[发明专利]负荷大范围变动下的循环流化床锅炉燃烧优化控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种优化控制系统，具体涉及一种负荷大范围变动下的循环流化床锅炉燃烧优化控制系统。

背景技术

循环流化床燃烧锅炉因其高效、低污染、燃料适应性广等特点，在近十几年来得到了迅速的发展。循环流化床锅炉的燃烧系统较集中地反映了循环流化床的结构特点，其燃烧室与常规的煤粉锅炉的炉膛有较大的差异。典型的循环流化床锅炉分为上、下两部分，燃烧室的上部为氧化燃烧区，下部主要是还原燃烧和固硫区，由布风装置、密相区、床内受热面、气固物料分离装置、返料器等部分组成。其燃烧过程为：煤和脱硫剂被送入炉膛后，迅速被炉膛内存在的大量惰性高温物料包围，着火燃烧，发生脱硫反应，并在上升气流作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的其他受热面放热。粗大粒子在被上升气流带入悬浮区后，在重力及其它外力作用下不断减速偏离主气流，并最终形成附壁下降粒子流。被夹带出炉膛的固体粒子随气流进入高温分离器，大量固体物料，包括煤粉和脱硫剂，被分离出来送回炉膛进行循环燃烧和脱硫。未被分离的极细粒子随烟气进入尾部烟道，进一步对受热面、空气预热器等放热冷却，经除尘器后由引风机进入烟囱排出大气。但是由于循环流化床锅炉燃烧系统是一个多变量、强耦合、纯延迟大、时变的非线性难控系统，因而在负荷有较大波动的工况下，循环流化床锅炉的燃烧自动控制尤其困难。

首先，用汽负荷大范围波动下的循环流化床锅炉燃烧控制需满足以下主要目标：1)燃烧的安全性：保障料层的完全流化(包括炉膛内及返料器内)，即料层不结焦、返料不中止，而又不能使料层过流化；控制炉内各点温度以保证脱硫效果，且不易熄火或结焦，如床温一股维持在875±25℃。2)维持锅炉出口蒸汽压力的稳定：使循环流化床锅炉在不同负荷下都能维持锅炉出口蒸汽压力的稳定，并能平稳的升降负荷。3)保障燃烧的经济性和环保性：不同负荷下合理的风煤比(烟气氧含量)，合理的料层厚度(密相区物料量)和循环灰量(稀相区物料量)及炉内各部分温度的调整，保证不同负荷下燃烧的经济性并满足烟气含硫量等排放指标。

其次，用汽负荷大范围波动下的循环流化床燃烧控制难点在于判断并控制炉内料层厚度、循环灰量、密相区和稀相区的碳含量。但是这些变量都难以直接测量，如现有方法多采用料层差压来表征料层厚度，由于根据测点两个界面的伯努力方程，料层差压的测量值为料层所产生的静压力和流动阻力之和，在负荷大范围变动的工况下，物料与炉壁和布风板的摩擦阻力不可忽略，所以即使物料量不变，若一次风机加大，流动阻力加大，料层差压也会增大；因而采用单一的料层差压无法准确的表征炉内的料层厚度，不适用于负荷大范围变动的工况。同时，当负荷不同时，循环流化床锅炉本身所需的炉内各部分物料量及其配比也不同，而且各部分物料量及其配比的改变是一个动态的过程，需综合考虑锅炉出口压力的稳定和燃烧的平稳来对给煤、排渣、排灰、一次风、二次风，返料风、引风等多个变量进行协调控制。现有技术无法解决在用汽负荷大范围波动下，保障循环流行化床燃烧的安全性与经济性，并且维持锅炉出口蒸汽压力稳定等问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种使循环流化床锅炉在负荷大范围波动的工况下，能够实现长期安全稳定的自动化运行，达到节能减排效果的负荷大范围变动下的循环流化床锅炉燃烧优化控制系统。

本发明的技术方案如下：

一种循环流化床锅炉燃烧优化控制系统，其特征在于：它包括DCS系统、优化控制器、专家逻辑判断电路和人机交互模块，其中所述优化控制器包括锅炉负荷调节回路和炉内物料分布估测器；所述DCS系统用于采集锅炉过程数据的测量信号，并向所述锅炉负荷调节回路、炉内物料分布估测器、专家逻辑判断电路输出所述测量信号，根据所述专家逻辑判断电路输入的控制指令，向锅炉输出控制信号；所述人机交互模块向所述锅炉负荷调节回路输入料层温度设定值、出口蒸汽压力设定值和出口氧含量设定值；

所述锅炉负荷调节回路向所述炉内物料分布估测器输出一次风量计算值、二次风量计算值和燃料量计算值；所述锅炉负荷调节回路的测量信号输入端连接所述DCS系统的输出端，设定信号输入端连接所述人机交互模块的输出端，临时修正信号的输入端连接所述专家逻辑判断电路的输出端；

所述炉内物料分布估测器的输入端连接所述锅炉负荷调节回路和DCS系统的输出端，向所述专家逻辑判断电路输出料层厚度判断结果，其中用以判断炉内料层厚度的床层压降ΔP可表示为：

ΔP＝mg+κf(u²，h，i)

其中h为频率，u为风量，i为电流，m为床层物料的总质量，κ的取值由现场实际数据拟合；