一种燃煤热电联产机组自适应BTU下的协调控制方法与流程

一种燃煤热电联产机组自适应btu下的协调控制方法
技术领域
1.本发明涉及燃煤热电联产机组生产安全及热工控制技术领域，尤其涉及一种燃煤热电联产机组自适应btu下的协调控制方法。


背景技术：

2.随着材料技术与清洁能源(包含水能、风能、太阳能等)的广泛应用、超/特高压交直流的远程输电以及大型电源基站建设，电网调频、调峰的需要愈加频繁，电网对电能的品质要求也越来越高。现阶段，我国电网结构仍以火力发电为主，并且实现agc经济调度，以节约能源。现有的agc调节，主要都是建立在协调的基础上来进行，而在协调控制系统中，有两个问题无法得到很好的解决，首先是如何准确快速的判断当前煤质的变化，其次是在判断其煤质变化后应采取什么措施去自动调整锅炉的燃烧和协调控制方式。由于煤炭当中的成分会随着煤质的变化而变化，从而导致相同质量的煤所能释放的热量不同，这会很大程度上影响燃煤机组锅炉及辅机的各项参数，影响协调控制与agc的投用。当负荷变动时，传统的负荷指令前馈和pid反馈控制策略已无法满足电网运行准则的要求，严重影响电网对机组的调度。
3.对于煤炭成分分析，传统的分析方法是通过采样、制样、化验这三个环节完成。通过定时取样燃煤，经烧灼法的分析仪测量计算出煤的灰分、水分、热值等重要指标。此方法耗时较长，运行人员需要数小时后得到化验报告才能够根据煤质的变化而进行实时在线调整，对实时燃烧的调整和优化运行的促进作用非常有限。为了弥补传统方法的不足，一些在线监测系统也被相继开发，但是对于以上监测系统，其普遍存在的问题是结构复杂、成本高且维修不便。针对煤质中的具体成分，如灰分和水分也只是对煤质元素的内部成分进行检测，而对于煤质的全面判断是无法达到需求的，以上多方面的因素使得煤质在线监测装置很难大范围应用。综上，探索一种新型的自适应煤质实时校正方法是十分有必要且有意义的。
4.在控制技术方面，传统的负荷指令前馈和pid反馈控制策略包含有锅炉主控、汽机主控、燃料主控等回路。锅炉主控根据机组负荷指令要求，调节锅炉总燃料量、总给水流量、总风量等锅炉输入变量，以满足汽机侧对锅炉负荷的需求。汽机主控分为压力控制和负荷控制两种工作模式，分别接受协调系统计算出的机前压力和机组负荷为目标值，以控制调门开度。燃料主控根据燃料指令与实际总燃料量比较，产生总给煤量指令，总燃料量信号由总给煤量和燃油流量相加产生(根据设计煤种的低位发热值和燃油的发热值换算出油煤折算系数)。随着机组工况和煤质的变化，运行机组的控制品质越来越差，常常需要运行人员进行手动干预。因此，需要通过变参数自适应煤质校正系数来调整机组协调及agc控制系统。
5.典型的煤质校正方法如：功煤比煤质校正方法。该方法如图1所示，根据机组的实际运行参数构造煤质校正系数。该方法的原理是首先判断机组是否处于稳定工况，判断通过后，用锅炉实际总给煤量和机组实发功率的比值表征机组做功的能力，即在当前煤质和
煤量的情况下，机组的出力能力。用这个数值再除以标煤下的出力得到的系数即为煤质校正系数。当煤质不发生变化时，该系数为1，当煤质发生变化后，该数值会发生偏离，对其进行0.8
‑
1.2的限幅，其限幅范围可根据机组实际的煤种变化情况来进行更改。但是该方法由于是采用发电量和给煤量这两个参数，从煤量变化反应到发电量的变化这一周期会非常长，再加上判断条件苛刻，工程应用的空间非常有限。
6.在控制技术方面，协调控制方式为汽轮机侧进行负荷控制，为单回路系统，比较简单；锅炉侧进行压力控制涉及因素比较多，为保证压力、温度等参数合适，通过引入压力前馈，提前使锅炉主控输出发生变化，从而加快控制速度。常规锅炉主控控制逻辑如图2所示。
