燃煤鍋爐燃燒基于空氣過(guò)量系數(shù)在線自尋優(yōu)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種在線自尋優(yōu)的控制方法，特別設(shè)及一種燃煤鍋爐燃烷基于空氣過(guò) 量系數(shù)在線自尋優(yōu)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，我國(guó)工業(yè)燃煤鍋爐普遍存在著鍋爐運(yùn)行效率遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)效率的問(wèn)題，究其 原因，主要是檢測(cè)手段不完善、控制和調(diào)節(jié)水平低造成的。由于煤質(zhì)和負(fù)荷的變化，使燃煤 鍋爐的燃燒工況不能做到及時(shí)的跟蹤調(diào)節(jié)，而偏離最佳燃燒狀態(tài)；同時(shí)，為了使燃料充分燃 燒，往往加大空氣量，造成空氣過(guò)量系數(shù)遠(yuǎn)大于1. 2~1. 75的正常范圍，致使燃煤鍋爐的熱 損失大、熱效率低。目前，現(xiàn)有技術(shù)中多采用在給煤量不變的情況下調(diào)節(jié)風(fēng)煤比的控制方 式。但在燃煤鍋爐自動(dòng)燃燒的狀態(tài)下，由于給煤量隨著負(fù)荷的變化而變化，造成風(fēng)煤比值不 能及時(shí)隨著給煤量的變化而自動(dòng)調(diào)整，使風(fēng)煤比值不佳，造成鍋爐熱損失大，燃煤鍋爐的熱 效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)煤比值不能及時(shí)隨著給煤量的變化而自 動(dòng)調(diào)整，造成風(fēng)煤比值不佳，導(dǎo)致燃煤鍋爐熱損失大W及鍋爐的熱效率降低的問(wèn)題而提供 的一種燃煤鍋爐燃烷基于空氣過(guò)量系數(shù)在線自尋優(yōu)的控制方法。
[0004] 本發(fā)明提供的燃煤鍋爐燃烷基于空氣過(guò)量系數(shù)在線自尋優(yōu)的控制方法，其具體方 法如下所述：
[0005] 第一步、根據(jù)爐膛溫度的設(shè)定值，采用模糊控制方法，自動(dòng)調(diào)節(jié)給煤量的大小，使 爐膛溫度達(dá)到設(shè)定的范圍內(nèi)，具體如下：
[0006] (1)、設(shè)定爐膛溫度T。，采用模糊控制算法，把經(jīng)爐膛溫度傳感器檢測(cè)所得t時(shí)刻爐 膛溫度Tt與給定值T。進(jìn)行比較后，即可得爐膛溫度偏差e，經(jīng)計(jì)算得到爐膛溫度偏差變化 ec，Au為送風(fēng)控制輸出增量，具體公式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種燃煤鍋爐燃烷基于空氣過(guò)量系數(shù)在線自尋優(yōu)的控制方法，其特征在于：其具體 方法如下所述： 第一步、根據(jù)爐膛溫度的設(shè)定值，采用模糊控制方法，自動(dòng)調(diào)節(jié)給煤量的大小，使?fàn)t膛 溫度達(dá)到設(shè)定的范圍內(nèi)，具體如下： (1) 、設(shè)定爐膛溫度Ttl，采用模糊控制算法，把經(jīng)爐膛溫度傳感器檢測(cè)所得t時(shí)刻爐膛溫 度Tt與給定值T ^進(jìn)行比較后，即可得爐膛溫度偏差e，經(jīng)計(jì)算得到爐膛溫度偏差變化ec， Au為送風(fēng)控制輸出增量，具體公式如下： e (n) = Tt (n) -T0
u (η) = u (n-1) + Δ u (η) (2) 、設(shè)爐膛溫度偏差允許的變化范圍為± 3 O °C，爐膛溫度偏差變化率允許的變化 范圍為±3°C，則將爐膛溫度偏差e及其變化率ec的基本論域定義為[-30, 30]和[-3， 3];設(shè)送風(fēng)變頻器允許的控制增量變化范圍為±0. 3Hz，則送風(fēng)控制輸出增量Au的基本 論域定義為[_〇. 3,0. 3]，把它們分成13個(gè)等級(jí)[_6,6]，組成模糊論域E，EC和AU，即 {-6, -5, -4, -3, -2, _1，0，1，2, 3,4, 5,6}，并各自定義 7 個(gè)模糊集合："正大（PB) "，"正中 (PM) "，"正?。≒S) "，"零（ZR) "，"負(fù)?。