CN120701995A

CN120701995A - 一种燃煤锅炉氧量调节方法及系统

Info

Publication number: CN120701995A
Application number: CN202510957998.2A
Authority: CN
Inventors: 杨青; 黄镇柯; 何望飞; 张永纯; 王芳芳; 陈谋万
Original assignee: Shajiao C Power Plant Of Guangdong Energy Group Co ltd
Current assignee: Shajiao C Power Plant Of Guangdong Energy Group Co ltd
Priority date: 2025-07-11
Filing date: 2025-07-11
Publication date: 2025-09-26

Abstract

本发明公开一种燃煤锅炉氧量调节方法及系统，通过一次风管风粉阻力法或磨煤机运行参数建模计算单台磨煤机实时入炉煤量，结合锅炉热平衡计算或运行参数建模获取入炉煤热值，累加得到总入炉煤量后，以1秒间隔采集运行数据，计算过量空气系数并确定氧量延迟时间，建立总风量动态模型后计算送风量前馈修正值，经上下限限制后叠加至原控制系统。系统包含数据采集、入炉煤量与热值计算、延迟时间确定、总风量建模及前馈修正模块。本发明解决传统控制中送风量前馈偏差大、氧量调节滞后的问题，实现氧量快速精准跟踪，提升锅炉变负荷运行效率，适用于不同容量燃煤机组。

Description

一种燃煤锅炉氧量调节方法及系统

技术领域

本发明涉及燃煤锅炉运行控制技术领域，具体涉及一种燃煤锅炉氧量调节方法及系统。

背景技术

燃煤锅炉运行过程中，氧量是影响锅炉燃烧效率和安全性的重要参数。目前，燃煤锅炉的氧量控制一般通过 PID 控制实现，其常规控制策略如图1所示：以锅炉燃料主控信号和总给煤量作为送风量前馈，结合氧量测量值与设定值的偏差，通过 PID 控制器生成送风量指令及送风机开度指令。

然而，该控制策略存在显著缺陷：一方面，由于磨煤机磨制煤粉的滞后性，锅炉燃料指令或总给煤量与实际入炉煤量在变负荷时存在偏差，且入炉煤热值波动较大，导致送风量前馈与实际所需氧量不匹配，进而使实际氧量大幅偏离设定值，影响变负荷时的锅炉效率；另一方面，氧量测量存在滞后性，当送风量前馈偏差较大时，依靠氧量 PID 控制将实际氧量调节至设定值所需时间较长，部分机组甚至无法投运氧量控制，严重制约了锅炉机组变负荷运行的经济性。

发明内容

针对现有技术中送风量前馈不准确、氧量调节滞后的问题，本发明提供一种燃煤锅炉氧量调节方法及系统，通过精准计算送风量前馈，实现氧量的快速、精确调节，减少变负荷时的氧量波动，提高锅炉机组运行效率。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种燃煤锅炉氧量调节方法，包括以下步骤：

步骤S1、实时计算每台磨煤机的入炉煤量Gj和入炉煤热值 Qnet；

步骤S2、计算总入炉煤量G：；

步骤S3、以 1 秒间隔采集多组的数据形成数据组，数据组包括：总入炉煤量 Gi、入炉煤热值Qneti、总风量 Qi、氧量O2i ，i为数据序号；

步骤S4、计算过量空气系数：，通过建模确定氧量对运行参数的延迟时间 t0；

步骤S5、建立总风量模型，计算理论总风量 Q；式中：k1为建模系数，B为常数项，O2sp为氧量设定值；

步骤S6、计算送风量前馈修正值 dQ=Q-Q0，经上下限限制后加入原控制系统。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述入炉煤量Gj通过一次风管风粉阻力法或磨煤机运行参数建模计算得到。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述入炉煤热值 Qnet通过锅炉机组热平衡计算或运行参数建模获得。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述延迟时间 t0的确定方法为：以 Qi/（Gi*Qneti）为自变量，与延迟 1 秒至 t 秒的过量空气系数建模，取相关系数R²最高值对应的延迟时间。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述总风量模型中，建模系数k1和常数项B基于机组历史运行数据拟合确定，对于 660MW 机组，k1=0.0172 且 B=-15.1。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述修正值 dQ的上下限限制范围为±50t/h。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述步骤S2中，采集的数据组数量不少于100 组。

