一种切圆锅炉机组灵活性调峰垂直水冷壁温度控制方法与流程

本发明属于火电机组安全控制，尤其涉及一种切圆锅炉机组灵活性调峰垂直水冷壁温度控制方法。

背景技术：

1、目前以风力发电、太阳能发电、水力发电为主体的新能源装机容量逐年增加，为了加大新能源电力的消纳能力，传统的火力发电机组承担着主要的调峰、调频工作，甚至在一些地区，火力发电机组还经常运行在深度调峰工况，这种频繁且宽负荷的调峰运行对火力发电机组的设备状态、调节系统提出了更高的要求。

2、制约火力发电机组的调峰范围的因素较多，其中锅炉设备的调峰能力是多数火力发电机组提高深度调峰能力的主要制约因素。锅炉设备在偏离推荐运行负荷时，水动力和燃烧状态均会出现不利变化。特别是在机组低负荷运行时，较多切圆锅炉会出现垂直水冷壁超温现象。锅炉垂直水冷壁的超温极大程度上威胁机组的安全稳定运行，同时也间接影响区域电网的安全。

3、如何在提升火力发电机组调峰能力的同时，满足火力发电机组锅炉设备安全运行成为一段时期内急需解决的问题。近年众多国内的工程技术人员以及学者对锅炉金属壁温超温的相关问题进行了研究和探讨。例如中国专利“一种降低水冷壁高温腐蚀影响的锅炉运行控制方法”申请号为201910366592.1，提出了通过省煤器出口氧量以及磨煤机的运行方式进行调节的控制方法。论文“300mw墙式切圆锅炉水冷壁超温的数值模拟与燃烧优化”通过现场试验与数值模拟提出了相应的燃烧器改造与优化方案。

4、以上文献是从机组的运行状态调整和燃烧器改造的角度解决锅炉水冷壁超温的问题，未提出针对锅炉垂直水冷壁超温的控制策略。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种切圆锅炉机组灵活性调峰垂直水冷壁温度控制方法。其目的是为了解决现有切圆燃烧锅炉垂直水冷壁运行过程中常出现超温的安全问题。

2、为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种切圆锅炉机组灵活性调峰垂直水冷壁温度控制方法，是在dcs分散控制系统中执行，包括以下步骤：

4、步骤1：机组燃烧系统进行灵活性改造，燃烧器出口一次风流量可在dcs独立控制，燃烧器通过灵活性改造可提高机组低负荷燃烧稳定性；

5、步骤2：机组灵活性调峰过程中，dcs控制逻辑增加锅炉垂直水冷壁温度监视模块，判断锅炉垂直水冷壁局部具有超温趋势；

6、步骤3：根据锅炉垂直水冷壁局部超温趋势状态，独立控制对应燃烧器出口一次风流量，控制锅炉送风系统二次风流量，独立控制对应制粉系统给煤量，控制给水流量；

7、步骤4：根据独立控制对应燃烧器出口一次风流量、二次风流量、控制对应制粉系统给煤量、控制给水流量，实现控制切圆燃烧锅炉垂直水冷壁温度。

8、更进一步的，所述判断锅炉垂直水冷壁局部具有超温趋势，包括：

9、(1)壁温最高值达到报警值；

10、其最高值tmax为待测垂直水冷壁局部所有温度测点实际温度经过高值选择模块计算得到的最大值，其报警值为锅炉厂说明书中规定的温度报警值；

11、(2)壁温最高值变化速率超过设定阈值a；

12、其壁温最高值变化速率定义为垂直水冷壁温度最高值每分钟温度变化量δt，变化速率阈值由以下公式计算获得：

13、k＝talm-tmax(1)

14、tdelay

15、式中，k为变化速率阈值；talm为温度报警值；tmax为温度最高值；tdelay为调节系统惯性时间；调节系统惯性时间tdelay由以下公式确定：

16、tdelay＝tstep-ts(2)

17、式中，tstep为调节系统阶跃响应动作时刻；ts为被调区域温度最高值开始产生与调节作用正向变化的时刻；

18、(3)壁温预期值超过设定阈值b，其壁温预期值定义为:

19、a.计算垂直水冷壁温度最高值的一阶微分计算值、二阶微分计算值之和，此数值记为c；

20、b.再计算数值c与机组灵活性调峰系数之积，此数值记为d；

21、c.最后计算垂直水冷壁温度最高值与数值d之和。

22、更进一步的，所述燃烧器出口一次风流量在dcs独立控制，燃烧器本体具有调节机构或者磨煤机出口一次风粉管道具有调节机构，在dcs远程控制此调节机构，调整燃烧器出口一次风流量。

