CN111396846A - 一种锅炉智能控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种锅炉智能控制方法，通过利用OPC协议采集锅炉PLC***中的各参量数据，对所述数据进行预处理，对流量数据进行平均滤波处理，避免因生产环境复杂、多种不确定因素引起的数据扰动，消除对控制过程带来的影响。利用燃烧控制器进行汽包水位控制、主汽温度控制、炉膛压力控制、蒸汽压力控制、空燃比控制，其中：所述炉膛压力控制、所述蒸汽压力控制和所述空燃比控制采用耦合控制。本申请通过控制引风量、送风量和煤气流量，综合控制炉膛压力、蒸汽压力和空燃比，实现煤气锅炉的燃烧优化控制，提高燃气锅炉的燃烧效率，进而提高生产效率，达到节约煤气量、提高蒸汽产量、降低成本的目的。

Description

一种锅炉智能控制方法

技术领域

本申请涉及蒸汽锅炉技术领域，尤其涉及一种锅炉智能控制方法。

背景技术

锅炉是产生蒸汽的设备，在热电厂，将锅炉产生的蒸汽送到汽轮机，将热能转换为机械能，再经发电机将机械能转换为电能，所以锅炉是热电厂发电的重要设备。

锅炉的工作原理是：煤气和空气进入炉膛中燃烧，产生一定热量的烟气，烟气经过锅炉***，再经过烟气进化***，最后从烟囱排出。烟气在锅炉内流动的过程中，将热量以不同的方式传给各种受热面。锅炉给水便经过省煤器、水冷壁、过热器变成过热蒸汽，用来推动汽轮机做功，并把汽轮机高压缸做功后抽回的蒸汽变成再热蒸汽。

当前大多数的冶金行业内的燃气锅炉控制都是手动控制，手动控制对现场实际情况了解滞后，不能对现场工艺条件变化做出及时的调整，造成锅炉燃烧效率低，浪费资源。

发明内容

本申请提供了一种锅炉智能控制方法，以解决手动控制导致锅炉燃烧效率低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请实施例公开了一种锅炉智能控制方法，包括：利用OPC协议采集锅炉PLC***中的各参量数据；

对所述数据进行预处理，消除扰动；

利用燃烧控制器进行汽包水位控制、主汽温度控制、炉膛压力控制、蒸汽压力控制、空燃比控制，其中：所述炉膛压力控制、所述蒸汽压力控制和所述空燃比控制采用耦合控制。

可选的，所述数据包括：蒸汽压力、蒸汽温度、蒸汽流量、汽包水位、炉膛压力、引风量、送风量、煤气流量、煤气压力、减温水流量、废气含氧量。

可选的，对所述数据进行预处理，包括：根据所述煤气压力值的变化大小和方向，判断采集到的当前煤气流量是否为所需值；如果当前煤气流量不是所需值，将上次采集值赋予当前值，作为当前煤气流量值。

可选的，所述耦合控制的过程为：

炉膛压力控制，采用前馈控制方式，判断炉膛压力与炉膛压力阈值大小；如果所述炉膛压力小于所述炉膛压力阈值，负压智能控制器先控制调节引风机阀门增大引风量，再控制调节送风机阀门增大送风量，最后控制调节煤气阀门增加煤气流量；需要减少炉膛压力时，先控制调节煤气阀门减少煤气流量，再控制调节送风机阀门减送风量，最后控制调节引风机阀门减少引风量；

蒸汽压力控制，判断蒸汽压力与蒸汽压力阈值大小；如果所述蒸汽压力小于所述蒸汽压力阈值，负压智能控制器先控制调节引风机阀门增大引风量，再控制调节送风机阀门增大送风量，最后控制调节煤气阀门增加煤气流量；如果所述蒸汽压力大于所述蒸汽压力阈值，先控制调节煤气阀门减少煤气流量，再控制调节送风机阀门减送风量，最后控制调节引风机阀门减少引风量；

