CN112363554B - 一种火电机组风量风压解耦控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明中公开了一种火电机组风量风压解耦控制方法，将一次风机出口风量作为总一次风量，将送风机出口风量作为总二次风量；将所述总二次风量作为锅炉燃烧控制中的总风量，通过控制总二次风量对锅炉总风量进行控制。本发明中将总一次风量从总风量控制中分离出来，将热一次母管风压作为一次风控制的目标值，并通过优化一次风压控制逻辑，通过控制一次风压间接控制一次风量，同时将总二次风量作为锅炉燃烧控制中的总风量进行控制，实现对总风量中总一次风量和总二次风量之间的解耦控制，避免两者耦合时，因两者之间配比不合理导致的燃烧不充分或污染物超标、燃烧效果不好等问题，提升锅炉燃烧的控制效果。

Description

一种火电机组风量风压解耦控制方法

技术领域

本发明涉及火电机组控制技术领域，特别涉及一种火电机组风量风压解耦控制方法。

背景技术

锅炉燃烧过程调节是使燃料燃烧所提供的热量适应汽轮机的负荷需要，保证锅炉的经济燃烧和安全运行的重要手段，也是火电机组最重要的控制环节之一。为了使锅炉达到较好的燃烧效果，避免氧量过低引发的锅炉熄火风险，在机组升负荷变化时，控制***一般会先增加进入锅炉的总风量，再增加进入锅炉里的煤量；在降负荷时，先减少煤量，再减少风量，使风粉合理搭配并确保风量富裕，快速改变锅炉的热负荷，达到锅炉热量和汽轮机能量需求快速平衡，因此锅炉总风量控制是锅炉燃烧控制中的重要环节。

进入炉膛的总风量一般为一次风量和二次风量之和，包括所有磨煤机入口一次混合风量(或两台一次风机出口风量)和总二次风量，一次风量的大小由每个制粉***的燃料量决定，通过一次风机调节一次风压、磨煤机热风门调节进入各自磨煤机的一次风量来实现；二次风量是保证锅炉烟气中含氧量为最佳值，由调节送风机的出力实现。一次风量、二次风量总体趋势随着负荷的增加而增加，二次风量相比一次风量随着负荷增加的斜率更大一些，但一次风、二次风控制方面存在一定的耦合关系；例如升负荷时，若一次风动作幅度较大，二次风量就保持不变甚至减少，达不到助燃或维持炉膛内氧量相对平衡的目的，对锅炉燃烧和污染物生成带来不利影响；或升负荷时，一次风动作幅度不足，二次风将增加较多，就会出现一次风携粉能力变差、火焰中心偏移、燃烧恶化、NOx产生增减等问题。

在对一、二次风量进行测量时，很多火电机组受到安装位置局限性的影响，二次风管直管段较短容易引起风向紊流，导致风量无法进行精准测量；部分火电机组采用传统差压式测量装置，差压装置取样口易堵塞，导致风量测量不准，无法长期稳定运行。同时，目前在总风量的计算中需要测量各测点的风量，然后求各不同测点的风量值的总和；由于测量***中所包括的测点比较多，当出现个别测点故障或测量不准确时就会给总风量的测量造成影响，导致风量的控制不准确，严重影响到机组整体调节性能和AGC的投入效果。

因此研究一种火电机组风量风压解耦的自动控制***及方法，不但可以避免因局部测量不准确和异常影响到机组整体调节性能，而且可以显著提升锅炉燃烧的控制效果，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对现有火电机组在风量控制中存在的上述技术问题，提供一种风量风压解耦控制方法，可避免因局部测量不准确或出现异常而影响机组整体调节性能的问题，以显著提升锅炉燃烧的控制效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