∟S) "，"負(fù)中（NM) "，"負(fù)大（NB) "，則E的量化因子為 Ke= 6/30 = 0· 2, EC 的量化因子為 K ec = 6/3 = 2, Δ U 的量化因子為 K Μ= 0· 3/6 = 0· 05， 隸屬度函數(shù)選取正態(tài)函數(shù)； (3) 、根據(jù)模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)原則：當(dāng)誤差較大時(shí)，控制量要快速地減少誤差，當(dāng)誤差較 小時(shí)，除了消除誤差外，還要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以避免超調(diào)和振蕩，制定模糊規(guī)則； (4) 、采用離線方式，根據(jù)模糊控制規(guī)則，采用Mamdani最小一一最大法進(jìn)行模糊推理， 計(jì)算出輸出模糊向量，采用平均最大隸屬度法進(jìn)行反模糊化處理得出模糊控制查詢(xún)表； (5) 、測(cè)量t時(shí)刻的爐膛溫度偏差et和爐膛溫度偏差變化ec t經(jīng)過(guò)論域變換后，轉(zhuǎn)化為 模糊值et*和ect*，然后查詢(xún)模糊控制表就能夠得到t時(shí)刻的輸出控制模糊值Λ ut*，再乘 以量化因子Kiu= 0. 05即可得t時(shí)刻輸出控制給煤量的增量Λ u t; (6) 、經(jīng)過(guò)采樣時(shí)間間隔，根據(jù)爐膛溫度變化再重新計(jì)算給煤量的增量，以此完成自動(dòng) 給煤過(guò)程； 第二步、爐膛出口煙氣含氧量和CO%含量的測(cè)量，最佳空氣過(guò)量系統(tǒng)確定； (1) 、通過(guò)氧量傳感器采集爐膛出口煙氣的含氧量，計(jì)算出爐膛出口的空氣過(guò)量系數(shù)α =21Λ21-Β);通過(guò)CO%傳感器采集爐膛出口煙氣中CO%含量，根據(jù)化學(xué)不完全燃燒熱損 失公式計(jì)算化學(xué)不完全燃燒熱損失q3 ; (2) 、采用爐膛溫度代替熱效率，利用爐膛溫度的極值特性進(jìn)行尋優(yōu)，根據(jù)鍋爐熱損失 和空氣過(guò)量系數(shù)關(guān)系曲線及鍋爐燃燒特性曲線得出：當(dāng)空氣過(guò)量系數(shù)α在1. 15~1. 32 之間時(shí)，熱損失有極小值，熱效率為最大值，爐膛溫度也存在極大值，自尋優(yōu)的過(guò)程是通過(guò) 調(diào)節(jié)控制送風(fēng)量的大小，找到爐膛溫度極大值時(shí)的空氣過(guò)量系數(shù)α并使之控制在1.15~ 1. 32之間，為此，采取變步長(zhǎng)自尋優(yōu)的方法調(diào)節(jié)鼓風(fēng)變頻器以改變送風(fēng)量的大小，找到適合 當(dāng)前負(fù)荷和給煤量狀態(tài)下的最佳的送風(fēng)量及最佳的空氣過(guò)量系數(shù)α ; 第三步、記錄當(dāng)前爐膛溫度值Ta，并根據(jù)氧量傳感器檢測(cè)的爐膛出口煙氣含氧量，計(jì)算 爐膛出口煙氣中的空氣過(guò)量系數(shù)α =21Λ21-Β)，判斷當(dāng)前狀態(tài)下空氣過(guò)量系數(shù)α值的范 圍，如果α大于1.32,表明送風(fēng)量過(guò)大，則以初始步長(zhǎng)rateO減小送風(fēng)量，并以此為基礎(chǔ)繼 續(xù)尋優(yōu)；如果α小于1.15,表明送風(fēng)量不足，則以初始步長(zhǎng)rateO增加送風(fēng)量，并以此為基 礎(chǔ)繼續(xù)尋優(yōu)；如果α在1.15~1.32之間，則表明α在合理區(qū)間，為防止冒黑煙，則以初始 步長(zhǎng)rateO向增加送風(fēng)量的方向，進(jìn)一步尋找最優(yōu)點(diǎn)； 第四步、經(jīng)停步等待時(shí)間后，記錄當(dāng)前爐膛溫度值Tb，如果TbXTa，說(shuō)明尋優(yōu)方向正確， 繼續(xù)以當(dāng)前步長(zhǎng)按照上一步方向繼續(xù)尋優(yōu)到達(dá)T。，如此進(jìn)行，如果TbCTa，則說(shuō)明尋優(yōu)方向錯(cuò) 誤，下一步時(shí)，將尋優(yōu)步長(zhǎng)變?yōu)閞ate n= 2raten_i，同時(shí)反方向?qū)?yōu)； (1) 、假設(shè)到達(dá)Td時(shí)，T d〈T。