一种塔式炉智能模糊摆动燃烧器自动控制方法与流程
1.本发明涉及一种塔式炉智能模糊摆动燃烧器自动控制方法，属于塔式炉再热器温控技术领域。
背景技术：
2.目前，大型火力发电厂塔式锅炉一般采用摆动燃烧器作为再热汽温的主要调节手段，减温水作为辅助调节手段。但是在火电厂的运行实践中一般都对燃烧器的摆动幅度做手动控制，人为控制时，锅炉负荷在不断变动，运行人员无法做到实时响应，易导致主再汽温波动；摆动燃烧器投入自动控制时，在负荷不断变动时，又极易导致摆动燃烧器的无序频繁调节，影响机组其他参数稳定性及摆动燃烧器机械机构的安全性。因此开发一套即能够快速响应再热汽温，又能够避免摆动燃烧器频繁调节的控制方式，显得尤为重要。
3.有鉴于上述的缺陷，本发明以期创设一种塔式炉智能模糊摆动燃烧器自动控制方法，使其更具有产业上的利用价值。
技术实现要素：
4.为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种塔式炉摆动燃烧器下的再热汽温自动控制方法。
5.本发明的塔式炉智能模糊摆动燃烧器自动控制方法，包括以下步骤：
6.s1、建立再热汽温控制方程:
[0007][0008]
由控制方程可知：炉膛内的总热量；炉膛内热量在各受热面的分配；再热器各级减温水的投入量是影响再热汽温的主要因素。
[0009]
由此我们总结出锅炉运行中影响再热汽温的条件：
[0010]
锅炉负荷影响：超临界机组再热器系统的受热面更多的布置于尾部烟道，辐射换热比例小，较多的呈现对流式汽温特性，即随着负荷增加(降低)，再热汽温升高(降低)。
[0011]
炉膛火焰中心位置的影响：当火焰中心升高时，炉膛出口烟温升高，再热器吸热份额增加，汽温也会随之升高。
[0012]
制粉系统投停的影响：制粉系统投停方式的不同，也会影响火焰中心的位置，导致再热汽温的变化。
[0013]
s2、针对部分典型燃烧工况，进行燃烧器摆动的特性试验，检测相关参数的变化，从而确定在机组正常运行负荷下的摆动燃烧器摆角的控制范围；
[0014]
s3、构架摆动燃烧器摆角自动调整控制系统：
[0015]
s31、构架摆动燃烧器摆角自动调整控制主回路：
[0016]
以再热器各管平均汽温为调节量，与再热汽温设定值比较后送入pid调节器，得出对燃烧器摆角的控制量，经分档位的输出控制模块后，通过手自动控制器输出操作各个摆
动燃烧器。
[0017]
s32、引入再热器减温水总量修正再热器温度设定值
[0018]
对于再热汽温调节，摆动燃烧器燃烧器摆角为主调，再热器减温水为辅调，当再热器减温水量较大时，再频繁的调节燃烧器燃烧器摆角是不适宜，必须要减小燃烧器摆角对汽温调节的叠加量，因此，引入再热器减温水总量对再热汽温设定值进行修正，避免燃烧器摆角的叠加效应。
[0019]
s33、引入负荷指令作为摆动燃烧器摆角自动调整的前馈信号1
[0020]
依据负荷对再热汽温变化的影响因素，引入负荷指令作为摆动燃烧器摆角自动调整的前馈信号，在负荷增加的情况下，降低燃烧器的摆角，负荷降低的情况下，增加燃烧器的摆角。
[0021]
s34、引入表征磨煤机运行方式的火焰中心高度系数作为摆动燃烧器摆角自动调整的前馈信号2
[0022]
塔式炉多层磨煤机分层的运行方式，会对锅炉火焰中心的位置产生影响，停用下层磨煤机，火焰中心会上移，停用上层磨煤机，火焰中心会下移，根据各磨停运对火焰中心位置的影响大小，引入火焰中心高度系数作为摆动燃烧器摆角自动调整的前馈信号2，直接动作于燃烧器摆角。
[0023]
s35、引入摆动燃烧器摆角自动调整输出的分档位的输出控制模块
[0024]
燃烧器摆角不适宜频繁的调整，因此引入摆动燃烧器摆角自动调整输出的分档位的输出控制模块，当燃烧器摆角输出指令达到一定累积量后，通过分档位的输出控制模块，输出动作指令，控制控制器动作。
[0025]
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
[0026]
