电厂锅炉及其烟气管网非对称特性动态控制方法技术

本发明专利技术电厂锅炉及其烟气管网非对称特性动态控制方法属于电厂锅炉控制技术，根据电厂锅炉运行工况特点及烟气管网的物理特性确立了电厂锅炉非对称系统理论，研发了电厂锅炉外部空气进入量计算数学模型和过量空气系数计算数学模型，通过烟气分析检测的氩含量来计算电厂锅炉外部空气进入量，然后根据外部空气进入量设定值与计算值之差，对引风机入口阀开度进行调节，使外部空气进入量始终控制在设定值范围内；根据烟气分析检测的氧含量和一氧化碳含量对二次风机风量和一次风机风量进行调节，使电厂锅炉过量空气系数始终控制在设定值范围内；获得了提高燃烧效率、提高排风机节能量、减少NOx污染排放量、提高生产作业率的节能减排效果。排效果。排效果。

【技术实现步骤摘要】
电厂锅炉及其烟气管网非对称特性动态控制方法


[0001]本专利技术属于电厂锅炉控制技术，具体是电厂锅炉的外部空气进入量控制技术和空气过剩系数控制技术；本专利技术不涉及控制系统、控制设备及仪器仪表的选型。

技术介绍

[0002]电厂锅炉是影响力最大的炉窑，其控制技术一直处于炉窑控制技术的前列，是最早设置过量空气系数监控仪表的炉窑。
[0003]现有技术通过在锅炉烟道安装烟气含氧量在线监测装置，通过监测烟气含氧量的平均值间接地监测过量空气系数,通过改变送、引风机电流的方法来改变进风量或出风量来改变过量空气系数。
[0004]现有技术采取热力试验的方法来获取所谓最佳过量空气系数，但实际上初始条件就不是最佳，因为试验的条件本身就不符合实际的环境，包括炉膛压力、控制策略等等都没有处于规范的条件下，这种试验、统计得出的最佳值实际上可实施性差，从这方面公开发表的文献看，文献彼此的最佳值具有离散型，有些甚至相悖，所以结果缺乏现实指导意义。
[0005]现有技术的另一个问题是，获得了所谓的过量空气系数最佳值，那么如何调节去达到这个值？现有文献提到达到这个目标值可以有几个方法，但不同方法的实际运行结果是不同的，例如过量空气系数过大，要减小到某一值，既可以调节送风机，也可以调节引风机，哪一个才是应该采取的方案呢？系统调节以后是否运行在最大效率方式下呢？对此现有文献中找不到一致的答案。
[0006]现有技术始终没有逾越上述技术路线的束缚，所以在电厂锅炉领域过量空气系数一直处于手动调节的状态，过量空气系数动态自动控制技术的缺失使电厂锅炉的热效率难以提高。
[0007]综上所述，由于缺失对过量空气系数的控制功能，现有技术从根本上适应不了电厂锅炉深度节能减排的需求，理论研究和应用技术亟待有所突破。
[0008]电厂锅炉及其烟气管网非对称特性动态控制方法还未见到公开发表的出版物、文献或资料。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是根据电厂锅炉运行工况的特点，寻求突破制约现有技术的技术瓶颈，研究开发与电厂锅炉非对称运行工况相适应的动态控制方法，以实现电厂锅炉深度节能减排的效果。
[0010]本专利技术的要点是研究现有技术存在的问题，突破现有技术的基础和框架，根据电厂锅炉运行工况特点及电厂锅炉烟气管网的物理特性，创新性地确立了电厂锅炉非对称系统理论，研发了电厂锅炉外部空气进入量计算数学模型和电厂锅炉过量空气系数计算数学模型，研发了基于电厂锅炉非对称系统理论的电厂锅炉外部空气进入量及过量空气系数的动态控制方法，通过烟气分析检测的氩含量来计算电厂锅炉外部空气进入量，然后根据电
