多燃料混燒鍋爐燃料自適應控制系統的製作方法

2023-06-20 08:40:06

專利名稱：多燃料混燒鍋爐燃料自適應控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電站鍋爐控制系統，尤其涉及一種同時燃用多種不同燃料的電站鍋爐燃料自適應控制系統的實現方法。
背景技術：
煤炭在我國一次能源的生產和消費中所佔比例約為70%，燃煤火力發電機組也一直是我國電力工業的主要構成部分。因此，對常規燃煤機組而言，無論是鍋爐等主機設備還是其控制系統的設計、製造和應用，國內都已經積累了大量的經驗，技術日趨成熟。而隨著鋼鐵、煤化工等超大型集成製造企業對生產製造流程副產煤氣綜合利用水平的提高，近年來陸續規劃建設了一批以中低熱值煤氣為燃料的大型發電機組，而這些機組的運行與電力行業的公用發電廠不同，大多同時混燒兩種或者兩種以上燃料；另一方面，從90年代中期起，我國大型火力發電機組成套出口的數量也越來越多，相當一部分出口到油氣資源富裕 國家的電站鍋爐採用的是油氣混燒方式，爐型也從早先的亞臨界汽包鍋爐擴展到了超臨界直流鍋爐。展望未來，隨著頁巖氣等新的化石能源的勘探和開採技術日益成熟以及煤制氣等清潔煤化工新工藝的開發，燃煤/燃氣等多燃料混燒鍋爐也將會在我國的火力發電機組中得到更多的發展，這些多燃料混燒鍋爐都必須根據其燃料配置特點來設計與之相符的控制策略。很顯然，這些多燃料混燒鍋爐的運行和控制與國內現有的單一燃煤的常規火力發電機組相比更為複雜。與主要燃燒單一燃料的鍋爐不同，儘管在多燃料混燒鍋爐本體設計時已經考慮到了多種燃料的匹配和切換，但實際運行時，尤其是快速切換兩種熱值和燃燒特性都差異較大的燃料時，單燒一種燃料的常規鍋爐燃燒控制策略很難滿足這種新的需求。例如鋼鐵企業高爐煤氣的主要可燃成分是CO、少量的H2和CH4, CO含量在30%以下，大部分是不可燃的惰性氣體N2和CO2，還含有大量的灰塵。故高爐煤氣發熱值較低，一般約為2850 3220kJ/Nm3。其中的0)2、隊既不參與燃燒產生熱量，也不能助燃，相反，還吸收大量燃燒過程中產生的熱量，導致高爐煤氣的燃燒溫度偏低理論燃燒溫度只有1400 1500°C。因此，高爐煤氣著火點並不高，似乎不存在著火的障礙，但在實際燃燒過程中，受各種因素的影響，混合氣體的溫度必須遠大於著火點，才能確保燃燒的穩定性。加上參與燃燒的高爐煤氣量很大，燃燒速度低、火焰長。混合氣體升溫速度很慢，燃燒穩定性較差。尤其是在和燃煤等不同燃料混燒或摻燒時，會對鍋爐汽溫、汽壓等參數造成明顯的影響。以往由於國內大容量電站鍋爐的混燒率均較低，一般混燒高爐煤氣的發電機組，其燃煤/燃氣的最大混燃比也小於10 20%。常規燃煤機組雖然也設計有點火或助燃的燃油系統，但比率也僅為10 20%且僅在啟動時投用。因此，現有的鍋爐燃燒控制系統的設計一般都是以一種燃料作為機組負荷的燃料主調節變量，另外一種燃料保持一定的燃料壓力和流量，並按熱值折算計入作為主調節變量的燃料調節迴路中。近年來國內出口南亞的300MW等級亞臨界或600MW超臨界火力發電機組相當多都是100%燃油/燃氣混燒機組，設計要求能夠在0 100% MCR全負荷範圍內以不同的比率混燒重油和天然氣。而國內新建成的首臺全燃高爐煤氣發電機組，高爐煤氣的混燒比率也可達到60% 100% MCR0因此，本發明申請人在這些工程的設計應用過程中，根據多燃料混燒鍋爐設計和實際運行特點，總結提出了一種具有自適應能力的多燃料混燒鍋爐燃料控制系統。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的局限，實現一種適合多燃料混燒鍋爐的燃料自適應控制系統。本發明的技術方案具體是由以下方法實現的1.