7.pid环节pv输入量为主汽压力实际值，sp输入量为主汽压力设定值，ff输入量为锅炉主控前馈输入端。其中，前馈主要包括两部分，分别为机组负荷指令前馈和主汽压力微分前馈：其中f(x)输入量为机组负荷指令，根据机组负荷指令经过函数发生器f(x)产生一固定的锅炉主控指令前馈，若煤为设计煤种，可根据固定函数直接设定函数发生器f(x)。根据主汽压力设定值与实际值的偏差产生微分前馈，原理为偏差值减去偏差值经过一阶惯性滞后的值，相当于微分作用。pid最终输出量为锅炉主控指令。
8.这种控制方案在机组工况稳定，煤质稳定时，压力、温度等控制效果较好，但在煤质发生变化，尤其变化较大时，主汽压力等主要参数波动较大，影响负荷的响应速度和控制精度，从而影响机组协调控制的品质。


技术实现要素：

9.根据上述提出的现有煤质分析方法方面，耗时长、结构复杂、成本高、控制逻辑复杂的问题，而提供一种燃煤热电联产机组自适应btu下的协调控制方法。本发明通过自适应煤质校正系数btu使煤质变化后在要求的负荷变化率与负荷变动范围内，保证机组的协调控制与自动发电控制指标，同时在负荷变动中风、煤等主要参数变化更平滑，进一步减小机组主参数的调节偏差，以满足燃烧调整在煤质变化扰动下的稳定运行。本发明采用的技术手段如下：
10.一种燃煤热电联产机组自适应btu下的协调控制方法，包括如下步骤：
11.步骤1、获取不同发电量下的标准煤量，并以此作为基准煤量；
12.步骤2、获取的标准煤量通过分散控制系统的逻辑组态，在机组稳定燃烧工况下，定时检测和优化输出煤质校正系数btu；
13.步骤3、通过所述煤质校正系数btu对主汽压力偏差的微分前馈、机组负荷指令的比例前馈、锅炉主控的比例系数进行修正，进而对燃料主控进行修正，并由所述煤质校正系数对锅炉二次风风门调节输出进行修正。
14.进一步地，所述标准煤量通过实际动态的火电机组标煤或接近标煤煤种的燃烧试验获得。
15.进一步地，还通过如下方法实时对煤质校正系数进行优化：用煤质校正系数btu乘以一次元件检测到的总煤量得到机组当前煤种对应的标煤煤量，通过当前煤种对应的标煤煤量和基准煤量不断修正，实时对煤质校正系数进行优化。
16.进一步地，根据煤量偏差值来对btu煤质校正系数进行修正，煤量偏差大于0.5％时，将btu煤质校正系数向负方向修正，煤量偏差小于
‑
0.5％时，将btu煤质校正系数向正方
向修正，具体修正方法由btu修正函数发生器来决定。煤质校正系数的pid调节参数的比例和积分系数根据实际工况进行确定。进一步地，pid调节的上下限分别为1.2和0.8。
17.进一步地，分散控制系统的逻辑组态中，确定煤质校正系数的计算过程中其影响因素包括：机组实际功率、机组负荷指令、压力偏差、主给水流量、单台磨煤机给煤量、油枪投运过程中的燃油流量。
18.进一步地，当锅炉处于稳定燃烧工况下btu正常计算，当锅炉燃烧不稳定时btu停止计算，所述步骤2中预设锅炉燃烧不稳定的工况包括以下几种：
19.(a)启停磨过程中
20.(b)机组负荷指令变化600秒以内；
21.(c)主汽压力偏差大于0.3mpa；
22.(d)功率偏差大于15mw；
23.(e)锅炉mft信号触发；
24.(f)主给水流量、单台磨煤机给煤量、油枪投运过程中的燃油流量的信号品质检查故障时；
25.(g)协调切除时。
26.进一步地，所述通过所述煤质校正系数btu对主汽压力偏差的微分前馈、机组负荷指令的比例前馈、锅炉主控的比例系数进行修正，具体包括：
27.煤质校正系数btu通过函数发生器f1(x)对主汽压力偏差的微分前馈进行修正，修正系数为k1，f1(x)为比例环节，k1取值变化趋势与btu变化趋势相反，煤质变差时加大前馈量，所述主汽压力偏差的微分前馈，是指利用锅炉主汽压力设定值与实际值之间的偏差与该偏差值通过惯性滞后环节后的输出值进行比较，最终输出控制量构成的微分前馈。
