一种火电机组热量信号的构建方法

本发明涉及火力发电厂燃煤锅炉控制，具体涉及一种适用于煤粉锅炉的热量信号的构建方法。

背景技术：

1、目前，针对炉内燃烧率变化的测量技术，现场利用热量信号作为炉内燃烧率变化的反馈信号构成燃料调整回路，但是热量信号本身仍然属于锅炉汽水测的参数，它对传热的延迟响应制约着热量信号的灵敏性，在负荷控制品质上很难提高一个新的高度。

2、火电机组的燃烧控制系统一般是通过给粉机转速来调节进入炉膛的煤粉量。机组将汽机投入自动运行，协调机炉两侧的负荷，由汽轮机调节机组负荷，通过控制锅炉燃烧来调节主蒸汽压力。目前锅炉调压回路采用的是能量平衡方式，即用锅炉主控信号调节给粉机转速，进而控制入炉燃料量，使得燃烧热量信号与能量需求信号平衡，以达到调节主蒸汽压力的目的。

3、然而在锅炉主控指令的生成逻辑回路中，热量信号本身作为构造信号，是由调节级压力(第一级汽压)加锅炉汽包蓄热(汽包压力的微分式)的动态变化来计算的，其值代表了单位时间内炉内煤粉燃烧释放的热量。但本质上来说，仍然属于锅炉汽水侧参数，导致热量信号的快速响应能力受制于炉内管壁的传热延迟，还在存在滞后性。目前对锅炉热量信号的研究表明，热量信号响应变化慢，虽然从频谱特性方面，在低频段体现出较高的稳态精度，但其高频特性针对反馈控制量的高要求却不尽人意。面对当前agc、调频日益增高的需求，原燃烧控制方式已无法满足要求。

4、综上所述，现有技术有以下不足：针对锅炉热量信号参与的燃烧控制系统，在快速消除煤粉锅炉燃烧过程中燃料扰动方面存在着困难。通过与机组运行过程的一些参数，比如入炉风量、排烟氧量、辐射能信号相融合，构建一种新热量信号是一种有效的解决方法。基于此，有必要对炉内热量信号的计算拓展新方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种火电机组热量信号的构建方法，以解决当前热量信号延迟属性的问题，从而达到提高炉内燃烧控制水平的目的。

2、技术方案

3、发明人研究发现对于火电机组运行的安全性和稳定性需要机炉协调控制，确保运行参数维持在稳定状态。目前主要采用能量平衡方法作为设计控制系统的思路，对应的控制逻辑来实现锅炉产生的蒸汽所含的能量与机组负荷需求之间的供求关系。在这个过程中，锅炉主蒸汽压力的变化情况反映了当前机组锅炉侧与汽轮机侧能量的供求关系是否达到平衡。鉴于锅炉内燃烧的复杂性，及炉内管壁的传热热阻、延迟等特性使得锅炉的热力学动态特性与汽轮机的差异很大，这导致机组两个能量间的供求关系受到响应时间快慢的制约，这必然会对机组协调控制的能力造成影响。

4、针对这个问题，通过探索锅炉内燃烧率的直接反馈信号来代替当前利用锅炉蒸汽所携带热量的间接信号来设计控制回路，是缓解热量信号滞后特性的有效方法。随着计算机技术的发展，利用数字技术和火焰图像处理技术，可实现对电站锅炉炉膛燃烧的实时监测，其快速响应能力及稳定性可在掌握炉内燃烧能量变化方面发挥积极作用，将其融合到锅炉热量信号构建中，并参与锅炉燃烧优化调整，从而改善火电机组锅炉的燃烧控制品质。

5、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种火电机组热量信号的构建方法，包括以下步骤：

6、s1、对在线监测系统输出的锅炉实时热负荷re准确性验证，首先获取煤粉锅炉的辐射能信号re，获取方法参照发明专利：zl201510278190.8一种燃煤火电机组炉内燃烧能量辐射能信号的构建方法；该发明得到的辐射能信号也称之为锅炉实时热负荷，能够准确反应出炉内能量水平，其大小与机组发电功率具有相同量程；

7、s2、根据燃煤火电机组大量运行历史数据，选择炉内在线监测系统输出的锅炉实时热负荷re，以及对应时间段的机组调节级压力p1与汽包压力pd三个参数，利用最小二乘法建立其对应线性关系，所述线性关系式为：