多燃料混燒鍋爐是指鍋爐設計為至少能夠同時燃燒兩種及以上的不同燃料，包括煤粉等固態燃料、重油等液態燃料或天然氣等氣態燃料；且多於一種的主燃料可以在燃料最小穩燃負荷到滿負荷100% MCR範圍內進行調整。鍋爐燃料主調節迴路110設計為接受鍋爐輸入指令5，並通過不同的燃料 調節迴路101、102調節進入鍋爐的燃料量。在本發明中，該系統還設計包括了一個多燃料平衡迴路103，該迴路根據鍋爐設計選擇其中兩種燃料作為承擔鍋爐負荷調節的主燃料，並設定為燃料I和燃料2 ;通過多燃料平衡迴路103可以實現燃料I調節迴路101和燃料2調節迴路102同時投自動運行，即共同自動調節鍋爐負荷等多種運行方式；以及101、102在這些手自動方式間的無擾動、自平衡切換和增益自動補償；同時還可以在線調整其混燃比；對不同的燃料I和燃料2還分別設計有燃料流量校正迴路111、112，該迴路111、112可以根據燃料種類和運行工況，通過一個在線校正模型113進行燃料熱值和流量的在線動態自適應校正，包括不同燃料熱值的折標，以及燃料進入爐膛滯後時間和混和燃燒動態過程的補償。2.多燃料平衡迴路103具體是按照以下方法實現的2. I.燃料主調節迴路110中的PID調節器6的設定值來自鍋爐輸入指令5 ;PID調節器6的反饋為經過校正後的燃料I實時流量14與燃料2實時流量24之和，也可以設計為多燃料平衡迴路103中燃料I流量設定10與燃料2流量設定20之和，以實現燃料總量對鍋爐輸入指令5的即時平衡；2. 2.通過多燃料平衡迴路103設計實現的燃料I調節迴路101和燃料2調節迴路102的運行方式包括-兩種燃料同時參與鍋爐負荷自動調節；即燃料調節迴路101、102中的手操器19、29均為自動方式，且燃料I流量設定10和燃料2流量設定20也都為自動狀態，這時，燃料調節迴路101、102均接受鍋爐燃料主調節迴路110輸出的並行指令信號7 ;運行人員可以通過混燃比設定30改變兩種燃料的比例；-其中一種燃料參與鍋爐負荷自動調節，另外一種燃料保持一定的燃料量；即手操器19和29均為自動方式，但僅參與鍋爐負荷自動調節的流量設定10或12處於自動狀態，且僅由流量設定10或12中處於自動的燃料調節迴路101或102接受鍋爐燃料主調節迴路110輸出的並行指令信號7 ;運行人員可通過改變流量設定10或12中處於手動狀態的燃料調節迴路101或102的流量設定值，從而調整混燃比；混燃比的改變將由多燃料平衡迴路103即時計算並通過混燃比設定30進行顯示；-兩種燃料均不參加鍋爐負荷自動調節，但手操器19、29均為自動方式，即燃料調節迴路101或102均按照流量設定10、12的設定值調節各自的燃料量，並由運行人員手動設置流量設定10或20實現兩種燃料混燃比的調整，混燃比也將由多燃料平衡迴路103即時計算並通過混燃比設定30進行顯示；-兩種燃料均不參加鍋爐負荷自動調節，且19或29中僅有一個處於自動方式，這是其中一種燃料處於非正常運行狀態下的運行方式，如該燃料未投入或在啟動調整階段，或該燃料的相關設備出現故障；19或29處於自動的那個燃料調節迴路101或102將根據流量設定10或12的值調節其流量；而處於手動狀態的那個燃料由運行人員直接操作手操器19或29進行調整，並且對應燃料調節迴路101或102的流量設定10或12將自動跟蹤燃料調節迴路101或102中PID調節器15或25的反饋輸入14或24，因此，混燃比仍可由多燃料平衡迴路103即時計算並由通過混燃比設定30顯示；2. 3.鍋爐燃料主調節迴路110輸出到燃料I和燃料2的並行指令信號7各經過一個偏置算法模塊8、9，其將根據混燃比設定30或運行人員選擇的調節迴路手自動狀態對並行指令信號7自動加上或減去一個偏置值8、9，在燃料I調節迴路101和燃料2調節迴路102處於2. 2.