燃煤工业锅炉节能运行智能化自动控制方法

摘要

一种燃煤工业锅炉节能运行智能化自动控制方法，该方法由自动控制装置完成，所述装置包括处理器、存储器、传感器和执行机构；步骤包括：1)获取控制参数：先记录专家或有经验的司炉人员在一定时期内针对不同工况点对锅炉做相应的操作，处理器处理所述工况点参数和相应的操作，得到工况点参数和操作之间的对应关系，并存储在存储器里；2)根据获得参数自动司炉：处理器通过传感器获取的锅炉运行工况点参数，根据步骤1)得到的对应关系，对执行机构发出指令，对锅炉进行自动司炉。与现有技术相比，本发明解决了现有技术中存在的问题，可以简单、可靠的自动调节燃煤工业锅炉运行，最重要的是实现锅炉的高效率运行。

说明书

技术领域

本发明属于工业自动化控制技术领域，具体是一种燃煤工业锅炉节能运行智能化自动控制方法和装置。

背景技术

现有燃煤工业锅炉在运行中存在的问题：

1、燃煤工业锅炉新产品在出厂时按照国家标准规定都需要进行一次热工测试和和鉴定，达不到国家规定的热效率指标则不能出厂，这是非常严格的，来不得半点马虎。这里的问题是；为什么出厂测试效率较高，而在运行时热效率不能保持和持续下降呢？这是因为；在作出厂热工测试时锅炉运行的燃烧工况都处于最佳状态，所有的主、辅机的运行工况的调整都是由工厂的专业人员根据当时的环境、煤种等实际状况来完成的，可以这样理解，是专家在烧锅炉。而绝大多数锅炉运行操作的司炉人员的操作水平和专家相比是有一定差距的，况且人忠于职守的程度和智能化的控制机械相比也是有一定差距的。这就是运行效率总是小于测试效率的原因之一。

2、绝大多数燃煤锅炉没有效率在线检测设备和显示功能，锅炉房管理人员和司炉工不能够随时准确掌握锅炉的实际运行状况，优选调整则无从谈起。

3、燃煤工业锅炉的主、辅机械尤其是辅机比较粗糙、燃烧设备质量较差且随着运行时间的增加，其设备工况和性能都会下降，直至不能正常运行，而锅炉房管理人员和操作工往往对锅炉的主机及各类辅机的功能和性能指标是否能保持与新出厂的状态；或性能指标虽然有所下降，但是否仍然能保持锅炉正常运行等指标无从知晓，当然就谈不上合理和精确的调整。

4、锅炉的运行使用地和测试所在地的环境温度、大气压强、空气含氧量、煤种等参数指标往往是有较大差异的，锅炉房的管理人员和操作人员难以作出准确的判断和调整。

5、目前的绝大多数燃煤工业锅炉的运行控制和调节还处在手动调整的操作水平上。还没有一种切实可行的智能化的控制方法。

由于燃煤工业锅炉燃烧过程很复杂(例如锅炉的使用所在地的环境温度、大气压强、空气含氧量和煤种等参数指标往往是有较大差异的)，燃烧过程存在很大的不确定性，所以燃煤工业锅炉的控制多是由人工来完成，具体来说，就是通过司炉人员观察仪表或炉膛燃烧的可视特征来对锅炉的风煤比、炉膛压力等进行调整。调整风煤比、炉膛压力等可以通过按钮手动等方式开关相应的执行机构。对于一些中小型锅炉来说，采用上面方法的投资强度比较低，但是对司炉人员的经验等素质要求比较高，自动化程度很低。对于一些大型锅炉，可以通过采用设置复杂的锅炉参数在线采集装置，配合大型的自动化控制系统来完成燃煤工业锅炉的自动化控制，这样，虽然可以比较完善地对燃煤锅炉进行自动化控制，但是，投资强度太大，只适用于一些火力发电站等。

发明内容

本发明发明要解决的技术问题如下：

1、控制机械的软件能模拟专家对燃煤工业锅炉运行的调节方法，针对各种煤种和环境指标及负荷要求，通过电气元件和各种机械执行机构，自动实现锅炉运行的效率控制和调整。而这种模拟专家系统的控制方法要避开传统思路，即；用大量的价值昂贵的传感器系统，在线采集信号，输入计算机系统，通过软件计算，输出控制信号指令，从而实现智能化自动控制。但是，这种方法投资强度极大，难以实现市场大面积推广。

2、节能控制器能在线显示锅炉的运行效率状况，能输入锅炉运行调节所必须的各种参数并通过程序计算，对锅炉运行的各类执行机构输出动作指令。

3、控制机械的人机对话界面，能模拟专家对燃煤工业锅炉系统设备主、辅机的设备工况及性能满足度判断，及时的作出预示和报警。提示锅炉房管理人员进行必要的设备维修和保养。

