工業(yè)煤粉鍋爐多通道燃燒過程比例控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種工業(yè)煤粉鍋爐多通道燃燒過程比例控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于：該比例控制系統(tǒng)主要包括主控制器、副控制器和多個單通道控制器，主控器的輸出與副控制器的輸入相連，副控制器的輸出與多個單通道控制器的輸入相連，每個單通道控制器都具有外部輸出模塊與對應的外部設(shè)備相連，所述方法包括以下步驟：步驟一、確定每個單通道控制器的分段擬合直線起點和終點對應的工程數(shù)據(jù)當量值；步驟二、求得各分段區(qū)域內(nèi)的擬合直線；步驟三：將工程數(shù)據(jù)當量值轉(zhuǎn)換成各單通道控制器可驅(qū)動外部設(shè)備的電流值；步驟四：通過步驟三獲取的電流值驅(qū)動外部相關(guān)執(zhí)行器。本發(fā)明既保證燃燒的充分性，又保證將燃燒過程的過量空氣系數(shù)控制在合理的區(qū)間，降低排煙熱損失，提高鍋爐的熱效率。
【專利說明】
工業(yè)煤粉鍋爐多通道燃燒過程比例控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種工業(yè)煤粉鍋爐多通道燃燒過程比例控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，用于控制燃燒過程中的燃料量、助燃空氣量、旋流風量和冷卻風量等。
【背景技術(shù)】
[0002]煤粉工業(yè)鍋爐規(guī)模龐大、工藝過程復雜、設(shè)備協(xié)調(diào)性控制要求高、為了保證高效煤粉鍋爐及供熱系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟性，煤粉鍋爐及其供熱系統(tǒng)的自動化水平就顯得非常重要。
[0003]但是，目前國內(nèi)煤粉鍋爐配套的自動化控制系統(tǒng)在煤粉工業(yè)鍋爐的應用領(lǐng)域普遍存在控制功能不完備，自動化程度相對較低的問題。
[0004]對于燃燒控制而言由于一些知名的國際品公司生產(chǎn)的專用燃燒管理器具有技術(shù)封閉，通道數(shù)量較少的特點，給煤粉燃燒的工藝過程控制帶來了一定的制約。
[0005]隨著煤粉工業(yè)鍋爐技術(shù)的發(fā)展和市場需要的變化，已經(jīng)有越來越多的燃燒器廠家，開始以電動或氣動流量調(diào)節(jié)閥取代了傳統(tǒng)的機械凸輪聯(lián)動機構(gòu)驅(qū)動空氣和燃料蝶閥的方式來控制工業(yè)煤粉鍋爐燃燒過程中的空燃比例，以保證最佳的燃燼率，目前為了達到這一控制功能，基本都是采用由SIEMENS、HONEYWELL等公司生產(chǎn)的專用燃燒管理器來實現(xiàn)，技術(shù)成本相對較高，通道使用受到很大限制。
[0006]為了適應市場需求，開發(fā)一種性能價格比相對較高的穩(wěn)定可靠的，適用于高效煤粉工業(yè)鍋爐和燃油燃氣工業(yè)鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)的多通道比例控制器是有著非常重要的現(xiàn)實的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟價值的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種工業(yè)煤粉鍋爐多通道燃燒過程比例控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，在保證燃燒性能的前提下提高了控制系統(tǒng)的經(jīng)濟性和靈活性。
[0008]本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為:一種工業(yè)煤粉鍋爐多通道燃燒過程比例控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，該比例控制系統(tǒng)主要包括主控制器、副控制器和多個單通道控制器，主控器的輸出與副控制器的輸入相連，副控制器的輸出與多個單通道控制器的輸入相連，每個單通道控制器都具有外部輸出模塊與對應的外部設(shè)備相連，所述方法包括以下步驟:
