[发明专利]一种生物质锅炉的锅炉负荷控制系统及控制方法

说明书

本申请提供一种生物质锅炉的锅炉负荷控制系统及控制方法，包括给料装置、连接给料装置、主给水管路和主蒸汽管路的锅炉，系统还包括顺次连接的锅炉负荷控制器、取料机转速计算装置和转速控制装置，其中，主给水管路和主蒸汽管路上分别设置有传感器，锅炉负荷控制器用于计算并向取料机转速计算装置传送用于取料机的转速系数；取料机转速计算装置用于计算燃料负荷指令基准值和燃料负荷设定值，并向转速控制装置发送燃料负荷设定值；转速控制装置用于控制取料机的取料速度。通过本发明可以自动调节进入锅炉的燃料量，实时保持锅炉负荷与锅炉负荷设定值一致，消除锅炉负荷和主蒸汽参数的波动，维持其稳定，还可以提高燃料的燃尽率，提高锅炉效率。

技术领域

本发明涉及锅炉智能控制技术，更具体地，涉及一种生物质锅炉的锅炉负荷控制系统及控制方法。

背景技术

生物质锅炉通过燃烧生物质固态燃料，将能量从燃料产生的烟气转移给过热蒸汽中。过热蒸汽被输送到蒸汽轮机发电系统，将热能转换为电能。常规生物质锅炉的炉前燃料输送系统如图1所示，一台锅炉配有两个炉前料仓，每个料仓下部配有四套取料螺旋装置，总计八套取料螺旋装置。取料螺旋将生物质燃料从料仓中送入落料管，每个落料管对应一套给料机，落料管下的给料机将燃料推入炉膛，在炉膛中，生物质燃料在炉排上燃烧，以高温烟气的形式释放热能，锅炉的水冷壁及过热器通过吸收烟气热量，将能量转移到主蒸汽中，锅炉中吸收的热量即为锅炉负荷，锅炉负荷以蒸汽形式将热量送到汽轮机中。

锅炉负荷是由进入炉膛的燃料发热量决定的，进入炉膛的燃料量通过取料机的转速实现。通常给料机恒定转速运行。如果燃料能够在炉膛中充分燃烧，释放燃料中的热能，还需要有足量的燃烧风进入炉膛，参与燃烧，因此氧量控制也是锅炉负荷控制一个重要内容，如果燃烧风量与燃料的风量需求不一致，燃料就会在锅炉中燃烧不充分，灰渣含碳量和未燃尽可燃性气体就会增多。

在常规的燃煤火力发电厂中，由于燃料热值稳定，通过锅炉负荷需求就可直接得出所需的燃料量，因此主蒸汽也比较稳定，锅炉负荷即可由主蒸汽流量表示，电厂控制中另外一个重要参数为主蒸汽压力，因此可以通过对汽轮机调门开度、锅炉燃料量进行加减来实现对主蒸汽流量、主蒸汽压力的控制，即锅炉控制主蒸汽流量，汽轮机控制主蒸汽压力(如图2所示)，或锅炉控制主蒸汽压力，汽轮机控制主蒸汽流量。或者两者相互协调，共同控制主蒸汽流量和压力。但在生物质电厂中，受到生物质燃料热值、水分变化比较大的限制，为了能够稳定锅炉负荷，一般都是由锅炉控制负荷，同时生物质电厂中汽轮机控制系统都是一个独立控制系统，一般处于阀位控制的手动方式，无法自动调节主蒸气压力，因此，主蒸气压力的控制也需要通过锅炉负荷控制。

目前，由于受生物质燃料热值、水分、种类变化比较大的影响，生物质锅炉负荷都是手动控制方式，当运行人员发现锅炉负荷低时，提高取料机转速，增加燃料量进入炉膛。同时调整燃烧风量，维持烟气氧量在一个正常水平。运行人员发现锅炉负荷高时，降低取料机转速，减少燃料量进入炉膛。同时减少燃烧风量，维持烟气氧量在一个正常水平。整个调整过程都是运行人员手动完成，燃料及风量的增减量，氧量的设定值都由运行人员根据个人经验决定。

图中，PID控制器为比例-积分-微分控制器，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。

PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。PID控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定。

PD控制器和PID控制器类似，但其没有积分环节，存在稳态误差，其特点是调节偏差快速变化时使调解量在最短的时间内得到强化调节，有调节静差，适用于大滞后环节。