CN113883506A - 富氧燃烧送风***控制方法 - Google Patents

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王文彬
黄军
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Abstract

本申请公开了一种富氧燃烧送风***控制方法，涉及能源***技术领域。本申请实施例提供的一种富氧燃烧送风***控制方法，包括：在富氧燃烧模式下，确定送风***中的多个控制设备的控制参数集合；根据控制要求，采用所述控制参数集合对多个所述控制设备进行闭环扰动测试；在所述控制参数集合中选取一组控制参数对每个所述控制设备进行自动控制。本申请实施例中，通过对多个控制设备进行闭环扰动测试，能够确定控制设备对送风***的影响，以对富氧燃烧送风***进行精确控制，从而能够保证富氧燃烧送风***运行的安全性和稳定性。

Description

富氧燃烧送风***控制方法
技术领域
本申请属于能源***技术领域，具体涉及一种富氧燃烧送风***控制方法。
背景技术
温室气体的排放问题越发严重，而燃煤发电排放的二氧化碳是产生二氧化碳的主要原因。富氧燃烧是在现有锅炉***的基础上，用高纯度的氧代替助燃空气，同时辅助以烟气循环的燃烧技术，可获得富含CO2达80％体积浓度的烟气，从而以较小的代价冷凝压缩后实现CO2的永久封存或资源化利用。富氧燃烧技术具有相对成本低、易规模化、可改造存量机组等诸多优势，是有可能大规模减排CO2的潜在技术路线之一。
富氧燃烧***的工艺流程与常规空气燃烧***有众多不同之处，尤其表现在风烟燃烧***上。在富氧燃烧模式下，炉膛进气条件发生变化，使得送风***也发生重大改变，富氧燃烧电厂的一次风、二次风由循环烟气和预混的高浓度氧气组成，烟气循环倍率及氧气浓度的改变会影响到***运行的安全性与经济性。因此，在富氧燃烧电厂中，实现送风***的自动化控制对于***安全运行显得尤为重要。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种富氧燃烧送风***控制方法，能够实现对富氧燃烧送风***的烟气循环倍率和氧气浓度进行有效控制。
为了实现上述目的，本申请实施例提供了一种富氧燃烧送风***控制方法，该控制方法包括：
在富氧燃烧模式下，确定送风***中的多个控制设备的控制参数集合；
根据控制要求，采用所述控制参数集合对多个所述控制设备进行闭环扰动测试；
在所述控制参数集合中选取一组控制参数对每个所述控制设备进行自动控制。
本申请实施例中，通过对多个控制设备进行闭环扰动测试，能够确定控制设备对富氧燃烧送风***的影响，以对富氧燃烧送风***进行精确控制，从而能够保证富氧燃烧送风***运行的安全性和稳定性。
附图说明
图1为本申请实施例公开的富氧燃烧设备的示意图；
图2为本申请实施例公开的富氧燃烧送风***控制方法流程图。
附图标记说明：
1-锅炉；2-引风机；3-烟囱；4-循环风机；5-循环烟气阀门；6-氧气阀门；7-空气分离***。
具体实施方式
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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例进行详细地说明。
本申请实施例中所采用的技术术语解释如下：
氧气(或富氧)，是指纯度在95％(体积份额)及以上的较高纯度氧气。
再循环烟气，是指从除尘器或者烟气冷凝器循环回来的烟气。
富氧燃烧送风***是在富氧燃烧模式下供给燃烧***稳定燃烧所需要的风量供给***，其中，风量供给***包括循环风路、氧气供给风路、阀门和流量计。
富氧燃烧送风***包括循环烟气阀门5、氧气阀门6、循环风机4，以及连接上述设备之间的管道。
烟气循环倍率，是指循环烟气总体积流量与炉膛出口湿烟气总体积流量之比。
富氧燃烧入炉气体(循环烟气和氧气)的体积以及组分都与常规空气燃烧有较大的不同，相比空气燃烧，富氧燃烧送风***需要分别输送再循环烟气和氧气，控制结构更加复杂。在锅炉1运行过程中，可能会出现各种情况导致富氧燃烧送风***需要跟随变化，而无法快速稳定地完成送风调整，可能会影响锅炉1内部的换热情况，使得锅炉1的出口的蒸汽参数变化，最终影响整个锅炉1乃至整个电厂的正常运行。
