基于学习预测的生物质循环流化床锅炉燃烧给料控制策略的制作方法

本发明涉及一种循环流化床燃烧给料控制方法，特别涉及一种基于学习预测的生物质循环流化床锅炉燃烧给料控制策略。

背景技术：

1、生物质循环流化床锅炉是一种以生物质为燃料的循环流化床锅炉，生物质燃料包括：秸秆、稻壳、废旧模板等生物质材料；目前，大多数生物质循环流化床锅炉的给料系统一般是通过两级双螺旋给料机给料的，来自料场的生物质燃料，先通过燃料传送皮带进入到炉前料仓中，炉前料仓中的生物质燃料再通过出料口进入到第一级的四台并联的双螺旋给料机中，每台第一级的双螺旋给料机的出料口上连接有一台第二级双螺旋给料机，第二级双螺旋给料机将生物质燃料送入炉膛中；由于生物质燃料种类较多，具有易结团和比重小的特点，尽管采用了两级螺旋给料机进行给料，但锅炉给料出现突变的现象仍然频发，直接导致锅炉燃烧出现大幅度的波动，严重影响到了锅炉的蒸汽输出量的稳定，如何使生物质循环流化床锅炉所生产的蒸汽稳定，已成为迫切需要解决的一个难题；现有的生物质循环流化床锅炉的给料系统所采用的两级双螺旋给料机均是采用变频调速电机驱动的，通过调整变频调速电机的频率，来实现锅炉燃料给料的调整，但现有的燃料给料的调整均是以锅炉输出的蒸汽量为依据，将锅炉输出的蒸汽量与螺旋给料机的变频调速电机的频率耦合，通过蒸汽量的波动来调整变频调速电机的频率，实现锅炉燃料给料的调整，以期来稳定锅炉输出的蒸汽量；这种传统的控制策略存在锅炉蒸汽量的稳定控制滞后的缺陷，特别是由于生物质燃料给料的均匀性很差，当锅炉蒸汽量出现波动后，再调整生物质燃料给料，已为时过晚，如何设计一种便捷的锅炉给料控制策略，以克服生物质循环流化床锅炉输出蒸汽的大幅波动的缺陷，已成为现场需要解决的一个问题；另外，生物质循环流化床锅炉属于压力容器，保证锅炉安全运行是生产中的重中之重的任务，如何在保证锅炉安全运行的前提下，对燃料的科学供给进行有效调节是现场需要解决的最重要的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于学习预测的生物质循环流化床锅炉燃烧给料控制策略，实现了如何在保证锅炉安全运行的前提下，保证生物质循环流化床锅炉输出蒸汽不出现大幅波动。

2、本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

3、本发明的总体构思为：将传统的以锅炉生产的蒸汽量波动来调整给料系统的变频调速电机的频率，来实现输出蒸汽量稳定的控制策略，改变为用锅炉炉膛内氧气的含量来调整给料系统的变频调速电机的频率，来实现蒸汽量稳定的控制策略；由于锅炉炉膛内的燃料的燃烧状态与燃料的供给直接关联，而燃烧状态的不同会直接导致炉膛内氧气含量的变化，由于锅炉炉膛内处于高温状态，无法安装氧气含量测量传感器，但炉膛内氧气含量的变化又直接体现在锅炉尾部排出的烟气中的氧气含量的变化，本发明将氧气含量测量传感器安装在锅炉尾部烟道中，以该传感器测量得到的烟气中氧气含量的参照值作为调整给料系统的变频调速电机频率的参照值，实现对生物质循环流化床锅炉燃烧给料的控制，并创造性地以烟气中氧气含量的变化率，以及锅炉投运后调试阶段得到的氧气变化率前馈系数，作为变频调速电机的频率控制的pid控制模块的控制输入信号，克服了生物质循环流化床锅炉输出蒸汽的容易出现大幅波动的缺陷，为生物质循环流化床锅炉的多台双螺旋给料机的给料超前控制提供了一种科学的便捷的可行的控制策略；与此同时，将变频调速电机的最高调整输出频率和变频调速电机的最低调整输出频率与pid控制模块的控制输入信号进行耦合，在首先保证锅炉安全运行的基础上，进行生物质燃料的有效调整。

4、一种基于学习预测的生物质循环流化床锅炉燃烧给料控制策略，包括生物质循环流化床锅炉系统和生物质燃料给料系统，在生物质循环流化床锅炉系统的炉膛出口上连接有旋风分离器，在旋风分离器出口的排烟道上设置有过热器、省煤器和空预器，在过热器与省煤器之间的排烟道上设置有烟气氧量传感器；在炉膛的燃料入料口上，连接有生物质燃料给料系统的第二级双螺旋给料机，第二级双螺旋给料机的入料口与第一级双螺旋给料机的出料口连通，第一级双螺旋给料机的入料口与炉前料仓的出料口连通；螺旋给料机均是通过各自的变频调速电机来驱动给料的；在生物质循环流化床锅炉系统与生物质燃料给料系统之间，设置有分散集中控制系统dcs，在分散集中控制系统dcs中分别设置有pid控制器、氧气含量速率变化模块和人机接口hmi，在pid控制器的输出端上连接有螺旋给料机的变频调速器，在pid控制器的输入端上分别设置有目标参数输入口、测量参数输入口、前馈参数输入口和限幅参数输入口，限幅参数输入口是指第一级螺旋给料机变频器的频率的最高限幅值ot输入口和第一级螺旋给料机变频器的频率的最低限幅值ob输入口，pid控制器的目标参数输入口与人机接口hmi连接，烟气氧量传感器的输出信号与测量参数输入口连接在一起；以锅炉炉膛内氧气的含量来调整给料系统的变频调速电机的频率，来实现锅炉生产蒸汽量的稳定的控制策略如下：