，說(shuō)明尋優(yōu)超過(guò)了爐溫極值點(diǎn)，則將尋優(yōu)步長(zhǎng)變?yōu)閞aten= Oiratelri反向?qū)?yōu)，直至兩次記錄的爐膛溫度差值小于允許的爐膛溫度波動(dòng)范圍，如 Tn-Tlri I <Tmin，或步長(zhǎng)小于允許的最小值時(shí)，尋優(yōu)結(jié)束； (2) 、找到最優(yōu)或近似的最優(yōu)點(diǎn)之后，經(jīng)超限判斷，此時(shí)的送風(fēng)量即為當(dāng)前狀態(tài)下的最 佳送風(fēng)量，此時(shí)的空氣過(guò)量系數(shù)即為當(dāng)前狀態(tài)下的最佳空氣過(guò)量系數(shù)值； 第五步、為確保燃煤鍋爐在低空氣過(guò)量系數(shù)條件下穩(wěn)定運(yùn)行，在尋優(yōu)過(guò)程的每一步中， 都要對(duì)尋優(yōu)過(guò)程進(jìn)行修正，保證空氣過(guò)量系數(shù)控制在熱損失最小的范圍內(nèi)，假設(shè)尋優(yōu)進(jìn)行 到某一步時(shí)，空氣過(guò)量系數(shù)超過(guò)設(shè)定的范圍，將尋優(yōu)步長(zhǎng)變?yōu)閞ate n= 0. Sratelri反向?qū)?yōu)， 直至空氣過(guò)量系數(shù)達(dá)到我們?cè)O(shè)定的范圍內(nèi)，如果尋優(yōu)過(guò)程中空氣過(guò)量系數(shù)超出設(shè)定范圍， 則認(rèn)為尋優(yōu)失敗，停止尋優(yōu)； 第六步、當(dāng)鍋爐尋優(yōu)結(jié)束，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣過(guò)量系數(shù)，一旦空氣過(guò)量系 數(shù)超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)，說(shuō)明燃燒工況偏離最佳工況，要重新進(jìn)行尋優(yōu)過(guò)程； 第七步、監(jiān)測(cè)爐膛出口煙氣中的C0%含量，并計(jì)算化學(xué)不完全燃燒熱損失q3 = 3. 2X a XC0% ;根據(jù)CO%的含量和q3的熱損失值來(lái)檢驗(yàn)空氣過(guò)量系數(shù)的正確性，如果q3 大于鍋爐設(shè)計(jì)的q3參數(shù)值，說(shuō)明尋優(yōu)不正確，停止尋優(yōu)； 第八步、尋優(yōu)結(jié)束后，爐膛溫度達(dá)到最高點(diǎn)，可能超過(guò)爐膛溫度的設(shè)定值，再通過(guò)模糊 控制自動(dòng)調(diào)節(jié)給煤量，如此循環(huán)，達(dá)到自動(dòng)給煤，自動(dòng)送風(fēng)，自動(dòng)尋找最佳空氣過(guò)量系數(shù)的 工作，使燃煤鍋爐的燃燒系統(tǒng)處于穩(wěn)定和最佳的工作狀態(tài)下。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種燃煤鍋爐燃燒基于空氣過(guò)量系數(shù)在線自尋優(yōu)的控制方法，具體方法為：第一步、采用模糊控制方法，自動(dòng)調(diào)節(jié)給煤量的大小；第二步、最佳空氣過(guò)量系統(tǒng)確定；第三步、根據(jù)氧量傳感器檢測(cè)的爐膛出口煙氣含氧量；第四步、記錄當(dāng)前爐膛溫度值Tb；第五步、對(duì)尋優(yōu)過(guò)程進(jìn)行修正；第六步、當(dāng)鍋爐尋優(yōu)結(jié)束，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣過(guò)量系數(shù)；第七步、監(jiān)測(cè)爐膛出口煙氣中的CO％含量；第八步、尋優(yōu)結(jié)束后，爐膛溫度達(dá)到最高點(diǎn)，可能超過(guò)爐膛溫度的設(shè)定值，再通過(guò)模糊控制自動(dòng)調(diào)節(jié)給煤量。有益效果：提高了鍋爐的熱效率，節(jié)約了能源；通過(guò)空氣過(guò)量系數(shù)的自尋優(yōu)也有效的減少了大氣污染物NOX的排放。
【IPC分類(lèi)】F23N1-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104764040
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510197347
【發(fā)明人】崔殿有, 常磊, 任星
【申請(qǐng)人】吉林省譽(yù)衡工業(yè)電氣有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年4月24日