一种煤气发电锅炉三种煤气自动燃烧控制系统的制作方法

1.本发明涉及煤气发电锅炉技术领域，尤其涉及一种煤气发电锅炉三种煤气自动燃烧控制系统。


背景技术：

2.在钢铁企业的工序流程中，经常会有高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气这三种煤气过剩，通常采用三种煤气混合燃烧的方式，将煤气在锅炉炉膛内部进行混合燃烧，产生的热量再利用，以达到循环经济利用的效果。
3.外界冷空气经送风机升压后送往空气预热器，冷空气在空气预热器内被烟气加热后，热空气则直接经燃烧器送入炉膛，这部分热空气称为一次风；一次风在炉膛内与已着火的煤气气流混合，并参与燃烧反应。煤气和空气经燃烧器送入炉膛后在炉膛内进行燃烧放出热量。燃烧释放的热量加热水，水经过加压升温变为蒸汽，蒸汽做功推动汽轮机转动，汽轮机转动带动发电机工作，产生电能，输送到电网。
4.传统的人工烧炉操作存有以下几个缺点：
5.(1)燃烧过程经济性不强。经济性是靠进入炉膛燃料量与通风量之间最佳比值来保证，有足够风使燃料得以充分燃烧，同时尽可能减少排烟造成的热损失。由于操作人员的个人技能水平参差不齐，炉膛燃料量与通风量之间的比值很难达到最佳。
6.(2)燃烧过程稳定性差。影响燃烧过程的因素很多，其中有减温水的自动控制、汽包水位自动调节、炉膛负压自动控制等。这些环节仅靠人工调节，很难做到统一调控平衡，燃烧过程的稳定性难以把握。
7.(3)锅炉控制与汽轮机负荷变化操控，人工操作反应滞后，达不到节能降耗的目的。


技术实现要素：

8.本发明提供的煤气发电锅炉三种煤气自动燃烧控制系统目的在于针对传统人工操作锅炉煤气燃烧的缺陷，保证燃烧过程的经济性和稳定性。
9.煤气发电锅炉三种煤气自动燃烧控制系统包括：锅炉总控制模块、锅炉汽包水位自动调节控制模块、一级减温水和二级减温水自动调节控制模块、锅炉主蒸汽压力恒定调节控制模块、入炉煤气气量分配调节控制模块以及炉膛负压自动调节控制模块；
10.锅炉总控制模块通过与锅炉汽包水位自动调节控制模块连接，调节锅炉汽包水位，并控制锅炉汽包向锅炉供应蒸汽；
11.锅炉总控制模块通过与一级减温水和二级减温水自动调节控制模块连接，分别控制过热器的输出温度信息；
12.锅炉总控制模块通过与锅炉主蒸汽压力恒定调节控制模块连接，调节控制锅炉主蒸汽压力，使锅炉主蒸汽压力满足预设要求；
13.锅炉总控制模块通过与入炉煤气气量分配调节控制模块连接，控制煤气入炉气
量；
14.锅炉总控制模块通过与炉膛负压自动调节控制模块连接，控制引风机的转动速度，对锅炉炉膛负压量进行控制，使锅炉炉膛负压量在预设阈值内。
15.进一步需要说明的是，锅炉汽包水位自动调节控制模块设有锅炉汽包调节阀、多个锅炉汽包液位传感器以及pid控制单元；
16.以锅炉汽包调节阀作为被控设备，多个锅炉汽包液位传感器为检测感应液位信息，任意取其中2个液位数值为参考量，采用汽包调节pid控制单元的pid控制算法进行控制程序运算；根据锅炉汽包液位设定值和实际液位值的偏差进行调节；以达到锅炉汽包液位的平衡。
17.进一步需要说明的是，一级减温水和二级减温水自动调节控制模块包括：减温水pid控制单元、一级减温水调节阀和二级减温水调节阀；
18.以一级减温水调节阀和二级减温水调节阀作为被控设备，控制过热器出口温度；
19.一级减温水调节阀根据一级减温器出口温度t1的数值，通过减温水pid控制单元控制，得出一级减温调节阀门的开度数值；
20.二级减温水调节阀门根据过热器出口温度t2的数值，通过减温水pid控制单元控制，得出二级减温调节阀门的开度数值。
21.进一步需要说明的是，锅炉主蒸汽压力恒定调节控制模块通过调节煤气发电锅炉煤气入炉量和高炉煤气入炉量来控制锅炉主蒸汽压力p2，以满足煤气发电锅炉的运行要求；
22.以锅炉汽包出口压力p1为检测量，结合锅炉炉内的燃烧温度数值，通过控制程序算法，来自动调节炉炉内的煤气流量调节阀门的开度。
23.进一步需要说明的是，锅炉主蒸汽压力恒定调节控制模块以锅炉主蒸汽压力p2为检测量，结合煤气发电锅炉主蒸汽流量的数值，通过控制程序算法，来自动调节高炉煤气流量调节阀门的开度。
24.进一步需要说明的是，入炉煤气气量分配调节控制模块以锅炉汽包出口压力p1为检测量，结合煤气发电锅炉炉内的燃烧温度数值，通过控制程序算法，自动调节焦炉煤气流量调节阀门的开度；