将一次风机出口风量作为总一次风量，将送风机出口风量作为总二次风量；其特征在于：

将所述总二次风量作为锅炉燃烧控制中的总风量，通过控制总二次风量对锅炉总风量进行控制；

建立机组负荷指令与总风量之间、煤量与总风量之间的对应函数关系，所述总风量的控制值根据机组负荷指令与总风量之间的函数、煤量与总风量之间的函数两者中的较大值进行确定，根据机组负荷指令、煤量对锅炉总风量进行控制。

上述技术方案中，进一步地，所述总二次风量采用风量控制***进行控制；

所述风量控制***包括送风机、在送风机入口管道或出口管道的直管段设置的矩阵式风量测量装置、设置在二次风母管上的差压变送器和DCS控制***，所述DCS控制***包括差压采集模块、风量计算模块和风量控制模块；

所述矩阵式风量测量装置的差压传感器将采集的信号通过差压变送器送到差压采集模块，通过风量计算模块得到锅炉总风量；

通过风量控制模块控制送风机动叶调节器，通过送风机动叶调节器调节送风机动叶的开度大小来调节送风机的二次风量，实现对总二次风量的自动控制。

上述技术方案中，进一步地，通过模型辨识方法建立热一次母管风压值与机组负荷指令、煤量、磨煤机运行数量之间的关系，通过控制热一次母管风压值对总一次风量进行控制。

上述技术方案中，进一步地，对磨煤机粉管的风速进行监测，用于判断磨煤机粉管堵塞情况。

上述技术方案中，进一步地，建立磨煤机粉管堵塞判断逻辑，对位于同一层磨煤机粉管的风速进行测量，设定位于同一层磨煤机粉管中风速最大值与最小值的偏差值，和/或设定单个磨煤机粉管在一定时间内风速的降低量，当超过所述偏差值和/或降低量时，作为热一次母管风压“闭锁减”控制条件，对总一次风量进行闭锁控制。

上述技术方案中，进一步地，建立所述磨煤机风管风速的偏差值和/或降低量与一次风机出力之间的关系，当超过所述偏差值和/或降低量时，动态调节一次风机的出力，对一次风量进行控制。

上述技术方案中，进一步地，对热一次母管风压进行监控，设定热一次母管风压的突变值，当超过所述突变值时，一次风机出力采用“快降慢回”的方式进行动态修正。

本发明中还涉及一种火电机组二次风风量测量控制***，包括送风机、在送风机入口管道或出口管道的直管段设置的矩阵式风量测量装置、差压变送器、DCS控制***和风烟控制***；

所述矩阵式风量测量装置的差压传感器设置在二次风母管上，用于测量二次风流量实际值；

所述DCS控制***包括差压采集模块、风量计算模块和风量控制模块；

所述风烟控制***包括送风机动叶调节器和送风机出口挡板门，所述送风机动叶调节器用于对送风机动叶开度进行调节，所述送风机出口挡板门设置在二次风母管上；

所述差压传感器连接差压变送器，所述差压变送器连接DCS控制***的差压采集模块，所述差压采集模块连接风量计算模块，所述风量计算模块连接风量控制模块，所述风量控制模块连接送风机动叶调节器。

相对于现有技术，本发明所具有的有益效果：

1)本发明中将总一次风量从总风量控制中分离出来，将总二次风量作为锅炉燃烧控制中的总风量进行控制，实现对总风量中总一次风量和总二次风量之间的解耦控制，避免两者耦合时，因两者之间配比不合理导致的燃烧不充分或污染物超标、燃烧效果不好等问题，提升锅炉燃烧的控制效果。

2)通过对总一次风量和总二次风量之间的解耦控制，对一次风、二次风根据实际情况进行分开控制，可避免因局部风量测量不准确或异常情况下难以对总风量进行有效调节的问题，提高对机组风量的控制效果及对风量控制的可靠性，及提高对一次风、二次风的调节响应性能，从而有效提高机组整体控制性能。

3)将热一次母管风压作为一次风控制的控制对象，避免一次风机出力变化时同时影响一次风压和总风量，消除了现有的一次风控制回路与总风量控制回路之间相互耦合对总风量控制造成影响的问题。