28.根据煤质校正系数btu通过函数发生器f2(x)对机组负荷指令的比例前馈进行修正，修正系数为k2，f2(x)为比例环节，k2取值变化趋势与btu变化趋势相反，煤质变差时加大前馈量，确保主汽压力的快速响应，机组负荷指令的比例前馈，是指利用机组负荷指令经过函数产生一个固定的锅炉主控指令前馈。
29.根据煤质校正系数btu通过函数发生器f3(x)对锅炉主控的比例系数k进行修正，k取值变化趋势与btu变化趋势相反，煤质变差时增大比例作用，通过改变更多的煤量来实现压力的稳定。
30.将修正后的主汽压力偏差的微分前馈和修正后的机组负荷指令比例前馈相加，作为新的锅炉主控的前馈，同时将修正后的锅炉主控比例系数k一同作为后续锅炉主控pid环节的输入量，实现对锅炉主控的输出控制。
31.本发明具有以下优点：
32.1、本发明可以使煤质变化后在要求的负荷变化率与负荷变动范围内，机组的主要被控参数稳定性相对于常规控制能大幅度提高，保证机组的协调控制与自动发电控制指标，同时在负荷变动中风、煤等主要参数变化更平滑，进一步减小机组主参数的调节偏差，使机组的经济性更高，减小内、外部的扰动对协调控制与自动发电控制调节的影响，使机组运行稳定性更高，可提高机组的安全、经济运行水平，能够有效解决当前火电机组燃煤品质变化较大导致机组自动控制品质差的问题。
33.2、在二次风门的传统自动控制中，一般根据不同负荷下炉膛和二次风箱的差压来
进行二次风门的调节。该方法只能实现风门针对机组负荷或煤量的调整，而无法实现通过改变各个调门的开度来改变燃烧的方式，在以往的运行过程中，二次风门的调整主要通过运行人员通过手动设定偏置来实现。本发明根据煤质校正系数修正锅炉二次风风门调节输出，对二次风辅助风整体燃烧状态进行调节，对二次风调节进行平滑无扰调整。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为传统的功煤比煤质校正方法过程图。
36.图2为传统的协调控制系统控制框图。
37.图3自适应btu煤质校正系数运算及修正过程图。
38.图4协调控制系统在自适应btu煤质校正系统运行状态下的系统控制图。
39.图5自适应btu煤质校正系数计算锅炉二次风风门各层前馈过程图。
具体实施方式
40.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.如图3所示，本发明实施例公开了一种燃煤热电联产机组自适应btu下的协调控制方法，包括如下步骤：
42.步骤1、获取不同发电量下的标准煤量，并以此作为基准煤量；本实施例中，所述标准煤量通过实际动态的火电机组标煤或接近标煤煤种的燃烧试验获得，图3中函数发生器f1(x)为基准煤量指令函数发生器，其作用是将机组的实际负荷转换为对应的基准给煤量指令，其具体参数如下表1。
43.表1
44.机组负荷(mw)基准煤量(kg/s)0033036
45.步骤2、获取的标准煤量通过分散控制系统的逻辑组态，在机组稳定燃烧工况下，定时检测和优化输出煤质校正系数btu；具体地，所述煤质校正系数btu为通过电厂传感器对实际煤量进行实时采样，实时计算当前煤量，并除以基准煤量，得到的过程变量。其中，当锅炉处于稳定燃烧工况下btu正常计算，当锅炉燃烧不稳定时btu停止计算，预设锅炉燃烧不稳定的工况包括以下几种：(a)启停磨过程中(b)机组负荷指令变化600秒以内；(c)主汽压力偏差大于0.3mpa；(d)功率偏差大于15mw；(e)锅炉mft信号触发；(f)主给水流量、单台磨煤机给煤量、油枪投运过程中的燃油流量的信号品质检查故障时；(g)协调切除时。
