一种循环流化床锅炉燃料自动控制系统的制作方法

本发明火力发电，具体为一种循环流化床锅炉燃料自动控制系统。

背景技术：

1、循环流化床锅炉是锅炉的分类之一，主要功能是将煤炭在锅炉内燃烧，将煤炭燃烧产生的热能转换为蒸汽热能。

2、循环流化床锅炉热惯性大，影响运行的因素复杂，常规控制策略无法满足大幅度无规则变负荷要求。复杂工况实现精准的燃料量控制达到锅炉主汽压力稳定，需要经验丰富的运行员工对其进行操控，运行员工工作压力大，容易误操作诱发事故，需要开始出现锅炉燃料自动控制系统的研发。

3、比如专利公告号为cn106897819b的“一种循环流化床机组变负荷过程中给煤量合理性检测方法及系统”，通过建立循环流化床锅炉变负荷过程中理论给煤量的计算方法，充分考虑挥发分释放的能量，燃料侧蓄能变化和汽水侧蓄能变化，根据挥发分释放的能量、汽水侧和燃料侧能量变化得出变负荷过程的经济给煤量；

4、比如专利公告号为cn102183015b的“负荷大范围变动下的循环流化床锅炉燃烧优化控制系统”，在炉内物料分布估测器中设置了炉内动力学模型，结合专家逻辑判断电路，来估测各部分物料量及碳浓度，动态修正风煤比，保障循环流行化床燃烧的安全性与经济性，并且维持锅炉出口蒸汽压力稳，提高循环流化床锅炉燃烧过程的自控系统投运率，避免了手动操作引入的扰动；

5、然而，在循环流化床锅炉通过控制炉内各主要状态量，实现负荷大范围波动下能长期稳定的投入自动运行；此过程中需要用到多个传感器和执行器，这增加了设备成本和维护的复杂性，传感器数据可能会受到环境影响或长期使用而产生误差或漂移。这可能导致控制系统的误判或不准确的反馈，影响系统的稳定性和性能。

6、同时，在锅炉实际运行中由于锅炉自身存在的惯性和延迟，存在数据误差等，导致控制系统不可避免产生动态偏差，因此需要对实时基本燃料量进行修正。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种循环流化床锅炉燃料自动控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种循环流化床锅炉燃料自动控制系统，包括：

4、变换单元，用于接收主蒸汽流量信号，并计算得到有效锅炉蒸汽流量；

5、锅炉焓升计算单元，用于计算锅炉单位蒸汽流量热量需求；

6、上述有效锅炉蒸汽流量与锅炉单位蒸汽流量热量需求的乘积得到锅炉有效热量需求；

7、燃煤发热量迭代计算单元，用于计算过去一个时间段燃料低位发热量，并作为现在一个时间段燃料低位发热量；

8、所述变换单元根据上述锅炉有效热量需求和现在一个时间段燃料低位发热量，计算得到实时基本燃料量需求。

9、优选的，还包括与变换单元连接的主汽压力反馈单元和蒸汽吹灰修正单元；

10、所述主汽压力反馈单元用于对主蒸汽流量信号进行微分反馈修正消除锅炉内部扰动影响：

11、主汽压力反馈单元基本原理：主汽压力取微分反映了主汽压力的变化方向，如主汽压力向升高方向变化，说明实际的主蒸汽流量要高于需求的主蒸汽流量，如果不进行修正那么计算得到的燃料量就大于需求燃料量，造成主蒸汽压力不可控升高；反之，则相反。同时，如果进入锅炉的燃料低位发热量增大，相同的燃料量产生的热量增大，会造成锅炉主蒸汽流量和主汽压力同时升高，这时主蒸汽流量增加会造成计算的燃料量需求增加，控制系统会进一步增加燃料量，形成正反馈，造成主汽压力失控。通过主汽压力取微分计算，如压力向正方向变化，微分计算得到的数值为正，经过调试经验系数(微分系数)得到需要相应减除的蒸汽流量，使计算的燃料量需求相应减少，从而遏制主汽压力的升高。

