一种火电机组燃煤发热量的动态估计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种火电机组燃煤发热量的动态估计方法及系统，所述火电机组燃煤发热量的动态估计方法包括：根据入炉空气量、炉膛出口烟气量及炉膛烟气含氧量与发热量之间的函数关系建立静态估计模型；基于火电机组的制粉系统、送风机和引风机的动态传输过程，构建获得系统机理模型；其中，所述统机理模型用于获得入炉空气量、炉膛出口烟气量及炉膛烟气含氧量的动态估计值；基于静态估计模型和系统机理模型，选取输入变量、状态变量与量测量，建立滤波系统离散化状态空间模型，获得燃煤发热量的动态估计模型；根据所述动态估计模型完成火电机组燃煤发热量估计。本发明专利技术能够实现燃煤发热量的实时在线估计，跟踪时间与估计精度均能够满足控制系统的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种火电机组燃煤发热量的动态估计方法及系统
本专利技术属于工业自动化
，涉及火电机组燃煤发热量估计领域，特别涉及一种火电机组燃煤发热量的动态估计方法及系统。
技术介绍
由于燃煤机组煤质煤种存在多变问题(即使是同一类煤，随产区、矿点、开采年份和深度的不同)，其低位发热量存在较大范围的变化；燃煤低位发热量的变化会影响到锅炉燃烧效率和机组运行的稳定性和经济性。因此，对燃煤发热量进行在线实时动态估计具有重要的现实意义和研究价值。目前大部分方法只提供了基于有效吸热量或机组负荷的燃煤发热量静态估计方法，存在两点问题：(1)吸热过程变化较为缓慢，汽水系统惯性大，滞后时间长，且容易受到换热系数等多方面的扰动因素，无法获得高精度的估计，不能满足机组控制系统对于实时性的要求；(2)静态估计方法只适用于机组稳态时的工况，无法反映机组动态调节过程时燃煤发热量的变化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种火电机组燃煤发热量的动态估计方法及系统，以解决上述存在的技术问题。本专利技术能够实现燃煤发热量的实时在线估计，跟踪时间与估计精度均能够满足控制系统的要求。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的一种火电机组燃煤发热量的动态估计方法，包括以下步骤：步骤1，根据入炉空气量、炉膛出口烟气量及炉膛烟气含氧量与发热量之间的函数关系建立静态估计模型；步骤2，基于火电机组的制粉系统、送风机和引风机的动态传输过程，构建获得系统机理模型；其中，所述系统机理模型用于获得入炉空气量、炉膛出口烟气量及炉膛烟气含氧量的动态估计值；步骤3，基于静态估计模型和系统机理模型，选取输入变量、状态变量与量测量，建立滤波系统离散化状态空间模型，获得燃煤发热量的动态估计模型；根据所述动态估计模型完成火电机组燃煤发热量估计。本专利技术的进一步改进在于，步骤1中，发热量的静态估计模型的表达式为，式中，QMar代表水分质量分数所含的热量；Kvq为理论空气热量比；式中，Ocp为烟气含氧量；Wpf为入炉煤粉量；Vba为入炉空气体积流量；Vgso为炉膛出口烟气体积流量；V0为理论空气消耗量。本专利技术的进一步改进在于，步骤2中，所述系统机理模型包括：制粉系统的动态模型，表示为，Wpf＝K2·ΔP·Mpf，式中，Mc为原煤存量；Mpf为煤粉存量；ΔP为进出口压差；τ0为纯滞后时间；Wc为给煤量；Wpf为入炉煤粉量；K1、K2为比例系数；t为时间；二次风机与引风机的动态传输模型，表示为，式中，Wsa和Wgsy分别为二次风机流量与引风机流量；Wba和Wgso分别为入炉二次风流量与炉膛出口烟气流量；Tsf和Tyf为动态传输时间常数；烟气密度与炉膛负压模型，表示为，Wgsin＝Wba+Wpf，式中，Vb为炉膛容积；Cb为流容系数；ρgs为烟气密度；Wgsin为进入炉膛的风粉混合物总质量；Pf为炉膛压力；炉膛烟气含氧量模型，表示为，V0＝F(Qnet,ar),式中，Ocp为炉膛平均烟气含氧量；Ocpin为炉膛入口烟气含氧量；Vgsin和Vgso分别为炉膛入口与出口烟气体积流量；Vba为炉膛入口空气体积流量；ρa为空气密度；V0为理论空气消耗量；Qnet,ar为燃煤低位发热量；F(·)为燃煤发热量与理论空气量之间的近似函数关系。本专利技术的进一步改进在于，步骤3中，输入量、状态量与量测量分别选取为：利用欧拉法得到滤波系统离散化状态空间模型的离散化系统模型，表示为：式中：a11＝(1-K1Ts)，a21＝K1Ts，a22＝(1-K2·ΔP·Ts)，a52＝Ts(K2·ΔP·Ts)/Vb，a62＝Ts(K2·ΔP·Ts)/Cb，a72＝Ts(K2·ΔP·Ts)Ocpin(k)/(Vb·ρgs(k))，a33＝(1-Ts/Tsf)，a53＝Ts/Vb，a63＝Ts/Cb，a73＝Ts·Ocpin(k)/(Vb·ρgs(k))，a44＝(1-Ts/Tyf)，a55＝(1-Ts·Vgso(k)/Vb)，a65＝-Ts·Vgso(k)/Cb，a66＝1，a77＝(1-Ts·Vgso(k)/Vb)，b11＝Ts·δ(k-T0)，V0(k)＝F(Qnet，ar(k))，其中，Ts为离散系统采样时间；滤波系统离散化状态空间模型的的量测方程为：本专利技术的进一步改进在于，步骤3中，燃煤发热量的动态估计模型的表达式为，式中，Kvq为理论空气热量比定。本专利技术的进一步改进在于，步骤3中，Kvq取值为0.2616；QMar取值为0.1418。本专利技术的进一步改进在于，步骤3中，所述滤波系统离散化状态空间模型采用容积卡尔曼滤波算法求解。本专利技术的一种火电机组燃煤发热量的动态估计系统，包括：静态估计模型获取模块，用于根据入炉空气量、炉膛出口烟气量及炉膛烟气含氧量与发热量之间的函数关系建立静态估计模型；系统机理模型获取模块，用于根据火电机组的制粉系统、送风机和引风机的动态传输过程，构建获得系统机理模型；其中，所述系统机理模型用于获得入炉空气量、炉膛出口烟气量及炉膛烟气含氧量的动态估计值；动态估计模型获取模块，用于根据静态估计模型和系统机理模型，选取输入变量、状态变量与量测量，建立滤波系统离散化状态空间模型，获得燃煤发热量的动态估计模型；根据所述动态估计模型完成火电机组燃煤发热量估计。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过入炉二次风量、出口烟气量与烟气含氧量的实时变化，基于系统动态模型迭代预测与实际测量值进行融合估计，既能够快速反映燃煤发热量实时动态变化，同时具有较好的滤波性能，滤除机组系统中的噪声扰动，对于提高机组的控制稳定性与快速性具有重要意义。现有技术主要建立燃煤发热量的静态估计模型，由于电厂具有大延迟、大惯性及强耦合等特点，静态估计模型只适用于输入输出保持不变的情况，即锅炉运行在稳态工况下，静态估计模型才能具有较好的估计精度。针对该问题，本专利技术基于锅炉系统的动态模型，使用容积卡尔曼滤波进行燃煤发热量的实时动态估计，能够很好地跟踪燃煤发热量的实时动态变化过程，大幅提高燃煤发热量估计精度，提高锅炉燃烧效率，有效降低污染物排放，实现能源的充分、合理利用，提高机组运行的经济性。现有技术方法基于有效吸热量或机组负荷与入炉燃料量的比值近似估计燃煤发热量的大小，但热量传递具有较大的惯性和延迟，其变化缓慢，且容易受到换热系数等汽水测的扰动影响，实时性方面具有较大局限性。针对该问题，本专利技术建立基于入炉二次风量、烟气含氧量及出口烟气量的发热量估计模型，能更快地跟踪发热量的实时变化，较现有方法，具有更好的实时性，减小机组协调控制的波动范围，提高控制系统的快速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种火电机组燃煤发热量的动态估计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，根据入炉空气量、炉膛出口烟气量及炉膛烟气含氧量与发热量之间的函数关系建立静态估计模型；/n步骤2，基于火电机组的制粉系统、送风机和引风机的动态传输过程，构建获得系统机理模型；其中，所述系统机理模型用于获得入炉空气量、炉膛出口烟气量及炉膛烟气含氧量的动态估计值；/n步骤3，基于静态估计模型和系统机理模型，选取输入变量、状态变量与量测量，建立滤波系统离散化状态空间模型，获得燃煤发热量的动态估计模型；根据所述动态估计模型完成火电机组燃煤发热量估计。/n