4)通过对磨煤机粉管风速进行监测，判断磨煤机粉管堵塞等异常情况，对一次风机的运行进行控制保证机组的稳定运行。

5)通过对热一次母管风压进行监控，判断磨煤机跳闸等异常情况，对一次风机的运行进行控制使其能够更好地满足锅炉燃烧的需要。

附图说明

图1为本发明火电机组二次风风量测量控制***结构示意图。

图2为本发明火电机组风量风压解耦控制方法中一次风风压控制逻辑图。

图3为本发明火电机组风量风压解耦控制方法中磨煤机粉管堵塞判断逻辑图。

图4为本发明火电机组风量风压解耦控制方法中一次风机采用“快降慢回”控制方式的一次风压变化示意图。

图中：1、矩阵式风量测量装置，2、差压变送器，3、DCS控制***，4、差压采集模块，5、风量计算模块，6、风量控制模块，7、送风机动叶调节器，8、送风机出口挡板，9、暖风机，10、空预器，11、送风机，12、炉膛。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

本发明中的火电机组风量风压解耦控制方法主要通过以下方式来实现：

1)将一次风量从总风量控制中解耦出来，将送风机出口风量作为总二次风量，采用多点矩阵式风量测量装置对送风机出口风量进行实时精确的测量和调节，实现对总二次风量的精确测量，将总二次风量作为锅炉燃烧控制中的总风量输入；

2)将热一次母管风压作为一次风控制的目标值，通过优化一次风风压控制逻辑，实现一次风和二次风的解耦控制，通过对一次风、二次风的分开控制策略建立与锅炉燃烧总风量需求之间的关系，实现对总风量的控制。

具体地，本实施例中火电机组风量风压解耦控制方法，具体如下：

将一次风机出口风量作为总一次风量，将送风机出口风量作为总二次风量；

将所述总二次风量作为锅炉燃烧控制中的总风量，通过控制总二次风量对锅炉总风量进行控制；具体地，建立机组负荷指令与总风量之间、煤量与总风量之间的对应函数关系，所述总风量的值根据机组负荷指令与总风量之间的函数、煤量与总风量之间的函数两者中的较大值进行确定，根据机组负荷指令、煤量对锅炉总风量进行控制。

总二次风量采用风量控制***进行控制；如图1所示，所述风量控制***包括送风机A11、送风机B11、在送风机入口管道的直管段设置的矩阵式风量测量装置1、设置在二次风母管上用于测量二次风流量实际值的差压传感器、差压变送器2和DCS控制***3，所述DCS控制***3包括差压采集模块4、风量计算模块5和风量控制模块6。矩阵式风量测量装置的差压传感器将采集的信号通过差压变送器2送到差压采集模块4，通过风量计算模块得到锅炉总风量；通过风量控制模块控制送风机动叶调节器，送风机动叶调节器7调节送风机动叶的开度大小来调节送风机的二次风量，实现对总二次风量的自动控制。

在送风机A、送风机B的入口管道的直管段上分别安装矩阵式风量测量装置，采用多点矩阵式测量的方式，可有效克服机组现场安装位置有限、二次风管道直管段短的问题，采用矩阵式风量测量装置可对送风机A、送风机B的二次风量进行精确的测量，从而得到进入锅炉的总二次风量，同时实现对总二次风量的精确的控制。

为避免磨煤机入口的一次风量不准确或测量异常影响到控制回路，磨煤机入口风量调节可通过对磨煤机粉管的风速监测来实现。同时，为保证一次风的携粉能力，优化一次风压控制逻辑，使一次风压设定值同时兼顾机组负荷指令、总煤量、磨煤机运行台数等参数，利用机理模型生成一次风压设定值，通过一次风压回路调节一次风机出力，实现一次风压调整；具体如下：

