專利名稱：超臨界cfb鍋爐燃燒信號的監(jiān)測方法及優(yōu)化控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超臨界CFB鍋爐燃燒信號的監(jiān)測方法及優(yōu)化控制方法，屬于循環(huán)流化床鍋爐熱工參數(shù)監(jiān)測及燃燒優(yōu)化控制領域。
背景技術：
循環(huán)流化床(CFB)鍋爐與煤粉鍋爐相比，最大的不同在于燃燒機制的不同。煤粉爐的燃燒釋放熱量來自于瞬間進入爐膛的給煤量，一旦給煤供應停止，燃燒便很快終止；而循環(huán)流化床鍋爐的燃燒發(fā)熱量主要來自于鍋爐中大量未燃盡的即燃碳，而不是瞬間加入的給煤量。循環(huán)流化床類似于一個正在充電的“蓄電池”，物料內存在著大量未燃盡即燃碳如同已蓄積在電池內的電量。一方面，給煤相當于“外接電源”在不斷地向“蓄電池”補充電量；另一方面，即燃碳通過燃燒，自身質量減少、對外釋放熱量，相當于“蓄電池”在不斷地向用戶釋放功率，減少自身儲電量。這種即燃碳質量動態(tài)蓄積的機制代表了循環(huán)流化床燃燒的本質機制，貫穿于循環(huán)流化床運行過程的始終。在循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程中，由于給煤顆粒較大，鍋爐爐膛燃燒的發(fā)熱量中當前時刻的給煤量只是占其中的極少部分，而大量存儲在爐膛中碳的燃燒發(fā)熱量為當前鍋爐主導發(fā)熱量，將當前大量存儲在爐膛中即將燃燒的碳叫做“即燃碳量”。普通煤粉爐里面的煤粉一般在I秒鐘之內燃燒；然而在超臨界循環(huán)流化床鍋爐內，由于流化床內比較低的燃燒溫度和入爐煤較大的燃燒顆粒，碳顆粒燃燒的時間長達幾分鐘到幾十分鐘。即燃碳量是無法現(xiàn)場測量的，但是即燃碳的燃燒是影響爐膛發(fā)熱量信號的主要因素，因此即燃碳量的計算很重要，可以用來估計鍋爐內潛在的儲存熱量，即燃碳量存儲太多，床溫會升的太高，使得床料融化結焦，如果爐膛內存儲的即燃碳量較少，則會引起鍋爐出力不足，同時即燃碳量還影響鍋爐的燃燒效率和NOx排放。超臨界CFB鍋爐由于沒有了汽包容器，同時爐膛內存在更多大量的循環(huán)物料量，因此鍋爐具有更大的熱慣性。大部分因為燃燒系統(tǒng)不穩(wěn)定而引起的停爐事故都是由床溫或者床壓無法穩(wěn)定而引起，而即燃碳的燃燒是床溫的決定性因素，因此準確的估算爐內即燃碳的存量對于控制系統(tǒng)和提高燃燒效率是非常重要的。在現(xiàn)場中可以利用特殊的儀器從鍋爐中取出床料，進行成份分析研究，但是其實驗成本很高，并且可靠性得不到保障，床料中即燃碳量的非均勻分布會導致測量的不準確，在取出的一公斤床料中測量得到即燃碳的含量可能和實際爐膛中即燃碳的平均值有一定的誤差。因此，目前即燃碳的存量是一個無法測量的變量，這給循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)的調整和控制帶來了難度，隨著循環(huán)流化床鍋爐的大型化發(fā)展，即燃碳量的準確估算是一個迫切需要解決的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種超臨界CFB鍋爐燃燒信號的監(jiān)測方法及優(yōu)化控制方法，本發(fā)明能夠準確、實時地測量超臨界CFB鍋爐的熱量、床溫、氧量等信號，實現(xiàn)對超臨界CFB鍋爐燃燒的優(yōu)化控制，提高超臨界CFB鍋爐燃燒的穩(wěn)定性。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下的技術方案:一種超臨界CFB鍋爐燃燒信號的監(jiān)測方法，包括以下步驟:步驟1，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，所述現(xiàn)場數(shù)據(jù)包括給煤量、總風量、排渣量、主蒸汽流量、給水流量、主蒸汽溫度、給水溫度、煤質熱值和床溫，對上述現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預處理，并確定即燃碳量模型的輔助變量；步驟2，建立基于機理建模和數(shù)據(jù)分析的復合建模的即燃碳量模型，并利用廣義卡爾曼濾波信息融合技術估算爐膛內即燃碳的存儲量；所述即燃碳量模型為:
權利要求
