[發明專利]一種電站鍋爐爐膛溫度場的平衡控制方法

有效

• 申請號: 201310576921.8
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103557535A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 王東風;劉千;江溢洋;牛成林
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: F23N5/00
• 分類號: F23N5/00
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司 13100
• 代理人: 楊欽祥;張素靜

1.一種電站鍋爐爐膛溫度場的平衡控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟一、建立爐膛截面參考坐標系：

取爐膛截面的幾何中心作為參考坐標系的原點，以過原點沿爐膛截面橫向的直線作為參考坐標系的X軸，以過原點沿爐膛截面縱向的直線作為參考坐標系的Y軸；

步驟二、在爐膛截面的橫向和縱向上分別布置溫度測量裝置：

在爐膛截面上與Y軸平行方向均勻設置M條直線，形成M條溫度測量路徑，從左到右依次為????????????????????????????????????????????????、、…、、…、，在M條測量路徑上分別布置溫度測量裝置，各測量路徑對應的X軸坐標依次為x_L1、x_L2、…、x_Lm、…、x_LM；其中m的取值范圍為1~M；所述溫度測量路徑的數目M大于等于2；

在爐膛截面上與X軸平行方向均勻設置N條直線，形成N條溫度測量路徑，從下到上依次為LY₁、LY₂、…、LY_n、…、，在N條測量路徑上分別布置溫度測量裝置，各測量路徑對應的Y軸坐標依次為y_L1、y_L2、…、y_Ln、…、y_LN；其中n的取值范圍為1~N；所述溫度測量路徑的數目N大于等于2；

步驟三、獲取各測量路徑上的溫度值：

測量得到爐膛截面各測量路徑上的溫度值TX₁、TX₂、…、、…、，以及各測量路徑LY_n上的溫度值TY₁、TY₂、…、TY_n、…、TY_N；

由于爐膛結構的特殊性，測量各點的溫度是相當困難的，該步測量得到的(M+N)個溫度值實際上是各測量路徑上的溫度平均值；

步驟四、作爐膛截面測量路徑的溫度與坐標之間的擬合曲線：

將步驟三測得的各測量路徑上的溫度值與爐膛截面上對應的X軸坐標采用樣條擬合的方式進行溫度曲線擬合，得到爐膛截面中與Y軸相平行方向上M條路徑的M個溫度值的擬合曲線的公式（1）如下：

?????????????????????????????????????（1）

將步驟三測得的各測量路徑LY_n上的溫度值與爐膛截面上對應的Y軸坐標采用樣條擬合的方式進行溫度曲線擬合，得到爐膛截面中與X軸相平行方向上N條路徑的N個溫度值的擬合曲線的公式（2）如下：

?????????????（2）

步驟五、為建立爐膛截面的二維溫度場，對爐膛截面進行網格劃分：

將爐膛截面均勻劃分為（I+1）×（J+1）個網格，得到爐膛截面范圍內劃分后的X軸坐標依次為x₁、x₂、…、、…、x_I，以及劃分后的Y軸坐標依次為y₁、y₂、…、y_j、…、y_J；其中i的取值范圍為1~I，?j的取值范圍為1~J；I的取值范圍為10?M?~20?M；J的取值范圍為10?N?~20?N；

步驟六、建立爐膛截面的二維溫度場：

利用步驟四得到的爐膛截面上的各測量路徑的溫度擬合曲線的公式（1）~（2），代入劃分后的X軸坐標和Y軸坐標，得到和，根據如下公式（3）得到爐膛截面上經步驟五劃分的網格交匯節點處的溫度值，完成爐膛截面二維溫度場的建立：

????????（3）

其中，為劃分網格交匯節點處的溫度值；

步驟七、計算爐膛截面的二維溫度場的中心坐標：

首先，利用步驟六得到的劃分網格交匯節點處的溫度值，根據如下公式（4）~（5）計算得到二維溫度場的中心的橫、縱坐標（x_T0，y_T0）：

????　?????（4）

????????　　???（5）

爐膛截面的二維溫度場中心是爐膛燃燒火焰中心位置通過參考坐標系在數學上最直觀的表示；

步驟八、采用PID控制器對爐膛溫度場進行控制修正量計算：

采用2個PID控制器PID_x和PID_y，將上述步驟七中計算得到的爐膛截面的二維溫度場中心的橫、縱坐標作為控制器PID_x和PID_y的測量值輸入，將爐膛截面的幾何中心，即（0,0）作為控制器PID_x和PID_y的目標設定值輸入，通過控制器PID_x和PID_y的計算，輸出X方向和Y方向上對爐膛截面的二維溫度場中心的控制修正量u_x和u_y；

步驟九、計算鍋爐四個角噴口燃料風風門開度的控制修正量：

利用步驟八計算得到的X方向和Y方向上對爐膛截面二維溫度場中心的控制修正量u_x和u_y，根據如下公式（6）~（9）分別計算鍋爐四個角的噴口燃料風風門開度的控制修正量?u_1、?u_2、?u_3、?u₄：

_{?????　　　　??????}（6）

_{?　　　　?????????}（7）

_{??　　　　??????????}（8）

_{??　　　　???????}（9）

其中，??u₁、?u₂、?u₃、?u₄分別是四個角的噴口燃料風風門開度的控制修正量，即?u₁和?u₃處于對角位置，?u₂和?u₄處于對角位置，處于對角位置的兩個量的變化互為相反，即一個增加則另一個減少；?

步驟十、溫度場平衡控制方法在分散控制系統DCS中的實現：

利用步驟九中計算得到的鍋爐四個角的燃料風風門開度的控制修正量?u₁、?u₂、?u₃、?u₄來調整鍋爐四個角燃料風風門實際的開度指令值，在發電機組分散控制系統DCS中，根據如下公式（10）~（13）計算調整后的四個角C₁~C₄的燃料風風門開度指令值分別為：

_{?????????????????????}（10）

_{????????????????????}（11）

?????????????（12）

??????????????（13）

其中，u_k,DCS(k=1,2,3,4)分別為鍋爐沒有進行控制修正前，分散控制系統DCS中已有的控制系統計算的鍋爐四個角燃料風風門開度指令值。