機構(gòu)進行爐膛溫度場的均勻性調(diào)整；所述鍋爐輔機運行方式模塊用于對鍋爐輔機的運行方式進行數(shù)字化處理和優(yōu)化運行；所述鍋爐磨煤機投運方式模塊用于對磨煤機的投運狀態(tài)進行數(shù)字化處理，方便控制、調(diào)整；所述氧量調(diào)整模塊8用于鍋爐運行氧量的調(diào)整和優(yōu)化；所述爐膛溫度調(diào)整模塊9用于鍋爐爐膛溫度的調(diào)整和優(yōu)化。如圖2所示，上述一種基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的控制方法，主要包括如下步驟:步驟(I):對鍋爐進行全面性能測試和燃燒優(yōu)化調(diào)整，找出鍋爐的最佳運行工況，以及在最佳運行工況下各燃燒可控變量的變化范圍，數(shù)據(jù)采集模塊是對鍋爐負荷、輔助風(fēng)狀況、分隔燃盡風(fēng)狀況、爐膛溫度場狀況、吹灰狀況和磨煤機運行狀況進行數(shù)據(jù)的采集；步驟(2):根據(jù)上述全面測試結(jié)果進行的數(shù)學(xué)處理，主要是建立鍋爐熱效率，氮氧化物排放濃度與各燃燒可控變量之間的關(guān)系，對數(shù)據(jù)采集模塊輸出的溫度數(shù)值進行數(shù)據(jù)處理，使之成為能夠參與燃燒控制的變量，數(shù)據(jù)處理模塊的煤質(zhì)處理模塊、吹灰方式處理模塊、輔助風(fēng)配風(fēng)方式處理模塊、爐膛溫度場數(shù)據(jù)處理模塊、爐膛溫度場調(diào)勻模塊、鍋爐輔機運行方式模塊、鍋爐磨煤機投運方式模塊對數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)進行處理；步驟(3):運行方式選擇模塊選擇相應(yīng)的運行方式；步驟(4):氧量調(diào)整模塊進行運行氧量與最佳氧量比較，當(dāng)兩者出現(xiàn)偏差時通過調(diào)節(jié)送風(fēng)量使運行氧量接近或等于最佳氧量。爐膛溫度調(diào)整模塊進行實時爐膛平均溫度與最佳爐膛平均溫度比較，當(dāng)兩者出現(xiàn)偏差時，通過調(diào)節(jié)SOFA (Separated Over Fire Air分離燃盡風(fēng))擺角，各磨煤機的出力等使實時爐膛平均溫度接近或等于最佳爐膛平均溫度。華能某電廠#5鍋爐由上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)，型號為SG-1025/17.47-M880亞臨界參數(shù)汽包爐，控制循環(huán)，單爐膛，一次中間再熱，露天布置，固態(tài)排渣。鍋爐以最大連續(xù)負荷(B-MCR)工況為設(shè)計參數(shù)，最大連續(xù)蒸發(fā)量1025t/h。鍋爐采用5臺中速磨煤機直吹式送粉系統(tǒng)，五層一次風(fēng)噴嘴布置，其中四層運行帶B-MCR，并布置三層點火油槍，最下一層設(shè)有等離子點火系統(tǒng)。采用 四角切向布置的全擺動直流燃燒器，燃燒器應(yīng)能長期運行，擺動裝置靈活可靠。在熱態(tài)運行中，一、二次風(fēng)噴口均可上下擺動，最大擺角約± 30 °，以滿足再熱汽溫調(diào)節(jié)要求。#5鍋爐上安裝了聲波測溫系統(tǒng)TMS-2000，該測溫系統(tǒng)輸出20路溫度信號見圖1，為了驗證聲波測溫的準(zhǔn)確性，采用了抽氣式熱電偶進行校驗，由于抽氣式熱電偶的長度有限，只能對 TMS01, TMS02, TMS03, TMS04, TMS05, TMS06, TMS10, TMS11, TMS15, TMS16, TMS17, TMS18, TMS19,TMS20進行測量和比較，經(jīng)過多個工況和多次測量比較，在這14個點中最大偏差為8%，最小偏差為1%，而且數(shù)據(jù)的可重復(fù)性較強，因此可以認為這種測溫系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性較好，可以用來進行鍋爐燃燒的控制和優(yōu)化。