步驟一、確定每個單通道控制器的分段擬合直線起點和終點對應的工程數(shù)據(jù)當量值將每個單通道控制器對應閥門的負荷百分比進行分段，同時對于每個分段的負荷點進行賦值，確定每個負荷點對應的工程數(shù)據(jù)當量值，相鄰兩個負荷點之間形成分段區(qū)域；步驟二、求得各分段區(qū)域內(nèi)的擬合直線
采用分段線性擬合運算技術(shù)對空氣和燃料的閥位開度和流量特性進行擬合，擬合計算公式如下(Y-Yil)/(Xa-Xil)= (Yi2_Yil)/(Xi2_Xil)
式中?=1，2，3...10表示擬合直線的段號，Yil、Yi2均表示步驟一中工程數(shù)據(jù)當量值，Yil為擬合直線的起始點當量值，Yi2表示擬合直線的終點當量值，Xi 1、Xi2為擬合直線上Yi 1、Yi 2對應的負荷百分比，Xa—表示當前主控制器的實際輸出值，Y表示Xa對應的工程數(shù)據(jù)當量值；
步驟三:將工程數(shù)據(jù)當量值轉(zhuǎn)換成各單通道控制器可驅(qū)動外部設(shè)備的電流值根據(jù)公式A=S*Y/Ymax計算出工程數(shù)據(jù)當量值對應的工程值，其中S表示單通道控制器的外部輸出模塊滿量程輸出對應的工程值，Y表示當前要轉(zhuǎn)換的工程數(shù)據(jù)當量值，Ymax表示外部輸出模塊滿量程輸出時的工程數(shù)據(jù)當量值；
輸出通道對應的輸出電流I =4+A/S* 16;
步驟四:通過步驟三獲取的電流值驅(qū)動外部相關(guān)執(zhí)行器
通過外部接線將步驟三的控制電流信號輸出給各單通道控制器對應閥門的閥門定位器，驅(qū)動閥門打開，開度值=(1_4)/16*100%，實現(xiàn)控制過程，其中閥門定位器為4mA關(guān)閉，20mA全開。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
本發(fā)明主要用于實現(xiàn)燃燒過程中煤粉供給、助燃空氣供給、再循環(huán)風量供給等的定量控制，控制通道可以擴展，可適用于控制要求更為復雜的燃燒系統(tǒng)。既保證燃燒的充分性，又保證將燃燒過程的過量空氣系數(shù)控制在合理的區(qū)間，降低排煙熱損失，提高鍋爐的熱效率。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的比例控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖2為本發(fā)明的比例控制系統(tǒng)的原理圖。
[0012]圖3為本發(fā)明實施例中空氣量控制通道的擬合曲線圖。
【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0014]如圖1，2所示，本實施例中的控制系統(tǒng)是一個串級控制的具有多通道輸出功能的復合比例控制系統(tǒng)，主要包括主控制器、副控制器和多個單通道控制器，主控器的輸出與副控制器的輸入相連，副控制器的輸出與多個單通道控制器的輸入相連，每個單通道控制器都具有外部輸出模塊與對應的外部設(shè)備相連。
[0015]2.1控制原理為串級比例控制方式
工業(yè)鍋爐蒸汽或熱水的生產(chǎn)過程涉及到燃料供給、空氣配比，熱網(wǎng)需求平衡等多方面的因素，是一個大慣性，多擾動的復雜控制系統(tǒng)。
[0016]為了克服擾動，保證鍋爐燃燒控制的精度，提高控制系統(tǒng)的響應速度，本控制器采用串級控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為了降低控制器的成本，根據(jù)燃煤粉工業(yè)鍋爐的工藝特性，選擇了熱網(wǎng)需求平衡(出水溫度或蒸汽壓力)的波動作為外部擾動，選擇了煤粉熱值變化和煤粉氣力輸送氣粉比的均勻性作為燃燒系統(tǒng)的內(nèi)部擾動。
[0017](I)外部擾動經(jīng)由主控制器反饋控制回路，通過調(diào)節(jié)燃燒強度的方式實現(xiàn)。
[0018](2)內(nèi)部擾動煤粉熱值波動和氣粉比的擾動由以下方式消除:
主控制器輸出值作為副控制器的設(shè)定值，副控制器通過反饋控制回路對內(nèi)部擾動進行消除，通過控制空氣擋板門開度、給料螺旋轉(zhuǎn)速、卸料閥轉(zhuǎn)速等方式消除內(nèi)部擾動。
[0019]2.2控制器輸出方式為多通道輸出
(I)燃燒工藝首先要滿足對燃燒過程中的過量空氣系數(shù)進行合理控制，本控制器在保證燃燒充分的前提下，通過對二次風機變頻控制的方式對燃燒空氣量進行精細化微調(diào)。