基于此，本申请实施例提供了一种富氧燃烧送风***的控制方法，意图设计最优的富氧燃烧送风***自动控制方案，使***能够快速稳定过渡，从而保证传热性能的稳定和煤粉输送的安全性。
图1为本申请实施例中提供的一种富氧燃烧设备的示意图。如图1所示，本申请实施例提供的一种富氧燃烧送风***控制方法可以应用的设备环境中所涉及到的设备：锅炉1、引风机2、烟囱3、循环风机4、循环烟气阀门5、氧气阀门6、空气分离***7。
在上述设备中对富氧燃烧送风***具有调节作用的控制设备可以是循环风机4、循环烟气阀门5和氧气阀门6。本申请实施例的原理在于确定上述控制设备对富氧燃烧送风***的影响，从而能够对富氧燃烧送风***进行精确自动控制。
图2为本申请实施例提供的富氧燃烧送风***控制方法的流程图；如图2所示，本申请实施例提供的富氧燃烧送风***控制方法可以包括：S101，在富氧燃烧模式下，确定送风***中的多个控制设备的控制参数集合；S102，根据控制要求，采用控制参数集合对多个控制设备进行闭环扰动测试；以及，S103，在控制参数集合中选取一组控制参数对每个控制设备进行自动控制。
基于上述方案，通过对多个控制设备进行闭环扰动测试，能够确定控制设备对富氧燃烧送风***的影响，从而能够对富氧燃烧送风***进行精确自动控制。
本申请实施例中，可以先使锅炉1在空气燃烧模式下运行一段时间，然后从空气燃烧模式切换至富氧燃烧模式后执行上述方法。可选地，当锅炉1在空气燃烧条件下运行至稳定后，逐步停止空气输入，输入富氧，并将一部分烟气进行循环，以实现锅炉1由空气燃烧模式向富氧燃烧模式的切换。其中，富氧可以是由空气分离***7分离得到的高浓度氧气，当然还可以采用其他方式。
可选地，控制参数集合可以通过继电反馈测试方法确定：例如，当富氧燃烧送风***的状态发生调整时，循环风量与实际的循环风量形成偏差，通过闭环设计，同时分别设置不同的振幅(1％，2％，3％，4％，5％)，经过比例积分微分控制器和延时控制器作用到循环烟气阀门5，调节循环烟气阀门5的开度，从而来调节循环烟气的流量。通过上述测试，获得不同情况下循环风量控制参数集合。
可选地，本申请实施例中的控制方法包括：对每个控制设备进行继电反馈测试，根据继电反馈测试的结果确定每个控制设备的闭环稳态增益常数，将闭环稳态增益常数组成相对增益矩阵，根据相对增益矩阵计算多个控制设备的控制参数集合。
在上述过程中，可以通过设置振幅界限和闭环控制设计，得到继电反馈测试的结果。
其中，相对增益矩阵是由闭环稳态增益常数组成的矩阵，由该矩阵可以计算得到评价控制器性能的参数，如稳定性和敏感性。通过上述闭环扰动测试，可以得出控制设备的闭环稳态增益常数，具体为，闭环稳态增益常数为控制参数的变化值与控制设备的变化值的比值，也即，闭环稳态增益常数＝控制参数的变化值/控制设备的变化值。
通过计算可以得到富氧燃烧送风***中的循环烟气阀门5、氧气阀门6的闭环稳态增益常数，其中，控制参数是指烟气循环倍率、氧气浓度和循环风机阀门开度，控制设备的变化值是指烟气循环流量和氧气流量。通过闭环稳态增益常数组成相对增益矩阵，可以计算得到每个控制设备的控制性能参数。
本申请实施例中，控制要求是富氧燃烧送风***在闭环控制下可以比较快速地响应并回到设定点和指令值，结果误差小于5％，也就是不仅能够快速地响应变化，还可以在一定范围内抵抗外界的扰动，表现出良好的鲁棒性。根据控制要求，通过闭环扰动测试，每个控制设备都会自动调整，相互影响，最终达到新的平衡点，获得控制参数的控制响应特性。
本申请实施例中，由于每个控制设备的控制参数集合不同，使得控制参数的控制响应特性也会有所不同。根据上述控制要求，通过闭环扰动测试，确定每个控制设备的最优控制参数。例如，当锅炉1的负荷在1分钟内减少2％，循环风量和氧气量均会减少2％，当同时选择高振幅下所确定的控制参数时，两者的变化发生叠加，导致富氧燃烧送风***的风量超过控制要求所提出的小于5％的误差要求；而当同时选择低振幅下所确定的控制参数时，响应时间也会叠加，导致无法满足控制要求中的快速响应特性。因此，通过闭环扰动测试，选择每个控制设备的最优控制参数。