厂锅炉外部空气进入量设定值与电厂锅炉外部空气进入量计算值之差，对引风机入口阀开度进行调节，构成了电厂锅炉外部空气进入量闭环动态调节系统，使电厂锅炉外部空气进入量始终控制在设定值范围内；根据烟气分析检测的氧含量和一氧化碳含量对二次风机风量和一次风机风量进行调节，来控制电厂锅炉过量空气系数，构成了电厂锅炉过量空气系数闭环动态调节系统，使电厂锅炉过量空气系数始终控制在设定值范围内；外部空气进入量和过量空气系数的有效控制获得了提高电厂锅炉燃烧效率、减少生成烟气总量、提高引风机节能量、减少NOx污染排放量、实现电厂锅炉全自动控制、减轻操作者劳动强度，提高生产作业率的多重节能减排效果，获得了节能减排、增产保质的多重效益。
附图说明
[0011]图1是电厂锅炉及其烟气管网非对称特性动态控制方法的技术方案框图，图1中1是电厂锅炉控制系统HMI操作站，2是外部空气进入量设定值，3是引风机入口阀开度调节，4是电厂锅炉外部空气进入量计算数学模型，5是烟气中Ar含量检测，6是烟气流量检测，7是一次风机风量检测，8是二次风机风量检测，9是占比系数k输入，10是电厂锅炉过量空气系数计算数学模型，11是过量空气系数设定值，12是烟气中O2量检测，13是二次风机风量调节，14是空燃比，15是炉膛温度设定值，16是炉膛温度实际值，17是一次风机风量调节，18是电厂锅炉CO设定值，19是烟气中CO量检测，20是炉膛压力设定值，21是引风机风量调节，22是炉膛压力实际值，23是电厂锅炉现场工艺设备。
[0012]图2是电厂锅炉及其烟气管网非对称特性动态控制方法的控制系统构成图，图2中1是电厂锅炉主工艺控制系统，2是电厂锅炉控制系统HMI操作站，3是外部空气进入量设定值，4是过量空气系数设定值，5是电厂锅炉CO设定值，6是炉膛压力设定值，7是炉膛温度设定值，8是空燃比设定输入，9是占比系数k输入，10是电厂锅炉及其烟气管网非对称系统动态控制器，11是烟道烟气中Ar含量检测，12是烟气中O2含量检测，13是烟气中CO含量检测，14是烟气流量检测，15是一次风机风量检测，16是二次风机风量检测，17是炉膛压力检测，18是炉膛温度检测，19是引风机入口阀开度调节，20是引风机风量调节，21是一次风机风量调节，22是二次风机风量调节，23是现场工艺设备过程信息，24是电厂锅炉现场工艺设备。
[0013]图1的系统是按电厂锅炉的一般特点构建的，实际上，电厂锅炉工艺及设备种类繁多，具有多种型式和规模的电厂锅炉，工艺参数和设备布置也不尽相同，为避免叙述缛琐造成混乱，本技术方案的叙述仅为便于阐述控制原理，所以考虑的是具有一般特点的通用情况，而不区分具体电厂锅炉工艺设备组成的细节；然而本文阐述的控制原理、得出的结论、获得的有益效果适于炉膛微负压运行的电厂锅炉的应用。
具体实施方式
[0014]基本术语及定义：电厂锅炉系统中过量空气系数亦称过剩空气系数或空气过剩系数，定义为“燃料燃烧时实际空气需要量与理论空气需要量之比值”，用字母α表示。
[0015]根据定义，过量空气系数是指电厂锅炉燃烧系统在所设置的空燃比时所得到的结果，即在该空燃比条件下，助燃空气与燃料的燃烧效果。该燃烧效果不包括电厂锅炉外部空气进入量发生的燃烧所产生的效果，虽然电厂锅炉外部空气进入量可能会产生部分或全部燃烧，但与基于空燃比的燃烧系统相比，由于电厂锅炉外部空气进入量是冷空气，会产生热
损失，所以还是具有负面影响，不利于提高电厂锅炉的热效率；电厂锅炉过量空气系数和电厂锅炉外部空气进入量具有不同的含义，因此烟道管网中检测的氧含量既不代表过量空气系数，也不代表外部空气进入量，该氧含量是两者混合的结果。