[0020](2)爐膛安全保護工藝要求對鍋爐爐膛壓力進行調(diào)控;為了保證燃燒過程中爐膛壓力處于安全允許范圍值內(nèi)，并維持一定的爐膛煙氣飽和度，通過引風機變頻控制方式對爐膛的壓力進行精細化的調(diào)節(jié)。
[0021](3)燃燒工藝采用煙氣再循環(huán)技術(shù)降低排放煙氣中的NOx，既要保證抽取足夠的煙氣量以降低火焰中心區(qū)溫度，又要保證煙氣量的摻入的煙氣數(shù)量不會使火焰溫度過低，影響燃燒的穩(wěn)定性。這就需要根據(jù)負荷變動的情況合理調(diào)節(jié)再循環(huán)風機的頻率，保證煙氣的抽取量能夠滿足工藝性能要求。
[0022]實現(xiàn)多通道比例控制的重點在于:
(1)燃燒工藝過程煤粉量，空氣量的比例控制，
(2)燃燒工藝NOx抑制過程中煙氣循環(huán)量與燃料量及空氣量的比例控制。
[0023](3)燃燒工藝過程爐膛煙氣量排放與燃料量及空氣量的比例關(guān)系。
[0024]2.3根據(jù)以上工藝分析，實現(xiàn)多通道比例控制的難點在于:
既要保證負荷平衡階段的比例關(guān)系，保證燃燒充分穩(wěn)定、爐膛壓力穩(wěn)定、還要保證NOx的生成抑制作用顯著。還要保證負荷變動期間，燃燒負荷處于變動狀態(tài)時，實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。
[0025]本控制器采用了PID調(diào)節(jié)技術(shù)、流量與閥位開度曲線擬合技術(shù)、多通道分配技術(shù)、閥門開度跟隨控制技術(shù)等技術(shù)手段，滿足了工藝要求。
[0026]如圖3所示，基于上述控制系統(tǒng)的控制方法如下:
步驟一、確定每個單通道控制器的分段擬合直線起點和終點對應的工程數(shù)據(jù)當量值以空氣量控制通道十點在擬合過程中為例說明:
在直角坐標系中，橫坐標X表示空氣閥門的負荷百分比，縱坐標Y表示空氣閥門當量值，空氣閥門的負荷百分比在0—100%之間，將負荷百分比等分為10個點，依次為10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%，每個點的間距為10%，根據(jù)實際經(jīng)驗來確定每個負荷點對應的工程數(shù)據(jù)當量值Y，比如，0%時空氣閥位當量值=0 ； 10%空氣閥位當量值=220，相鄰兩個負荷點之間形成分段區(qū)域。
[0027]步驟二、求得各分段區(qū)域內(nèi)的擬合直線
根據(jù)鍋爐運行負荷預設(shè)目標值(蒸汽壓力或水溫)和實際檢測值的差值的變動情況，采用PID運算計算出實際需要的負荷百分比(0-100%)。在這個范圍內(nèi)，采用分段線性擬合運算技術(shù)對空氣和燃料(油、氣、粉)的閥位開度和流量特性進行擬合。
[0028]擬合計算公式
根據(jù)(Y-Yil)/(Xa-X il)= (Yi2-Yil)/(Xi2-X il)
得 Υ=(Υ?2-Υ?1)/(Χ?2-Χ?1)*(Χ&-Χ?1)+Υη...(?=1，2，3...10)..........................(I)
式中i 一表示擬合直線的段號，Yil、Yi2均表示步驟一中工程數(shù)據(jù)當量值，Yil為擬合直線的起始點當量值，Yi2表示擬合直線的終點當量值，Xil、Xi2為擬合直線上Yil、Yi2對應的負荷百分比，如i=l，則表示第一段擬合直線，則Yil=0，Yi2=220，Xil=0%，Xi2=l-%，Xa—表示當前主控制器的實際輸出值，Y表示Xa對應的工程數(shù)據(jù)當量值，
當Xae[0，10%)時，調(diào)用直線段I的方程擬合，求Xa對應空氣閥位當量值。
[0029]當Xae[ 10，20%)時，調(diào)用直線段2的方程擬合，求Xa對應空氣閥位當量值。
[0030]當Xae [20,30%)時，調(diào)用直線段3的方程擬合，求Xa對應空氣閥位當量值。
[0031 ] 當Xa e [30，40%)時，調(diào)用直線段4的方程擬合，求Xa對應空氣閥位當量值。
[0032]當Xae [40,50%)時，調(diào)用直線段5的方程擬合，求Xa對應空氣閥位當量值。
[0033]當Xae [50,60%)時，調(diào)用直線段6的方程擬合，求Xa對應空氣閥位當量值。
[0034]當Xae [60,70%)時，調(diào)用直線段7的方程擬合，求Xa對應空氣閥位當量值。
