正压直吹式煤粉锅炉一次风冷热风协同节能调控方法与流程

本发明属于煤粉锅炉制粉系统控制方法，具体涉及正压直吹式煤粉锅炉一次风冷热风协同节能调控方法。

背景技术：

1、正压直吹式制粉系统凭借系统布置简洁、煤粉输送滞后小、机组负荷响应迅速等优势，在国内大中型燃煤火力发电机组中大规模应用。一次风系统作为制粉与锅炉燃烧的核心单元，利用空预器热风与环境冷风掺混形成混合一次风，经一次风机增压后送入磨煤机，完成原煤干燥、碾磨、煤粉气力输送全流程。

2、目前现役机组一次风普遍采用风机工频定速结合冷热风门节流截流调参的传统调控方案，工程应用中存在多项技术缺陷，包括：（1）冷、热风门频繁节流调节，造成风网局部阻力急剧增大，大量风机耗散功率转化为节流损失，尤其在机组中小负荷工况下，风门开度偏小，无效能耗占比极高；（2）一次风系统存在热风、冷风、混合风多流道耦合，磨煤机出口温度、一次风流量、风机压头、风门开度之间呈现强非线性、强耦合特性，常规pid控制难以实现多参数协同精准调节，易出现磨温波动、风量失衡问题；（3）一次风机长期偏离高效工况区运行，送风机与一次风机联动能耗偏高，机组厂用电率居高不下；（4）变负荷工况下，给煤量与锅炉负荷快速变化，传统调节方式滞后性强，无法快速匹配煤粉干燥与输送需求，影响锅炉燃烧稳定性与机组运行安全性。

3、综上，现有技术中，部分节能方案仅单一优化风机转速或单一修正风门开度，未实现冷热风配比、风量参数、风机工况的协同优化，且未针对系统强耦合特性采用适配的控制算法，节能效果有限，控制稳定性不足。因此，研发一种适配宽负荷工况、兼顾控制稳定性与节能效益的一次风冷热风匹配调控方法，是当前燃煤电站制粉系统节改造的迫切需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供正压直吹式煤粉锅炉一次风冷热风协同节能调控方法，解决现有技术正压直吹式煤粉锅炉一次风调节节流损失大、风机能耗高的技术问题。

2、本发明所采用的技术方案是，正压直吹式煤粉锅炉一次风冷热风协同节能调控方法，包括以下步骤：

3、s1，采集并预处理正压直吹式煤粉锅炉制粉环节的运行参数；

4、s2，根据预处理后数据计算磨煤机温度偏差、流量偏差及负荷变化率并作为输入变量；

5、s3，以冷热风门开度调节量和一次风机转速调节量为输出变量，建立全负荷工况控制规则库对输入变量进行模糊推理，得到初始控制增量；

6、s4，对初始控制增量寻优修正，得到最终执行控制量；

7、s5，将最终执行控制量转换为控制指令，同步调节冷热风门开度及一次风机转速，实现节能。

8、本发明技术方案的特点还在于，

9、s1具体步骤为：通过锅炉dcs系统及现场仪表，实时采集运行参数，运行参数包括给煤量、主蒸汽流量、磨煤机出口温度、一次风流量、一次风机入口静压、空气预热器出口热风压力、送风机出口压力、热风门开度、冷风门开度与一次风机转速；对采集到的运行参数采用滑动平均滤波进行滤波降噪，剔除异常跳变数据，并进行归一化预处理。