进一步作为本发明技术方案的改进，一种燃煤锅炉氧量调节系统，包括：

数据采集模块，用于以 1 秒间隔采集参数，参数包括总入炉煤量、入炉煤热值、总风量和氧量；

入炉煤量与热值计算模块，用于计算入炉煤量 Gj和入炉煤热值 Qnet；

延迟时间确定模块，用于通过建模分析确定氧量延迟时间t0；

总风量建模模块，用于建立总风量模型并计算 Q；

前馈修正模块，用于计算 dQ并进行上下限限制。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述延迟时间确定模块通过将Qi/（Gi*Qneti）与不同延迟时间的过量空气系数建模，获取最高相关系数R²对应的 t0。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述前馈修正模块对 dQ的上下限限制范围为±50t/h。

本发明具有以下有益效果：

送风量前馈精准匹配燃烧需求：通过入炉煤量与热值在线计算及总风量建模，解决传统控制中燃料指令与实际入炉煤量偏差问题，使送风量前馈与燃烧所需氧量匹配精度提升，避免变负荷时送风量大幅偏离。

氧量调节延迟时间动态优化：基于数据建模确定氧量对运行参数的延迟时间，克服氧量测量滞后影响，相比传统 PID 控制，显著缩短氧量调节至设定值的时间，实现快速跟踪。

减少氧量波动与送风机过调：通过前馈修正值限幅控制，降低变负荷时实际氧量偏离设定值的幅度，同时避免送风量和送风机开度的大幅过调，提升系统稳定性。

提升锅炉变负荷运行效率：精准的氧量控制减少不完全燃烧损失与排烟热损失，使锅炉在变负荷过程中燃烧效率提高，降低标准煤耗，增强运行经济性。

增强控制策略适应性：通过历史数据建模与参数校准，该方法可适用于不同容量燃煤机组，且能适应入炉煤热值波动等工况变化，具备较强的工程适用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有技术中燃煤锅炉氧量控制常规策略示意图。该图展示了传统控制流程：锅炉燃料主控信号和总给煤量作为送风量前馈，氧量测量值与设定值的偏差经 PID 控制器生成送风量指令及送风机开度指令。

图2为本发明的氧量控制策略示意图。

图3为本发明的燃煤锅炉氧量调节系统的框架示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后、上端、下端、顶部、底部……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图2（图2为本发明的氧量控制策略示意图。该图显示本发明在原控制策略基础上，通过计算送风量前馈修正值 dQ，经上下限限制后叠加至原送风量前馈 Q0，实现氧量的精准调节），一种燃煤锅炉氧量调节方法，包括以下步骤：

步骤S2、计算总入炉煤量G：；

具体的，本实施例方案中，所述入炉煤量Gj通过一次风管风粉阻力法或磨煤机运行参数建模计算得到。

具体的，本实施例方案中，所述入炉煤热值 Qnet通过锅炉机组热平衡计算或运行参数建模获得。

具体的，本实施例方案中，所述延迟时间 t0的确定方法为：以 Qi/（Gi*Qneti）为自变量，与延迟 1 秒至 t 秒的过量空气系数建模，取相关系数R²最高值对应的延迟时间。

具体的，本实施例方案中，所述总风量模型中，建模系数k1和常数项B基于机组历史运行数据拟合确定，对于660MW 机组，k1=0.0172 且 B=-15.1。

具体的，本实施例方案中，所述修正值 dQ的上下限限制范围为±50t/h。

具体的，本实施例方案中，所述步骤S2中，采集的数据组数量不少于 100 组。

参照图3，具体的，本实施例方案中，一种燃煤锅炉氧量调节系统，包括：

总风量建模模块，用于建立总风量模型并计算 Q；

前馈修正模块，用于计算 dQ并进行上下限限制。

具体的，本实施例方案中，所述延迟时间确定模块通过将Qi/（Gi*Qneti）与不同延迟时间的过量空气系数建模，获取最高相关系数R²对应的 t0。

具体的，本实施例方案中，所述前馈修正模块对 dQ的上下限限制范围为±50t/h。

以某 660MW 燃煤机组为例，对本发明的具体实施方式进一步说明：

一种燃煤锅炉氧量调节方法，具体包括如下：

（1）应用一次风管风粉阻力法或根据磨煤机运行参数建模计算得到每台磨煤机的实时入炉煤量Gj，

（2）根据锅炉机组的热平衡计算或根据运行参数建模计算得到入炉煤热值Qnet，

（3）计算总入炉煤量G：

(1)