本发明所涉及的塔式炉再热汽温变化模型由锅炉负荷、制粉系统投退层数、火焰中心位置的试验数据建模得到；本发明所涉及的摆动燃烧器自动调整系统由带模糊控制的pid控制器构成主要控制回路，控制回路输入信号是再热器各管平均汽温，输出信号是燃烧器摆角指令，模糊控制回路前馈输入信号是再热器减温水总量、锅炉负荷指令和火焰中心高度系数，本发明所涉及的燃烧器摆角指令通过档位选切计算得到实际开度指令,本发明涉及的控制方法能够减少塔式炉再热汽温波动，具有再热汽温响应速度快，燃烧器调节频率小的特点。
[0027]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0028]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0029]
图1是煤粉燃烧器的平面布置图；
[0030]
图2是煤粉燃烧器的立面布置图；
[0031]
图3是煤粉燃烧器的示意图；
[0032]
图4是燃烧器摆角指令逻辑sama图。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0034]
参见图1至图4，本实施例以某电厂1000mw并以经过低氮燃烧器改造的塔式炉为例，进行塔式炉智能模糊摆动燃烧器自动控制方法的阐述。
[0035]
燃烧器风箱分成独立的5组，最上面2组风箱为sofa风箱，实际位于上层燃尽区域；
[0036]
燃烧器风箱下面有3组燃烧器组，实际位于下层主燃烧区域，每组燃烧器层高度为6450mm，在主燃烧器风箱顶部设置有一层紧凑燃尽风(下文简称ccofa)，燃烧器顶部ccofa与sofa中心线之间间距8386mm。
[0037]
该锅炉有6台中速磨煤机，每台磨煤机对应提供2层煤粉喷嘴所需的煤粉，由上至下分别为f、e、d、c、b、a磨。磨煤机出口的4根煤粉管道在燃烧器前通过一个1分2的分配器，分成8根煤粉管道，进入4个角燃烧器的2层煤粉喷嘴中；形成12层煤粉喷嘴，分别送至3组燃烧器组。
[0038]
其主要组件，由上至下分别为：
[0039]
上层燃尽区域：有两个风箱，最上层为高分离燃尽风，由上至下分别为sofa
ⅸ
、sofa
ⅷ
、sofaⅶ；按锅炉4个角布置，每个风箱一个摆动执行机构，其下为6层分离燃尽风，由上至下分别为sofaⅵ、sofa
ⅴ
、sofaⅳ、sofaⅲ、sofaⅱ、sofaⅰ，看也按锅炉4个角布置，每角一个摆动执行机构。
[0040]
中层燃烧区域：共2层紧凑燃尽风，分别为ccofaⅱ、ccofaⅰ[0041]
下层主燃烧区域：共有3组燃烧器摆动执行机构，分锅炉4个角布置。
[0042]
e、f层燃烧器共用一个摆动燃烧器执行机构
[0043]
c、d层燃烧器共用一个摆动燃烧器执行机构
[0044]
a、b层燃烧器共用一个摆动燃烧器执行机构
[0045]
通过塔式炉智能模糊摆动燃烧器自动控制方法，对再热汽温进行精确控制。详细步骤如下：
[0046]
s1、建立塔式炉再热汽温控制方程:
[0047][0048]
qzr：相当于1kg煤，烟气传给再热器的热量；
[0049]
d:再热器流量系数；
[0050]
δh
zr
：再热器系统总焓升；
[0051]
qs：烟气传给水冷壁和省煤器的总热量；
[0052]
r1：汽化热；
[0053]
各级减温水之和。
[0054]
s2、针对部分典型燃烧工况，进行燃烧器摆动的特性试验，检测相关参数的变化，从而确定在机组正常运行负荷下的摆动燃烧器摆角的控制范围；
[0055]
s21、典型工况燃烧调整试验：
[0056]
试验数据如下：
[0057]
[0058][0059]
可以看到14:00燃烧器摆角变化，30s后再热汽温开始上升，500s后再热汽温趋于稳定。
[0060]
s22、确定控制逻辑思路
[0061]
由如上试验，及s1再热汽温变控制方程，确定再热汽温逻辑控制思路，以汽温为被调节量，燃烧器摆角为调节手段，以减温水及磨煤机运行方式为超前调节手段。
[0062]
s3、构架燃烧自动调整控制系统：
[0063]
s31、构架摆动燃烧器摆角自动调整控制主回路：
[0064]
以再热器各管平均汽温为调节量，与再热汽温设定值比较后送入pid调节器，得出对燃烧器摆角的控制量。