中的任一運行方式時，其不同的偏置值都將由一個計算邏輯迴路31、32、33、 34、35、36、37自動形成，使得燃料I和燃料2保持設定的混燃比或置為燃料I或燃料2重新投入自動時的即時混燃比，從而實現燃料I調節迴路101和燃料2調節迴路102在不同手、自動方式間的各調節迴路輸出的無擾動、自平衡切換及增益自動補償；2. 4.當燃料I調節迴路101或燃料2調節迴路102中的手操器19、29保持手動狀態或切為自動狀態瞬間，燃料I流量設定10或燃料2流量設定20的狀態將保持與19或29狀態一致；而當手操器19、29投入自動狀態後，流量設定10或20可以由運行人員選擇自動或手動模式，而計算邏輯迴路的手自動狀態判斷取自於10或20的手自動狀態；當10或20未全處於自動方式時，混燃比設定30將跟蹤計算邏輯迴路的輸出，在10和20均進入自動狀態瞬間，混燃比設定30將記憶切換發生時計算邏輯迴路的即時輸出值；2.5.當燃料I或燃料2為液態或氣態燃料時，其啟動時還設計有燃料壓力調節迴路17或27以穩定其燃燒，當燃料I或燃料2處於壓力控制方式時，對應的流量調節器15或25的流量設定10、20將分別跟蹤燃料I或燃料2實時流量14、24，以保證偏置值的計算邏輯迴路運算正確。3.燃料流量校正迴路111或112和校正模型113則具體是按照以下方法實現的3. I.由現場實測得到的燃料I流量I和燃料2流量2將分別通過現場測得或運行人員設定的燃料I熱值3和燃料2熱值4折標換算為統一量綱，轉換成為無因次調節變量或某一種指定的折標燃料量，除燃料I或燃料2之外的啟動或備用燃料也將按照同樣方式進行折標換算，並計入燃料I或燃料2的流量計量之中；3. 2.折標後的燃料I流量I和燃料2流量2將通過燃料I流量校正迴路111和燃料2流量校正迴路112中的動態自適應補償功能進行校正，根據不同的燃料種類，其動態自適應補償功能是由一個或多個可由校正模型113在線調整時間常數的超前/滯後環節14或24實現的；3. 3.當燃料I或燃料2為煤粉等固態燃料或重油等液態燃料時，14或24的超前時間常數'設為0，即14、24為可在線調整時間常數的一階滯後環節，其滯後時間常數T1可由校正模型113在線自適應調整；3. 4.當燃料I和燃料2全部為天然氣等氣體燃料，或其中一種為氣體燃料且混燃比30設定為100%，即當前燃燒的燃料全部為氣體燃料時，14或24的滯後時間常數T1和超前時間常數T2均設為0，即14或24的作用被旁路；3. 5.當燃料I或燃料2中一種為氣體燃料，另一種為固態或液態燃料，且混燃比30不為0或100%時，14或24設計為超前/滯後作用，以補償不同燃料種類和混燃比下的爐膛輻射傳熱和對流傳熱特性變化，其滯後時間常數T1和超前時間常數T2也可由各自的校正模型進行在線自適應調整；3.6.超前/滯後環節14或24的時間常數的動態自適應補償功能是由一個校正模型113實現的，即滯後時間常數T1和超前時間常數T2可分別設計為包含一個採用現有技術實現的多輸入單輸出線性/非線性加權函數或神經網絡模型；模型輸入均為由機組分散控制系統DCS得到的過程變量或其中間計算量，包括過程變量及其偏差、過程變量及其偏差的一階導數、或是過程變量隨負荷的非線性函數；或取其絕對值；模型的計算輸出12、22將分別作用於滯後時間常數T1和超前時間常數T2。分別與1\、T2的初始設定值疊加而成。上述的DCS過程變量可以根據鍋爐爐型及燃料特點取為機組功率Nt、機前壓力PT、 汽包壓力PD、中間點溫度Tm、鍋爐蒸發受熱面焓差A H、以及實測的燃料I流量或燃料2流量1、2等過程參數，如對汽包鍋爐，其燃料的動態變化可以用汽包壓力的微分進行表徵，而對直流鍋爐，這種動態變化可以代之以鍋爐蒸發受熱面焓差AH的微分，多種燃料混燒對機組參數的綜合影響可以通過機組功率Nt、機前壓力Pt的不對稱特性反映，並作為動態自適應校正的約束輸入參量。