[0016]现有技术控制电厂锅炉过量空气系数的方法是根据检测的烟气中氧含量和一氧化碳含量来计算、推测过量空气系数值，不同类型的电厂锅炉都有推荐的过量空气系数范围或过量空气系数限值，用于指导操作人员手动调节过量空气系数，实际上这种方法是不可取的。
[0017]原因在于：
[0018]第一，现有技术对电厂锅炉过量空气系数的认识存在问题，根据过量空气系数的定义，现有技术检测烟气中氧含量所得到的所谓过量空气系数，不是真正意义上的过量空气系数，因为它包含了电厂锅炉外部空气进入量中的氧含量，而真正的过量空气系数是指经过设定空燃比控制后助燃空气与燃料燃烧所产生的结果，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电厂锅炉及其烟气管网非对称特性动态控制方法，其特征在于根据电厂锅炉运行工况特点及电厂锅炉烟气管网的物理特性，确立了电厂锅炉非对称系统理论，研发了电厂锅炉外部空气进入量计算数学模型和电厂锅炉过量空气系数计算数学模型，研发了基于电厂锅炉非对称系统理论的电厂锅炉外部空气进入量及过量空气系数的动态控制方法，通过烟气分析检测的氩含量来计算电厂锅炉外部空气进入量，然后根据电厂锅炉外部空气进入量设定值与电厂锅炉外部空气进入量计算值之差，对引风机入口阀开度进行调节，构成了电厂锅炉外部空气进入量闭环动态调节系统，使电厂锅炉外部空气进入量始终控制在设定值范围内；根据烟气分析检测的氧含量和一氧化碳含量对二次风机风量和一次风机风量进行调节，来控制电厂锅炉过量空气系数，构成了电厂锅炉过量空气系数闭环动态调节系统，使电厂锅炉过量空气系数始终控制在设定值范围内；式(1)为电厂锅炉外部空气进入量计算数学模型；式中：Q
f
：一次风机的空气流量，m3/s；Q
s
：二次风机的空气流量，m3/s；A
rb
：空气中基准氩摩尔分数，mol％；Q
w
：烟气流量，m3/s；A
rw
：烟气中氩摩尔分数，mol％；Q
air
：电厂锅炉外部空气进入量，m3/s；式(2)为电厂锅炉外部空气进入量中的氧量计算数学模型；式中：Q
f
：一次风机的空气流量，m3/s；Q
s
：二次风机的空气流量，m3/s；A
rb
：空气中基准氩摩尔分数，mol％；Q
w
：烟气流量，m3/s；A
rw
：烟气中氩摩尔分数，mol％；O
2e
：电厂锅炉外部空气进入量中的氧量，mol；过量空气系数中的氧含量实际值由式(3)过量空气系数中的氧含量计算数学模型进行计算；式中：O
2a
：过量空气系数中的氧含量实际值，％；Q
w1
：烟道中烟气流量，m3/s；O
21
：烟道烟气中氧摩尔分数，mol％；O
2e
：电厂锅炉外部进入的氧量，mol；k：占比系数，0～1；
过量空气系数实际值由式(5)过量空气系数计算数学模型进行计算；式中：Q
w1
：烟道中烟气流量，m3/s；O
21
：烟道烟气中氧摩尔分数，mol％；O
2e
：电厂锅炉外部进入的氧量，mol；k：占比系数，0～1；α：过量空气系数，＞0。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法的技术方案是通过图1实现的，图1中电厂锅炉控制系统HMI操作站(1)是电厂锅炉及其烟气管网非对称特性动态控制系统的人机交互界面；外部空气进入量设定值(2)与电厂锅炉控制系统HMI操作站(1)和引风机入口阀开度调节(3)相连接，该设定值由人机交互界面输入；引风机入口阀开度调节(3)与外部空气进入量设定值(2)、电厂锅炉外部空气进入量计算数学模型(4)及电厂锅炉