一种生物质锅炉的锅炉负荷控制系统及控制方法技术方案

本申请提供一种生物质锅炉的锅炉负荷控制系统及控制方法，包括给料装置、连接给料装置、主给水管路和主蒸汽管路的锅炉，系统还包括顺次连接的锅炉负荷控制器、取料机转速计算装置和转速控制装置，其中，主给水管路和主蒸汽管路上分别设置有传感器，锅炉负荷控制器用于计算并向取料机转速计算装置传送用于取料机的转速系数；取料机转速计算装置用于计算燃料负荷指令基准值和燃料负荷设定值，并向转速控制装置发送燃料负荷设定值；转速控制装置用于控制取料机的取料速度。通过本发明专利技术可以自动调节进入锅炉的燃料量，实时保持锅炉负荷与锅炉负荷设定值一致，消除锅炉负荷和主蒸汽参数的波动，维持其稳定，还可以提高燃料的燃尽率，提高锅炉效率。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质锅炉的锅炉负荷控制系统及控制方法
本专利技术涉及锅炉智能控制技术，更具体地，涉及一种生物质锅炉的锅炉负荷控制系统及控制方法。
技术介绍
生物质锅炉通过燃烧生物质固态燃料，将能量从燃料产生的烟气转移给过热蒸汽中。过热蒸汽被输送到蒸汽轮机发电系统，将热能转换为电能。常规生物质锅炉的炉前燃料输送系统如图1所示，一台锅炉配有两个炉前料仓，每个料仓下部配有四套取料螺旋装置，总计八套取料螺旋装置。取料螺旋将生物质燃料从料仓中送入落料管，每个落料管对应一套给料机，落料管下的给料机将燃料推入炉膛，在炉膛中，生物质燃料在炉排上燃烧，以高温烟气的形式释放热能，锅炉的水冷壁及过热器通过吸收烟气热量，将能量转移到主蒸汽中，锅炉中吸收的热量即为锅炉负荷，锅炉负荷以蒸汽形式将热量送到汽轮机中。锅炉负荷是由进入炉膛的燃料发热量决定的，进入炉膛的燃料量通过取料机的转速实现。通常给料机恒定转速运行。如果燃料能够在炉膛中充分燃烧，释放燃料中的热能，还需要有足量的燃烧风进入炉膛，参与燃烧，因此氧量控制也是锅炉负荷控制一个重要内容，如果燃烧风量与燃料的风量需求不一致，燃料就会在锅炉中燃烧不充分，灰渣含碳量和未燃尽可燃性气体就会增多。在常规的燃煤火力发电厂中，由于燃料热值稳定，通过锅炉负荷需求就可直接得出所需的燃料量，因此主蒸汽也比较稳定，锅炉负荷即可由主蒸汽流量表示，电厂控制中另外一个重要参数为主蒸汽压力，因此可以通过对汽轮机调门开度、锅炉燃料量进行加减来实现对主蒸汽流量、主蒸汽压力的控制，即锅炉控制主蒸汽流量，汽轮机控制主蒸汽压力(如图2所示)，或锅炉控制主蒸汽压力，汽轮机控制主蒸汽流量。或者两者相互协调，共同控制主蒸汽流量和压力。但在生物质电厂中，受到生物质燃料热值、水分变化比较大的限制，为了能够稳定锅炉负荷，一般都是由锅炉控制负荷，同时生物质电厂中汽轮机控制系统都是一个独立控制系统，一般处于阀位控制的手动方式，无法自动调节主蒸气压力，因此，主蒸气压力的控制也需要通过锅炉负荷控制。目前，由于受生物质燃料热值、水分、种类变化比较大的影响，生物质锅炉负荷都是手动控制方式，当运行人员发现锅炉负荷低时，提高取料机转速，增加燃料量进入炉膛。同时调整燃烧风量，维持烟气氧量在一个正常水平。运行人员发现锅炉负荷高时，降低取料机转速，减少燃料量进入炉膛。同时减少燃烧风量，维持烟气氧量在一个正常水平。整个调整过程都是运行人员手动完成，燃料及风量的增减量，氧量的设定值都由运行人员根据个人经验决定。图中，PID控制器为比例-积分-微分控制器，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。PID控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定。PD控制器和PID控制器类似，但其没有积分环节，存在稳态误差，其特点是调节偏差快速变化时使调解量在最短的时间内得到强化调节，有调节静差，适用于大滞后环节。现有的生物质锅炉采用手动控制锅炉负荷的方式，运行人员的调整操作无法满足锅炉负荷实时变化的要求，会造成锅炉负荷频繁波动，蒸气流量、温度、压力参数不稳定，烟气氧量也会出现比较大波动，锅炉的灰渣含碳量和未燃尽可燃性气体偏高。因为当运行人员发现负荷变化时，真实的燃烧状况早已发生改变，因此运行人员做出的燃烧调整总是要滞后于锅炉的负荷变化及燃烧变化，锅炉一直不能运行在最佳工况。