根據燃料傳輸過程中的非均勻特性，超前/滯後環節14或24的滯後時間常數T1和超前時間常數T2還可設計為根據加負荷或減負荷方向具有不同的補償特性，既可以設計為根據加或減負荷的不同分別採用兩個超前/滯後環節，也可以對同一超前/滯後環節的多輸入單輸出線性/非線性加權函數或神經網絡模型根據加或減負荷方向不同賦不同的值，以補償燃料輸入及傳熱過程的動態非對稱特性。必須指出的是，本發明提出的燃料流量校正迴路的實現方法同樣也適用於單一燃燒煤粉的電站鍋爐，可以有效地解決燃煤鍋爐的煤量測量難題，其動態自適應補償功能如3. 3.所述，由一個可在線調整時間常數的一階滯後環節14實現，其滯後時間常數T1可由
3.6.所述的方法確定，並且可設計為根據加負荷或減負荷方向具有不同的補償特性。通過實際工程的實施，已經充分證明本發明具有以下有益效果(I)通過設計採用多燃料平衡迴路，實現了多燃料混燒鍋爐中多種主燃料同時參與鍋爐負荷自動調節，以及不同燃料在不同運行方式的靈活選擇及切換時的無擾動、自平衡和增益自動補償，從而提高了多燃料混燒鍋爐的負荷調節和適應能力；(2)提出了一種簡捷實用的多種燃料及混燒時的流量校正方案，在燃料熱值校正的基礎上，可以根據負荷變化和工況參數對燃料的滯後特性和多燃料混燒時傳熱特性的變化進行動態補償，有效地克服了鍋爐燃料內擾對機組負荷和汽壓、汽溫等主要參數的影響；(3)全部控制策略均可以在機組分散控制系統DCS中組態實現和監控調整，實現方法簡捷明了。


圖I是本發明的多燃料混燒鍋爐燃燒自適應控制系統的功能方框圖；圖2是採用本發明的多燃料混燒鍋爐燃燒自適應控制系統典型組態圖。
具體實施例方式下面結合附圖I和附圖2對本發明的實施例作詳細說明，實施例在本發明的技術基礎上給出了具體的實現方法，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。實施例一某公司自備電廠新建350MW機組的鍋爐設計採用高爐煤氣和燃煤混燒方式，啟動時的燃料為燃油或天然氣。正常運行時，高爐煤氣的混燒率設計最大可達40% MCR。因此，與該公司自備電廠上世紀80年代從國外成套進口的同等級的燃煤/高爐煤氣混燒發電機組不同的是，原進口機組高爐煤氣的設計混燒率為20 %，且機組設計不參與電網AGC及一次調頻。該公司新建機組的高爐煤氣混燒率大大提高，並且設計考慮有參與電網A GC及一次調頻的運行模式。因此，如果簡單參照原進口鍋爐的燃料控制系統設計方案，僅由燃煤參與機組負荷調節，顯然無法滿足機組變工況運行的需要。因此，在改進設計中採用了本發明的技術方案，如附圖2所示。考慮了兩種主燃料即燃煤和高爐煤氣可以同時參與機組負荷調節，並設定燃料I為燃煤，燃料2為高爐煤氣。鍋爐啟動燃油時，通過壓力調節迴路17進行控制，使燃油保持合適的燃燒霧化壓力。燃油流量按熱值折標為標煤並計入燃煤流量調節迴路15，正常運行時，燃煤量由燃料I調節迴路101進行控制，當機組啟動選擇點火燃料為天然氣時，同樣設計有壓力調節迴路27，並將天然氣和高爐煤氣流量也折標為標煤，計入高爐煤氣流量調節迴路102中。正常運行時，燃煤和高爐煤氣均採用流量控制，並可以同時接受燃料主調節迴路110的並行指令信號7，該指令由一個DCS標準平衡主控算法MASTER輸出。並經過偏置算法8、9分別形成燃料I和燃料2調節迴路的設定值10、20。該DCS具備算法自動回溯跟蹤功能，因此，可以按照附圖2中算法31 37的組態所示完成多燃料平衡迴路103的邏輯計算功能，形成燃料I調節迴路101和燃料2調節迴路102同時投入自動、僅燃料I調節迴路101投入自動或僅燃料2調節迴路102投入自動時等不同方式下的混燃比偏置值。從而實現兩個調節迴路102、102的無擾動、自平衡和增益自動補償，減少燃料切換或變化對整個機組負荷的內擾，在兩種燃料都投入負荷調節時，混燃比30可以由運行人員進行調整，並將受高爐煤氣最大使用量的限幅。