现场工艺设备(23)相连接，由外部空气进入量设定值(2)与电厂锅炉外部空气进入量计算数学模型(4)的差值对引风机入口阀开度进行调节，控制流经该入口阀的烟气流量，抑制外部空气进入，使电厂锅炉外部空气进入量控制在设定值范围内；电厂锅炉外部空气进入量计算数学模型(4)与烟气中Ar含量检测(5)、烟气流量检测(6)、一次风机风量检测(7)、二次风机风量检测(8)、电厂锅炉过量空气系数计算数学模型(10)和引风机入口阀开度调节(3)相连接，根据烟气中Ar含量、烟气流量、一次风机风量和二次风机风量进行电厂锅炉外部空气进入量计算，计算结果送至引风机入口阀开度调节(3)和电厂锅炉过量空气系数计算数学模型(10)；烟气中Ar含量检测(5)与电厂锅炉外部空气进入量计算数学模型(4)和电厂锅炉现场工艺设备(23)相连接；烟气流量检测(6)与电厂锅炉外部空气进入量计算数学模型(4)和电厂锅炉现场工艺设备(23)相连接；一次风机风量检测(7)与电厂锅炉外部空气进入量计算数学模型(4)和电厂锅炉现场工艺设备(23)相连接；二次风机风量检测(8)与电厂锅炉外部空气进入量计算数学模型(4)和电厂锅炉现场工艺设备(23)相连接；占比系数k输入(9)与电厂锅炉控制系统HMI操作站(1)和电厂锅炉过量空气系数计算数学模型(10)相连接；电厂锅炉过量空气系数计算数学模型(10)与电厂锅炉外部空气进入量计算数学模型(4)、过量空气系数设定值(11)、烟气中O2量检测(12)、二次风机风量调节(13)相连接，在电厂锅炉外部空气进入量计算数学模型基础上，推导出电厂锅炉过量空气系数计算数学模型，过量空气系数设定值与电厂锅炉过量空气系数计算值的差值对二次风机风量进行调节，对电厂锅炉过量空气系数进行动态控制；过量空气系数设定值(11)为设定值，由电厂锅炉控制系统HMI操作站(1)人机交互接口输入；烟气中O2量检测(12)为O2量实际值，作为反馈值参与过量空气系数计算；二次风机风量调节(13)是被控量，过量空气系数计算差值用于调节二次风机风量，对过量空气系数进行调节；空燃比(14)从电厂锅炉控制系统HMI操作站(1)人机交互接口输入；炉膛温度设定值(15)为设定值，由电厂锅炉控制系统HMI操作站(1)人机交互接口输入；炉膛温度实际值(16)是炉膛温度控制反馈值；一次风机风量调节(17)是被控量，根据炉膛温度设定值与炉膛温度实际值的差值，调节一次风机风量，对炉膛温度进行动态控制；电厂锅炉CO设定值(18)是设定值，由电厂锅炉控制系统HMI操作站(1)人机交互接口输入；
烟气中CO量检测(19)是CO量实际值，作为负反馈与电厂锅炉CO设定值(18)进行比较，其差值用于调节一次风机风量，以改善燃烧状况；炉膛压力设定值(20)为设定值，由电厂锅炉控制系统HMI操作站(1)人机交互接口输入；引风机风量调节(21)与炉膛压力设定值(20)、炉膛压力实际值(22)和电厂锅炉现场工艺设备(23)相连接，按照炉膛压力设定值与炉膛压力实际值反馈之差对引风机风量进行调节，对炉膛压力进行动态控制；电厂锅炉现场工艺设备(23)是电厂锅炉现场在线设备。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法通过图2电厂锅炉及其烟气管网非对称特性动态控制方法的控制系统构成图付诸实施，图...

【专利技术属性】
技术研发人员：高毅夫，高劼，
申请(专利权)人：北京凯德恒源科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：