[发明专利]基于壁温预测的燃煤机组水冷壁超温控制系统及方法

说明书

基于壁温预测的燃煤机组水冷壁超温控制系统及方法，该系统一方面结合实际测量信号进行易超温水冷壁壁温最大值预测，并将其与限幅模块、限速模块结合，实现预测值参与超温控制；另一方面，将水冷壁壁温实测壁温信号也与限幅模块、限速模块结合实现实测值参与控制方案；本发明针对易超温的水冷壁壁温进行的实时测量监视、壁温的提前预测与主动抑制调节，通过二次风门燃料风、辅助风的精确控制以及分离器出口温度的设定，有效的解决了锅炉低负荷运行工况下，火焰充满程度不足等燃烧方面的因素以及水冷壁各循环回路汽水流量分配偏差等锅炉水循环的安全性因素发生的水冷壁超温的问题，有效避免射流偏斜引起的偏烧问题及超温爆管风险。

技术领域

本发明涉及火电机组的自动控制领域，具体涉及基于壁温预测的燃煤机组水冷壁超温控制系统及方法

背景技术

面临日益严重的环保压力，国家持续推进能源结构调整，风能、太阳能等清洁能源得到了持续快速的发展。然而由于风能、太阳能等新能源普遍具有随机性和间歇性的特点，大规模并网势必会对电网安全稳定造成一定的影响；另一方面，随着经济增长速度的放缓和经济结构的大幅调整，我国整体电力供需矛盾由短缺向相对过剩转变。因此，为提高风能、太阳能等新能源的消纳能力，火电机组势必承担着较大的调峰重任，机组长期低负荷运行势必成为常态。

另一方面，国内机组普遍存在实际燃煤偏离设计煤种，并且煤质掺烧现象严重，入炉煤质时好时坏，造成实际燃煤质量偏离设计煤种，这从根本上改变了锅炉设计条件。在机组实际运行过程中，炉四角风粉存在一定偏差，易造成锅炉发生偏烧结焦等问题，易发生水冷壁爆管问题。

水动力工况的安全性，锅炉在低负荷状态下运行时，火焰在炉内的充满程度比高负荷时差，致使炉膛热负荷不均。水冷壁各循环回路以及相邻管子之问因汽水流量分配偏差增大可能会造成水循环停止和循环倒流。在低负荷运行时，受燃烧方面的因素以及锅炉水循环的安全性因素，易发生水冷壁超温现象。因此在低负荷运行时，对于水冷壁壁温的实时测量监视、壁温的提前预测与控制是降低爆管风险的有效途径。

目前，火电机组对于壁温测量和控制方案主要是以下两种：

1)通过在锅炉过热器、再热器、水冷壁等部位的管壁金属处安装大量的热电偶壁温测点来实现壁温测量，利用单独的监视系统或者直接接入DCS系统直接监视,提高锅炉长期运行的安全行、稳定性；目前该方法对测点周围的环境要求较高，而炉内环境往往较恶劣，对测量的精度和准确性有一定的影响；同时该方法只能够测得当前时刻温度值，由于测点较多，只有测点发生超温现象时才会发出报警，从而运行人员根据实际经验对锅炉参数进行相应的调整。这样会导致运行人员在壁温超温监盘过程中无法对大量的壁温测点进行实时判断、并且当发生超温报警是在进行控制操作处理，不能及时解决超温问题，对锅炉运行安全带来了不利的影响。

2)通过机理或数理分析方法建立壁温预测模型，从而实现壁温的计算和预测。其中通过水冷壁、过热器等部件的机理建模分析计算壁温，这种方法较为复杂，边界参数较多，电厂实际测点无法给出所有边界参数，且模型不同条件下需要不断修正，因此不符合在线计算的要求，无法实时参与电站壁温闭环控制；基于数理建模分析方法，目前多采用基于人工神经网络的的壁温预测方法，采用BP神经网络等静态网络结构可以实现对锅炉管壁温度进行预测，但是目前壁温预测仅仅停留研究阶段及展示报警阶段，并未使用预测结果参与火电闭环控制。

综上所述，现有的壁温超温应对措施和预测手段，仅仅停留在显示报警，从而凭借运行人员经验进行参数更改，并未实现闭环控制。另一方面，壁温预测模型需要优化，从而实现壁温精准预测，实现提前闭环操作避免壁温超温。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提出了基于壁温预测的燃煤机组水冷壁超温控制系统及方法，对提高火电厂的运行可靠性，有效降低爆管风险，延长关键设备寿命，降低维护维修成本都具有重要的意义。