10、s2中磨煤机温度偏差为磨煤机出口温度设定值与实际值的温度偏差，计算公式为：

11、（1）

12、式中：为磨煤机出口温度偏差，单位℃；磨煤机出口实测温度，单位℃；磨煤机出口温度设定值℃。

13、s2中流量偏差为一次风流量偏差，一次风流量偏差为一次风流量设定值与实际值的流量偏差，计算公式为：

14、（2）

15、式中，为一次风流量偏差，单位；为一次风实测流量，单位；为一次风流量设定值，单位；

16、一次风流量设定值t由给煤量、投运磨煤机台数nm和锅炉实时负荷百分比l通过式（3）得到：

17、（3）

18、式中，均为预先拟合确定的修正系数；单台磨煤机瞬时给煤量，单位t/h；为投运磨煤机台数；锅炉实时负荷，单位，%额定负荷；

19、输入变量还包括单台磨煤机瞬时给煤量。

20、s2中负荷变化率为锅炉负荷变化率，锅炉负荷变化率计算公式为：

21、（4）

22、式中，锅炉负荷变化率，单位；为主蒸汽瞬时流量，单位t/h；为时间，单位s。

23、s3具体步骤为：

24、s3.1，以热风门开度调节量、冷风门开度调节量和一次风机转速调节量为输出变量；

25、s3.2，将全部输入变量和输出变量均划分为负大、负中、负小、零、正小、正中、正大七个模糊子集；

26、s3.3，建立覆盖全负荷工况的控制规则库，控制规则库遵循热风门优先开大调节、冷风门辅助温度微调、一次风机转速主导风量调节的原则构建；

27、s3.4，对输入变量进行模糊推理，得到初始控制增量。

28、s3.3中建立全负荷工况控制规则库具体步骤为：

29、s3.3.1，确定规则库覆盖的工况条件，工况条件包括锅炉高负荷工况、中负荷工况、低负荷工况、给煤量增工况、给煤量减工况、温度偏差大小、流量偏差大小及负荷升降速率；

30、s3.3.2，根据工况条件，按照热风门优先开大调节、冷风门辅助温度微调、一次风机转速主导风量调节的规则，分别制定各工况条件下的控制策略，生成多条“若-则”控制规则；每条“若-则”控制规则由前提条件和结论两部分构成；前提条件为输入变量所属的模糊子集组合，结论为输出变量所属的模糊子集组合；

31、s3.3.3，将所有控制规则集合，形成覆盖全负荷工况的控制规则库。

32、s3.4中对输入变量进行模糊推理，得到初始控制增量，具体为：

33、s3.4.1，将输入变量的精确值通过隶属度函数转换为对各模糊子集的隶属度，完成模糊化；

34、s3.4.2，以模糊化后的输入变量为条件，在全负荷工况控制规则库匹配对应的控制规则，采用mamdani推理算法进行逻辑运算，得到模糊输出量；

35、s3.4.3，采用重心法对模糊输出量进行解模糊，得到热风门开度调节量、冷风门开度调节量和一次风机转速调节量，作为初始控制增量；重心法为：各模糊子集对应的特征值与相应隶属度的乘积之和除以隶属度之和。

36、s4具体为：构建以管网阻力损失最小、风机能耗最低、磨煤机出口温度偏差最小和一次风流量跟踪误差最小为优化目标的多目标优化函数，在预设的运行约束条件范围内对初始控制增量进行寻优修正，得到最终执行控制量；

37、多目标优化函数表示为：

38、（5）

39、式中，为各子目标加权系数；，为全系统管网节流总损失最小，其中，δp为各风门前后的压差，q为对应的一次风实测风量；，为一次风机耗电功率最低；，为磨煤机出口温度控制偏差平方最小；，为一次风流量跟踪误差平方最小；

40、计算公式为：

41、（6）

42、式中，为一次风机输入轴功率，单位kw；风机全压，单位pa；为风机机组综合效率；为单位换算系数。

43、本发明的有益效果是：

44、（1）本发明采用逻辑控制算法，完美适配一次风系统多变量、强耦合、非线性的运行特性，依托模糊理论建模，对锅炉变负荷、给煤量波动、风网阻力变化等扰动具有极强的抗干扰能力，控制响应速度快、调节精度高。

45、（2）本发明格遵循热风门优先开大原则，依托风机相似定律从机理消除无效节流能耗，彻底解决传统风门节流造成的大量无效能耗损失，风网节流损失降低30%以上；以风机变频调速替代节流调风，推动一次风机长期运行在高效工况区，一次风机与送风机综合节电率可达20%以上，有效降低机组厂用电率。

46、（3）本发明依托多目标优化函数控制磨煤机出口温度与一次风流量，避免温度大幅波动、风量不足导致的堵磨、断粉、燃烧不稳等问题，提升制粉系统与锅炉燃烧系统运行稳定性、安全性。

47、（4）本发明基于锅炉现有 dcs 系统与仪表设备实现，无需大规模改动设备本体，改造工程量小、投资成本低、实施周期短，可直接兼容 2 台及以上多磨煤机组合运行工况，适配各类燃煤电站正压直吹式煤粉锅炉节能改造与新建机组控制优化。

48、（5）本发明可实现机组从低负荷到满负荷宽区间连续调节，无论稳态运行还是动态变负荷，多目标优化算法均可实时迭代最优解，全工况保持最优控制与节能效果，适用范围广、推广价值高。