一种计及燃煤锅炉蓄*修正的瞬态变负荷给煤量控制方法

摘要

本发明公开了一种计及燃煤锅炉蓄修正的瞬态变负荷给煤量控制方法，通过实时对燃煤机组锅炉系统的工质和金属受热面的温度和压力进行测量和记录，并换算成不同运行负荷点的蓄量；在瞬态运行过程中，将锅炉系统的实时蓄量与对应稳态负荷点的蓄量进行对比，得到实时蓄变化量，进而将给煤量输入的前馈控制信号叠加到现有锅炉给煤量指令中，最终产生基于锅炉蓄修正的锅炉给煤量信号。本发明方法利用瞬态过程锅炉部分蓄偏差对锅炉入口的给煤量进行前馈修正，从而实现对入口煤量的动态精准控制，保证各热力设备参数稳定，削弱热惯性和延时的作用，从而在兼顾经济性和安全性的基础上大幅度地提高燃煤发电机组瞬态过程的运行灵活性。

说明书

技术领域

本发明属于火电厂热工控制技术领域，具体涉及一种计及燃煤锅炉蓄修正的瞬态变负荷给煤量控制方法。

背景技术

当前我国的电力系统结构中，可再生能源发电装机容量已达到总发电装机容量的三分之一以上，其中风电、太阳能发电装机总量均居世界首位。但是，由于风能、太阳能等间歇性能源大规模的并网发电，加剧了电网的波动，同时降低了电网系统的调峰容量比，造成我国可再生能源发电消纳困难，部分地区弃风、弃光问题严重。为有效消纳可再生能源发电，需要以燃煤为主的化石能源电站，提高变负荷的幅度与速率，即提升运行灵活性。然而，燃煤发电机组在频繁变负荷过程中，由于锅炉部分存在非线性、大惯性、大时滞的问题，一方面，如果锅炉部分的储热不能有效释放，会造成重要金属受热面的超温，对机组安全性产生影响，且多加入的煤量导致经济性较差；另一方面，如果锅炉部分的储热不能有效存储，必然会导致参数品味不高，经济性较差。因此，如何实现燃煤电站热力系统中能量的高效、安全和灵活转化成为制约我国电力行业进一步低碳化、清洁化发展的瓶颈问题。

发明内容

本发明正是着眼于燃煤机组参与运行灵活性调节的瞬态变负荷过程，对现有燃煤机组的锅炉水煤比控制策略进行修正，力求从瞬态变负荷中储热充放的本质-蓄出发，解决燃煤机组遇到的灵活、安全和经济性相矛盾的问题；提供一种计及燃煤锅炉蓄修正的瞬态变负荷给煤量控制方法，该方法可以根据锅炉系统稳态和变负荷瞬态过程的蓄变化量，对锅炉入口的给煤量进行前馈调节，从而实现对入口煤量的动态精准控制，保证各热力设备参数稳定，提高机组出口参数品味，削弱储热惯性和延时的作用，从而大幅度提升系统经济性和安全性；

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种计及燃煤锅炉蓄修正的瞬态变负荷给煤量控制方法，根据稳态和瞬态变负荷过程燃煤机组锅炉系统的蓄变化量，作为锅炉主汽温控制的前馈信号，来修正瞬态变负荷过程中的锅炉给煤量；具体步骤如下：

(一)获取燃煤机组锅炉系统各设备的蓄量

对于编号i的锅炉过热器，通过压力传感器获得锅炉过热器i内工质的压力P_s,i，通过温度传感器得到锅炉过热器i的工质温度T_s,i和金属受热面的温度T_w,i，进而查水和蒸汽性质计算表即能够求取锅炉过热器i在当前状态的总蓄量Ex_i，总蓄值Ex_i包含工质和金属受热面两部分蓄量：

Ex_i＝Ex_s,i+Ex_m,i

Ex_s,i＝M_s·[u(P_s,i,T_s,i)-u₀-T₀·(s(P_s,i,T_s,i)-s₀)]

Ex_m,i＝M_m·C_m[T_m,i-T₀-T₀·ln(T_m,i/T₀)]

式中：Ex_s,i和Ex_m,i分别为锅炉过热器i内的工质和金属受热面的蓄量，kJ；M_s和M_m分别为过热器i内的工质和金属受热面的质量，kg；T₀为环境温度，K；u₀为环境温度、环境压力对应下的焓值，kJ/kg；s₀为环境温度、环境压力对应下的熵值，kJ/(kg·K)；u(P_s,i,T_s,i)为工质压力P_s,i和工质温度T_s,i计算得到的工质热力学能，kJ；s(P_s,i,T_s,i)为工质压力P_s,i和工质温度T_s,i计算得到的工质熵值，kJ/(kg·K)；C_m为过热器i金属受热面的比热容，kJ/(kg·K)；T_m,i为过热器i金属受热面的平均温度，K；