[0035]當Xae [70,80%)時，調(diào)用直線段8的方程擬合，求Xa對應空氣閥位當量值。
[0036]當Xae [80,90%)時，調(diào)用直線段9的方程擬合，求Xa對應空氣閥位當量值。
[0037]當Xa e [ 90，100%)時，調(diào)用直線段1的方程擬合，求Xa對應空氣閥位當量值。
[0038]步驟三:將工程數(shù)據(jù)當量值轉(zhuǎn)換成各單通道控制器可驅(qū)動外部設(shè)備的電流值
根據(jù)公式A=S*Y/Ymax計算出工程數(shù)據(jù)當量值對應的工程值，其中S表示單通道控制器的外部輸出模塊滿量程輸出對應的工程值，Y表示當前要轉(zhuǎn)換的工程數(shù)據(jù)當量值，Ymax表示外部輸出模塊滿量程輸出時的工程數(shù)據(jù)當量值；
假設(shè)空氣量控制通道的滿量程輸出時工程數(shù)據(jù)當量值為Y=999時，對應的工程值為27648，則當空氣閥位當量值=110時，對應的工程值=27648*110/999=3044。
[0039]此時，輸出通道對應的輸出電流I=4+A/S*16，即 1=4+3044/27648*16=5.76(mA) 步驟四:通過步驟三獲取的電流值驅(qū)動外部相關(guān)執(zhí)行器
通過外部接線將5.76mA的控制電流信號輸出給空氣調(diào)節(jié)門的閥門定位器，驅(qū)動閥門打開，開度值=(5.76-4) /16* 100%=11 %，實現(xiàn)控制過程。
[0040]說明:以上描述的閥門定位器為4mA關(guān)閉，20mA全開。
[0041]除上述實施例外，本發(fā)明還包括有其他實施方式，凡采用等同變換或者等效替換方式形成的技術(shù)方案，均應落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種工業(yè)煤粉鍋爐多通道燃燒過程比例控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于:該比例控制系統(tǒng)主要包括主控制器、副控制器和多個單通道控制器，主控器的輸出與副控制器的輸入相連，副控制器的輸出與多個單通道控制器的輸入相連，每個單通道控制器都具有外部輸出模塊與對應的外部設(shè)備相連，所述方法包括以下步驟: 步驟一、確定每個單通道控制器的分段擬合直線起點和終點對應的工程數(shù)據(jù)當量值將每個單通道控制器對應閥門的負荷百分比進行分段，同時對于每個分段的負荷點進行賦值，確定每個負荷點對應的工程數(shù)據(jù)當量值，相鄰兩個負荷點之間形成分段區(qū)域；步驟二、求得各分段區(qū)域內(nèi)的擬合直線 采用分段線性擬合運算技術(shù)對空氣和燃料的閥位開度和流量特性進行擬合，擬合計算公式如下 (Y-Yil)/(Xa-Xil)= (Yi2_Yil)/(Xi2_Xil) 式中?=1，2，3...10表示擬合直線的段號，Yil、Yi2均表示步驟一中工程數(shù)據(jù)當量值，Yil為擬合直線的起始點當量值，Yi2表示擬合直線的終點當量值，Xi 1、Xi2為擬合直線上Yi 1、Yi 2對應的負荷百分比，Xa—表示當前主控制器的實際輸出值，Y表示Xa對應的工程數(shù)據(jù)當量值； 步驟三:將工程數(shù)據(jù)當量值轉(zhuǎn)換成各單通道控制器可驅(qū)動外部設(shè)備的電流值根據(jù)公式A=S*Y/Ymax計算出工程數(shù)據(jù)當量值對應的工程值，其中S表示單通道控制器的外部輸出模塊滿量程輸出對應的工程值，Y表示當前要轉(zhuǎn)換的工程數(shù)據(jù)當量值，Ymax表示外部輸出模塊滿量程輸出時的工程數(shù)據(jù)當量值； 輸出通道對應的輸出電流I =4+A/ S* 16; 步驟四:通過步驟三獲取的電流值驅(qū)動外部相關(guān)執(zhí)行器 通過外部接線將步驟三的控制電流信號輸出給各單通道控制器對應閥門的閥門定位器，驅(qū)動閥門打開，開度值=(1_4)/16*100%，實現(xiàn)控制過程，其中閥門定位器為4mA關(guān)閉，20mA全開。
【文檔編號】F23N5/00GK106016347SQ201610334948
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】湯旭東, 單昱林, 張少兵, 武允為, 董黎明, 華智惠, 郝鑫
【申請人】江蘇雙良鍋爐有限公司