本申请实施例中，通过工况扰动对采用控制参数集合的富氧燃烧送风***进行测试。可选地，可以通过多因素工况扰动对采用上述控制参数集合中控制参数的富氧燃烧送风***进行测试，以实现不同控制设备的自动控制性能的测试。
一些实施例中，工况扰动可以包括阶跃扰动，类正弦拨动以及振荡拨动，本申请实施例可以采用上述类型工况扰动中的至少之一。基于上述设置，在锅炉1正常运行的过程中，可以通过在多因素扰动下进行测试，以全面地获得控制组合的自动控制性能。
本申请实施例中，富氧燃烧送风***的控制器包括比例积分微分(ProportionIntegral Differential，PID)控制器和延时器。根据控制参数集合中的控制参数设置比例积分微分控制器和延时控制器，对上述比例积分微分控制器进行整定，进而利用整定后的比例积分微分控制器控制多个控制设备。
一些实施例中，可以使用Zielger-Nichols准则对比例积分微分控制器进行整定。上述步骤可以为闭环测试做准备。其中，Zielger-Nichols准则是比例积分微分控制器参数整定方法中的一种控制准则，具体可参考相关技术，此处不做详细阐述。
综上所述，本申请实施例中的富氧燃烧送风***控制方法具有如下优点：
通过确定氧气浓度、循环倍率和循环风机阀门开度作为控制参数，能够同时保证运行安全性和稳定性。
通过闭环扰动测试，获得循环烟气阀门5和氧气阀门6对控制指标的响应性能，进行不同时间长度和变化幅度的扰动测试，能够全面地检验不同控制组合的控制性能，从而得出更为可靠的结论。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种富氧燃烧送风***控制方法，其特征在于，该控制方法包括：
在富氧燃烧模式下，确定送风***中的多个控制设备的控制参数集合；
根据控制要求，采用所述控制参数集合对多个所述控制设备进行闭环扰动测试；以及，
在所述控制参数集合中选取一组控制参数对每个所述控制设备进行自动控制。
2.根据权利要求1所述的富氧燃烧送风***控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
对每个所述控制设备进行继电反馈测试，根据继电反馈测试的结果确定每个所述控制设备的闭环稳态增益常数；
将所述闭环稳态增益常数组成相对增益矩阵；以及，
根据所述相对增益矩阵计算多个所述控制设备的控制参数集合。
3.根据权利要求2所述的富氧燃烧送风***控制方法，其特征在于，所述闭环稳态增益常数为所述控制参数的变化值与所述控制设备的变化值的比值。
4.根据权利要求1或3所述的富氧燃烧送风***控制方法，其特征在于，所述控制参数包括以下至少之一者：氧气浓度、烟气循环倍率和循环风机阀门开度。
5.根据权利要求1或3所述的富氧燃烧送风***控制方法，其特征在于，多个所述控制设备包括氧气阀门、循环风机和循环烟气阀门。
6.根据权利要求1所述的富氧燃烧送风***控制方法，其特征在于，在富氧燃烧送风***在空气燃烧条件下运行稳定的情况下，逐步停止空气输入并相应地输入一部分氧气，以及将一部分烟气进行循环，以通过氧气和烟气的混合物逐步替代空气。
7.根据权利要求1所述的富氧燃烧送风***控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
通过工况扰动对采用所述控制参数集合的富氧燃烧送风***进行测试。
8.根据权利要求7所述的富氧燃烧送风***控制方法，其特征在于，所述工况扰动包括以下至少之一者：阶跃扰动、类正弦波动和振荡波动。
9.根据权利要求1所述的富氧燃烧送风***控制方法，其特征在于，根据所述控制参数集合中的控制参数设置比例积分微分控制器和延时控制器；
对所述比例积分微分控制器进行整定；以及，
利用整定后的所述比例积分微分控制器控制多组所述控制设备。
10.根据权利要求9所述的富氧燃烧送风***控制方法，其特征在于，使用Zielger-Nichols准则对所述比例积分微分控制器进行整定。
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