25.还以锅炉主蒸汽压力p2为检测量，结合锅炉主蒸汽流量的数值，通过控制程序算法，来自动调节高炉煤气流量调节阀门的开度。
26.进一步需要说明的是，入炉煤气气量分配调节控制模块用于基于锅炉主蒸汽温度t作为检测量，在入炉冷风流量l1保持稳定的基础上，转炉煤气调节阀开度作为被控量，采用单回路pid进行调节，维持煤气发电锅炉主蒸汽温度t稳定；
27.入炉煤气气量分配调节控制模块根据锅炉总控制模块的控制指令，进行升负荷或者降负荷控制，并结合进行pid运算，pid输出值按照预设的比例系数来调节不同煤气阀的开度，让锅炉燃烧热量在预设热量阈值内。
28.进一步需要说明的是，入炉煤气气量分配调节控制模块还基于送风量调节系统取自锅炉主蒸汽流量信号经函数运算后的输出值；函数关系式为负荷与风量对应关系，根据运行试验数据及运行经验，系统自适应煤气气量控制；
29.入炉煤气气量分配调节控制模块还基于烟气含氧量测定值与给定值一起送入主
调中进行pid运算，运算结果与总风量调节风量设定指令一起进行函数处理后作为副调的给定值，与总风量测量值进行pid运算，运算结果作为总风量的控制指令；氧气含量对总风量的调整占比为10％-15％进行自动修正。
30.进一步需要说明的是，炉膛负压自动调节控制模块用于基于引风机转动的速度指令送入pid主控制器，炉膛压力是控制系统的前馈信号，入炉冷风流量l1作为比较量，当炉膛压力变化时，对引风机的转动速度进行调节，使锅炉炉膛负压量在预设阈值内。
31.进一步需要说明的是，锅炉总控制模块利用现场总线控制方式和智能仪表分散控制方式，结合模糊控制方式和燃烧过程三种不同热值的煤气的调节存在的相互影响，确保冷风与煤气配比在静态和动态过程中保持一致；实现对煤气发电锅炉三种煤气自动燃烧控制。
32.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
33.本发明提供的煤气发电锅炉三种煤气自动燃烧控制系统在稳态运行时，根据锅炉主控指令的要求协调地控制燃料量和送风量，保持最佳空气/燃料配比和最佳烟气含氧量。在动态时，保证增负荷时先增风后增燃料，减负荷时先送减燃料后减风，达到空气/燃料交叉限制的目的。
34.本发明提供的煤气发电锅炉三种煤气自动燃烧控制系统利用智能控制理论中的数值计算、逻辑运算、符号推理等工具，模拟人类学习和控制的能力，建立精确的燃烧过程数学模型。针对燃烧控制对象的多变量耦合、迟延大、惯性大的特点，利用多变量解偶、前馈控制等经典控制理论，设计自动燃烧系统的控制方案，包括三种入炉煤气气量分配调节控制、炉膛压力调节控制、减温水调节控制、汽包液位调节控制、锅炉主蒸气压力调节控制等。解决现有锅炉燃烧控制过程中，仅采用的单一串级控制，对于某些复杂的和包含不确定性的控制过程，根本无法建模，无法满足同时3种不同热值煤气自动燃烧要求的问题。
35.煤气发电锅炉三种煤气自动燃烧控制系统还利用现场总线控制技术和智能仪表分散控制技术；结合模糊控制的思路，充分考虑燃烧过程三种不同热值的煤气的调节存在的相互影响，确保冷风与煤气配比能够在静态和动态过程中保持一致；在保持机组负荷不变时，维持锅炉煤气自动燃烧性能稳定，各被调参数动态偏差小，从而实现锅炉的优化燃烧。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为煤气发电锅炉三种煤气自动燃烧控制系统示意图；
38.图2为一级减温水和二级减温水自动调节控制模块示意图；
39.图3为锅炉主蒸汽压力恒定调节控制模块示意图；
40.图4为入炉煤气气量分配调节控制模块示意图；
41.图5为炉膛负压自动调节控制模块示意图；
42.图6为三种入炉煤气量自动调节控制原理图；
43.图7为锅炉燃烧优化曲线图。
computing)的由大量主机或网络服务器构成的云。锅炉总控制模块所处的网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、虚拟专用网络(virtual private network，vpn)等。
51.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，所描述的实施例仅仅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。