【技术特征摘要】
1.一种火电机组燃煤发热量的动态估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据入炉空气量、炉膛出口烟气量及炉膛烟气含氧量与发热量之间的函数关系建立静态估计模型；
步骤2，基于火电机组的制粉系统、送风机和引风机的动态传输过程，构建获得系统机理模型；其中，所述系统机理模型用于获得入炉空气量、炉膛出口烟气量及炉膛烟气含氧量的动态估计值；
步骤3，基于静态估计模型和系统机理模型，选取输入变量、状态变量与量测量，建立滤波系统离散化状态空间模型，获得燃煤发热量的动态估计模型；根据所述动态估计模型完成火电机组燃煤发热量估计。


2.根据权利要求1所述的动态估计方法，其特征在于，步骤1中，发热量的静态估计模型的表达式为，



式中，QMar代表水分质量分数所含的热量；Kvq为理论空气热量比；



式中，Ocp为烟气含氧量；Wpf为入炉煤粉量；Vba为入炉空气体积流量；Vgso为炉膛出口烟气体积流量；V0为理论空气消耗量。


3.根据权利要求1所述的动态估计方法，其特征在于，步骤2中，所述系统机理模型包括：
制粉系统的动态模型，表示为，






Wpf＝K2·ΔP·Mpf，
式中，Mc为原煤存量；Wpf为煤粉存量；ΔP为进出口压差；τ0为纯滞后时间；Wc为给煤量；Wpf为入炉煤粉量；K1、K2为比例系数；t为时间；
二次风机与引风机的动态传输模型，表示为，






式中，Wsa和Wgsy分别为二次风机流量与引风机流量；Wba和Wgso分别为入炉二次风流量与炉膛出口烟气流量；Tsf和Tyf为动态传输时间常数；
烟气密度与炉膛负压模型，表示为，






Wgsin＝Wba+Wpf，
式中，Vb为炉膛容积；Cb为流容系数；ρgs为烟气密度；Wgsin为进入炉膛的风粉混合物总质量；Pf为炉膛压力；
炉膛烟气含氧量模型，表示为，















V0＝F(Qnet，ar)，
式中，Ocp为炉膛平均烟气含氧量；Ocpin为炉膛入口烟气含氧量；Vgsin和Vgso分别为炉膛入口与出口烟气体积流量；Vba为炉膛入口空气体积流量；ρa为空气密度；V0为理论空气消耗量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡远利，赵彦博，胡怀中，张渊，高鑫，姜浩楠，闫明明，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61