本實施例的另外一個技術特點是，在燃料主燃料調節迴路110和每個燃料調節迴路101、102中，都不直接採用實測的給煤量或高爐煤氣流量I或2。因為對燃煤而言，本實施例採用的直吹式制粉系統存在較大的滯後，因此，煤量反饋設計採用了一個一階滯後環節14來補償這種滯後特性。但與原進口鍋爐以及國內燃煤鍋爐常規設計方案的不同之處是，在本實施例中，一階滯後環節14設計為其時間常數可以根據一個多輸入單輸出非線性加權自適應模型進行在線校正，而不是只能設定為一個固定的時間常數。根據原進口機組長期的運行經驗，高爐煤氣進入爐膛的速度很快，但大量的高爐煤氣瞬間進入爐膛時，會顯著降低爐膛燃燒溫度，並且由於低熱值的高爐煤氣體積流量較大，因此爐膛的輻射傳熱和對流傳熱特性也會發生很大的變化，從而造成鍋爐汽壓和汽溫的大幅波動。為減少這種波動對機組主要參數和負荷的影響，在實測的高爐煤氣流量2基礎上同樣設計了一個動態補償環節24來實現在線校正。即超前時間常數T1或滯後時間常數T2分別設計為
nmT1 = T10 + Sj X X, ,T2 = T2Q + aj X Xj (l<n<4,l<m<4)
i=l j=l
其中，T10和T2tl為超前時間常數T1或滯後時間常數的T2初始設定值，其與加權函數模型的輸出疊加完成自適應校正。Xi和Xj均為由DCS得到的過程變量或中間計算量，在本工程中，燃煤流量校正迴路的加權函數模型中的輸入參數取X1為機組負荷的變化率，X2為機前壓力的偏差，X3為煤量信號的微分，X4為機組負荷增減方向的一個預設偏置，並且設計為鍋爐負荷的函數，即( X4 = fl(NT)叫 > °
L J I X4 = f2(NT)ANt < 0時間常數的初始值及模型加權係數可根據現場試驗和鍋爐設計數據計算確定，如初始值可以採取對磨煤機轉速的擾動試驗獲得，加權係數可以由一個較小值根據動態過程逐步增大到滿意值。高爐煤氣流量校正迴路112的滯後時間常數1~2設為常數，超前時間常數T1同樣按照前述的加權非線性函數模型進行校正，並通過DCS組態實現了一個判斷邏輯，即在投入高爐煤氣時，根據已有的燃煤量，通過在線修正B1來改變作為X1輸入的高爐煤氣流量偏差的幅度，從而補償不同混燃比工況下其對鍋爐燃燒的影響。X2取為機前壓力微分的絕對值，X3為煤量信號的微分。同樣地，在模型中也通過一個機組負荷增減方向的X4預設偏置，實現了負荷加減方向的非對稱補償。其中的初始值和加權係數同樣可由現場試驗及鍋爐設計的熱力數據計算確定。實施例二 國內某電站設備製造集團成套出口南亞的某臺600麗超臨界機組設計採用重油和天然氣混燒，鍋爐分別設計有燃油和燃氣的燃燒器，啟動時的燃料則為天然氣。正常運行時，重油和天然氣的混燒率設定範圍最大可達0 100% MCR,即其中任何一種燃料均可以帶至額定負荷。本實施例的鍋爐燃燒控制系統也採用了本發明的技術方案，如附圖I所示。重油和天然氣通過採用本發明的燃料自適應控制系統可以靈活選擇不同的運行方式，如下表所示，並且通過附圖2所示的多燃料平衡迴路實現了各自運行方式切換時的無擾動、自平衡和增益自動補償。
、一,一 <手操器手操器流量設定流量設定
運行工況19291020
—兩種燃料均參加鍋爐負荷自動調節 ^A^ AA — A其中一種燃料參加鍋爐負荷自動調節__A__A__A/M__M/A
_兩種燃料均保持設定流量__A__A__M__M
一種燃料保持設定流量，另一種手動操作 A/M M/A__M__M
