[發(fā)明專利]基于壁溫預測的燃煤機組水冷壁超溫控制系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112097232A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 王明坤;高林;王林;侯玉婷;周俊波;郭亦文;盧彬;趙章明
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司;西安西熱控制技術有限公司
• 主分類號: F22B1/22
• 分類號: F22B1/22;F22B35/00;F22B37/38;F22B37/47
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

基于壁溫預測的燃煤機組水冷壁超溫控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)一方面結合實際測量信號進行易超溫水冷壁壁溫最大值預測，并將其與限幅模塊、限速模塊結合，實現預測值參與超溫控制；另一方面，將水冷壁壁溫實測壁溫信號也與限幅模塊、限速模塊結合實現實測值參與控制方案；本發(fā)明針對易超溫的水冷壁壁溫進行的實時測量監(jiān)視、壁溫的提前預測與主動抑制調節(jié)，通過二次風門燃料風、輔助風的精確控制以及分離器出口溫度的設定，有效的解決了鍋爐低負荷運行工況下，火焰充滿程度不足等燃燒方面的因素以及水冷壁各循環(huán)回路汽水流量分配偏差等鍋爐水循環(huán)的安全性因素發(fā)生的水冷壁超溫的問題，有效避免射流偏斜引起的偏燒問題及超溫爆管風險。

技術領域

本發(fā)明涉及火電機組的自動控制領域，具體涉及基于壁溫預測的燃煤機組水冷壁超溫控制系統(tǒng)及方法

背景技術

面臨日益嚴重的環(huán)保壓力，國家持續(xù)推進能源結構調整，風能、太陽能等清潔能源得到了持續(xù)快速的發(fā)展。然而由于風能、太陽能等新能源普遍具有隨機性和間歇性的特點，大規(guī)模并網勢必會對電網安全穩(wěn)定造成一定的影響；另一方面，隨著經濟增長速度的放緩和經濟結構的大幅調整，我國整體電力供需矛盾由短缺向相對過剩轉變。因此，為提高風能、太陽能等新能源的消納能力，火電機組勢必承擔著較大的調峰重任，機組長期低負荷運行勢必成為常態(tài)。

另一方面，國內機組普遍存在實際燃煤偏離設計煤種，并且煤質摻燒現象嚴重，入爐煤質時好時壞，造成實際燃煤質量偏離設計煤種，這從根本上改變了鍋爐設計條件。在機組實際運行過程中，爐四角風粉存在一定偏差，易造成鍋爐發(fā)生偏燒結焦等問題，易發(fā)生水冷壁爆管問題。

水動力工況的安全性，鍋爐在低負荷狀態(tài)下運行時，火焰在爐內的充滿程度比高負荷時差，致使爐膛熱負荷不均。水冷壁各循環(huán)回路以及相鄰管子之問因汽水流量分配偏差增大可能會造成水循環(huán)停止和循環(huán)倒流。在低負荷運行時，受燃燒方面的因素以及鍋爐水循環(huán)的安全性因素，易發(fā)生水冷壁超溫現象。因此在低負荷運行時，對于水冷壁壁溫的實時測量監(jiān)視、壁溫的提前預測與控制是降低爆管風險的有效途徑。

目前，火電機組對于壁溫測量和控制方案主要是以下兩種：

1)通過在鍋爐過熱器、再熱器、水冷壁等部位的管壁金屬處安裝大量的熱電偶壁溫測點來實現壁溫測量，利用單獨的監(jiān)視系統(tǒng)或者直接接入DCS系統(tǒng)直接監(jiān)視,提高鍋爐長期運行的安全行、穩(wěn)定性；目前該方法對測點周圍的環(huán)境要求較高，而爐內環(huán)境往往較惡劣，對測量的精度和準確性有一定的影響；同時該方法只能夠測得當前時刻溫度值，由于測點較多，只有測點發(fā)生超溫現象時才會發(fā)出報警，從而運行人員根據實際經驗對鍋爐參數進行相應的調整。這樣會導致運行人員在壁溫超溫監(jiān)盤過程中無法對大量的壁溫測點進行實時判斷、并且當發(fā)生超溫報警是在進行控制操作處理，不能及時解決超溫問題，對鍋爐運行安全帶來了不利的影響。

2)通過機理或數理分析方法建立壁溫預測模型，從而實現壁溫的計算和預測。其中通過水冷壁、過熱器等部件的機理建模分析計算壁溫，這種方法較為復雜，邊界參數較多，電廠實際測點無法給出所有邊界參數，且模型不同條件下需要不斷修正，因此不符合在線計算的要求，無法實時參與電站壁溫閉環(huán)控制；基于數理建模分析方法，目前多采用基于人工神經網絡的的壁溫預測方法，采用BP神經網絡等靜態(tài)網絡結構可以實現對鍋爐管壁溫度進行預測，但是目前壁溫預測僅僅停留研究階段及展示報警階段，并未使用預測結果參與火電閉環(huán)控制。

綜上所述，現有的壁溫超溫應對措施和預測手段，僅僅停留在顯示報警，從而憑借運行人員經驗進行參數更改，并未實現閉環(huán)控制。另一方面，壁溫預測模型需要優(yōu)化，從而實現壁溫精準預測，實現提前閉環(huán)操作避免壁溫超溫。

發(fā)明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發(fā)明提出了基于壁溫預測的燃煤機組水冷壁超溫控制系統(tǒng)及方法，對提高火電廠的運行可靠性，有效降低爆管風險，延長關鍵設備壽命，降低維護維修成本都具有重要的意義。