空燃比控制，根据废气含氧量预设空燃比基带；再根据所述空燃比基带、蒸汽压力和蒸汽温度的数值，调整引风量、送风量和煤气流量。

可选的，所述汽包水位控制方式为：

A1：汽包主调控制器根据接收汽包水位数据，输出主调节指令调节减温水流量；

A2：汽包副调控制器接收蒸汽流量数据，判断是否发生虚假水位；

A3：如果发生虚假水位，返回A1；

A4：如果未发生虚假水位，执行机构执行主调节指令；

A5：汽包副调控制器接收减温水流量数据，判断执行机构是否执行主调节指令；

A6：如果执行机构未执行主调节指令，汽包副调控制器输出副调节指令，执行机构执行副调节指令；

D7：如果执行机构已执行主调节指令，返回A1。

可选的，汽包副调控制器接收减温水流量数据，判断执行机构是否执行主调节指令，包括：

汽包副调控制器接收减温水流量数据，如果所述减温水流量未数据发生变化，判断执行机构未执行主调节指令；如果所述减温水流量数据发生变化，判断执行机构已执行主调节指令。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供了一种锅炉智能控制方法，通过利用OPC协议采集锅炉PLC***中的各参量数据，对所述数据进行预处理，对流量数据进行平均滤波处理，避免因生产环境复杂、多种不确定因素引起的数据扰动，消除对控制过程带来的影响。利用燃烧控制器进行汽包水位控制、主汽温度控制、炉膛压力控制、蒸汽压力控制、空燃比控制，其中：所述炉膛压力控制、所述蒸汽压力控制和所述空燃比控制采用耦合控制。本申请通过控制引风量、送风量和煤气流量，综合控制炉膛压力、蒸汽压力和空燃比，实现煤气锅炉的燃烧优化控制，提高燃气锅炉的燃烧效率，进而提高生产效率，达到节约煤气量、提高蒸汽产量、降低成本的目的。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。

图1为本申请实施例提供的一种锅炉智能控制方法示意图；

图2为本申请实施例提供的一种汽包水位控制方式示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

如图1所示，本申请实施例提供了一种锅炉智能控制方法，包括：

利用OPC协议采集锅炉PLC***中的各参量数据。所述数据包括：蒸汽压力、蒸汽温度、蒸汽流量、汽包水位、炉膛压力、引风量、送风量、煤气流量、煤气压力、减温水流量、废气含氧量。

对所述数据进行预处理，消除扰动。

具体包括：根据所述煤气压力值的变化大小和方向，判断采集到的当前煤气流量是否为所需值；如果当前煤气流量不是所需值，将上次采集值赋予当前值，作为当前煤气流量值。

在生产过程中，当工况发生变化，煤气流量会随之改变，由于生产复杂多变，存在一些不确定干扰因素，造成流量值瞬间增大或减小，随后又恢复正常，这种情况的出现会给决策带来误导，做出错误的控制。为了消除扰动，将根据压力的变化大小和方向，判断当前采集的煤气流量值是否为需要的值。如果当前煤气流量值不是所需值，就会将上次采集值赋予当前值，作为本次煤气流量值。

如果煤气压力变大，同时煤气流量增大，则当前采集的煤气流量值为所需值；如果煤气压力变小，同时煤气流量变小，则当前采集的煤气流量值为所需值；如果煤气压力的变化与煤气流量的变化方向不一致，即煤气压力变大而煤气流量变小、或者煤气压力变小而煤气流量变大、或者煤气压力不变而而煤气流量突然变化，则当前采集的煤气流量值不是所需值，将上次采集值赋予当前值，作为当前煤气流量值。

利用燃烧控制器进行汽包水位控制、主汽温度控制、炉膛压力控制、蒸汽压力控制、空燃比控制，其中：所述炉膛压力控制、所述蒸汽压力控制和所述空燃比控制采用耦合控制。

所述耦合控制的过程为：

炉膛压力控制，采用前馈控制方式，判断炉膛压力与炉膛压力阈值大小；如果所述炉膛压力小于所述炉膛压力阈值，负压智能控制器先控制调节引风机阀门增大引风量，再控制调节送风机阀门增大送风量，最后控制调节煤气阀门增加煤气流量；需要减少炉膛压力时，先控制调节煤气阀门减少煤气流量，再控制调节送风机阀门减送风量，最后控制调节引风机阀门减少引风量。

引风量调节是通过调节引风挡板或通过变频器调节引风机转速来实现。引风量调节的目的是维持炉膛负压。通常，锅炉烟道对象的时间常数比较小，可以把调节通道和扰动通道都认为是比例环节。考虑到炉膛负压反映了引风量与送风量之间的平衡关系，因此可以采用前馈控制方式。送风量改变的同时也改变引风量。