_兩種燃料均手動操作__M__M__M__M表中A表示算法為自動狀態，M表示算法為手動狀態。與實施例一不同的是，考慮到該鍋爐所燃用重油黏度和熱值均變化較大，精確測量較為困難，因此在其流量校正迴路中設計採用了一個四輸入單輸出的BP神經網絡來補償其熱值和流量的變化，神經網絡的四個輸入分別取為機組負荷偏差、鍋爐蒸發受熱面焓差的微分、重油流量信號和重油流量信號的微分，通過仿真確定隱含層神經元數量為七個，並通過對重油燃燒數據的離線學習完成神經網絡的參數整定。現場根據運行歷史數據還可以進行再學習調整。BP神經網絡的輸出與重油流量校正迴路111中的一階滯後環節14的初始時間常數Tltl疊加從而實現重油流量的動態自適應校正。天然氣流量校正方法與實施例一相同，但由於天然氣的熱值遠比高爐煤氣大，補償參數設定結果與實施例一有較大差別，其目的也是調整天然氣瞬間進入爐膛時，對爐膛傳熱特性的變化，參數同樣可由現場試驗確定。由於本發明的動態自適應補償方案修正的是超前/滯後環節的時間常數，並第一次考慮了多種燃料混燒時對傳熱工況變化的補償。通過對已投運機組實際運行歷史數據進行的大量仿真試驗及機組實際運行驗證，本發明與目前通常採用的對燃料流量增益進行超前過調校正的方法，或完全採用神經網絡等非線性建模方法建立的單一燃料流量模型相比具有更好的魯棒性和實用性，得到的實時流量特性也與實際燃燒過程更為吻合，參數的物理意義更為明顯，調整也更為便捷。

通過將多燃料混燒時特性變化的動態自動補償與多燃料平衡迴路相結合，有效地減少了鍋爐因為燃料變化造成的內擾，使得鍋爐運行時的汽壓、汽溫等主要參數更為穩定；通過對實際進入爐膛燃料滯後特性的自適應修正，也提高了機組負荷的自動調節品質。
權利要求
1.一種多燃料混燒鍋爐燃料自適應控制系統，其中多燃料混燒鍋爐(100)設計為至少能夠同時燃燒兩種及以上的不同燃料，包括煤粉等固態燃料、重油等液態燃料或天然氣等氣態燃料；且燃料可以在其最小穩燃負荷到100% MCR範圍內調整混燃比；其鍋爐燃料主調節迴路(110)接受鍋爐輸入指令(5)，並通過不同的燃料調節迴路(101、102)調節進入爐膛的燃料量，其特徵在於該系統還包括一個多燃料平衡迴路(103)，該迴路(103)根據鍋爐設計選擇其中兩種燃料作為承擔鍋爐負荷自動調節的主燃料，並設定為燃料I和燃料2 ;通過多燃料平衡迴路(103)可實現包括燃料I調節迴路(101)和燃料2調節迴路(102)同時參與鍋爐負荷自動調節在內的多種運行方式，以及各種方式間的無擾動、自平衡切換和增益自動補償，並可以在線調整其混燃比；同時，對燃料I和燃料2分別設計有燃料流量校正迴路(111、112)，該迴路(111、112)可以根據不同燃料特性及混燒過程變化，通過一個校正模型(113)實現燃料熱值和流量的動態自適應補償。
2.如權利要求I所述的一種多燃料混燒鍋爐燃料自適應控制系統，其特徵在於所述的多燃料平衡迴路(103)具體是按照以下方法實現的 . 2.1.燃料主調節迴路(110)中的PID調節器(6)的設定值來自鍋爐輸入指令(5) ；PID調節器(6)的反饋為經過校正後的燃料I實時流量(14)與燃料2實時流量(24)之和，也可以設計為燃料I流量設定(10)與燃料2流量設定(20)之和，以實現燃料總量對鍋爐輸入指令(5)的即時平衡； .2.2.燃料I調節迴路(101)和燃料2調節迴路(102)設計的多種運行方式包括-兩種燃料同時參與鍋爐負荷自動調節；即(101、102)中的手操器(19、29)均為自動方式，且燃料I流量設定(10)和燃料2流量設定(20)也都為自動狀態，(101、102)均接受鍋爐燃料主調節迴路(110)輸出的並行指令信號(7);運行人員可以通過混燃比設定(30)改變兩種燃料的調節比例； -其中一種燃料參與鍋爐負荷自動調節，另外一種燃料保持一定的燃料量；即(19)和(29)均為自動方式，但僅參與鍋爐負荷自動調節的燃料流量設定(10或20)處於自動狀態，且僅由(10)或(20)中處於自動的燃料調節迴路(101或102)接受鍋爐燃料主調節迴路(110)輸出的並行指令信號(7);而運行人員可通過改變(10)或(20)中處於手動狀態