23、更进一步的，所述锅炉垂直水冷壁温度监视模块，包括：高值选择模块、微分模块、变化速率计算模块、阈值判断模块、折线函数模块，对垂直水冷壁温度进行高值选择计算、变化速率计算、一阶微分计算、二阶微分计算、阈值判断，确定垂直水冷壁温度高低、变化幅度和变化快慢，对机组灵活性调峰负荷进行折线函数计算，形成机组灵活性调峰系数。

24、更进一步的，所述独立控制对应燃烧器，是按照制粉系统划分，通过控制对应燃烧器的调节机构改变燃烧器出口一次风流量，改变炉膛内火焰的形态，调整对应垂直水冷壁辐射换热量，以此控制垂直水冷壁温度，同一制粉系统中的燃烧器控制对应的火焰形态。

25、更进一步的，所述独立控制对应燃烧器出口一次风流量还包括对应燃烧器的确定：

26、锅炉垂直水冷壁局部具有超温趋势，此区域迎面的燃烧器和此区域迎面的下层燃烧器，均为调节此区域垂直水冷壁超温趋势的燃烧器；

27、所述此区域迎面的燃烧器为逆着火焰切圆方向的本层的第二个燃烧器；

28、所述此区域迎面的下层燃烧器为逆着火焰切圆方向的下层第二个燃烧器。

29、更进一步的，所述独立控制对应燃烧器出口一次风流量限值的确定，对应燃烧器出口一次风流量调整限值为待调整一次风流量与同一制粉系统其它燃烧器出口一次风流量的中位数之差小于此制粉系统一次风流量的|±20％|；

30、差值计算公式如下：

31、fdif＝fmid-f(3)

32、式中，fmid为对应燃烧器所在制粉系统其它燃烧器出口一次风流量中位数；f为对应燃烧器出口一次风流量；fdif为对应燃烧器出口一次风流量与其所在制粉系统其它燃烧器出口一次风流量中位数差值。

33、更进一步的，根据所述锅炉垂直水冷壁局部超温趋势状态，控制锅炉送风系统二次风流量：是指垂直水冷壁局部具有超温趋势时，控制锅炉送风系统增加二次风量，以调整燃烧器出口火焰形态，降低火焰对垂直水冷壁的冲刷；

34、还包括当锅炉垂直水冷壁局部具有超温趋势时，增加二次风流量的限值为实际总风量的3％。

35、更进一步的，根据所述锅炉垂直水冷壁局部超温趋势状态，独立控制对应制粉系统给煤量：是指垂直水冷壁局部具有超温趋势时，超温区域水平位置的制粉系统和超温区域水平位置下面临近的制粉系统减小给煤量，当对应的制粉系统达到给煤量下限时，禁止减少对应制粉系统给煤量。

36、更进一步的，根据所述锅炉垂直水冷壁局部超温趋势状态，控制给水流量：是指壁温预期值超过设定阈值b时，控制锅炉给水系统增加给水流量，提前调整锅炉垂直水冷壁吸热量，减缓壁温增加趋势，配合其它调整手段，保证机组灵活性调峰过程中垂直水冷壁温度控制在合理范围内。

37、本发明具有以下有益效果及优点：

38、本发明以锅炉垂直水冷壁局部具有超温趋势作为防止锅炉垂直水冷壁超温控制算法参与控制的触发条件。在超温趋势判断条件中加入壁温变化速率和壁温预期值条件，可以提前预判锅炉垂直水冷壁将要超温，早于超温前进行控制。

39、本发明通过单独控制对应制粉系统的给煤量、对应燃烧器出口一次风流量、送风系统的二次风量和给水流量，针对锅炉垂直水冷壁局部的超温趋势进行控制，精准施策，减少由于水冷壁局部的温度变化对整个控制系统的影响。

40、本发明通过以上制粉系统给煤量、燃烧器出口一次风量、送风系统二次风量和给水流量的综合控制方法，减少切圆燃烧锅炉垂直水冷壁超温的现象发生，保障锅炉垂直水冷壁安全运行。

41、本发明通过以上控制方法的实施，自动的监控切圆燃烧锅炉垂直水冷壁温度，减少了运行人员的手动干预量，减低了误操作的几率，减小了运行人员的工作强度。