[发明专利]炉膛辐射能信号检测方法及其用于控制锅炉燃烧的方法

说明书

技术领域

本发明属于燃烧监测及控制领域，适用于火电机组煤粉燃烧锅炉的燃烧优化控制。

背景技术

火电机组是一个多级能量转换系统：从燃料进入炉膛到释放出辐射能量(快速过程)、通过导热和对流等方式将辐射能量进一步传递到锅炉出口蒸汽(缓慢过程)、蒸汽进入汽轮机带动发电机发出电力(快速过程)，整个能量转换体系可看作是两头快、中间慢的能量转换过程。现行的机组负荷控制策略还没有有效的办法克服中间慢的过程的影响，导致机组变负荷运行能力和机组运行热经济性的提高受到制约。

热量信号是一个构造信号，采用锅炉汽包蓄热、过热器换热和再热器换热的动态变化来计算，代表了单位时间内燃料燃烧传递给锅炉的热量。虽然相对于主蒸汽压力，热量信号用于锅炉的燃烧优化控制，在响应速度上有了很大改善，但是相对于炉内燃烧放热过程，仍然存在较大滞后，这是因为炉膛辐射换热后，在经过了水冷壁和过热器、再热器的换热表面才得到热量信号。由于热量信号易于测量并且稳态精度较高，因此机炉控制中基本上仍沿用这一信号。

目前，用于锅炉控制的热量信号是汽水侧参数的表征，稳定性好。由于辐射能、热量信号都能反映炉膛燃烧情况，而辐射能信号的物理本质上和热量信号有相似之处，因此，如果将热量信号与辐射能信号进行融合，能得到反映稳定性的锅侧热量信号，以及反映快速性的炉侧辐射能信号，二者的结合，综合考虑了锅、炉各自的特点，可以更好地进行燃烧调整和控制。

浙江大学常瑞丽、王飞等在“煤粉炉内辐射能信号光谱分布特性试验研究”一文中(发电设备，2006，no.2：81-84)提出了辐射能信号的计算方法，但是由于按此方法得到的辐射能信号测量复杂，实际应用困难。

哈工大的于达仁等在“炉膛辐射能信号和热量信号的信息融合方法”一文中(中国电机工程学报，2003，23(4)：158-161)进行了炉膛辐射能信号和热量信号的信息融合的研究，通过对辐射能信号进行频谱分析，利用互补FRF(频率响应函数)对，在领域内进行信号融合，设计的方案经仿真试验对提高系统的控制品质有一定的作用，但实际工程性应用的探索尚未开展。

华北电力大学杨大锚、刘禾等人在“炉内辐射能的测量理论分析与试验研究”一文中(现代电力，2006，23(4)：53-56)开展了在黑体炉上炉内辐射能的测量理论分析和试验研究，仅限于理论分析。

陈伟荣、崔巍等在“基于辐射能信号的机组负荷及燃烧控制优化”一文中(华东电力.2006，34(7)：79-82)利用红外辐射能信号快速反应炉内热量的特点，将其作为提前反馈量，接入DCS锅炉主控模块中进行了实验研究，但现场应用受到制约。

清华大学的马涛、徐向东等在“基于辐射能信号的锅炉燃烧调节系统研究”(电站系统工程，2004，20(1)：52-54)和“基于辐射能检测的智能燃烧进化优化系统研究”(热能动力工程，2004，19(3)：281-284)中提出采用基于辐射能信号的锅炉燃烧调节系统设计思想，但在大型机组及全炉膛多点检测和控制中，尚无好的解决办法。同时，要开展基于辐射能检测的智能燃烧进化优化系统时，没考虑辐射能信号的变化，只是将模糊控制器的参数引入，并且当煤种发生变化时，需要将煤质分析结果引入到系统中重新建立模型，这种控制方法在大型机组上的应用上仅处于理论分析阶段。

目前，火电机组燃烧优化研究，大都是基于模型反演进行的，美国Pegasus公司的Power Perfecter^TM燃烧优化软件就是典型代表。这种燃烧优化软件是基于神经网络技术、现代控制理论和非线性算法，通过建立多目标的动态优化控制器，智能优化调整DCS设定参数和控制偏差。上述燃烧优化控制方法，都是基于历史数据及先验条件的算法来实现的。由于炉内的实际燃烧过程复杂，尚没有有效的炉内燃烧检测手段，仅依靠有限的汽水侧和烟气侧测点，给出的燃烧调整指导不够可靠，也无法定量分析和判断炉内的燃烧状况。

王满家等(1995)在“能量平衡法及在线热效率的研究与应用”(中国电力.1995，28(12)：38-41)一文中提出利用炉内火焰辐射能信号的大小对锅炉的燃料、送风进行调节，使锅炉运行保持热效率最佳状况，但是这种辐射能信号的检测方法过于简单，不能代表炉膛整个空间内的燃烧状况，可靠性欠缺。