第一步是對鍋爐進行全面性能測試和燃燒優(yōu)化調(diào)整。就#5鍋爐來說包括:(I)、輔助系統(tǒng)的調(diào)整。包括進行一次風(fēng)的調(diào)平(通過對各臺磨煤機出口一次風(fēng)管風(fēng)速進行測量，如果磨煤機風(fēng)速偏差較大。通過可調(diào)縮孔進行調(diào)整。使得一次風(fēng)管風(fēng)速小于±5%。)；磨煤機入口一次風(fēng)量標(biāo)定(每臺磨煤機入口均裝有一次風(fēng)的測風(fēng)裝置，在習(xí)慣運行風(fēng)量下，用經(jīng)過標(biāo)定的靠背管測量通過磨煤機的一次風(fēng)量，對比表盤風(fēng)量和實測風(fēng)量是否相符，如果差別較大可通過試驗得出的各個磨煤機標(biāo)定系數(shù)對表盤風(fēng)量進行整定，使磨煤機風(fēng)量指示準(zhǔn)確，為運行操作提供可靠的依據(jù))；磨煤機加載力試驗(調(diào)整磨煤機出力為最大出力的80%左右,進行磨煤機變磨棍加載力試驗，以確定磨棍最佳加載油壓)；煤粉分離器特性試驗(調(diào)整磨煤機出力為最大出力的80%左右，磨煤機風(fēng)量按照風(fēng)煤比曲線設(shè)置，在不同的分離器轉(zhuǎn)速下，在磨煤機出口的4根一次風(fēng)管上用煤粉等速取樣裝置安裝等截面、等時的原則采集煤粉樣，分析煤粉細度R9tl與R2tJ (備注=R9tl與R2to都是煤粉細度的表示方法，R90表示煤粉通過孔徑為90 μ m篩子的百分比，R200表示煤粉通過孔徑為200 μ m篩子的百分比)；送引風(fēng)機的特性試驗(在三個負荷點下進行送引風(fēng)機的出力特性測試，找出風(fēng)機在不同工作點下效率，找出送引風(fēng)系統(tǒng)的阻力特性)。這一步的調(diào)整主要是為了下一步進行鍋爐全面調(diào)整打基礎(chǔ)。(2)、對鍋爐進行全面的燃燒優(yōu)化。主要包括以下試驗項目:①對鍋爐入爐煤質(zhì)和入廠煤質(zhì)進行全面的收集和分析，根據(jù)煤質(zhì)的變化范圍定出試驗煤質(zhì)的變化范圍和試驗煤種。②磨煤機分離器特性試驗。③確定鍋爐的最低穩(wěn)燃負荷和鍋爐最大連續(xù)負荷。④爐膛溫度場調(diào)整均勻的試驗。⑤從最低穩(wěn)燃負荷至最大連續(xù)負荷進行變氧量試驗，測算每個氧量下鍋爐效率，氮氧化物排放濃度和爐膛溫度平均值。⑥變磨煤機運行方式試驗。分為四臺磨煤機運行和五臺磨煤機運行等。⑦在不同吹灰頻次下的優(yōu)化調(diào)整試驗。⑧不同配風(fēng)方式下的優(yōu)化調(diào)整試驗。⑨分隔燃盡風(fēng)擋板開度與鍋爐效率/氮氧化物排放濃度/爐膛溫度平均值的關(guān)系O⑩分隔燃盡風(fēng)擺角與鍋爐效率/氮氧化物排放濃度/爐膛溫度平均值的關(guān)系。 主燃燒器擺角與鍋爐效率/氮氧化物排放濃度/爐膛溫度平均值的關(guān)系。(3)、為了使優(yōu)化程序更為簡潔和升級方便，將采用功能塊的方式進行處理，使優(yōu)化系統(tǒng)差錯和維護方便。I煤質(zhì)處理(I)、根據(jù)最近兩年內(nèi)的入爐煤質(zhì)狀況計算煤質(zhì)綜合分析指標(biāo)β，再綜合對未來煤
質(zhì)變化定出煤質(zhì)β_，β average ^ min°其中β 的定義為
權(quán)利要求
