[发明专利]实现直流锅炉给水流量与燃料量动态精确配比的补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够在直流锅炉变负荷工况下，使给水流量与燃料量维持适当比例的方法，属于锅炉技术领域。

背景技术

在锅炉运行过程中，给水流量与燃料量必须维持适当比例。对于汽包锅炉，由于汽包内具有较大的水容积，水处于相对过量的状态，锅炉蒸发量主要随燃料量变化而变化，当给水流量与燃料量失配时，首先表现为汽包水位的变化，汽包水位没有超过危险值时，蒸汽温度变化量相对较小。但对于直流锅炉，由于其内部水容积很小，给水流量和燃料量时刻处于动态平衡中，锅炉蒸发量主要取决于给水流量，当给水流量与燃料量失配时，将导致锅炉出口蒸汽温度以及高温受热面的金属温度发生大幅度变化，严重影响锅炉运行安全性和经济性。

直流锅炉通过控制中间点焓（或中间点温度）维持水燃比稳定，中间点焓控制系统通常采用前馈比例加反馈校正控制的方案，即整体上给水流量和燃料量采用比例控制，当两者出现小幅度失配时会导致中间点焓发生变化，由中间点焓反馈控制器输出对给水流量或燃料量进行校正，最终维持水燃比稳定。锅炉在稳态或负荷缓慢变化工况下，这一控制方案能够发挥有效作用。但在锅炉处于高速率变负荷的动态工况时，前馈比例控制不能保证给水流量与燃料量动态时间上配比的准确性，反馈回路难以进行及时调节，会导致中间点焓出现大幅变化。因此，在直流锅炉变负荷工况下保持给水流量与燃料量的动态精确配比至关重要。

给水流量与燃料量配比包括静态幅值上的配比和动态时间上的配比。确定不同静态负荷下给水流量与燃料量的比例关系相对容易，因此实现静态幅值上的精确配比也相对容易，而分析燃料量及给水流量变化影响中间点焓的动态过程、对此进行补偿使两者保持时间上的同步、以实现动态时间上的精确配比则相对困难。

这一问题可以从对象动态特性的角度进行分析。在锅炉运行中，当其他参数不变而增加锅炉燃料量时，原煤首先经过给煤机送入磨煤机，在磨煤机内磨制成煤粉后再经过一次风粉管道送入锅炉炉膛，煤粉迅速燃烧释放热量，热量被锅炉汽水系统各个部分吸收，单位质量的水和水蒸汽吸热量增加，引起中间点焓及锅炉出口蒸汽温度升高。与此相对，当其他参数不变增加锅炉给水流量时，在压力推挤作用下，锅炉内汽水系统各个部分流量几乎同时增加，单位质量的水和水蒸汽吸热量减少，中间点焓及锅炉出口蒸汽温度降低。从整体过程上看，在影响中间点焓变化时，锅炉燃料量变化与给水流量变化之间相差一个制粉环节的动态过程，这意味着燃料量变化要滞后一个制粉环节的动态过程才能与给水流量的变化同步，而制粉过程为一大惯性大迟延环节。这样，当锅炉同时增加燃料量和给水流量时，由于燃料量存在滞后，给水流量变化的作用首先显现出来，中间点焓先大幅度下降，之后随着进入锅炉炉膛实际燃料量的逐渐增加，中间点焓再逐渐回升。

由此，为了保证直流锅炉给水流量与燃料量动态配比关系的稳定，必须考虑给水流量、燃料量与中间点焓之间动态特性的差异。由于中间点焓对给水流量的响应速度快于中间点焓对燃料量的响应速度，所以在设计控制逻辑时，理论上可以采用燃料量超前补偿或给水流量滞后补偿的方式以实现两者的同步。但是，燃料量超前补偿将导致机组高速率变负荷时锅炉燃料量变化的幅度和速率增加，容易发生磨煤机“堵煤”及锅炉燃烧不稳定现象，并且纯迟延特性的超前补偿在理论上无法实现。所以，比较适合的方法是给水流量滞后补偿。可以在代表锅炉燃料量指令的锅炉主控制器输出到理论给水流量指令（即未经过中间点焓控制器输出校正的给水流量指令）之间增加一个具有滞后特性的动态补偿环节，延迟给水流量变化发挥作用的时间，达到燃料量和给水流量协调同步的效果。而准确设置滞后补偿环节的参数，成为实现直流锅炉给水流量与燃料量动态精确配比的关键和难点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种实现直流锅炉给水流量与燃料量动态精确配比的补偿方法，保证给水流量与燃料量维持适当比例，提高锅炉运行安全性和经济性。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种实现直流锅炉给水流量与燃料量动态精确配比的补偿方法，对于直流锅炉控制系统，锅炉主控制器输出信号一方面送至燃料量控制系统成为燃料指令信号；另一方面经过折算处理后送至给水控制系统形成理论给水流量指令，所述方法是在代表锅炉燃料量指令的锅炉主控制器输出信号与理论给水流量指令之间增加给水流量滞后补偿环节，以延迟给水流量的变化时间，所述给水流量滞后补偿环节包括多点折线函数模块F₁(x)和四阶惯性环节，多点折线函数模块F₁(x)的输入信号为锅炉主控制器输出信号，其输出端通过四阶惯性环节给出理论给水流量指令信号。