46.分散控制系统的逻辑组态中，确定煤质校正系数的计算过程中其影响因素包括：
机组实际功率、机组负荷指令、压力偏差、主给水流量、单台磨煤机给煤量、油枪投运过程中的燃油流量。
47.步骤3、通过所述煤质校正系数btu对主汽压力偏差的微分前馈、机组负荷指令的比例前馈、锅炉主控的比例系数进行修正，进而对燃料主控进行修正，并由所述煤质校正系数对锅炉二次风风门调节输出进行修正。其中，二次风是一种助燃风，一是补充燃烧所需要的空气，起到扰动作用，加强气、固两相混合，根据煤质校正系数修正锅炉二次风风门调节输出，对二次风辅助风整体燃烧状态进行调节。
48.作为优选的实施方式，所述步骤2中，还通过如下方法实时对煤质校正系数进行优化：用煤质校正系数btu乘以一次元件检测到的总煤量得到机组当前煤种对应的标煤煤量，通过当前煤种对应的标煤煤量和基准煤量不断修正，实时对煤质校正系数进行优化。
49.根据煤量偏差值来对btu煤质校正系数进行修正，煤量偏差大于0.5％时，将btu煤质校正系数向负方向修正，煤量偏差小于
‑
0.5％时，将btu煤质校正系数向正方向修正，具体修正方法由btu修正函数发生器来决定。煤质校正系数的pid调节参数的比例和积分系数根据实际工况进行确定。btu修正函数发生器其具体参数如下表2。
50.表2
51.煤量偏差(％)btu修正值
‑
0.51000.5
‑152.煤质校正系数的pid调节参数的比例和积分系数根据实际工况进行确定。本实施例中，pid调节的上下限分别为1.2和0.8，比例系数为0.001.积分时间为350秒。
53.如图4所示，通过所述煤质校正系数btu对主汽压力偏差的微分前馈、机组负荷指令的比例前馈、锅炉主控的比例系数进行修正，具体包括：
54.煤质校正系数btu通过函数发生器f1(x)对主汽压力偏差的微分前馈进行修正，修正系数为k1，f1(x)为比例环节，k1取值变化趋势与btu变化趋势相反，煤质变差时加大前馈量，所述主汽压力偏差的微分前馈，是指利用锅炉主汽压力设定值与实际值之间的偏差与该偏差值通过惯性滞后环节后的输出值进行比较，最终输出控制量构成的微分前馈。
55.根据煤质校正系数btu通过函数发生器f2(x)对机组负荷指令的比例前馈进行修正，修正系数为k2，f2(x)为比例环节，k2取值变化趋势与btu变化趋势相反，煤质变差时加大前馈量，确保主汽压力的快速响应，机组负荷指令的比例前馈，是指利用机组负荷指令经过函数产生一个固定的锅炉主控指令前馈。
56.根据煤质校正系数btu通过函数发生器f3(x)对锅炉主控的比例系数k进行修正，k取值变化趋势与btu变化趋势相反，煤质变差时增大比例作用，通过改变更多的煤量来实现压力的稳定。
57.将修正后的主汽压力偏差的微分前馈和修正后的机组负荷指令比例前馈相加，作为新的锅炉主控的前馈，同时将修正后的锅炉主控比例系数k一同作为后续锅炉主控pid环节的输入量，实现对锅炉主控的输出控制。
58.实施例1
59.本实施例汇总，电厂锅炉为300mw(热电联产)燃煤发电机组，型号为blk
‑
1025，亚
临界参数，采用直吹式制粉系统、双燃烧室、100％飞灰复燃、直流液态排渣炉，双燃烧室每侧设计有两台中速磨煤机。在燃烧室的顶部布置16个旋流燃烧器，一台磨煤机与四个位置不同的燃烧器相匹配。为了保证燃烧的稳定燃烧器设计了中心风管和二次风管的旋流调节。该300mw热电联产机组实际应用数值实例如下：
60.1.煤质校正系数输出实例
61.设定标煤燃烧状态下，即在4％含氧量下，当前负荷为330mw，总给煤量为36kg/s，当煤质改变后，假设煤质变差，那么在在保证机组负荷的前提下，给煤量必然会增加，但是风量的变化会很小，假设校正后总煤量变为36.8kg/s。根据图3自适应btu煤质校正系数运算及修正过程图，校正后煤量减去由函数发生器f1(x)计算出的基准煤量，其差值除以基准煤量，得到一个百分数，即2.2％，将该数值经过一个btu修正函数发生器f2(x)，此函数根据煤量偏差值将btu修正pid偏差输入置为