锅炉系统是由众多热力设备组成，故锅炉系统总蓄量Ex为各个热力设备中蓄量之和：

式中：Ex为锅炉总蓄量；n为锅炉系统热力设备总数量；

(二)获得燃煤机组锅炉系统瞬态变负荷过程实时蓄变化量

首先，根据锅炉系统在各个稳态负荷点运行时，各个热力设备温度、压力数据，获得锅炉系统的稳态蓄量Ex₀；而在燃煤机组瞬态运行过程中，根据实时测量得到的各个热力设备温度和压力数据，获得锅炉系统实时蓄量Ex₁，则在比较器中即能够获得锅炉系统实时蓄变化量ΔEx：

ΔEx＝Ex₀-Ex₁

(三)产生基于锅炉蓄变化量的前馈控制信号

根据计算得到的锅炉系统实时蓄变化量ΔEx，获得给煤量输入的前馈控制信号：

ΔB＝ΔEx·ξ

式中：ΔB为给煤量输入的前馈控制信号；ξ为转换系数；

(四)对变负荷过程中的锅炉给煤量进行修正

将给煤量输入的前馈控制信号ΔB，叠加到未进行修正的锅炉给煤量指令B中，最终产生基于锅炉蓄修正的锅炉给煤量信号B′：

B′＝B+ΔB。

优选的，升负荷过程中，锅炉系统的稳态蓄量大于实时运行负荷点的蓄量，故转换系数ξ为正数，前馈控制信号实现加速加煤的动作，保证机组出口蒸汽参数维持在较高水平，提高了机组的经济性；降负荷过程中，锅炉系统的稳态蓄量小于实时运行负荷点的蓄量，故转换系数ξ为负数，前馈信号实现减缓加煤的动作，保证机组各设备和出口蒸汽参数不至于超温，提高了机组的安全性。

和现有技术相比较，本发明具有如下优点：

1、本发明基于热力学第二定律，从能量传递的本质角度出发，实时跟踪燃煤机组锅炉系统的蓄量，将稳态和瞬态过程的蓄变化量引入到了锅炉给煤的前馈控制中，保证机组快速变负荷灵活性的基础上，有效提升系统经济性和安全性。

2、本发明实现简单，无需增加额外设备，投资低，回收周期极短。

附图说明

图1为锅炉给煤蓄热修正的瞬态变负荷水煤比控制逻辑。

图2为升负荷过程中锅炉稳态蓄与实时蓄变化趋势。

图3为降负荷过程中锅炉稳态蓄与实时蓄变化趋势。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

现有燃煤机组锅炉部分主要控制的目的是参与机组协调控制且保证蒸汽参数稳定。而其中水煤比是重要的控制参数，具体可通过水跟煤控制和煤跟水控制来实现。本发明对煤跟水控制逻辑进行校正。在瞬态变负荷过程中，现有的控制系统中，根据锅炉主控指令和负荷变动量首先确定给水量指令，而对于给煤量指令，首先也是根据锅炉主控指令和负荷变动量生成基本控制信号，之后根据中间点焓值差异来校正水煤比，保证锅炉出口参数的品味和稳定。

但是由于锅炉系统庞大，热力设备众多，在瞬态过程中储热的释放和存储均是大惯性超延时环节，单纯的依靠负荷指令来控制，容易造成参数品味不足或严重超温。同时，锅炉部分的储热中只有部分蓄量才能真正提高蒸汽参数，并最终转化为机组做功能力。所以，考虑锅炉系统在瞬态和稳态过程中的蓄变化量，从而将这部分蓄变化量作为前馈信号反映到基本煤跟水控制策略中，具体引入的控制逻辑包括，过程1：在各稳态运行过程中，根据温度和压力测点测量得到各热力设备的温度和压力数据，将数据传递给f₄(x)；过程2：在f₄(x)中计算得到各稳态负荷点的蓄量，拟合成函数或支撑表格形式，并将数据实时传递给比较器；过程3：在瞬态变负荷过程中，根据实时温度和压力测点测量得到各热力设备的温度和压力数据，将数据传递给f₅(x)；过程4：在f₅(x)中计算得到实时运行工况下的蓄量，并将数据实时传递给比较器；过程5：在比较器中将实时运行工况下的蓄量与对应稳态负荷点的蓄量作差计算得到实时蓄变化量，并将该数据传递给f₆(x)；过程6：在f₆(x)中将蓄变化量转化为锅炉煤跟水的前馈控制指令，最后叠加到总的给煤量指令中。

图2说明，升负荷过程中各负荷点的锅炉稳态蓄要比实时蓄量大，经过本发明方法将前馈信号实现加速加煤的动作，保证机组出口蒸汽参数维持在较高水平，提高了机组的经济性。

图3说明，降负荷过程中各负荷点的锅炉稳态蓄要比实时蓄小，经过本发明方法将前馈信号实现减缓加煤的动作，保证机组各设备和出口蒸汽参数不至于超温，提高了机组的安全性。