基於紅外輻射能信號的電站鍋爐燃燒優化方法及裝置的製作方法
2023-06-01 02:02:31 2
專利名稱：基於紅外輻射能信號的電站鍋爐燃燒優化方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電站鍋爐燃燒優化技術，具體涉及一種基於近紅外輻射能信號的電站鍋爐燃燒優化方法及裝置。
背景技術：
四角切圓煤粉燃燒鍋爐的燃料控制系統是鍋爐本體控制中最複雜的部分，對於國內主流的300MW和600MW電站鍋爐其燃燒控制通常由燃料調整，送風調整和引風調整三部分組成，一般隨鍋爐負荷的變化而採用鍋爐跟隨，汽機跟隨或者是協調控制等運行方式。無論哪種運行方式，通常都需要用到「熱量信號」作為入爐燃料量調節的一個反饋信號。熱量信號來自汽包壓力和主蒸汽流量的變化，而從燃料量變化到燃燒產生熱量的變化再到汽包壓力和主蒸汽量的變化無論對於直吹式還是中間儲倉式鍋爐來說，都是一個大滯後的慣性環節，尤其是隨著鍋爐容量的增加，滯後現象更加明顯。由於其遲延特性，原有的控制系統在滿足負荷的實時響應速度和主蒸汽壓力的穩定性上存在不足。
爐膛輻射能信號是補償熱量信號遲滯性不足的一個最佳選擇信號。從對爐內燃燒的深入分析來看，輻射強度信號有以下特點1.輻射能是爐內傳熱的主要來源，入爐燃料量或者風量的變化都會使輻射能迅速地發生變化，同時輻射也能反應不同煤種的燃燒特性；2.輻射強度信號響應燃料變化速度快。燃料燃燒產生的熱量首先以輻射能的和方式向周圍介質擴散，而輻射能以電磁波的方式傳輸，因此在時間上幾乎沒有滯後；3.輻射能隨溫度變化顯著；4.輻射能信號隨爐內燃燒煤量、風量、氧量的變化成線性關係。
發明內容
本發明的目的在於提供基於紅外輻射能信號的電站鍋爐燃燒優化方法及裝置。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一、一種基於紅外輻射能信號的電站鍋爐燃燒優化方法利用近紅外輻射能傳感器獲取爐內輻射能強度信息，並通過人工神經網絡最優化方法得到輻射能偏差值，然後將濾波處理後的偏差值接入DCS鍋爐燃料控制模塊，改善給煤控制邏輯。
二、一種基於紅外輻射能信號的電站鍋爐燃燒優化裝置分為硬體和軟體兩個部分，系統的硬體包括三個部分第一部分包括安裝在鍋爐四角的近紅外輻射能傳感器，近紅外輻射能通過光纖傳輸到光電轉換元件，光電轉換元件與下位機數據採集及傳輸控制模塊相連；第二部分包括位於鍋爐本體的下位機數據採集及傳輸控制模塊；第三部分包括位於電子室內的上位機數據分析及控制信號輸出模塊，數據採集及傳輸控制模塊包括以下模塊NI CRIO-9002，NI CRIO-9101，NI CRIO-9215和數據交換機；數據分析及控制信號輸出模塊包括以下模塊NI PXI-1042，NI PXI-6704，NI PXI-6259。下位機採集得到實時爐內輻射能信號，經網線連接到數據交換機，NI PXI-1042數據控制上位機利用TCP/IP網絡，從下位機讀取實時輻射能信號以及從電廠PI運行資料庫讀取鍋爐運行參數，NI PXI-6704輸出0～20mA電流信號到電廠DCS系統中；軟體系統採用Labview編程軟體開發。
本發明具有的有益效果是利用爐內燃料燃燒過程發射的紅外輻射能信號，作為一個提前反饋量，接入DCS鍋爐主控模塊中，對原有的基於「熱量信號」的燃料控制邏輯進行改進，提高機組的負荷響應速度，克服由於燃料熱值或者燃料測幹擾引起的鍋爐主蒸汽壓力以及流量的波動，保證汽機運行的穩定性。
圖1是輻射能傳感器安裝位置示意圖。
圖2是裝置結構示意圖。
圖3是優化控制邏輯示意圖。
圖中1、近紅外輻射能傳感器，2、光纖，3、光電轉換元件，4、數據採集及傳輸控制模塊，5、數據分析及控制信號輸出模塊。
具體實施例方式
