热力循环流化床锅炉优化燃烧的智能控制方法与流程

本发明涉及锅炉控制技术领域，特别是一种热力循环流化床锅炉优化燃烧的智能控制方法。

背景技术：

循环流化床锅炉以固体燃料(煤)、脱硫剂(石灰石)特有的粒径分布和平均匀粒径在炉内流态化燃烧，被烟气带走的固体物料(飞灰)在旋风(气固)分离装置中收集并通过返料装置送回炉膛循环再次燃烧，充分燃烧发热和高效脱硫；在保证用汽负荷蒸汽压力稳定的情况下，烟气含氧量是代表着燃料燃烧程度的主要指标之一。所以，循环流化床锅炉具有燃料适应性广，燃烧、脱硫效率高，负荷调节比大的清洁煤燃烧技术。

目前我国热力锅炉(供热或发电)的燃烧系统大部分以人工远程遥控手动操作，精神高度集中劳动强度大、操作不及时，主汽压力和烟气氧含量偏离最佳控制参数，直接影响着锅炉蒸汽负荷的稳定、燃料燃烧不充分造成生产成本提高和烟气排放污染，严重时排放污染较大或有熄炉的危险；虽然部分企业介绍实施了锅炉燃烧的自动控制，采用的控制方法中以pid组合成多变量前馈—反馈、模糊等控制技术(毕业论文及专业期刊)等，在实际实施中仅在锅炉燃烧过程中，系统相对稳定(内、外扰动小)的情况下实现自动控制。而且人工远程遥控或部分回路采用pid控制，不可避免地会出现操作上的偏差和燃烧系统的不平衡，一旦操作不及时会使燃料燃烧不彻底、烟气排放污染物增加而污染环境。

根据目前供热、发电等锅炉的燃烧过程运行现状，经过对锅炉运行原理及在燃烧过程中的各种干扰因素影响，进行实际动态测试及数据分析，现有的操作方法在控制程序和抗干扰方面不能及时消除主汽压力和烟气氧含量偏差，给锅炉运行带来经济损失和环境污染。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种热力循环流化床锅炉优化燃烧的智能控制方法，在保证蒸汽负荷的前提下，炉内燃料充分燃烧，降低蒸汽生产成本，降低污染物的排放。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

热力循环流化床锅炉优化燃烧的智能控制方法，具体包括以下步骤：

a.设定主蒸汽压力p主汽的变化范围以及正常运行的压力标准值pset，计算偏差e以及偏差变化率△e；设定主蒸汽压力限值，包括压力下线pl和压力高限ph；设定烟气含氧量a烟气的变化范围以及正常运行的含氧量标准值aset，计算偏差e以及偏差变化率△e；设定烟气含氧量的限值，包括下限值al和上限值ah；设定炉膛燃烧温度t料层的下限值tmin和上限值tmax；设定炉膛压差△p炉膛的上限值△pmax；

b.实时采集锅炉主蒸汽压力、烟气含氧量、炉膛燃烧温度和炉膛压差信号，并对采集的信号进行预处理；

c.分析采集信号，通过神经网络的方法进行模糊推理，选择相应的控制策略，通过调节燃煤量和进风量调整锅炉的主蒸汽压力和烟气含氧量。

上述热力循环流化床锅炉优化燃烧的智能控制方法，步骤c包括以下内容：

c1.设定主蒸汽压力、烟气含氧量、炉膛燃烧温度和炉膛压差的变化状态；

c2.设定控制策略；

c3.判断当前周期t内主蒸汽压力、烟气含氧量、炉膛燃烧温度和炉膛压差变化的状态处于c1中的哪种状态，对应选择步骤c2中的控制策略输出。

上述热力循环流化床锅炉优化燃烧的智能控制方法，步骤c1包括以下内容：

x1＝p主汽＞ph；

x2＝p主汽＜pl；

x3＝a烟气＞ah；

x4＝a烟气＜al；

x5＝t料层高于tmax；

x6＝t料层低于tmin；

x7＝△p炉膛高于△pmax；

x8＝△p炉膛低于△pmax。

上述热力循环流化床锅炉优化燃烧的智能控制方法，步骤c2中所述的控制策略是根据主蒸汽压力、烟气氧含量变化的轻重、炉膛温度的变化以及炉膛压差的变化调节燃煤量和进风量；具体包括以下内容：