1.一種基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征是，包括數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)據(jù)處理裝置將處理后的數(shù)據(jù)傳輸給運行方式選擇模塊，所述運行方式選擇模塊將選擇的結(jié)果傳輸給執(zhí)行指令輸出模塊； 數(shù)據(jù)采集模塊用于收集電廠運行狀態(tài)數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)處理裝置用于對收集到的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析和處理； 運行方式選擇模塊用于根據(jù)磨煤機和吹灰的的投運狀態(tài)選則最佳運行方式； 執(zhí)行指令輸出模塊用于根據(jù)最佳運行方式對現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，將鍋爐調(diào)整至最佳運行狀態(tài)； 所述數(shù)據(jù)處理裝置封裝有煤質(zhì)處理模塊、吹灰方式處理模塊、輔助風(fēng)配風(fēng)方式處理模塊、爐膛溫度場數(shù)據(jù)處理模塊、爐膛溫度場調(diào)勻模塊、鍋爐輔機運行方式處理模塊、鍋爐磨煤機投運方式處理模塊； 所述執(zhí)行指令輸出模塊包括氧量調(diào)整模塊和爐膛溫度調(diào)整模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征是，所述煤質(zhì)處理模塊用于對鍋爐入爐煤質(zhì)進行定量的數(shù)值化處理分析，以便根據(jù)煤質(zhì)進行相應(yīng)的運行方式調(diào)整； 所述吹灰方式處理模塊用于鍋爐吹灰狀態(tài)進行數(shù)字化處理，方便控制、調(diào)整； 所述輔助風(fēng)配風(fēng)方式處理模塊用于鍋爐輔助風(fēng)配風(fēng)方式進行數(shù)字化處理，方便控制、調(diào)整； 所述爐膛溫度場數(shù)據(jù)處理模塊用于對溫 度場測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理； 所述爐膛溫度場調(diào)勻模塊用于通過執(zhí)行機構(gòu)進行爐膛溫度場的均勻性調(diào)整； 所述鍋爐輔機運行方式模塊用于對鍋爐輔機的運行方式進行數(shù)字化處理和優(yōu)化運行； 所述鍋爐磨煤機投運方式模塊用于對磨煤機的投運狀態(tài)進行數(shù)字化處理，方便控制、調(diào)整； 所述氧量調(diào)整模塊用于鍋爐運行氧量的調(diào)整和優(yōu)化； 所述爐膛溫度調(diào)整模塊用于鍋爐爐膛溫度的調(diào)整和優(yōu)化。
3.如上述任一權(quán)利要求所述一種基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，主要包括如下步驟: 步驟(I):對鍋爐進行全面性能測試和燃燒優(yōu)化調(diào)整，找出鍋爐的最佳運行工況，以及在最佳運行工況下各燃燒可控變量的變化范圍，數(shù)據(jù)采集模塊是對鍋爐負荷、輔助風(fēng)狀況、分隔燃盡風(fēng)狀況、爐膛溫度場狀況、吹灰狀況和磨煤機運行狀況進行數(shù)據(jù)的采集； 步驟(2):根據(jù)上述全面測試結(jié)果進行的數(shù)學(xué)處理，主要是建立鍋爐熱效率，氮氧化物排放濃度與各燃燒可控變量之間的關(guān)系，對數(shù)據(jù)采集模塊輸出的溫度數(shù)值進行數(shù)據(jù)處理，使之成為能夠參與燃燒控制的變量，數(shù)據(jù)處理模塊的煤質(zhì)處理模塊、吹灰方式處理模塊、輔助風(fēng)配風(fēng)方式處理模塊、爐膛溫度場數(shù)據(jù)處理模塊、爐膛溫度場調(diào)勻模塊、鍋爐輔機運行方式模塊、鍋爐磨煤機投運方式模塊對數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)進行處理； 步驟(3):運行方式選擇模塊選擇相應(yīng)的運行方式； 步驟(4):氧量調(diào)整模塊是運行氧量與最佳氧量比較，當(dāng)兩者出現(xiàn)偏差時通過調(diào)節(jié)送風(fēng)量使運行氧量接近或等于最佳氧量；爐膛溫度調(diào)整模塊是實時爐膛平均溫度與最佳爐膛平均溫度比較，當(dāng)兩者出現(xiàn)偏差時，通過調(diào)節(jié)SOFA擺角，各磨煤機的出力使實時爐膛平均溫度接近或等于最佳爐膛平均溫度。