同时，生物质燃料的种类、热值、水分差异很大，单位质量的燃料量的热值偏差也很大，因此无法通过锅炉负荷需求直接得出所需的燃料量，负荷变化引起的燃料改变量都是由运行人员根据个人经验确定，无法做到任何时候都与锅炉需求相符。同时手动控制燃料量，会造成进入炉膛的燃料量都是不均匀的，而炉排上的燃料不均匀，会造成炉排上料层较厚部分的燃料无法燃尽。手动控制锅炉负荷时，运行人员是无法在调整锅炉负荷时，同时调整主蒸汽压力，保持主蒸汽压力与设定值一致、主蒸汽压力稳定不波动的。最后，由于是运行人员手动调节，因此不能避免不同运行人员的调整水平差异及操作失误，造成锅炉负荷波动，甚至出现停炉现象。
技术实现思路
为克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提出一种生物质锅炉的锅炉负荷控制系统和方法。根据本专利技术提出了一种生物质锅炉的锅炉负荷控制系统，包括设置有料仓、取料机、落料管和给料机的给料装置、连接给料装置、主给水管路和主蒸汽管路的锅炉，系统还包括顺次连接的锅炉负荷控制器、取料机转速计算装置和转速控制装置，其中，主给水管路和主蒸汽管路上分别设置有传感器，用于接收并传送管路上的压力、温度和流量信息；锅炉负荷控制器，用于接收实际锅炉负荷信息和锅炉负荷设定信息，计算并向取料机转速计算装置传送用于取料机的转速系数；取料机转速计算装置，用于接收锅炉负荷控制器发送的转速系数，计算燃料负荷指令基准值和燃料负荷设定值，并向转速控制装置发送燃料负荷设定值；转速控制装置，与给料装置相连接，用于接收转速控制装置发送的燃料负荷设定值，控制取料机的取料速度。优选的，锅炉负荷控制器为PID控制器。进一步的，系统还包括与锅炉负荷控制器连接的锅炉负荷设定模块，锅炉负荷设定模块包括输入单元、计算单元和输出限速单元，输入模块用于接收用户输入的机组负荷信息或锅炉负荷信息，计算单元用于通过机组负荷信息计算锅炉负荷信息，输出限速模块用于控制锅炉负荷信息的输出速度，使得锅炉负荷信息输出速度平缓。进一步的，系统还包括与传感器相连接的实际锅炉负荷计算模块，用于接收传感器发送数据，计算并向锅炉负荷控制器发送实际锅炉负荷值，计算公式为：其中＝实际锅炉负荷[MW]mms为主蒸汽管路的流量测量值[kg/s]h(p,T)ms为根据主蒸汽管路的压力、温度得到的主蒸汽焓值[MJ/kg]h(p,T)fw为根据主给水管路的压力、温度得到的主给水焓值[MJ/kg]。进一步的，实际锅炉负荷计算模块还包括压力修正控制器和第一乘法单元，压力修正控制器，用于接收传感器发送的主蒸汽管路压力测量值和主蒸汽管路压力设定值，计算并向第一乘法单元发送压力修正系数，第一乘法单元接收压力修正系数和实际锅炉负荷值，并将两者的乘积作为修正后的实际锅炉负荷值发送到锅炉负荷控制器。其中，压力修正控制器为PID控制器。进一步的，取料机转速计算装置包括接收单元、燃料负荷指令基准值计算单元和第二乘法单元，接收单元接收锅炉负荷控制器传送的转速系数，燃料负荷指令基准值计算单元用于获取实际锅炉负荷信息、锅炉负荷设定信息和取料机的转速信息，并计算燃料负荷指令基准值，计算公式为：其中RSSpart为燃料负荷指令基准值为当前实际锅炉负荷值[MW]为锅炉最大负荷值[MW]RSSfull为锅炉最大负荷值时的取料机转速；第二乘法单元用于计算燃料负荷设定值，燃料负荷设定值等于转速系数和燃料负荷指令基准值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质锅炉的锅炉负荷控制系统，包括设置有料仓、取料机、落料管和给料机的给料装置、连接所述给料装置、主给水管路和主蒸汽管路的锅炉，其特征在于：所述系统还包括顺次连接的锅炉负荷控制器、取料机转速计算装置和转速控制装置，其中，所述主给水管路和主蒸汽管路上分别设置有传感器，用于接收并传送管路上的压力、温度和流量信息；所述锅炉负荷控制器，用于接收实际锅炉负荷信息和锅炉负荷设定信息，计算并向所述取料机转速计算装置传送用于所述取料机的转速系数；所述取料机转速计算装置，用于接收所述锅炉负荷控制器发送的所述转速系数，计算燃料负荷指令基准值和燃料负荷设定值，并向所述转速控制装置发送燃料负荷设定值；所述转速控制装置，与所述给料装置相连接，用于接收所述转速控制装置发送的所述燃料负荷设定值，控制所述取料机的取料速度。

