燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法

專利名稱：燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法
技術領域：
本發明屬于工業自動化控制技術領域，具體是一種燃煤工業鍋爐節能運行智 能化自動控制方法和裝置。
背景技術：
現有燃煤工業鍋爐在運行中存在的問題
1、 燃煤工業鍋爐新產品在出廠時按照國家標準規定都需要進行一次熱工測 試和和鑒定，達不到國家規定的熱效率指標則不能出廠，這是非常嚴格的，來不 得半點馬虎。這里的問題是；為什么出廠測試效率較高，而在運行時熱效率不能 保持和持續下降呢？這是因為；在作出廠熱工測試時鍋爐運行的燃燒工況都處于 最佳狀態，所有的主、輔機的運行工況的調整都是由工廠的專業人員根據當時的 環境、煤種等實際狀況來完成的，可以這樣理解，是專家在燒鍋爐。而絕大多數 鍋爐運行操作的司爐人員的操作水平和專家相比是有一定差距的，況且人忠于職 守的程度和智能化的控制機械相比也是有一定差距的。這就是運行效率總是小于 測試效率的原因之一。
2、 絕大多數燃煤鍋爐沒有效率在線檢測設備和顯示功能，鍋爐房管理人員 和司爐工不能夠隨時準確掌握鍋爐的實際運行狀況，優選調整則無從談起。
3、 燃煤工業鍋爐的主、輔機械尤其是輔機比較粗糙、燃燒設備質量較差且 隨著運行時間的增加，其設備工況和性能都會下降，直至不能正常運行，而鍋爐 房管理人員和操作工往往對鍋爐的主機及各類輔機的功能和性能指標是否能保 持與新出廠的狀態；或性能指標雖然有所下降，但是否仍然能保持鍋爐正常運行 等指標無從知曉，當然就談不上合理和精確的調整。
4、 鍋爐的運行使用地和測試所在地的環境溫度、大氣壓強、空氣含氧量、 煤種等參數指標往往是有較大差異的，鍋爐房的管理人員和操作人員難以作出準
確的判斷和調整。
5、 目前的絕大多數燃煤工業鍋爐的運行控制和調節還處在手動調整的操作 水平上。還沒有一種切實可行的智能化的控制方法。由于燃煤工業鍋爐燃燒過程很復雜(例如鍋爐的使用所在地的環境溫度、大 氣壓強、空氣含氧量和煤種等參數指標往往是有較大差異的)，燃燒過程存在很 大的不確定性，所以燃煤工業鍋爐的控制多是由人工來完成，具體來說，就是通 過司爐人員觀察儀表或爐膛燃燒的可視特征來對鍋爐的風煤比、爐膛壓力等進行 調整。調整風煤比、爐膛壓力等可以通過按鈕手動等方式開關相應的執行機構。 對于一些中小型鍋爐來說，采用上面方法的投資強度比較低，但是對司爐人員的 經驗等素質要求比較高，自動化程度很低。對于一些大型鍋爐，可以通過采用設 置復雜的鍋爐參數在線采集裝置，配合大型的自動化控制系統來完成燃煤工業鍋 爐的自動化控制，這樣，雖然可以比較完善地對燃煤鍋爐進行自動化控制，但是， 投資強度太大，只適用于一些火力發電站等。