如圖1，圖2所示，近紅外輻射能傳感器1安裝在鍋爐的35.432m高度的四角，爐膛輻射能由近紅外輻射能傳感器1獲得，通過光纖2傳輸到光電轉換元件PDA553，在光電轉換元件內經過轉換通過BNC接頭輸出0～10V電壓信號，之後經過網線傳輸到控制中心。下位機數據採集及傳輸控制模塊4中的NICRIO-9002是就地數據採集下位機，用於數據採集和傳輸的控制，通過TCP/IP協議與上位機數據分析及控制信號輸出模塊5通訊。下位機輸入的實時爐內輻射能信號，經網線連接到交換機，NI PXI-1042數據控制上位機利用TCP/IP網絡，從下位機讀取實時輻射能信號以及從電廠PI運行資料庫讀取鍋爐運行參數。NI PXI-6704是基於PXI接口的模擬量輸出模塊，把通過人工神經網絡最優化方法得到輻射能偏差值輸入到電廠DCS燃料控制模塊中，改善給煤控制邏輯。如圖3所示，熱量信號是指燃料進入爐膛燃燒後，在單位時間內所產生的熱量，是蒸汽流量信號D和汽包壓力Pb微分信號之和。原有的給煤邏輯是利用熱量信號輸入氣壓調節器，得到的氣壓值與機前氣壓標準值PT進行比較後對燃料調節器進行控制，響應過程具有很大的延遲。改進的給煤邏輯加入了經過人工神經網絡優化方法處理後的紅外輻射能標準偏差值E，大大改善了控制響應過程的時間，權重設置單元用於控制輸入紅外輻射能標準偏差值E的大小。其中，經過人工神經網絡優化方法處理後的紅外輻射能標準偏差值E的數學模型如下Rt=f{(R332(r1,r2,r3,r4)-R0(x1,x2,x3,x4)}t]]>式中R332-表示三級濾波處理後的爐內實際四角輻射能r1，r2，r3，r4的32個時刻點的積分平均值，這個值代表了輸入熱量。
R0-表示經過人工神經網絡最優化方法得到的對應於當前運行參數x1，x2，x3，x4等的理論輻射能，這個值代表了需求熱量。
ΔRt-表示了輸出的輻射能控制信號。ΔRt＞0表示輸入大於需求，這個時候需要減少燃料量，反之則表示輸入小於需求，這個時候需要增加燃料量。
權利要求
1.一種基於近紅外輻射能信號的電站鍋爐燃燒優化方法，其特徵在於利用近紅外輻射能傳感器獲取爐內輻射能強度信息，並通過人工神經網絡最優化方法得到輻射能偏差值，然後將濾波處理後的偏差值接入DCS鍋爐燃料控制模塊，改善給煤控制邏輯。
2.用於權利要求1所述方法的一種基於近紅外輻射能信號的電站鍋爐燃燒優化裝置，其特徵在於分為硬體和軟體兩個部分，系統的硬體包括三個部分第一部分包括安裝在鍋爐四角的近紅外輻射能傳感器(1)，近紅外輻射能通過光纖(2)傳輸到光電轉換元件(3)，光電轉換元件(3)與下位機數據採集及傳輸控制模塊(4)相連；第二部分包括位於鍋爐本體的下位機數據採集及傳輸控制模塊(4)；第三部分包括位於電子室內的上位機數據分析及控制信號輸出模塊(5)，數據採集及傳輸控制模塊(4)包括以下模塊NI CRIO-9002，NI CRIO-9101，NICRIO-9215和數據交換機；數據分析及控制信號輸出模塊(5)包括以下模塊NIPXI-1042，NI PXI-6704，NI PXI-6259。下位機採集得到實時爐內輻射能信號，經網線連接到數據交換機，NI PXI-1042數據控制上位機利用TCP/IP網絡，從下位機讀取實時輻射能信號以及從電廠PI運行資料庫讀取鍋爐運行參數，NIPXI-6704輸出0～20mA電流信號到電廠DCS系統中；軟體系統採用Labview編程軟體開發。
全文摘要
本發明公開了一種基於紅外輻射能信號的電站鍋爐燃燒優化方法及裝置。分為硬體和軟體兩個部分，硬體包括三個部分第一部分包括安裝在鍋爐四角的近紅外輻射能傳感器，近紅外輻射能通過光纖傳輸到光電轉換元件，光電轉換元件與下位機數據採集及傳輸控制模塊相連；第二部分包括位於鍋爐本體的下位機數據採集及傳輸控制模塊；第三部分包括位於電子室內的上位機數據分析及控制信號輸出模塊；軟體系統採用Labview編程軟體開發。利用近紅外輻射能傳感器獲取爐內輻射能強度信息，並通過人工神經網絡最優化方法得到輻射能偏差值，然後將濾波處理後的偏差值接入DCS鍋爐燃料控制模塊，改善給煤控制邏輯，提高機組的負荷響應速度，保證汽機運行的穩定性。
文檔編號F22B35/18GK101078526SQ20071006986
公開日2007年11月28日 申請日期2007年7月3日 優先權日2007年7月3日
發明者嚴建華, 黃群星, 王飛, 馬增益, 劉冬, 池湧, 岑可法 申請人:浙江大學