5、第一步、在生物质循环流化床锅炉系统调试及后续运行时，针对第一级螺旋给料机变频器的频率指令和锅炉蒸汽输出量的比值，实时迭代递推历史4小时时长的学习，得到第一级螺旋给料机变频器的频率指令与锅炉蒸汽输出量的加权平均，得到每吨蒸汽的第一级螺旋给料机变频器的平均指令值；

6、第二步、将锅炉蒸汽输出量目标值乘以每吨蒸汽的第一级螺旋给料机变频器的平均指令值，得到第一级螺旋给料机变频器的指令预测值yc；

7、第三步、根据生物质循环流化床锅炉系统的燃料料种，确定出第一级螺旋给料机变频器的频率最高叠加限幅值k3，频率最高叠加限幅值k3通过人机接口hmi输入，并将第一级螺旋给料机变频器的指令预测值yc与第一级螺旋给料机变频器的频率最高叠加限幅值k3相加后得到第一级螺旋给料机变频器的频率的最高限幅值ot，并将频率的最高限幅值ot连接到pid控制器中；

8、第四步、根据生物质循环流化床锅炉系统的燃料料种，确定出第一级螺旋给料机变频器的频率最低叠加限幅值k4，频率最低叠加限幅值k4通过人机接口hmi输入，并将第一级螺旋给料机变频器的指令预测值yc与第一级螺旋给料机变频器的频率最低叠加限幅值k4相减后得到第一级螺旋给料机变频器的频率的最低限幅值ob，并将频率的最低限幅值ob连接到pid控制器中；

9、第五步、根据生物质循环流化床锅炉燃料的种类，以及生物质循环流化床锅炉设计参数，确定出锅炉炉膛内氧气含量目标值，并将该目标值折算到过热器与省煤器之间的排烟道内排烟的烟气氧气含量值，将该烟气氧气含量值作为锅炉炉膛内氧气含量参照目标值svo2，通过人机接口，将该锅炉炉膛内氧气含量参照目标值svo2输入到pid控制器中；

10、第六步、当生物质循环流化床锅炉投入运行后，通过pid控制器，动态采集烟气氧量传感器的输出信号，得到炉膛内氧气含量实时参照值pvo2，将锅炉炉膛内氧气含量参照目标值svo2与炉膛内氧气含量实时参照值pvo2进行比较，得到炉膛内氧气含量目标偏差参照值err，将炉膛内氧气含量目标偏差参照值err作为pid控制器的输入比例控制值，运算得到pid控制输出值，将该pid控制输出值作为第一级螺旋给料机变频器的操作指令av2，用于改变第一级螺旋给料机的给料速度，从而使炉膛内氧气含量实时参照值pvo2向炉膛内氧气含量目标值svo2靠近，以达到炉膛内燃料燃烧的趋于稳定，保证锅炉所生产的蒸汽量的趋向稳定。

11、生物质燃料给料系统的第一级螺旋给料机并联地设置有四台，四台第一级螺旋给料机并联地设置在同一个炉前料仓的出料口上，由于靠近炉前料仓的仓壁边侧的第一级螺旋给料机的进料要比处于炉前料仓的料仓出料口中部的第一级螺旋给料机的下料要少，因此，靠近炉前料仓的仓壁边侧的第一级螺旋给料机的变频电机的初始频率要大于炉前料仓的料仓出料口中部的第一螺旋给料机的变频电机的初始频率；上述四台第一级螺旋给料机的变频电机的频率调整是通过pid控制器同时操作控制的。

12、将分散集中控制系统中的氧气含量速率变化模块的输入端与烟气氧量传感器的输出信号端电连接在一起，将氧气含量速率变化模块的输出端与pid控制器的前馈参数输入口连接在一起，先根据锅炉投运调试阶段的运行调试，得到氧气变化率前馈系数koc，当锅炉投入运行后，通过氧气含量速率变化模块得到炉膛内的含氧量变化率参照值sl，将氧气变化率前馈系数koc乘以含氧量变化率参照值sl得到前馈值oc，再将炉膛内氧气含量目标偏差参照值err经pid控制器的比例控制运算结果值与前馈值oc进行叠加，得到pid控制输出值，将该pid控制输出值作为第一级螺旋给料机变频器的操作指令，用于改变第一级螺旋给料机的给料速度。

13、第二级螺旋给料机的变频器的操作指令与第一级螺旋给料机变频器的操作指令av2，是通过折线函数进行关联的，第二级螺旋给料机的变频器的操作指令与第一级螺旋给料机变频器的操作指令av2是同步操作的，并且，实现协调联动的同步增减。

14、本发明在保证锅炉安全运行的前提下，通过炉膛内含氧量的变化，实现了对炉膛内燃料燃烧的超前探测，并通过含氧量量的变化，特别是将含氧变化率作为本发明的生物质燃料给料系统中变频电机的频率变化的操控输入值，从而大大降低了现有生物质循环流化锅炉燃烧出现的大幅波动，探索出了对生物质燃料的超前供给的调控，来实现输出蒸汽稳定的控制方法。