12、

13、其中，y为计算后的主蒸汽流量修正信号，x为主蒸汽压力信号，t表示微分时间；k表示微分系数；

14、所述蒸汽吹灰修正单元用于计算补偿蒸汽吹灰附加蒸汽流量；

15、结合主汽压力反馈单元和蒸汽吹灰修正单元计算得到有效锅炉蒸汽流量。

16、优选的，所述锅炉焓升计算单元根据锅炉给水温度信号、主蒸汽温度设计值和主蒸汽压力设计值计算得到锅炉单位蒸汽流量热量需求；

17、y1＝δh/η＝(hzq-hgs)/η

18、其中，y1为锅炉单位蒸汽流量热量需求，η为锅炉效率，δh为锅炉焓增，hzq主蒸汽焓，hgs给水焓；

19、hzq＝f(tzq,pzq)

20、hgs＝f(tgs,pgs)

21、其中，tzq为主蒸汽温度，pzq为主蒸汽压力；tgs为锅炉给水温度，pgs为给水压力。

22、优选的，所述燃煤发热量迭代计算单元通过过去时间段锅炉有效热量需求和燃料量相除得到过去时间段燃料低位发热量。

23、优选的，还包括压力偏差调节单元，所述压力偏差调节单元通过主蒸汽压力与设定压力偏差计算，对实时基本燃料量需求进行修正；

24、通过主蒸汽压力与设定压力偏差的比例积分计算，对实时基本燃料量需求进行修正；

25、

26、其中，y2为基本燃料量的修正量，k1为比例系数，x2为主蒸汽压力与设定压力偏差，t1为积分时间，k2为微分系数，t2为微分时间。

27、优选的，还包括锅炉负荷变化超前量信号单元，所述锅炉负荷变化超前量信号单元通过微分计算得到锅炉负荷变化超前量信号对实时基本燃料量需求进行修正，改善循环流化床锅炉燃料自动控制系统动态特性；

28、反映锅炉需求负荷变化的超前信号为分汽缸流量和分汽缸压力，对上述信号进行微分计算得到锅炉负荷变化的超前量信号；

29、y3＝y4+y5

30、

31、其中，y3为锅炉负荷变化超前量信号对实时基本燃料量需求修正量，y4为分汽缸流量变化对实时基本燃料量需求修正量，y5为分汽缸压力变化对实时基本燃料量需求修正量；

32、k4、k5为微分系数，t4、t5为微分时间，x4为分汽缸流量，x5为分汽缸压力。

33、优选的，还包括压力过调控制单元，所述压力过调控制单元用于对实时基本燃料量需求进行应急修正；

34、应急修正量公式：

35、y6＝a·y0

36、

37、其中，y6为基本燃料量需求的应急修正量，a为基本燃料量需求的应急修正系数，y0为基本燃料量需求量；x6为主蒸汽压力，e为应急修正最低压力，b、c为线性函数系数。

38、优选的，还包括超驰回路单元，所述超驰回路单元用于对实时基本燃料量需求进行应急修正；

39、在锅炉床温低于濒临灭火温度，强制增加相应设定值与实时基本燃料量需求的燃料量，防止锅炉灭火；

40、在锅炉主蒸汽压力高于危险压力，强制降低相应设定值与实时基本燃料量需求的燃料量，防止锅炉超压。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

42、本发明能够实现循环流化床锅炉允许负荷范围内全自动快速跟踪调节并维持锅炉压力动态可控和静态稳定；

43、通常锅炉所燃用燃料低位发热量在过去一个时间段与现在一个时间段偏差不大。基于这种预期，燃煤发热量迭代计算单元通过过去时间段锅炉热量需求和计算燃料量相除得到过去时间段燃料低位发热量，代表现在一个时间段燃料低位发热量；提供了一个可靠的参考值。

44、使用已有的数据进行简单的计算，不需要复杂的传感器或监测设备，节省了成本和资源。可以即时地计算出当前时间段的燃料低位发热量，反映实际燃烧效率和热量需求的变化。

45、同时，通过压力偏差调节单元、锅炉负荷变化超前量信号单元、蒸汽吹灰修正单元、压力过调控制单元和超驰回路单元等进行修正确保计算结果的准确性和可靠性。

46、整体系统设计简单且稳定可靠，通过基本的数学计算和多个反馈控制单元，能够确保燃料低位发热量的准确计算和稳定调节，同时降低了复杂度和运行风险；相较于完全依赖复杂的传感器网络，这种方法在保证计算准确性的同时，节约了设备和维护成本，对于一些应用场景尤为适用。