的燃料調節迴路(101或102)的流量設定值(20或10)來調整混燃比；混燃比的改變將由多燃料平衡迴路(103)即時計算並顯示； -兩種燃料均不參加鍋爐負荷自動調節，但(19、29)均為自動方式，即均按照(10、20)的設定值調節各自燃料調節迴路(101或102)的燃料量，並由運行人員手動設定(10或20)實現兩種燃料混燃比的調整，混燃比也將由(103)即時計算並顯示； -兩種燃料均不參加鍋爐負荷自動調節，且(19)或(29)中僅有一個處於自動方式，這是其中一種燃料處於非正常運行狀態下的運行方式；(19)或(29)處於自動的那個燃料調節迴路(101或102)將根據(10或20)的設定值調節其流量；而由運行人員直接操作(19或29)中處於手動狀態的那個燃料，並且對應迴路(101或102)的(20或10)將自動跟蹤燃料調節迴路(101或102)中PID調節器(15或25)的反饋輸入(14或24)，混燃比仍可由(103)完成即時計算並通過(30)顯示； -兩種燃料均不參加鍋爐負荷自動調節，且(19)和(29)均為手動方式，這是燃料控制系統處於故障或燃料均未投入時的一種最低級別的運行狀態，此時(10)和(20)均將自動跟蹤(15、25)的反饋輸入(14、24)，因此混燃比仍可由(103)即時計算並通過混燃比校正(30)顯示，而燃料I和燃料2則完全由運行人員通過(19)和(29)手動控制； .2.3鍋爐燃料主調節迴路(110)輸出到燃料I和燃料2的並行指令信號(7)各經過一個偏置算法模塊(8)、(9)，其將根據混燃比設定(30)或運行人員選擇的調節迴路手自動狀態對並行指令信號(7)自動加上或減去一個偏置值(8、9)，在燃料I調節迴路(101)和燃料2調節迴路(102)處於2. 2.中的任一運行方式時，其不同的偏置值都將由一個計算邏輯迴路(31、32、33、34、35、36、37)自動形成，使得燃料I和燃料2保持設定的混燃比或置為燃料I或燃料2重新投入鍋爐負荷自動調節時的即時混燃比，從而實現燃料I調節迴路(101)和燃料2調節迴路(102)在不同手、自動方式間切換時各調節迴路輸出的無擾動、自平衡及增益自動補償； .2.4當燃料I調節迴路(101)或燃料2調節迴路(102)中的手操器(19、29)保持手動 狀態或切為自動狀態瞬間，燃料I流量設定(10)或燃料2流量設定(20)的狀態將保持與(19)或(29)狀態一致；而當(19)、(29)投入自動狀態後，(10)或(20)可以由運行人員選 擇自動或手動模式，而2. 3.中計算邏輯迴路的手自動狀態判斷取自於(10)或(20)的手自動狀態；當(10)或(20)未全處於自動方式時，混燃比設定(30)將跟蹤計算邏輯迴路的輸出，在(10)和(20)均進入自動狀態瞬間，混燃比設定(30)將記憶切換時的計算邏輯迴路的即時輸出值； .2.5.當燃料I或燃料2為液態或氣態燃料時，其啟動時還設計有燃料壓力調節迴路(17)或(27)以穩定其燃燒，當燃料I或燃料2處於壓力控制方式時，對應的流量調節器(15)或(25)的流量設定(10)、(20)將分別跟蹤燃料I或燃料2實時流量(14)、(24)，以保證偏置值的計算邏輯迴路運算正確。
3.如權利要求I所述的一種多燃料混燒鍋爐燃料自適應控制系統，其特徵在於所述的燃料流量校正迴路(111、112)和校正模型(113)具體是按照以下方法實現的 .3.I.由現場實測得到的燃料I流量(I)和燃料2流量(2)將分別通過現場測得或運行人員設置的燃料I熱值(3)和燃料2熱值(4)折標換算為統一量綱，轉換成為無因次調節變量或某一種指定的折標燃料量(13、23)，除燃料I或燃料2之外的啟動或備用燃料也將按照同樣方式進行折標換算，並計入燃料I或燃料2的計量之中； .3.2.