引风风门调整过程中，应该保持两个风机出力相等，也就是出口压力相等。为了达到节能的目的，引风机通常采用变频控制风机转速，来改变炉膛负压，通常炉膛负压维持在-80～-30Pa，微负压状态，引风机负荷相对较小，达到节电的目的。本申请引入燃烧自动控制，实现引风与送风及煤气的协调控制，更好地调节炉膛负压。

蒸汽压力控制，判断蒸汽压力与蒸汽压力阈值大小；如果所述蒸汽压力小于所述蒸汽压力阈值，负压智能控制器先控制调节引风机阀门增大引风量，再控制调节送风机阀门增大送风量，最后控制调节煤气阀门增加煤气流量；如果所述蒸汽压力大于所述蒸汽压力阈值，先控制调节煤气阀门减少煤气流量，再控制调节送风机阀门减送风量，最后控制调节引风机阀门减少引风量。

锅炉负荷增加时，其蒸汽流量会增加。蒸汽压力是衡量蒸汽量与外界负荷是否适应的标志，汽包内的压力是蒸发设备内部能量的集中体现，当输入量大于输出量时，蒸汽设备内部能量增大，气压上升；反之，则蒸汽汽压下降，因此其变化决定于出热量的平衡。

汽包压力稍高于主蒸汽压力，其差值为从汽包至过热器的出口的流动压降，负荷高时相差大，负荷低时相差小。所以欲维持主蒸汽压力一定，主要保持适当的汽包压力。锅炉负荷大小主要由煤气流量决定，同时根燃料的热值有关。本申请引入燃烧自动控制，实现引风与送风及煤气的协调控制，更好地调节炉膛负压。

空燃比控制，根据废气含氧量预设空燃比基带；再根据所述空燃比基带、蒸汽压力和蒸汽温度的数值，调整引风量、送风量和煤气流量。

本实施例中通过使用空燃比模糊控制器实现空燃比的优化设定，采用双输入单输出的控制结构，将废气氧含量偏差和偏差变化率作为控制输人，空燃比的调节增量作为控制输出。在燃烧控制器及预测专家模型最佳空燃比给定初始值的情况下进行增量调节，获得最佳空燃比。

空燃比寻优目标要求是：通过优化设定空燃比实现氧含量保持在目标值，以较大的空气过剩系数进行燃烧，加强对流传热，以利于炉膛温度的提升。当废气氧含量超过设定值，则减小空燃比；反之，增大空燃比。废气氧含量偏差及其变化率和最优空燃比具有较大的相关性。

如图2所示，汽包水位控制方式为：

A1：汽包主调控制器根据接收汽包水位数据，输出主调节指令调节减温水流量。

A2：汽包副调控制器接收蒸汽流量数据；判断是否发生虚假水位。如果发生虚假水位，返回A1。如果未发生虚假水位，执行机构执行主调节指令。

A3：汽包副调控制器接收减温水流量数据。

A4：判断执行机构是否执行主调节指令。如果是，则返回A1；如果否，则执行A4.

具体包括：汽包副调控制器接收减温水流量数据，如果所述减温水流量未数据发生变化，判断执行机构未执行主调节指令；如果所述减温水流量数据发生变化，判断执行机构已执行主调节指令。

A5：汽包副调控制器输出副调节指令，执行机构执行副调节指令。

汽包水位控制的主要变量有蒸汽流量、给水流量和汽包水位。所以在汽包水位控制中要引入这三个变量三冲量控制。

汽包主调控制器的输出给汽包副调控制器一个减温水流量的指令。如果减温水流量信号与这个指令不一致，汽包副调控制器的作用是执行机构改变给水调节阀开度，去让减温水流量信号与汽包主调控制器的输出一致。如果汽包主调控制器输出的减温水流量信息没有波动，而实际测得的减温水流量信号有波动，说明执行机构、阀门甚至给水压力等因素发生变化，这些变化的因素叫做内扰。此时若不管这些变化，将最终会影响到汽包水位，等汽包水位变化后主调再进行调节，就会因延误而过调。汽包副调控制器的作用就是快速消除扰动，如果调节合理则有可能让汽包水位不受干扰或者少受干扰。减温水水流量信号的设立，一个很重要的作用就是消除内扰。

工作原理为：汽包水位作为主信号，水位变化则调节器输出发生变化，继而改变减温水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作；给水流量作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。