本发明的技术要点在于；采用本方法，不需要安装大量的传感器，只在控制装置中增加学习、记忆程序，自动记录专家或有经验的司炉工在一定时期内和一定数量的操作工况点，然后自动对锅炉运行进行自动化控制和调节，具体技术方案如下：

一种燃煤工业锅炉节能运行智能化自动控制方法，该方法由自动控制装置完成，所述装置包括处理器、存储器、传感器和执行机构；步骤包括：

1)获取控制参数：

先记录专家或有经验的司炉人员在一定时期内针对不同工况点对锅炉做相应的操作，处理器处理所述工况点参数和相应的操作，得到工况点参数和操作之间的对应关系，并存储在存储器里；

2)根据获得参数自动司炉：

处理器通过传感器获取的锅炉运行工况点参数，根据步骤1)得到的对应关系，对执行机构发出指令，对锅炉进行自动司炉。

所述传感器包括锅炉的效率仪。对于层燃式锅炉，传感器包括燃烬段煤层的温度传感器和/或锅炉的效率仪。

工况点是指锅炉的效率仪的指示，工况点参数即为效率值。对于层燃式锅炉，工况点是指燃烬段煤层的温度，工况点参数即为温度；或工况点是指锅炉的效率仪的指示，工况点参数即为效率值；或工况点是指燃烬段煤层的温度和锅炉的效率仪的指示，工况点参数即为所述温度和效率值的集合。

相应的操作包括对能源消耗量即进煤量进行调整、对风煤比进行调整或对炉膛压力进行调整中的一种或几种的集合。

处理器记录专家或有经验的司炉人员在一定时期内针对不同工况点参数对锅炉做相应的操作信息，以工况点的参数为自变量，对应的操作为因变量处理得到函数关系；在自动司炉状态时，由处理其根据传感器传来的工况点信息，参照函数关系对执行机构发出动作指令。

对于相邻工况点，参数即自变量和操作因变量的对应关系是比例或反比例关系。

在一定时期内，对同一参数即自变量，对应的多个操作即因变量取平均值，该平均值是多个操作即因变量的算数平均数。

所述在后获取的函数关系覆盖在前获取的函数关系。

与现有技术相比，本发明解决了现有技术中存在的问题，可以简单、可靠的自动调节燃煤工业锅炉运行，最重要的是实现锅炉的高效率运行。

作为功能扩展，还可以由所述控制器连接预/报警装置，自动提示锅炉管理人员进行必要的设备维修和保养。

附图说明

图1是实施例中，实现本方法的自动控制装置原理框图。

图2是层燃式燃煤锅炉工作原理示意图。

图3是实施例中对于同一自变量，多个时间点采集的因变量的曲线示意图。

图4是是实施例中对对能源消耗量即进煤量进行调整、对风媒比进行调整和对炉膛压力进行调整集合的曲线示意图。

图2中，炉排驱动轮1、炉排2、煤仓3、煤闸门4、煤5、煤层6、燃烬段7、送风机8、引风机9、等压风仓10。

打开炉排上方煤仓的煤闸门，把煤放到炉排上。由于煤闸门开口的限制，炉排上的煤成层状，并且调整煤闸门开口大小可以改变煤层的厚度。炉排驱动轮驱动炉排运动(类似传动带)，把煤带入炉膛的燃烧段。在炉膛内每层直接在炉排上燃烧，直至燃烬，最后被炉排带出炉膛的燃烧段，排渣即可。

送风机在炉排前下部，引风机在炉排后下部，炉排在等压风仓内。

具体实施方式

下面以本发明在层燃式锅炉中的应用，对本发明作进一步说明。

一种燃煤工业锅炉节能运行智能化自动控制方法，该方法由自动控制装置完成，所述装置包括处理器、存储器、传感器、键盘、执行机构和预/报警装置；步骤包括：

1)获取控制参数：先记录专家或有经验的司炉人员在一定时期内针对不同工况点对锅炉做相应的操作，处理器处理所述工况点参数和相应的操作，得到工况点参数和操作之间的对应关系，并存储在存储器里；

2)根据获得参数自动司炉：处理器通过传感器获取的锅炉运行工况点参数，根据步骤1)得到的对应关系，对执行机构发出指令，对锅炉进行自动司炉。

所述一定时期，在新锅炉最初使用的半年内，该时间段比较短，一般可以是3天左右，记录工况点的密度为2小时1次。当锅炉使用一段时间以后，工况点的采集所需时间和密度根据需要进行适当的调整。

所述传感器包括锅炉的效率仪和燃烬段煤层的温度传感器。工况点是指锅炉的效率仪的指示，以及燃烬段煤层的温度。

此时，工况点参数为效率值和煤层温度的集合。相应的操作包括对能源消耗量即进煤量进行调整、对风煤比进行调整或对炉膛压力进行调整的集合。

处理器记录专家或有经验的司炉人员在一定时期内针对不同工况点参数对锅炉做相应的操作信息，以工况点的参数为自变量，对应的操作为因变量处理得到函数关系；在自动司炉状态时，由处理其根据传感器传来的工况点信息，参照函数关系对执行机构发出动作指令。