折標後的燃料I流量⑴和燃料2流量⑵將通過燃料I流量校正迴路(111)和燃料2流量校正迴路(112)中的動態自適應補償功能進行校正，根據不同的燃料種類，其動態自適應補償功能是由一個或多個可通過校正模型(113)在線調整時間常數的超前/滯後環節(14)或(24)實現的； .3.3.當燃料I或燃料2為煤粉等固態燃料或重油等液態燃料時，(14)或(24)的超前時間常數T2設為0，即(14)、(24)為可在線調整時間常數的一階滯後環節，其滯後時間常數T1可根據校正模型(113)進行在線調整； .3.4.當燃料I和燃料2全部為天然氣等氣體燃料，或其中一種為氣體燃料且混燃比(30)設定為100%時，即當前進入爐膛燃燒的燃料全部為氣體燃料，(14)或(24)的滯後時間常數T1和超前時間常數T2均設為0，即(14)或(24)的作用被旁路； .3.5.當燃料I或燃料2中一種為氣體燃料，另一種為固態或液態燃料，且混燃比(30)不為0或100%時，(14)或(24)設計為超前/滯後作用,其滯後時間常數T1和超前時間常數T2均可通過校正模型(113)進行在線調整，以補償不同燃料種類和混燃比下的爐膛輻射傳熱和對流傳熱特性變化； 3.6.超前/滯後環節(14)或(24)時間常數的動態自適應補償功能是由一個校正模型(113)實現的，即滯後時間常數T1和超前時間常數T2可分別設計為包含一個採用現有技術實現的多輸入單輸出線性/非線性加權函數或神經網絡模型；模型輸入均為由機組分散控制系統DCS得到的過程變量或其中間計算量，包括過程變量及其偏差、過程變量及其偏差的一階導數、或是過程變量隨負荷的函數；或取其絕對值；模型的輸出(12)、(22)將分別作用於滯後時間常數T1和超前時間常數T2。
4.如權利要求3所述的一種多燃料混燒鍋爐燃料自適應控制系統，其特徵在於所述的超前/滯後環節(14)或(24)的滯後時間常數T1和超前時間常數T2設計為按加負荷或減負荷方向具有不同的補償特性，即可以設計為根據加或減負荷的不同分別採用兩個不同的超前/滯後環節，或在多輸入單輸出線性/非線性加權函數或神經網絡模型中根據加或減負荷方向賦不同的值，以補償燃料輸入及傳熱過程的動態非對稱特性。
5.如權利要求3所述的一種多燃料混燒鍋爐燃料自適應控制系統，其特徵在於其中3.6.所述的過程變量可以取為機組功率Nt、機前壓力Pt、汽包壓力PD、中間點溫度Tm、鍋爐蒸發受熱面焓差△ H、以及實測的燃料I流量或燃料2流量(I)、(2)；
6.如權利要求3所述的一種多燃料混燒鍋爐燃料自適應控制系統，其特徵在於其中所述燃料流量校正迴路(111)的實現方法同樣也適用於單一燃燒煤粉的電站鍋爐，其動態自適應補償功能如3. 3.所述，由一個可在線調整時間常數的一階滯後環節(14)實現，其滯後時間常數T1可由3.6.所述的方法確定，並且可設計整定為在加負荷或減負荷方向具有不同的補償特性。
全文摘要
本發明公開了一種多燃料混燒鍋爐燃料自適應控制系統及其實現方法。該系統通過設計採用多燃料平衡迴路，實現了多種混燒燃料同時自動參與負荷調節及對其混燃比進行在線調整，具有不同燃料調節迴路無擾動、自平衡切換和增益自動補償功能。同時，該系統根據燃料的特點和工況變換，設計了適合不同燃料特性的流量動態自適應補償迴路，以補償多種不同燃料輸入和傳熱過程的滯後和擾動，大大提高了多燃料混燒鍋爐的負荷調節能力和控制品質，實際運行證明，該設計有效地減少了汽壓、汽溫等鍋爐主要控制參數的波動，而且補償迴路的現場整定調整簡單明了。
文檔編號G05B13/04GK102799110SQ20121033273
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月10日 優先權日2012年9月10日
發明者葉敏, 劉仕君, 顧幸生, 張巖, 汪穎新, 聶慧明, 龔翔 申請人:上海迪吉特控制系統有限公司