[0065]
s311、再热汽温设定值与被调节量
[0066]
设定值：锅炉厂对再热汽温的额定参数要求为603℃(
±
5)，因此本控制系统再热
器温设定值为603℃；并可通过改变偏置，依据运行工况的变化改变设定值；偏置输出的上下限为：—30、+10；该偏置值不自动反跟踪“被调量”。
[0067]
被调量：再热器#1～4管出口汽温的平均值。
[0068]
s312、pid调节器参数设置：
[0069]
a、调节死区设定为：1.2℃，即设定值与设计值偏差小于1.2℃时，不进行自动调整；
[0070]
b、输出上下限为：—50、+40；
[0071]
c、比例系数：0.6；积分时间：300。
[0072]
s32、引入再热器减温水总量修正再热器温度设定值
[0073]
再热器减温水会降低机组热效率，在减温水量较大的工况下，虽然此时再热汽温较低，也不宜抬高燃烧器摆角，需优先通过调节减温水量控制再热汽温，因此引入再热器减温水总量修正再热器温度设定值。
[0074]
再热汽温设定值与f(x)(再热器减温水总量修正函数)相加，为了避免减温水量波动的影响，同时加leadlag(180秒)，具体函数关系如下：
[0075][0076][0077]
s33、构架智能模糊摆动燃烧器自动控制方法的前馈：
[0078]
依据s1再热器汽温温度模型的结论，锅炉负荷及磨煤机运行方式对再热汽温以及火焰中心的位置由直接影响，因此，我们设计了两个前馈：
[0079]
s331、引入负荷指令作为摆动燃烧器摆角自动调整的前馈1
[0080]
使用“负荷指令”作为前馈，但考虑到负荷指令在机组agc工况下会频繁改变，设置两个“leadlag”延时控制，延时时间为20秒。函数关系如下表：(输出上/下限为0、120)：
[0081]
负荷mw04501050输出1009040
[0082]
s332、引入表征磨煤机运行方式的火焰中心高度系数作为摆动燃烧器摆角自动调整的前馈信号2
[0083]
依据磨煤机运行方式对火焰中心的影响，模拟了各层磨运行对火焰中心高度的权重，拟合出高度系数作为前馈2
[0084][0085]
高度系数＝(煤a*0.65+煤b*0.79+煤c*0.93+煤d*1.07+煤e*1.21+煤f*1.35)/(总煤量)
[0086]
前馈2＝(高度系数-1)*100，并经过leadlag延时30(或者60～80秒)。
[0087]
该前馈的上下限为
±
20。
[0088]
s34、引入摆动燃烧器摆角自动调整输出的分档位的输出控制模块
[0089]
为了避免摆动燃烧器的频繁调整，又能够满足再热汽温的正常调整需求。引入摆动燃烧器摆角自动调整输出的分档位的输出控制模块。
[0090]
当摆动燃烧器投自动时，该“分档位的输出控制模块”的输出值与上述“手自动控制器”的输出值进行比较，如偏差大于4％，则输出“手自动控制器”的输出值；如偏差小于4％，则保持该“分档位的输出控制模块”的输出值不变。
[0091]
当摆动燃烧器未投自动时，直接输出“手自动控制器”的输出值。
[0092]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种塔式炉智能模糊摆动燃烧器的自动控制方法，其特征在于具体步骤为：s1、建立塔式炉再热汽温控制方程：其中：qzr：相当于1kg煤，烟气传给再热器的热量；d:再热器流量系数；δh
zr
：再热器系统总焓升；qs：烟气传给水冷壁和省煤器的总热量；r1：汽化热；各级减温水之和；s2、针对部分典型燃烧工况，进行燃烧器摆动的特性试验，检测相关参数的变化，从而确定在机组正常运行负荷下的摆动燃烧器摆角的控制范围；s3、构架燃烧自动调整控制系统。2.根据权利要求1所述的一种塔式炉智能模糊摆动燃烧器的自动控制方法，其特征在于：所述s2具体确定步骤为：s21、典型工况燃烧调整试验：s22、确定控制逻辑思路：由s21和s22及s1再热汽温控制方程，可以得出通过燃烧器摆角调节再热汽温的逻辑思路。3.