通过模型辨识方法，利用机理模型建立热一次母管风压值与机组负荷指令、煤量、磨煤机运行数量之间的关系，通过控制热一次母管风压值对总一次风量进行控制。

如图2和3，对磨煤机粉管的风速进行监测，用于判断磨煤机粉管堵塞情况。建立磨煤机粉管堵塞判断逻辑，对位于同一层磨煤机粉管的风速进行测量，设定位于同一层磨煤机粉管中风速最大值与最小值的偏差值，和/或设定单个磨煤机粉管在一定时间内风速的降低量，当超过所述偏差值和/或降低量时，作为热一次母管风压“闭锁减”控制条件，对总一次风量进行闭锁控制。如图3所示，位于A层的5个粉管(A1、A2、A3、A4、A5)，分别监测5个粉管的风速，对其中风速的最大值和最小值进行比较，判断磨煤机粉管风速的偏差值；或设置降幅监测单元对各粉管在单位之间内的风速变化进行监测，如设定单个粉管风速在1分钟内下降超过10m/s，作为一次风压“闭锁减”条件。

在磨煤机粉管上安装风速测点，检测各磨煤机中各粉管的风速，从而识别局别粉管堵塞的异常情况，使其能够实现按照有利于机组稳定运行的方式处理。可有效避免粉管堵塞后一次风压的异常变化而影响到对一次风的控制，同时可有效避免粉管堵塞的进一步恶化，有利于机组的正常运行。

同时，建立所述磨煤机风管风速的偏差值和/或降低量与一次风机出力之间的关系，动态修正“超驰增”条件，当超过所述偏差值和/或降低量时，动态调节一次风机的出力，对一次风量进行控制；一次风机出力的数量根据粉管堵塞的情况而变化，直到条件消失或运行人员手动确定。

对热一次母管风压进行监控，设定热一次母管风压的突变值，当超过所述突变值时，一次风机出力采用“快降慢回”的方式进行动态修正。如图4，一次风机出力可采用的“快降慢回”的方式为将一次风压设定值在1s内由7.5kPa下降至6.0kPa，然后在10s内再回复到原先的7.5kPa。这样可避免磨煤机异常跳闸后一次风压突变对风机运行的影响，使一次风压的自动控制能够更好地适应异常工况，满足锅炉燃烧的控制和需要。

如图1所示，本发明中的一种火电机组二次风风量测量控制***，包括送风机11、在送风机入口管道或出口管道的直管段设置的矩阵式风量测量装置1、差压变送器2、DCS控制***3和风烟控制***。

矩阵式风量测量装置1的差压传感器设置在二次风母管上，用于测量二次风流量实际值。

DCS控制***3包括差压采集模块4、风量计算模块5和风量控制模块6。

风烟控制***包括送风机动叶调节器7和送风机出口挡板门8，所述送风机动叶调节器7用于对送风机动叶开度进行调节，所述送风机出口挡板门8设置在二次风母管上。

矩阵式风量测量装置1的差压传感器连接差压变送器，所述差压变送器2连接DCS控制***3的差压采集模块4，所述差压采集模块4连接风量计算模块5，所述风量计算模块5连接风量控制模块6，所述风量控制模块6连接送风机动叶调节器7。

本实施例中采用WB-800型矩阵式风量测量装置，其具有较高的测量精度和很好的可靠性能，能够很好地适用于电厂火电机组运行环境；这里的差压变送器采用E+H型微压式差压变送器，对气体压力测量具有很好的可靠性，可适用于高温、易堵塞等工况下的使用。

矩阵式风量测量装置1的差压传感器将检测的信号送至差压变送器2，差压变送器2对信号进行处理送至DCS控制***。这里DCS控制***为火电机组控制***中原有的DCS控制***，如艾默生Ovation***；该DCS控制***包括差压采集模块4、风量测量模块5和风量控制模块6，所述差压采集模块4、风量测量模块5和风量控制模块6依次电连接。差压变送器2将处理后的信号送至差压采集模块4，通过风量测量模块5对送风机的风量进行计算，实现对风量的测量。