【技术特征摘要】
1.一种生物质锅炉的锅炉负荷控制系统，包括设置有料仓、取料机、落料管和给料机的给料装置、连接所述给料装置、主给水管路和主蒸汽管路的锅炉，其特征在于：所述系统还包括顺次连接的锅炉负荷控制器、取料机转速计算装置和转速控制装置，其中，所述主给水管路和主蒸汽管路上分别设置有传感器，用于接收并传送管路上的压力、温度和流量信息；所述锅炉负荷控制器，用于接收实际锅炉负荷信息和锅炉负荷设定信息，计算并向所述取料机转速计算装置传送用于所述取料机的转速系数；所述取料机转速计算装置，用于接收所述锅炉负荷控制器发送的所述转速系数，计算燃料负荷指令基准值和燃料负荷设定值，并向所述转速控制装置发送燃料负荷设定值；所述转速控制装置，与所述给料装置相连接，用于接收所述转速控制装置发送的所述燃料负荷设定值，控制所述取料机的取料速度。2.根据权利要求1所述的锅炉负荷控制系统，其特征在于，所述锅炉负荷控制器为PID控制器。3.根据权利要求1所述的锅炉负荷控制系统，其特征在于，所述系统还包括与所述锅炉负荷控制器连接的锅炉负荷设定模块，所述锅炉负荷设定模块包括输入单元、计算单元和输出限速单元，所述输入模块用于接收用户输入的机组负荷信息或锅炉负荷信息，所述计算单元用于通过所述机组负荷信息计算锅炉负荷信息，所述输出限速模块用于控制锅炉负荷信息的输出速度，使得锅炉负荷信息输出速度平缓；优选的，所述锅炉负荷设定模块的输出值为[0，2]。4.根据权利要求1所述的锅炉负荷控制系统，其特征在于，所述系统还包括与所述传感器相连接的实际锅炉负荷计算模块，用于接收所述传感器发送数据，计算并向所述锅炉负荷控制器发送实际锅炉负荷值，计算公式为：其中＝实际锅炉负荷[MW]mms为所述主蒸汽管路的流量测量值[kg/s]h(p,T)ms为根据所述主蒸汽管路的压力、温度得到的主蒸汽焓值[MJ/kg]h(p,T)fw为根据所述主给水管路的压力、温度得到的主给水焓值[MJ/kg]。5.根据权利要求4所述的锅炉负荷控制系统，其特征在于，所述实际锅炉负荷计算模块还包括压力修正控制器和第一乘法单元，所述压力修正控制器，用于接收所述传感器发送的主蒸汽管路压力测量值和主蒸汽管路压力设定值，计算并向所述第一乘法单元发送压力修正系数，所述第一乘法单元接收所述压力修正系数和所述实际锅炉负荷值，并将两者的乘积作为修正后的实际锅炉负荷值发送到所述锅炉负荷控制器；优选的，所述压力修正系数为[0.85，1.15]。6.根据权利要求2所述的锅炉负荷控制系统，其特征在于，所述取料机转速计算装置包括接收单元、燃料负荷指令基准值计算单元和第二乘法单元，所述接收单元接收所述锅炉负荷控制器传送的转速系数，所述燃料负荷指令基准值计算单元用于获取实际锅炉负荷信息、锅炉负荷设定信息和所述取料机的转速信息，并计算燃料负荷指令基准值，计算公式为：其中RSSpart为燃料负荷指令基准值为当前实际锅炉负荷值[MW]为锅炉最大负荷值[MW]RSSfull为锅炉最大负荷值时的取料机转速；所述第二乘法单元用于计算所述燃料负荷设定值，所述燃料负荷设定值等于转速系数和所述燃料负荷指令基准值的乘积，所述第二乘法单元将所述燃料负荷设定值发送给所述转速控制系统。7.根据权利要求6所述的锅炉负荷控制系统，其特征在于，所述取料机转速计算装置还包括氧量修正控制器和加法器，所述氧量修正控制器接收氧量设定值和设置在所述锅炉尾部烟道中氧量分析仪发送的氧气含量，计算并输出氧量修正系数，优选的，氧量修正系数为±5％之间的数值，所述加法器接收所述氧量修正系数和所述第二乘法单元发送所述燃料负荷设定值，并将两者的和作为最终的燃料负荷设定值发送到所述转速控制装置。8.根据权利要求7所述的锅炉负荷控制系统，其特征在于，所述氧气含量是一定时间内氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张喜，耿国，潘再生，
申请(专利权)人：北京德普新源科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11