[發明專利]爐膛輻射能信號檢測方法及其用于控制鍋爐燃燒的方法

無效

• 申請號: 200910273514.3
• 申請日: 2009-12-31
• 公開（公告）號: CN101788343A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 羅自學;周懷春;汪飛
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;F23N3/00;F22G5/20
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 方放

技術領域

本發明屬于燃燒監測及控制領域，適用于火電機組煤粉燃燒鍋爐的燃燒優化控制。

背景技術

火電機組是一個多級能量轉換系統：從燃料進入爐膛到釋放出輻射能量(快速過程)、通過導熱和對流等方式將輻射能量進一步傳遞到鍋爐出口蒸汽(緩慢過程)、蒸汽進入汽輪機帶動發電機發出電力(快速過程)，整個能量轉換體系可看作是兩頭快、中間慢的能量轉換過程。現行的機組負荷控制策略還沒有有效的辦法克服中間慢的過程的影響，導致機組變負荷運行能力和機組運行熱經濟性的提高受到制約。

熱量信號是一個構造信號，采用鍋爐汽包蓄熱、過熱器換熱和再熱器換熱的動態變化來計算，代表了單位時間內燃料燃燒傳遞給鍋爐的熱量。雖然相對于主蒸汽壓力，熱量信號用于鍋爐的燃燒優化控制，在響應速度上有了很大改善，但是相對于爐內燃燒放熱過程，仍然存在較大滯后，這是因為爐膛輻射換熱后，在經過了水冷壁和過熱器、再熱器的換熱表面才得到熱量信號。由于熱量信號易于測量并且穩態精度較高，因此機爐控制中基本上仍沿用這一信號。

目前，用于鍋爐控制的熱量信號是汽水側參數的表征，穩定性好。由于輻射能、熱量信號都能反映爐膛燃燒情況，而輻射能信號的物理本質上和熱量信號有相似之處，因此，如果將熱量信號與輻射能信號進行融合，能得到反映穩定性的鍋側熱量信號，以及反映快速性的爐側輻射能信號，二者的結合，綜合考慮了鍋、爐各自的特點，可以更好地進行燃燒調整和控制。

浙江大學常瑞麗、王飛等在“煤粉爐內輻射能信號光譜分布特性試驗研究”一文中(發電設備，2006，no.2：81-84)提出了輻射能信號的計算方法，但是由于按此方法得到的輻射能信號測量復雜，實際應用困難。

哈工大的于達仁等在“爐膛輻射能信號和熱量信號的信息融合方法”一文中(中國電機工程學報，2003，23(4)：158-161)進行了爐膛輻射能信號和熱量信號的信息融合的研究，通過對輻射能信號進行頻譜分析，利用互補FRF(頻率響應函數)對，在領域內進行信號融合，設計的方案經仿真試驗對提高系統的控制品質有一定的作用，但實際工程性應用的探索尚未開展。

華北電力大學楊大錨、劉禾等人在“爐內輻射能的測量理論分析與試驗研究”一文中(現代電力，2006，23(4)：53-56)開展了在黑體爐上爐內輻射能的測量理論分析和試驗研究，僅限于理論分析。

陳偉榮、崔巍等在“基于輻射能信號的機組負荷及燃燒控制優化”一文中(華東電力.2006，34(7)：79-82)利用紅外輻射能信號快速反應爐內熱量的特點，將其作為提前反饋量，接入DCS鍋爐主控模塊中進行了實驗研究，但現場應用受到制約。

清華大學的馬濤、徐向東等在“基于輻射能信號的鍋爐燃燒調節系統研究”(電站系統工程，2004，20(1)：52-54)和“基于輻射能檢測的智能燃燒進化優化系統研究”(熱能動力工程，2004，19(3)：281-284)中提出采用基于輻射能信號的鍋爐燃燒調節系統設計思想，但在大型機組及全爐膛多點檢測和控制中，尚無好的解決辦法。同時，要開展基于輻射能檢測的智能燃燒進化優化系統時，沒考慮輻射能信號的變化，只是將模糊控制器的參數引入，并且當煤種發生變化時，需要將煤質分析結果引入到系統中重新建立模型，這種控制方法在大型機組上的應用上僅處于理論分析階段。

目前，火電機組燃燒優化研究，大都是基于模型反演進行的，美國Pegasus公司的Power?Perfecter^TM燃燒優化軟件就是典型代表。這種燃燒優化軟件是基于神經網絡技術、現代控制理論和非線性算法，通過建立多目標的動態優化控制器，智能優化調整DCS設定參數和控制偏差。上述燃燒優化控制方法，都是基于歷史數據及先驗條件的算法來實現的。由于爐內的實際燃燒過程復雜，尚沒有有效的爐內燃燒檢測手段，僅依靠有限的汽水側和煙氣側測點，給出的燃燒調整指導不夠可靠，也無法定量分析和判斷爐內的燃燒狀況。

王滿家等(1995)在“能量平衡法及在線熱效率的研究與應用”(中國電力.1995，28(12)：38-41)一文中提出利用爐內火焰輻射能信號的大小對鍋爐的燃料、送風進行調節，使鍋爐運行保持熱效率最佳狀況，但是這種輻射能信號的檢測方法過于簡單，不能代表爐膛整個空間內的燃燒狀況，可靠性欠缺。