对于相邻工况点，参数即自变量和操作因变量的对应关系是比例或反比例关系。在一定时期内，对同一参数即自变量，对应的多个操作即因变量取平均值，该平均值是多个操作即因变量的算数平均数。对于因变量为对能源消耗量即进煤量进行调整、对风媒比进行调整或对炉膛压力进行调整的集合的情况下，各个调整方式取算数平均数。

所述在后获取的函数关系覆盖在前获取的函数关系。例如对于新锅炉，由于比较稳定，在先的函数关系适用于最初的半年；但是随着使用，锅炉本身或运行发生变化，就需要重新确定函数关系；由于锅炉由新到旧的不可逆性，在先的函数关系就不适用了。同样，随煤种和季节等的变化，也需要重新确定函数关系。

本例中，如图1，所述自动控制装置装置包括处理器、存储器、传感器、执行机构和预/报警装置。处理器选择LPC2100系列ARM7微控制器，该微控制器自带存储器。微控制器通过继电器控制执行机构的工作。

本方法中，可以通过键盘输入来确定自动控制装置装置时处于获取控制参数状态还时处于自动司炉状态。

具体调整方法如下：

1、能源消耗量(进煤量)自动选优调整；

由于锅炉运行的负荷要求及煤种常有变化，要使得锅炉合理和节能运行，必须对能源消耗量(进煤量)进行动态调节，现有的调节手段都是依赖于司炉工手动调节，人不去或不及时的进行，或调节经验有误，不正确、不精确都会造成锅炉效率的下降和能源的浪费。

本处理器可以根据的能源需求量(上煤量)的计算方法(即所述函数关系)，自动进行软件程序计算，发出工作指令，自动控制上煤机械(即执行机构)的运行和精确调整，从而有效的控制最佳能源消耗量(进煤量)。

2、风煤比调整；

煤的燃烧是需要氧气的，而氧气的来源是通过送风机械直接补充空气或补充加过热的热空气，煤燃烧与所需要的空气量是有一定比例关系的，过多或过少都不利于煤的充分燃尽。对此；一是要正确选择，二是伴随着煤种、负荷量等情况发生的改变，必须及时的给予调整，正确的选择风煤比是燃烧的关键，目前的绝大多数燃煤工业锅炉尤其是层燃炉，都是司炉工凭经验，采用不同形式的手动控制和调节，这种方式往往是滞后和不精确的。

本处理器可以根据的专家对风煤比提供的经验参数得到的计算方法(即所述函数关系)，自动进行软件程序计算，发出工作指令，对送风机械的调节(即执行机构)发出调节指令，正确选择和调节送风量的大小，使得风煤比保持最佳状态，从而使锅炉的燃烧工况处于最佳。

3、炉膛压力自动调整

煤在燃烧的过程中会有一部份的物质气化析出，结合送风机械送进的空气形成大量的高温烟气，对炉膛外壁产生压力；现有的机械化燃煤工业锅炉绝大多数采用机械引风的方法，将燃烧过程产生的烟气强制的排向大气层。送风量和引风量之间也存在一定的比例关系，由此而产生对炉膛壁的不同压力，我们称之为负压燃烧、微正压燃烧、正压燃烧等工况，而采用什么样的燃烧工况，是由锅炉设计人员设计确定并且不可违背和随意更改的。否则会影响到锅炉的正常燃烧导至热效率的下降，由于送风量需要适时性调节，引风量也就需要进行随动性调整，这种调整目前也是司炉工凭经验手动完成的。

本处理器可以根据的专家对炉膛压力提供的经验参数得到的计算方法(即所述函数关系)，自动进行软件程序计算，选择好送风量和引风量的比例，向引风机风量调节执行机械发出调节指令，准确的执行专家给定的炉膛工作压力的选取范围，从而自动的随动性调整好引风量，使炉膛工作压力状况处于最佳。保持锅炉的高效节能运行。

在专家或有经验的司炉人员具体操作时，可以参考锅炉效率值和燃烬段煤层的温度中的一种或两种，做上面的三种调整调整中的一种或几种。本例中，把考锅炉效率值和燃烬段煤层的温度作为自变量的集合，可以涵盖多种操作可能性，同样把上面的三种调整调整中的一种或几种作为因变量的集合。

自变量和因变量的函数关系比较简单，在编写软件时非常容易，也易于维护，尤其在工业控制中非常适合。由于函数关系以及处理器对各个器件控制的编程方法在现有技术中比较常见，本例中，就不对函数关系以及处理器对各个器件控制的具体编程方法作进一步限制了。

由于所述自变量和因变量的选取取决于具体操作人员主观因素，所以具体的参数值和相应的操作差别很大。但是，准确找出其效率下降的原因和提出合理有效的节能运行控制方法，通过智能化的燃煤工业锅炉节能控制机械去实现自动控制和调节，从而保证锅炉长期持续有效的节能运行，是本方法的实质性内容。