本实施例中风烟控制***包括送风机动叶调节器7和送风机出口挡板门8；送风机动叶调节器7分别用于调节送风机A11、送风机B11的送风量。风量控制模块6连接送风机动叶调节器7，送风机动叶调节器通过控制送风机动叶的开度大小，实现对送风机风量的控制。

***中还包括分别设置在送风机A11和送风机B11对应一侧管道上的暖风机9和空预器10，如图1，送风机A11或送风机B11、矩阵式风量测量装置1、送风机出口挡板门8、暖风机9、空预器10在二次风母管上依次设置，形成两个送风通道，对炉膛12送风。

在送风机A、送风机B的出口管道的直管段上安装矩阵式风量测量装置，可对送风机A、送风机B的送风量进行精确的测量，同时可有效解决二次风测量中因机组现场安装位置有限、二次风管道直管段短，使得测量装置难以安装所导致的二次风风量无法有效测量的问题。

采用矩阵式风量测量装置对送风机进行多点矩阵式测量，可对送风机的送风量进行精确的测量，同时利用机组现有的DCS控制***可实现对送风机风量的精确闭环调节和控制。

本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种火电机组风量风压解耦控制方法，将一次风机出口风量作为总一次风量，将送风机出口风量作为总二次风量；其特征在于：

将所述总二次风量作为锅炉燃烧控制中的总风量，通过控制总二次风量对锅炉总风量进行控制；

建立机组负荷指令与总风量之间、煤量与总风量之间的对应函数关系，所述总风量的控制值根据机组负荷指令与总风量之间的函数、煤量与总风量之间的函数两者中的较大值进行确定，根据机组负荷指令、煤量对锅炉总风量进行控制。

2.根据权利要求1所述的火电机组风量风压解耦控制方法，其特征在于：所述总二次风量采用风量控制***进行控制；

所述风量控制***包括送风机、在送风机入口管道或出口管道的直管段设置的矩阵式风量测量装置、差压变送器和DCS控制***，所述DCS控制***包括差压采集模块、风量计算模块和风量控制模块；

所述矩阵式风量测量装置的差压传感器将采集的信号通过差压变送器送到差压采集模块，通过风量计算模块得到锅炉总风量；

通过风量控制模块控制送风机动叶调节器，送风机动叶调节器调节送风机动叶的开度大小来调节送风机的二次风量，实现对总二次风量的自动控制。

3.根据权利要求1所述的火电机组风量风压解耦控制方法，其特征在于：通过模型辨识方法建立热一次母管风压值与机组负荷指令、煤量、磨煤机运行数量之间的关系，通过控制热一次母管风压值对总一次风量进行控制。

4.根据权利要求1或3所述的火电机组风量风压解耦控制方法，其特征在于：对磨煤机粉管的风速进行监测，用于判断磨煤机粉管堵塞情况。

5.根据权利要求4所述的火电机组风量风压解耦控制方法，其特征在于：建立磨煤机粉管堵塞判断逻辑，对位于同一层磨煤机粉管的风速进行测量，设定位于同一层磨煤机粉管中风速最大值与最小值的偏差值，和/或设定单个磨煤机粉管在一定时间内风速的降低量，当超过所述偏差值和/或降低量时，作为热一次母管风压“闭锁减”控制条件，对总一次风量进行闭锁控制。

6.根据权利要求5所述的火电机组风量风压解耦控制方法，其特征在于：建立所述磨煤机风管风速的偏差值和/或降低量与一次风机出力之间的关系，当超过所述偏差值和/或降低量时，动态调节一次风机的出力，对一次风量进行控制。

7.根据权利要求3所述的火电机组风量风压解耦控制方法，其特征在于：对热一次母管风压进行监控，设定热一次母管风压的突变值，当超过所述突变值时，一次风机出力采用“快降慢回”的方式进行动态修正。

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