1.一種超臨界CFB鍋爐燃燒信號的監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，所述現(xiàn)場數(shù)據(jù)包括給煤量、總風量、排渣量、主蒸汽流量、給水流量、主蒸汽溫度、給水溫度、煤質熱值和床溫，對上述現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預處理，并確定即燃碳量模型的輔助變量； 步驟2，建立基于機理建模和數(shù)據(jù)分析的復合建模的即燃碳量模型，并利用廣義卡爾曼濾波信息融合技術估算爐膛內即燃碳的存儲量；所述即燃碳量模型為:
2.根據(jù)權利要求1所述的超臨界CFB鍋爐燃燒信號的監(jiān)測方法，其特征在于，步驟2中利用廣義卡爾曼濾波信息融合技術估算即燃碳的存儲量為:將公式(一)的非線性函數(shù)做一階泰勒展開，得到線性化的系統(tǒng)方程從而完成對目標的濾波估計； 在第h時刻，設給煤量為Fttl，總風量為PMttl，爐膛內即燃碳量為Bttl，將公式(一)右邊在Ft(l、PMto, Bto進行一階泰勒展開，忽略高階分量，可得:
3.根據(jù)權利要求1或2所述的超臨界CFB鍋爐燃燒信號的監(jiān)測方法，其特征在于:步驟I中的數(shù)據(jù)預處理，是對采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行異常數(shù)據(jù)剔除和數(shù)字濾波。
4.根據(jù)權利要求3所述的超臨界CFB鍋爐燃燒信號的監(jiān)測方法，其特征在于:步驟I中的確定即燃碳量模型的輔助變量，是利用灰色關聯(lián)分析方法依次分析預處理后的現(xiàn)場數(shù)據(jù)與即燃碳量相關性的強弱，以關聯(lián)性強弱為依據(jù)進行二次選擇，其結果作為即燃碳量模型的輔助變量；所述確定的輔助變量為給煤量、總風量和煤質熱值。
5.根據(jù)權利要求4所述的超臨界CFB鍋爐燃燒信號的監(jiān)測方法，其特征在于，模型總系數(shù)K的求取包括:在穩(wěn)定工況下，即燃碳顆粒的燃燒速度Re是一個定值，其單位是kg/s，等于通過給煤補充的碳的速率，即每秒入爐的給煤量的含碳質量，根據(jù)以下公式:
6.根據(jù)權利要求5所述的大型CFB鍋爐熱量信號監(jiān)測方法，其特征在于:采用最小二乘法對模型參數(shù)進行修正。
7.一種基于權利要求1 6所述監(jiān)測方法的超臨界CFB鍋爐優(yōu)化控制方法，其特征在于:以穩(wěn)定爐膛即燃碳量為前提，根據(jù)構造的即燃碳量模型，計算得到當前工況的總風量和給煤量的優(yōu)化配比值，通過調節(jié)總風量達到優(yōu)化風煤比，以保持爐膛內燃燒的發(fā)熱量、床溫、氧量信號的穩(wěn)定。
8.根據(jù)權利要求7所述的超臨界CFB鍋爐優(yōu)化控制方法，其特征在于，優(yōu)化風煤比的計算公式如下:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超臨界CFB鍋爐燃燒信號的監(jiān)測方法及優(yōu)化控制方法，所述監(jiān)測方法包括步驟1，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對上述現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預處理，并確定即燃碳量模型的輔助變量；步驟2，建立基于機理建模和數(shù)據(jù)分析的復合建模的即燃碳量模型，并利用廣義卡爾曼濾波信息融合技術估算爐膛內即燃碳的存儲量；所述即燃碳量模型為步驟3，利用即燃碳量分別構造熱量信號動態(tài)模型、爐膛床溫信號模型和爐膛出口氧量信號模型，來對熱量、床溫、氧量進行預測。本發(fā)明能夠準確、實時地測量超臨界CFB鍋爐的熱量、床溫、氧量等信號，實現(xiàn)對超臨界CFB鍋爐燃燒的優(yōu)化控制，提高超臨界CFB鍋爐燃燒的穩(wěn)定性。
文檔編號F23C10/28GK103115356SQ20131004973
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月7日 優(yōu)先權日2013年2月7日
發(fā)明者高明明, 劉吉臻, 曾德良, 田亮, 楊婷婷 申請人:華北電力大學