52.煤气发电锅炉三种煤气自动燃烧控制系统中，锅炉总控制模块通过与锅炉汽包水位自动调节控制模块连接，调节锅炉汽包水位，并控制锅炉汽包向锅炉供应蒸汽；
53.具体来讲，锅炉汽包水位自动调节控制模块设有锅炉汽包调节阀、多个锅炉汽包液位传感器以及pid控制单元；以锅炉汽包调节阀作为被控设备，多个锅炉汽包液位传感器为检测感应液位信息，任意取其中2个液位数值为参考量，采用汽包调节pid控制单元的pid控制算法进行控制程序运算；根据锅炉汽包液位设定值和实际液位值的偏差进行调节；以达到锅炉汽包液位的平衡。
54.锅炉总控制模块通过与一级减温水和二级减温水自动调节控制模块连接，分别控制过热器的输出温度信息；
55.本实施例中，一级减温水和二级减温水自动调节控制模块包括：减温水pid控制单元、一级减温水调节阀和二级减温水调节阀；以一级减温水调节阀和二级减温水调节阀作为被控设备，控制过热器出口温度；一级减温水调节阀根据一级减温器出口温度t1的数值，通过减温水pid控制单元控制，得出一级减温调节阀门的开度数值；二级减温水调节阀门根据过热器出口温度t2的数值，通过减温水pid控制单元控制，得出二级减温调节阀门的开度数值。通过一级减温器和二级减温水调节阀门的共同调节，确保过热器的温度保持稳定。
56.锅炉总控制模块通过与锅炉主蒸汽压力恒定调节控制模块连接，调节控制锅炉主蒸汽压力，使锅炉主蒸汽压力满足预设要求；
57.对于本发明的锅炉主蒸汽压力恒定调节控制模块来讲，其通过调节煤气发电锅炉煤气入炉量和高炉煤气入炉量来控制锅炉主蒸汽压力p2，以满足煤气发电锅炉的运行要求；以锅炉汽包出口压力p1为检测量，结合锅炉炉内的燃烧温度数值，通过控制程序算法，来自动调节炉炉内的煤气流量调节阀门的开度。
58.锅炉主蒸汽压力恒定调节控制模块以锅炉主蒸汽压力p2为检测量，结合煤气发电锅炉主蒸汽流量的数值，通过控制程序算法，来自动调节高炉煤气流量调节阀门的开度。
59.锅炉主蒸汽压力恒定调节控制模块将锅炉汽包压力微分函数运算后的数值，前馈给高炉煤气流量阀门开度的算法中，以提高系统的响应速度，也提高控制算法的灵敏度，同时起到避免燃气量超调的作用。
60.锅炉总控制模块通过与入炉煤气气量分配调节控制模块连接，控制煤气入炉气量；
61.本发明的入炉煤气气量分配调节控制模块以锅炉汽包出口压力p1为检测量，结合煤气发电锅炉炉内的燃烧温度数值，通过控制程序算法，自动调节焦炉煤气流量调节阀门的开度；还以锅炉主蒸汽压力p2为检测量，结合锅炉主蒸汽流量的数值，通过控制程序算法，来自动调节高炉煤气流量调节阀门的开度。
62.入炉煤气气量分配调节控制模块用于基于锅炉主蒸汽温度t作为检测量，在入炉
冷风流量l1保持稳定的基础上，转炉煤气调节阀开度作为被控量，采用单回路pid进行调节，维持煤气发电锅炉主蒸汽温度t稳定；三种煤气调节阀可以分别投入自动或手动，以便进行微调。
63.入炉煤气气量分配调节控制模块根据锅炉总控制模块的控制指令，进行升负荷或者降负荷控制，并结合进行pid运算，pid输出值按照预设的比例系数来调节不同煤气阀的开度，让锅炉燃烧热量在预设热量阈值内。
64.其中，入炉煤气气量分配调节控制模块考虑锅炉燃气排放的尾气中氧含量v1的数值，确保氧含量v1保持在一定范围内；保证三种煤气燃烧时，燃烧完全充分，避免煤气入炉过量。
65.本发明的实施例中，入炉煤气气量分配调节控制模块的送风量调节系统取自锅炉主蒸汽流量信号经函数运算后的输出值；函数关系式为负荷与风量对应关系，根据运行试验数据及运行经验，系统自适应优化加人工校正确定；烟气含氧量测定值与给定值一起送入主调中进行pid运算，运算结果与总风量调节风量设定指令一起进行函数处理后作为副调的给定值，与总风量测量值进行pid运算，运算结果作为总风量的控制指令。氧气含量对总风量的调整占比大概为10％-15％左右进行自动修正。由于燃料量变化到烟气含氧量变化需要一段时间，故在送风量调节系统中直接对燃气量进行处理，把其结果作为超前信号加到控制输出中，以提高控制系统的快速响应性。总风量指令与燃料量测量值进行交叉限制后作为总风量控制系统的给定值，以保证负荷增加时先加风后加燃料、负荷减小时先减燃料后减风的要求，从而保证一定的过剩空气系数。同时通过氧量对风量进行修正，达到最佳送风量，提高锅炉经济效率，并且同时也保证了锅炉达到环保指标。风量设定最小风量及最大风量限定值，自动调整范围不能超出风量限定范围，以保证最小稳燃风量。