‑
1，将btu系数向负方向修正。煤质校正系数的pid调节参数的比例和积分系数分别为0.001和350。同时pid调节的上下限分别为1.2和0.8。假设此时的工况同时满足：不在启停磨过程中，负荷指令未变化，主汽压力和功率偏差均不大，无mft信号触发，无相关测点品质坏等条件，那么可以对煤质校正系数btu进行累计输出，算出实时的煤质校正系数。
62.2.煤质校正系数对锅炉主控及燃料主控修正实例
63.用表3、表4、表5分别表示由函数发生器f1(x)生成的k1、函数发生器f2(x)生成的k2、函数发生器f3(x)生成的锅炉主控的比例系数k。
64.表3
65.煤质校正系数btu修正系数k11.20.851.10.95110.91.10.851.20.81.4
66.表4
67.煤质校正系数btu修正系数k21.21.251.11.3511.50.91.80.851.950.82.15
68.表5
69.煤质校正系数btu比例系数k1.20.851.10.96
110.91.050.851.10.81.2
70.从表3、4、5中的数值可以看出，随煤质校正系数btu围绕1上下波动，k1、k2、k取值变化趋势与btu变化趋势相反，当煤质校正系数btu为1和0.9时，k1取值由1到1.1，k2取值由1.5到1.8，比例系数k取值变化由1到1.05。表3、4、5中的具体参数为机组运行期间根据不同负荷不同工况下根据相应参数计算出的结果。
71.根据图4所示，若此时运行工况为：机组负荷330mw，实际压力16.9mpa，设定压力17.3mpa，设定压力与实际压力偏差0.4mpa，该偏差值通过惯性滞后环节后的输出为0.15mpa，标准煤量36kg/s，实际煤量36.8kg/s。此时负荷稳定、各参数稳定且无油枪运行，煤质校正系数pid计算结果为0.9，则k1＝1.1，k2＝1.8，k3＝1.05。
72.则此时由煤质校正系数对主汽压力偏差的微分前馈计算结果为：0.15
×
1.1＝0.165。
73.由煤质校正系数对机组负荷指令的比例前馈计算结果为：0.92
×
1.8＝1.656。其中0.92为机组负荷指令经过函数发生器f(x)计算输出，为不同机组负荷下煤质校正系数的作用强度。
74.锅炉主控的前馈汇总为：0.165 1.656＝1.821。
75.由煤质校正系数对锅炉主控的比例系数进行修正计算结果为1.05。
76.将以上数据输入pid调节器，对锅炉主控的输出进行调节，并由锅炉主控输出继续与校正后的总煤量继续对燃料主控进行计算修正。
77.3.煤质校正系数修正锅炉二次风风门调节输出实例
78.二次风是一种助燃风，一是补充燃烧所需要的空气，起到扰动作用，加强气、固两相混合，根据煤质校正系数修正锅炉二次风风门调节输出，对二次风辅助风整体燃烧状态进行调节。本实施例中对二次风辅助风整体燃烧状态进行调节，不依赖人为的控制，而是自动的调整二次风辅助风，但也可通过人为进行干预，如图5所示。
79.根据煤质校正系数以及人为手动偏置对单台给煤机的实际煤量进行修正。修正后的单台给煤量除以4得到理论排煤量，将理论排煤量经过函数发生器f(x)进行计算，得到理论排二次风量。将其与最终与排实际二次风量的偏差进行pid计算，最终得到排二次风调节输出。
80.综上，本发明能够有效解决当前火电机组燃煤品质变化较大导致机组自动控制品质差的问题。
81.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。