8、re＝a·p1+b·dpd/dt  公式(i)；

9、s3、根据步骤s2确立的线性关系式，得到不同锅炉实时热负荷下机组调节级压力p1与汽包压力pd微分形式的关系系数a和b，将其作为已经参数，进而获得机组正常运行在当前机组调节级压力和汽包压力时，炉内燃烧热量达到的数值，即机组的预测热量信号qre，对应的计算表达式为：

10、qre＝a·p1+b·dpd/dt  公式(ii)；

11、s4、将公式(ii)的形式进行变换，与目前火电机组通过能量平衡方式计算的热量信号形式一致，目的是为了方便与原锅炉主控逻辑中的热量信号控制回路的参数进行必要的修正，转化形式表达式为：

12、

13、s5、根据当前的锅炉主控逻辑，利用机组机前压力pt和压力设定值p0的偏差δp对热量信号进行进一步修正，包括如下：

14、假设修正系数χ取值范围是χ∈(m,n)，则通过折线函数将压力偏差δp∈(u,v)调整到修正系数为χ∈(m,n)的热量信号；

15、基于步骤s4确立的预测热量信号qre代替原机组热量信号，将修正系数χ的范围调整到原来的一半χ′，即χ′∈(m/2,n/2)；

16、再将预测热量信号qre与修正系数χ′在同一时刻的值相乘，得到最后的修正预测热量信号qres，计算式为：

17、qresi,m＝qrei,m·χ′i,m

18、其中，i表示选择的机组运行数据点，m表示用作计算的数据点长度；

19、以此参与锅炉主控逻辑指令进行燃料量控制。

20、优选的，步骤s1中对锅炉实时热负荷re的准确性验证，包括以下步骤：

21、在机组运行一段时间数据内选择实时热负荷re和实际发电功率p，并验证不论机组运行在稳定负荷还是升降变负荷阶段，re相对于p均能保持对应的变化规律，且保持一定的超前性和稳定性。

22、优选的，步骤s2中，选择的机组运行历史数据至少累积一个月以上，且满足锅炉实时热负荷与机组调节级压力、汽包压力的微分形式呈良好的线性关系。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果：

24、1、本发明针对现有技术中锅炉热量信号的迟滞性导致锅炉燃料量控制方法的不足，提供了一种火电机组热量信号的构建方法，该方法可以改善当前锅炉燃烧调整过程中由于机组测反馈的热量信号不佳，控制调节响应速度慢导致机组运行参数波动大的问题。

25、2、本发明提出的基于在线监测系统输出的锅炉实时热负荷计算的热量信号，具备快速性、准确性等特点，可以改善当前因热量信号引起锅炉控制调整不及时的问题，提高了锅炉燃烧控制品质。

26、3、本发明提出的一种有效的火电机组热量信号的构建方法对于多种工业炉窑均可适用，对于历史运行数据的选择方式灵活。

技术特征：

1.一种火电机组热量信号的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种火电机组热量信号的构建方法，其特征在于：步骤s1中对锅炉实时热负荷的准确性验证包括：

3.根据权利要求1所述的一种火电机组热量信号的构建方法，其特征在于：步骤s2中，选择的机组运行历史数据至少累积一个月以上，且满足锅炉实时热负荷与机组调节级压力、汽包压力的微分形式呈良好的线性关系。

技术总结本发明公开了一种火电机组热量信号的构建方法，包括通过根据燃煤火电机组大量运行历史数据，选择炉内在线监测系统输出的锅炉实时热负荷Re，以及调节级压力P<subgt;1</subgt;与汽包压力P<subgt;d</subgt;三个参数，进行数据拟合，建立实时热负荷Re与P<subgt;1</subgt;及P<subgt;d</subgt;之间的对应关系，得到基于锅炉实时热负荷计算的预测热量信号Q<subgt;Re</subgt;，接着利用机前压力的偏差继续进行修正，得到预测热量信号的修正值Q<subgt;Res</subgt;，最终将其引入到原机组控制系统进行锅炉主控指令控制逻辑。本发明可以改善当前因热量信号的滞后性而导致锅炉主控调整不及时的问题，提高了锅炉燃烧的灵活性和机组运行的稳定性，提高了锅炉燃烧控制品质。技术研发人员：刘珠伟,李林,闫伟杰,黎明欣,汪裕盛,倪嘉荣,黄增光受保护的技术使用者：江苏海洋大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4