66.锅炉总控制模块通过与炉膛负压自动调节控制模块连接，控制引风机的转动速度，对锅炉炉膛负压量进行控制，使锅炉炉膛负压量在预设阈值内。
67.炉膛负压自动调节控制模块可以将引风机转动的速度指令送入pid主控制器，炉膛压力是控制系统的前馈信号，入炉冷风流量l1作为比较量，当炉膛压力的变化时，引风机的转动速度相应进行调节；同时能够满足引风量及时跟随着送风量的改变而改变的要求，这样可以解决炉膛压力的动态偏差；确保了锅炉炉膛的负压稳定控制。
68.进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例中的具体实施过程，如图7所示，煤气发电锅炉三种煤气自动燃烧控制系统中，煤气作为一种燃烧介质，必须完全燃烧消耗掉，以达到煤气量的平衡。为了实现锅炉燃烧效率最佳，必须充分考虑锅炉燃烧器中的空气的进气量和煤气流量最佳的燃烧配比。
69.假如出现以下情况，会严重影响锅炉的燃烧特性。
70.(1)锅炉燃烧器中空气量不足，如图a点所示，会造成煤气量过剩，煤气无法完全燃烧；将会出现图中q3 q4所示的曲线效果，不完全燃烧曲线升高，造成锅炉燃烧热效率下降。
71.(2)锅炉燃烧器中空气量过量，如图b点所示，当送风量多时，煤气虽然被完全消耗掉，但是部分热空气外排，外排烟气热量损失q2会增加，造成锅炉燃烧器外排烟热损失增大，锅炉燃烧效率损失量上升，最终导致锅炉热效率下降。
72.以上两种情况，是在生产实践中经常出现的，因此需要通过对锅炉的综合控制，时时刻刻寻找最佳的燃烧比例k，从而达到锅炉热效率最大。
73.锅炉燃烧的工艺流程：锅炉煤气燃烧产生的热量，用来加热汽包中的水，水受热形成水蒸汽，水蒸汽外供，推动汽轮机运转，汽轮机与发电机同轴相联，从而带动发电机发电。
74.锅炉燃烧的热效率通过“蒸汽主流量l2”与“烟气中含氧量v1”这2个指标的数值来体现。同样流量的煤气，燃烧后，外供“蒸汽流量l2”的数值最高，同时“烟气中含氧量v1”的数值在0.05，则判断为最佳燃烧效果。
75.图7中“锅炉冷风流量l1”就是锅炉燃烧器中的空气流量；它的数值给定量是通过下面的逻辑关系计算得出。
[0076]“锅炉理论燃烧需要的空气流量a”，这是个计算数值。ft1 ft2 ft3的“和”就是高炉煤气燃量、转炉煤气燃量、焦炉煤气燃量这3种煤气的实际流量和。“锅炉理论燃烧需要的空气流量a”与“ft1 ft2 ft3的“和
””
进行数值运算后，得出数值“g2”，这就是需要的燃烧空气流量数值，将它的设定值添加到“pid运算公式”中。
[0077]“锅炉主蒸汽流量l2”与“锅炉燃烧尾气氧含量v1”这2个指标的数值作为“pid运算公式”中的反馈数值，用来调控数值运算；既保证“锅炉主蒸汽流量l2”取最大值，同时还得兼顾“锅炉燃烧尾气氧含量”数值稳定在0.05左右。
[0078]
控制模型经过计算，得出“送风量”的数值指令，将该数值发送给空气送风的装置，确保空气流量始终处于最佳的燃烧配比值“k”点上。
[0079]
锅炉三种煤气自动燃烧控制技术，利用模糊控制的思路，充分考虑燃烧过程三种不同热值的煤气的调节存在的相互影响，风煤比能够在静态和动态过程中保持一致；在机组负荷不变时，锅炉燃烧稳定，各被调参数动态偏差显著减少，实现锅炉的优化燃烧。
[0080]
本发明提供的煤气发电锅炉三种煤气自动燃烧控制系统中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0081]
煤气发电锅炉三种煤气自动燃烧控制系统中附图中的框图，图示了按照本公开各种实施例的设备、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。示例性的讲，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0082]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。