4.如權(quán)利要求3所述一種基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是， 所述步驟(I)對鍋爐進行的全面性能測試包括:鍋爐輔助系統(tǒng)的調(diào)整和測試、在鍋爐各負荷下的燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗、鍋爐經(jīng)濟負荷下的變煤種試驗。
5.如權(quán)利要求3所述一種基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是， 所述步驟(I)燃燒優(yōu)化調(diào)整包括:在不同負荷下進行變氧量試驗、輔助風(fēng)配風(fēng)方式改變試驗、變磨煤機投運方式試驗、變吹灰頻次試驗、變分隔燃盡風(fēng)風(fēng)量試驗、變?nèi)紵鲾[角試驗、磨煤機分離器轉(zhuǎn)速試驗。
6.如權(quán)利要求3所述一種基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是， 所述步驟(2)溫度數(shù)值處理包括:溫度測量數(shù)值的壞值判斷與處理，溫度測量數(shù)值的區(qū)域化處理。
7.如權(quán)利要求3所述一種基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是， 所述步驟(2)數(shù)學(xué)處理包括:根據(jù)入爐煤質(zhì)分析結(jié)果，建立煤質(zhì)因子的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)全面的性能測試和鍋爐燃燒調(diào)整試驗建立最佳爐膛平均溫度與鍋爐負荷、煤質(zhì)因子的數(shù)學(xué)關(guān)系式，建立最佳氧量與鍋爐負荷、煤質(zhì)因子的數(shù)學(xué)關(guān)系式，找出變化SOFA擺角、燃燒器擺角、各磨煤機出力分 配與爐膛平均溫度變化關(guān)系為氧量調(diào)整模塊和爐膛溫度調(diào)整準(zhǔn)備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于聲波測量爐膛溫度場的燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)及控制方法，包括數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)處理裝置、運行方式選擇模塊、執(zhí)行指令輸出模塊，數(shù)據(jù)處理裝置封裝有煤質(zhì)處理模塊、吹灰方式處理模塊、輔助風(fēng)配風(fēng)方式處理模塊、爐膛溫度場數(shù)據(jù)處理模塊、爐膛溫度場調(diào)勻模塊、鍋爐輔機運行方式處理模塊、鍋爐磨煤機投運方式處理模塊；執(zhí)行指令輸出模塊包括氧量調(diào)整模塊和爐膛溫度調(diào)整模塊。本發(fā)明的有益效果它利用爐膛溫度場可以迅速、直接的反應(yīng)爐內(nèi)燃燒狀況，建立一個在可靠、準(zhǔn)確測量爐膛溫度場的情況下，綜合考慮所有影響燃燒的可控因素構(gòu)建成一個自動調(diào)節(jié)燃燒的系統(tǒng)，具有可以提高鍋爐燃燒效率，使鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟和可靠運行的優(yōu)點。
文檔編號F23N5/00GK103244964SQ20131015302
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者董信光, 胡志宏, 郝衛(wèi)東, 劉福國, 楊興森 申請人:國家電網(wǎng)公司, 山東電力研究院