[发明专利]一种电站锅炉炉膛温度场的平衡控制方法

摘要

本发明公开了一种电站锅炉炉膛温度场的平衡控制方法，包括以下步骤：（1）建立炉膛截面参考坐标系；（2）在炉膛截面的横向和纵向上分别布置温度测量装置；（3）获取各测量路径上的温度值；（4）作炉膛截面测量路径的温度与坐标之间的拟合曲线；（5）对炉膛截面进行网格划分；（6）建立炉膛截面的二维温度场；（7）计算炉膛截面的二维温度场的中心坐标；（8）采用PID控制器对炉膛温度场进行控制修正量计算；（9）计算锅炉四个角喷口燃料风风门开度的控制修正量；（10）温度场平衡控制方法在分散控制系统DCS中的实现；本发明的优点是保证锅炉燃烧时煤粉充分燃尽，火焰中心处于炉膛中央，炉膛温度场均匀分布，提高炉膛燃烧的效率和稳定性。

主权项

1.一种电站锅炉炉膛温度场的平衡控制方法，其特征在于步骤如下：步骤一、建立炉膛截面参考坐标系：取炉膛截面的几何中心作为参考坐标系的原点，以过原点沿炉膛截面横向的直线作为参考坐标系的X轴，以过原点沿炉膛截面纵向的直线作为参考坐标系的Y轴；步骤二、在炉膛截面的横向和纵向上分别布置温度测量装置：在炉膛截面上与Y轴平行方向均匀设置M条直线，形成M条温度测量路径，从左到右依次为、、…、、…、，在M条测量路径上分别布置温度测量装置，各测量路径对应的X轴坐标依次为x_L1、x_L2、…、x_Lm、…、x_LM；其中m的取值范围为1~M；所述温度测量路径的数目M大于等于2；在炉膛截面上与X轴平行方向均匀设置N条直线，形成N条温度测量路径，从下到上依次为LY₁、LY₂、…、LY_n、…、，在N条测量路径上分别布置温度测量装置，各测量路径对应的Y轴坐标依次为y_L1、y_L2、…、y_Ln、…、y_LN；其中n的取值范围为1~N；所述温度测量路径的数目N大于等于2；步骤三、获取各测量路径上的温度值：测量得到炉膛截面各测量路径上的温度值TX₁、TX₂、…、、…、，以及各测量路径LY_n上的温度值TY₁、TY₂、…、TY_n、…、TY_N；由于炉膛结构的特殊性，测量各点的温度是相当困难的，该步测量得到的(M+N)个温度值实际上是各测量路径上的温度平均值；步骤四、作炉膛截面测量路径的温度与坐标之间的拟合曲线：将步骤三测得的各测量路径上的温度值与炉膛截面上对应的X轴坐标采用样条拟合的方式进行温度曲线拟合，得到炉膛截面中与Y轴相平行方向上M条路径的M个温度值的拟合曲线的公式（1）如下：（1）将步骤三测得的各测量路径LY_n上的温度值与炉膛截面上对应的Y轴坐标采用样条拟合的方式进行温度曲线拟合，得到炉膛截面中与X轴相平行方向上N条路径的N个温度值的拟合曲线的公式（2）如下：（2）步骤五、为建立炉膛截面的二维温度场，对炉膛截面进行网格划分：将炉膛截面均匀划分为（I+1）×（J+1）个网格，得到炉膛截面范围内划分后的X轴坐标依次为x₁、x₂、…、、…、x_I，以及划分后的Y轴坐标依次为y₁、y₂、…、y_j、…、y_J；其中i的取值范围为1~I，j的取值范围为1~J；I的取值范围为10M~20M；J的取值范围为10N~20N；步骤六、建立炉膛截面的二维温度场：利用步骤四得到的炉膛截面上的各测量路径的温度拟合曲线的公式（1）~（2），代入划分后的X轴坐标和Y轴坐标，得到和，根据如下公式（3）得到炉膛截面上经步骤五划分的网格交汇节点处的温度值，完成炉膛截面二维温度场的建立：（3）其中，为划分网格交汇节点处的温度值；步骤七、计算炉膛截面的二维温度场的中心坐标：首先，利用步骤六得到的划分网格交汇节点处的温度值，根据如下公式（4）~（5）计算得到二维温度场的中心的横、纵坐标（x_T0，y_T0）：（4）（5）炉膛截面的二维温度场中心是炉膛燃烧火焰中心位置通过参考坐标系在数学上最直观的表示；步骤八、采用PID控制器对炉膛温度场进行控制修正量计算：采用2个PID控制器PID_x和PID_y，将上述步骤七中计算得到的炉膛截面的二维温度场中心的横、纵坐标作为控制器PID_x和PID_y的测量值输入，将炉膛截面的几何中心，即（0,0）作为控制器PID_x和PID_y的目标设定值输入，通过控制器PID_x和PID_y的计算，输出X方向和Y方向上对炉膛截面的二维温度场中心的控制修正量u_x和u_y；步骤九、计算锅炉四个角喷口燃料风风门开度的控制修正量：利用步骤八计算得到的X方向和Y方向上对炉膛截面二维温度场中心的控制修正量u_x和u_y，根据如下公式（6）~（9）分别计算锅炉四个角的喷口燃料风风门开度的控制修正量u_1、u_2、u_3、u₄：（6）（7）（8）（9）其中，u₁、u₂、u₃、u₄分别是四个角的喷口燃料风风门开度的控制修正量，即u₁和u₃处于对角位置，u₂和u₄处于对角位置，处于对角位置的两个量的变化互为相反，即一个增加则另一个减少；步骤十、温度场平衡控制方法在分散控制系统DCS中的实现：利用步骤九中计算得到的锅炉四个角的燃料风风门开度的控制修正量u₁、u₂、u₃、u₄来调整锅炉四个角燃料风风门实际的开度指令值，在发电机组分散控制系统DCS中，根据如下公式（10）~（13）计算调整后的四个角C₁~C₄的燃料风风门开度指令值分别为：（10）（11）（12）（13）其中，u_k,DCS(k=1,2,3,4)分别为锅炉没有进行控制修正前，分散控制系统DCS中已有的控制系统计算的锅炉四个角燃料风风门开度指令值。