根据权利要求1所述的一种塔式炉智能模糊摆动燃烧器的自动控制方法，其特征在于：所述s3构架燃烧自动调整控制系统的具体方法为：s31、构架摆动燃烧器摆角自动调整控制主回路：以再热器各管平均汽温为调节量，与再热汽温设定值比较后送入pid调节器，得出对燃烧器摆角的控制量；s32、引入再热器减温水总量修正再热器温度设定值再热器减温水会降低机组热效率，在减温水量较大的工况下，虽然此时再热汽温较低，也不宜抬高燃烧器摆角，需优先通过调节减温水量控制再热汽温，因此引入再热器减温水总量修正再热器温度设定值；s33、构架智能模糊摆动燃烧器自动控制方法的前馈：依据s1再热器汽温温度模型的结论，锅炉负荷及磨煤机运行方式对再热汽温以及火焰中心的位置由直接影响，设计出两个前馈；s34、引入摆动燃烧器摆角自动调整输出的分档位的输出控制模块；为了避免摆动燃烧器的频繁调整，又能够满足再热汽温的正常调整需求；引入摆动燃烧器摆角自动调整输出的分档位的输出控制模块。4.根据权利要求3所述的一种塔式炉智能模糊摆动燃烧器的自动控制方法，其特征在于：所述再热汽温设定值与被调节量具体如下：设定值：锅炉厂对再热汽温的额定参数要求为603℃(
±
5)，因此本控制系统再热器温设定值为603℃；并可通过改变偏置，依据运行工况的变化改变设定值；偏置输出的上下限为：—30、+10；该偏置值不自动反跟踪“被调量”；
被调量：再热器#1～4管出口汽温的平均值。5.根据权利要求3所述的一种塔式炉智能模糊摆动燃烧器的自动控制方法，其特征在于：所述pid调节器参数设置如下：a、调节死区设定为：1.2℃，即设定值与设计值偏差小于1.2℃时，不进行自动调整；b、输出上下限为：—50、+40；c、比例系数：0.6；积分时间：300。6.根据权利要求3所述的一种塔式炉智能模糊摆动燃烧器的自动控制方法，其特征在于：再热汽温设定值与再热器减温水总量修正函数f(x)相加，为了避免减温水量波动的影响，同时加leadlag(180秒)。7.根据权利要求3所述的一种塔式炉智能模糊摆动燃烧器的自动控制方法，其特征在于：所述构架智能模糊摆动燃烧器自动控制方法的前馈中，设计了两个前馈，分别是：(1)引入负荷指令作为摆动燃烧器摆角自动调整的前馈1；使用“负荷指令”作为前馈，但考虑到负荷指令在机组agc工况下会频繁改变，设置两个“leadlag”延时控制，延时时间为20秒；(2)引入表征磨煤机运行方式的火焰中心高度系数作为摆动燃烧器摆角自动调整的前馈信号2；依据磨煤机运行方式对火焰中心的影响，模拟了各层磨运行对火焰中心高度的权重，拟合出高度系数作为前馈2。8.根据权利要求7所述的一种塔式炉智能模糊摆动燃烧器的自动控制方法，其特征在于：所述拟合出的高度系数＝(煤a*0.65+煤b*0.79+煤c*0.93+煤d*1.07+煤e*1.21+煤f*1.35)/(总煤量)。9.根据权利要求7所述的一种塔式炉智能模糊摆动燃烧器的自动控制方法，其特征在于：所述前馈2＝(高度系数-1)*100，并经过leadlag延时30秒；该前馈的上下限为
±
20。10.根据权利要求3所述的一种塔式炉智能模糊摆动燃烧器的自动控制方法，其特征在于：所述摆动燃烧器投自动时，该“分档位的输出控制模块”的输出值与上述“手自动控制器”的输出值进行比较，如偏差大于4％，则输出“手自动控制器”的输出值；如偏差小于4％，则保持该“分档位的输出控制模块”的输出值不变；所述摆动燃烧器未投自动时，直接输出“手自动控制器”的输出值。
技术总结
本发明涉及一种塔式炉智能模糊摆动燃烧器自动控制方法，属于塔式炉再热器温控技术领域。包括塔式炉再热汽温变化模型，摆动燃烧器模糊控制回路；本发明所涉及的塔式炉再热汽温变化模型由锅炉负荷、制粉系统投退层数、火焰中心位置的试验数据建模得到；本发明所涉及的摆动燃烧器自动调整系统由带模糊控制的PID控制器构成主要控制回路，控制回路输入信号是再热器各管平均汽温，输出信号是燃烧器摆角指令，模糊控制回路前馈输入信号是再热器减温水总量、锅炉负荷指令和火焰中心高度系数，本发明所涉及的燃烧器摆角指令通过档位选切计算得到实际开度指令,本发明涉及的控制方法能够减少塔式炉再热汽温波动，具有再热汽温响应速度快，燃烧器调节频率小的特点。燃烧器调节频率小的特点。燃烧器调节频率小的特点。