引入蒸汽流量信号是为了克服外扰和“虚假水位”。所谓“虚假水位”是指当机组负荷突然增加，锅炉输出蒸汽量突然增大，此时锅炉因蒸发量增加，减温水量未来得及变化，此时汽包水位应该降低；但锅炉出汽量突然增大导致蒸汽压力突然降低，使汽包里汽水混合物中的汽泡急剧增加，汽泡鼓动着汽包水位虚增，造成了汽包水位增高的现象。锅炉出现虚假水位时汽包水位增高，汽包主调控制器使得执行机构关小，加剧了水位降低的情况。但是因为前馈信号的存在，蒸汽流量一旦增大，汽包副调控制器命令执行机构打开，抵消了虚假水位造成的影响。因此副调的反馈信号和前馈信号作用非常大，也非常有必要。

本实施例通过利用OPC协议采集锅炉PLC***中的各参量数据，对所述数据进行预处理，对流量数据进行平均滤波处理，避免因生产环境复杂、多种不确定因素引起的数据扰动，消除对控制过程带来的影响。利用燃烧控制器进行汽包水位控制、主汽温度控制、炉膛压力控制、蒸汽压力控制、空燃比控制，其中：所述炉膛压力控制、所述蒸汽压力控制和所述空燃比控制采用耦合控制。本申请通过控制引风量、送风量和煤气流量，综合控制炉膛压力、蒸汽压力和空燃比，实现煤气锅炉的燃烧优化控制，提高燃气锅炉的燃烧效率，进而提高生产效率，达到节约煤气量、提高蒸汽产量、降低成本的目的。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (6)

1.一种锅炉智能控制方法，其特征在于，包括：

利用OPC协议采集锅炉PLC***中的各参量数据；

对所述数据进行预处理，消除扰动；

利用燃烧控制器进行汽包水位控制、主汽温度控制、炉膛压力控制、蒸汽压力控制、空燃比控制，其中：所述炉膛压力控制、所述蒸汽压力控制和所述空燃比控制采用耦合控制。

2.根据权利要求1所述的锅炉智能控制方法，其特征在于，所述数据包括：蒸汽压力、蒸汽温度、蒸汽流量、汽包水位、炉膛压力、引风量、送风量、煤气流量、煤气压力、减温水流量、废气含氧量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述数据进行预处理，包括：根据所述煤气压力值的变化大小和方向，判断采集到的当前煤气流量是否为所需值；如果当前煤气流量不是所需值，将上次采集值赋予当前值，作为当前煤气流量值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述耦合控制的过程为：

炉膛压力控制，采用前馈控制方式，判断炉膛压力与炉膛压力阈值大小；如果所述炉膛压力小于所述炉膛压力阈值，负压智能控制器先控制调节引风机阀门增大引风量，再控制调节送风机阀门增大送风量，最后控制调节煤气阀门增加煤气流量；需要减少炉膛压力时，先控制调节煤气阀门减少煤气流量，再控制调节送风机阀门减送风量，最后控制调节引风机阀门减少引风量；

蒸汽压力控制，判断蒸汽压力与蒸汽压力阈值大小；如果所述蒸汽压力小于所述蒸汽压力阈值，负压智能控制器先控制调节引风机阀门增大引风量，再控制调节送风机阀门增大送风量，最后控制调节煤气阀门增加煤气流量；如果所述蒸汽压力大于所述蒸汽压力阈值，先控制调节煤气阀门减少煤气流量，再控制调节送风机阀门减送风量，最后控制调节引风机阀门减少引风量；

空燃比控制，根据废气含氧量预设空燃比基带；再根据所述空燃比基带、蒸汽压力和蒸汽温度的数值，调整引风量、送风量和煤气流量。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述汽包水位控制方式为：

A1：汽包主调控制器根据接收汽包水位数据，输出主调节指令调节减温水流量；

A2：汽包副调控制器接收蒸汽流量数据，判断是否发生虚假水位；

A3：如果发生虚假水位，返回A1；

A4：如果未发生虚假水位，执行机构执行主调节指令；

A5：汽包副调控制器接收减温水流量数据，判断执行机构是否执行主调节指令；

A6：如果执行机构未执行主调节指令，汽包副调控制器输出副调节指令，执行机构执行副调节指令；

D7：如果执行机构已执行主调节指令，返回A1。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，汽包副调控制器接收减温水流量数据，判断执行机构是否执行主调节指令，包括：

汽包副调控制器接收减温水流量数据，如果所述减温水流量未数据发生变化，判断执行机构未执行主调节指令；如果所述减温水流量数据发生变化，判断执行机构已执行主调节指令。

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