策略u1，(u1)＝减小进(二、一次)风量；

策略u2，(u2)＝增大进(二、一次)风量；

策略u3，(u3)＝减少燃煤量；

策略u4，(u4)＝增大燃煤量；

策略u5，(u5)＝风量做相应调整；

策略u6，(u6)＝降低料层厚度；

策略u7，(u7)＝升高料层厚度。

上述热力循环流化床锅炉优化燃烧的智能控制方法，步骤c3具体包括以下内容：

当控制周期t内p主汽的变化状态为x1时，运行策略u3；

当控制周期t内p主汽的变化状态为x2时，运行策略u4；

当控制周期t内a烟气的变化状态为x3时，运行策略u1；

当控制周期t内a烟气的变化状态为x4时，运行策略u2；

当控制周期t内t料层的变化状态为x5时，运行策略u3和u2；

当控制周期t内t料层的变化状态为x6时，运行策略u4和u5；

当控制周期t内△p炉膛的变化状态为x7时，运行策略u6；

当控制周期t内△p炉膛的变化状态为x8时，运行策略u7。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明对影响锅炉燃烧的因素进行实时监控，及时调整燃煤量和进风量，消除主蒸汽压力和烟气含氧量的偏差，稳定热力锅炉燃烧系统的安全运行，在保证蒸汽负荷的前提下，使炉内燃料充分燃烧，降低蒸汽生产成本，减少污染物的排放。

附图说明

图1为本发明的控制原理框图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

热力循环流化床锅炉优化燃烧的智能控制方法，从影响锅炉燃烧的四个因素炉膛负压、料层压力、主蒸汽压力和烟气含氧量四个方面进行控制。

炉膛负压是控制、监视和反映燃烧稳定的重要参数。炉膛负压过大，漏风量增加，引风机电耗提高，使不完全燃烧、排烟热损加大和污染物增加，甚至使燃烧不稳定、熄炉；负压过小或正压，火焰、飞灰外冒，危及人身及设备安全。

料层压差是反映燃烧室料层厚度参数，可通过炉底排放底料(渣)的方法来调节料层厚度。料层压力过高(料层厚)，影响燃料的流化质量，流化不好造成炉膛结焦或熄火，过剩的空气系数会带走床内大量的热，同时多余燃烬的燃料吸收一部分热量；料层压力低(料层薄)，风量调节不好，使过剩空气系数将降低锅炉出力(汽液分离效率低)，加大烟气流速、加快受热面磨损等不利因素。

根据锅炉燃烧燃料的不同，炉底排渣分为连续或间歇两种方式。单一煤或煤泥为燃料的锅炉，可采用连续排渣(渣多)控制；多种燃料燃烧的锅炉，煤气或燃油与煤混合燃烧锅炉，可采用间歇式排渣(渣少)。无论是连续还是间歇控制，除提升机、链斗机、冷渣机启停操作顺序外，均以料层压差为域，由一维模糊控制器，能够较好地控制料层厚度。

对于主蒸汽压力和烟气含氧量的控制，则是利用神经网络具有逼近非线性函数的能力，对锅炉的优化燃烧进行bp(反向传播学习算法)神经网络控制，具体包括以下步骤：

a.设定主蒸汽压力p主汽的变化范围以及正常运行的压力标准值pset，计算偏差e以及偏差变化率△e；设定主蒸汽压力限值，包括压力下线pl和压力高限ph；设定烟气含氧量a烟气的变化范围以及正常运行的含氧量标准值aset，计算偏差e以及偏差变化率△e；设定烟气含氧量的限值，包括下限值al和上限值ah；设定炉膛燃烧温度t料层的下限值tmin和上限值tmax；根据煤种的灰分和粒度来设定炉膛压差△p炉膛的上限值△pmax。

b.实时采集锅炉主蒸汽压力、烟气含氧量、炉膛燃烧温度和炉膛压差信号，并对采集的信号进行预处理。

在循环流化床锅炉的燃烧系统中以主蒸汽压力、烟气含氧量、炉膛燃烧温度和炉膛压差是影响锅炉燃烧的主要因素，涉及到锅炉燃料是否充分燃烧、烟气排放污染物是否达标。将采集的信号转换成电信号，引入神经网络进行数据预处理。

c.分析采集信号，通过神经网络的方法进行模糊推理，选择相应的控制策略，通过调节燃煤量和进风量调整锅炉的主蒸汽压力和烟气含氧量。具体包括以下内容：

c1.设定主蒸汽压力、烟气含氧量、炉膛燃烧温度和炉膛压差的变化状态.