（4）以1秒间隔获取足够多组的数据，数据组包括：总入炉煤量Gi、入炉煤热值Qneti、总风量Qi、锅炉测量氧量O2i等，i为数据序号。

（5）计算过量空气系数:

（2）

（6）以Qi/（Gi*Qneti）为自变量，分别与应变量、延迟1秒的应变量、…、延迟t秒的应变量对齐建模，得到过量空气系数不同延迟时间下的相关系数R², 取R²最高值的延迟时间t0为氧量O2i对总入炉煤量Gi、总风量Qi等参数的延迟时间。

（7）以Gi*Qneti*为自变量，Qi为应变量进行建模，得到建模关系式，如下所示：

（3）

式中：k1为建模系数，对某660MW特定机组，k1=0.0172；

B为常数项，对某660MW特定机组，B=-15.1；

O2sp为氧量设定值。

（8）获取原控制系统的送风量前馈值Q0，计算修正值dQ：

dQ=Q-Q0 （4）

将dQ经上下限限制后加入原控制系统，实现氧量快速精确跟踪到设定值，如图2所示。

以某 660MW 燃煤机组为例，需要说明的是：

入炉煤量与热值计算：利用一次风管风粉阻力法，实时计算各磨煤机的入炉煤量Gj，并通过锅炉热平衡计算获取入炉煤热值 Qnet= 23 MJ/kg。

总入炉煤量计算：假设机组运行时投入 4 台磨煤机，入炉煤量分别为G1 = 50 t/h、G2 = 50 t/h、G3 = 50 t/h、G4 = 50 t/h，则总入炉煤量 (G = 50 + 50 + 50 + 50 =200 t/h。

数据采集与延迟时间确定：以 1 秒为间隔采集 100 组数据，以 Qi/（Gi*Qneti）为自变量，与不同延迟时间的过量空气系数建模，得到当延迟时间 t0 = 3 秒时，相关系数R² = 0.95为最高值，确定延迟时间为 3 秒。

总风量建模：将氧量设定值 O2sp = 3.5%代入模型，计算得理论总风量 Q = 0.0172 *200 * 23 *21/17.5- 15.1≈1023 t/h。

前馈修正：若原控制系统送风量前馈值 (Q0 = 980 t/h，则修正值dQ = 1023 -980 = 43 t/h，经上下限（如 ±50 t/h）限制后，将 dQ = 43 t/h 加入原控制系统，使送风量指令调整为 980 + 43 = 1023 t/h，实现氧量的快速跟踪。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种燃煤锅炉氧量调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S2、计算总入炉煤量G：；

步骤S4、计算过量空气系数：，通过建模确定氧量对运行参数的延迟时间t0；

2.根据权利要求1所述的燃煤锅炉氧量调节方法，其特征在于：所述入炉煤量Gj通过一次风管风粉阻力法或磨煤机运行参数建模计算得到。

3.根据权利要求1所述的燃煤锅炉氧量调节方法，其特征在于：所述入炉煤热值 Qnet通过锅炉机组热平衡计算或运行参数建模获得。

4.根据权利要求1所述的燃煤锅炉氧量调节方法，其特征在于：所述延迟时间 t0的确定方法为：以 Qi/（Gi*Qneti）为自变量，与延迟 1 秒至 t 秒的过量空气系数建模，取相关系数R²最高值对应的延迟时间。

5.根据权利要求1所述的燃煤锅炉氧量调节方法，其特征在于：所述总风量模型中，建模系数k1和常数项B基于机组历史运行数据拟合确定，对于 660MW 机组，k1=0.0172 且 B=-15.1。

6.根据权利要求1所述的燃煤锅炉氧量调节方法，其特征在于：所述修正值 dQ的上下限限制范围为±50t/h。

7.根据权利要求1所述的燃煤锅炉氧量调节方法，其特征在于：所述步骤S2中，采集的数据组数量不少于 100 组。

8.一种燃煤锅炉氧量调节系统，实现如权利要求1-7任意一项所述的方法，其特征在于，包括：

总风量建模模块，用于建立总风量模型并计算 Q；

前馈修正模块，用于计算 dQ并进行上下限限制。

9.根据权利要求8所述的燃煤锅炉氧量调节系统，其特征在于：所述延迟时间确定模块通过将Qi/（Gi*Qneti）与不同延迟时间的过量空气系数建模，获取最高相关系数R²对应的t0。

10.根据权利要求8所述的燃煤锅炉氧量调节系统，其特征在于：所述前馈修正模块对dQ的上下限限制范围为±50t/h。