x1＝p主汽＞ph；

x2＝p主汽＜pl；

x3＝a烟气＞ah；

x4＝a烟气＜al；

x5＝t料层高于tmax；

x6＝t料层低于tmin；

x7＝△p炉膛高于△pmax；

x8＝△p炉膛低于△pmax。

c2.设定控制策略。控制策略是根据主蒸汽压力、烟气含氧量变化的轻重、炉膛温度的变化以及炉膛压差的变化调节燃煤量和进风量。具体包括以下内容：

策略u1，(u1)＝减小进(二、一次)风量；

策略u2，(u2)＝增大进(二、一次)风量；

策略u3，(u3)＝减少燃煤量；

策略u4，(u4)＝增大燃煤量；

策略u5，(u5)＝风量做相应调整；

策略u6，(u6)＝降低料层厚度；

策略u7，(u7)＝升高料层厚度。

c3.判断当前周期t内主蒸汽压力、烟气含氧量、炉膛燃烧温度和炉膛压差变化的状态处于c1中的哪种状态，对应选择步骤c2中的控制策略输出。

当控制周期t内p主汽的变化状态为x1时，运行策略u3，减少燃煤量，使主蒸汽压力下降至【pl，ph】范围内。

当控制周期t内p主汽的变化状态为x2时，运行策略u4，调整进风量，使烟气含氧量a烟气＞aset，增大燃煤量，使主蒸汽压力上升至【pl，ph】范围内。

当控制周期t内a烟气的变化状态为x3时，运行策略u1，减少进(二、一次)风量，使烟气含氧量降至【al，ah】范围内。

当控制周期t内a烟气的变化状态为x4时，运行策略u2，增大进(二、一次)风量，使烟气含氧量上升至【al，ah】范围内。

当控制周期t内t料层的变化状态为x5时，运行策略u3和u2，减少燃煤量，增大进(二、一次)风量，若燃烧系统被控参数无法满足符合要求，则报警提醒超负荷。

当控制周期t内t料层的变化状态为x6时，运行策略u4和u5，增大燃煤量，风量做相应调整，若满足不了工况要求，需报警通知负荷过低。

当控制周期t内△p炉膛的变化状态为x7时，运行策略u6，在返料量不变时，降低料层厚度。

当控制周期t内△p炉膛的变化状态为x8时，运行策略u7，在返料量不变时，升高料层厚度。

本发明的控制原理图如图1所示，以主蒸汽压力、烟气氧含量为被控变量，通过适合调节燃料(给煤)量、进风(一、二次风)量，由炉膛压力辅助调节进、出风量平衡。同时，以料层(炉膛)温度修正燃烧系统调节参数，防止炉内结焦、停车事故发生；以炉膛压差(炉内固体物料浓度)为监控参数，由炉底排渣调节配合，控制好适时锅炉所带负荷下的传热系数，根据煤种的灰分和粒度修定炉膛差压的上限和下限，为启动和停止循环物料排放的分界点。

在控制主汽压力调节煤量时，必须根据烟气氧含量的多少，经选择后进行调节，即在主汽压力低增加煤量时，须先提高烟气氧量后再增加煤量，然后调节氧含量；主汽压力低减少煤量时，先减煤量后再调节烟气氧含量。

本发明通过改变引风量保持炉内进、出风量的平衡和炉内压力的稳定；调节排渣量建立合适的床压、炉内压差等有利于燃烧的工况；控制燃煤量保证生产负荷，调整一次风、二次风量，使燃料以流态化燃烧并提供充足的氧量，最终达到优化燃烧的智能化运行。

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