發明內容
本發明發明要解決的技術問題如下
1、 控制機械的軟件能模擬專家對燃煤工業鍋爐運行的調節方法，針對各種 煤種和環境指標及負荷要求，通過電氣元件和各種機械執行機構，自動實現鍋爐 運行的效率控制和調整。而這種模擬專家系統的控制方法要避開傳統思路，艮卩；
用大量的價值昂貴的傳感器系統，在線采集信號，輸入計算機系統，通過軟件計 算，輸出控制信號指令，從而實現智能化自動控制。但是，這種方法投資強度極 大，難以實現市場大面積推廣。
2、 節能控制器能在線顯示鍋爐的運行效率狀況，能輸入鍋爐運行調節所必 須的各種參數并通過程序計算，對鍋爐運行的各類執行機構輸出動作指令。
3、 控制機械的人機對話界面，能模擬專家對燃煤工業鍋爐系統設備主、輔 機的設備工況及性能滿足度判斷，及時的作出預示和報警。提示鍋爐房管理人員 進行必要的設備維修和保養。
本發明的技術要點在于；采用本方法，不需要安裝大量的傳感器，只在控制 裝置中增加學習、記憶程序，自動記錄專家或有經驗的司爐工在一定時期內和一 定數量的操作工況點，然后自動對鍋爐運行進行自動化控制和調節，具體技術方 案如下-
一種燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法，該方法由自動控制裝置完成，所述裝置包括處理器、存儲器、傳感器和執行機構；步驟包括
1) 獲取控制參數
先記錄專家或有經驗的司爐人員在一定時期內針對不同工況點對鍋爐做相 應的操作，處理器處理所述工況點參數和相應的操作，得到工況點參數和操作之 間的對應關系，并存儲在存儲器里；
2) 根據獲得參數自動司爐
處理器通過傳感器獲取的鍋爐運行工況點參數，根據步驟l)得到的對應關 系，對執行機構發出指令，對鍋爐進行自動司爐。
所述傳感器包括鍋爐的效率儀。對于層燃式鍋爐，傳感器包括燃燼段煤層的 溫度傳感器和/或鍋爐的效率儀。
工況點是指鍋爐的效率儀的指示，工況點參數即為效率值。對于層燃式鍋爐， 工況點是指燃燼段煤層的溫度，工況點參數即為溫度；或工況點是指鍋爐的效率 儀的指示，工況點參數即為效率值；或工況點是指燃燼段煤層的溫度和鍋爐的效 率儀的指示，工況點參數即為所述溫度和效率值的集合。
相應的操作包括對能源消耗量即進煤量進行調整、對風煤比進行調整或對爐 膛壓力進行調整中的一種或幾種的集合。
處理器記錄專家或有經驗的司爐人員在一定時期內針對不同工況點參數對 鍋爐做相應的操作信息，以工況點的參數為自變量，對應的操作為因變量處理得 到函數關系；在自動司爐狀態時，由處理其根據傳感器傳來的工況點信息，參照 函數關系對執行機構發出動作指令。
對于相鄰工況點，參數即自變量和操作因變量的對應關系是比例或反比例關系。
在一定時期內，對同一參數即自變量，對應的多個操作即因變量取平均值， 該平均值是多個操作即因變量的算數平均數。
所述在后獲取的函數關系覆蓋在前獲取的函數關系。
與現有技術相比，本發明解決了現有技術中存在的問題，可以簡單、可靠的 自動調節燃煤工業鍋爐運行，最重要的是實現鍋爐的高效率運行。作為功能擴展，還可以由所述控制器連接預/報警裝置，自動提示鍋爐管理 人員進行必要的設備維修和保養。


圖l是實施例中，實現本方法的自動控制裝置原理框圖。 圖2是層燃式燃煤鍋爐工作原理示意圖。
圖3是實施例中對于同一自變量，多個時間點采集的因變量的曲線示意圖。
圖4是是實施例中對對能源消耗量即進煤量進行調整、對風媒比進行調整和 對爐膛壓力進行調整集合的曲線示意圖。
圖2中，爐排驅動輪l、爐排2、煤倉3、煤閘門4、煤5、煤層6、燃燼段 7、送風機8、引風機9、等壓風倉IO。
打開爐排上方煤倉的煤閘門，把煤放到爐排上。由于煤閘門開口的限制，爐 排上的煤成層狀，并且調整煤閘門開口大小可以改變煤層的厚度。爐排驅動輪驅 動爐排運動(類似傳動帶)，把煤帶入爐膛的燃燒段。在爐膛內每層直接在爐排 上燃燒，直至燃燼，最后被爐排帶出爐膛的燃燒段，排渣即可。
送風機在爐排前下部，引風機在爐排后下部，爐排在等壓風倉內。
具體實施例方式
下面以本發明在層燃式鍋爐中的應用，對本發明作進一步說明。 一種燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法，該方法由自動控制裝置完
成，所述裝置包括處理器、存儲器、傳感器、鍵盤、執行機構和預/報警裝置；
步驟包括
1) 獲取控制參數先記錄專家或有經驗的司爐人員在一定時期內針對不同 工況點對鍋爐做相應的操作，處理器處理所述工況點參數和相應的操作，得到工 況點參數和操作之間的對應關系，并存儲在存儲器里；
2) 根據獲得參數自動司爐處理器通過傳感器獲取的鍋爐運行工況點參數， 根據步驟l)得到的對應關系，對執行機構發出指令，對鍋爐進行自動司爐。
所述一定時期，在新鍋爐最初使用的半年內，該時間段比較短， 一般可以是 3天左右，記錄工況點的密度為2小時1次。當鍋爐使用一段時間以后，工況點的采集所需時間和密度根據需要進行適當的調整。
所述傳感器包括鍋爐的效率儀和燃燼段煤層的溫度傳感器。工況點是指鍋爐 的效率儀的指示，以及燃燼段煤層的溫度。
此時，工況點參數為效率值和煤層溫度的集合。相應的操作包括對能源消耗 量即進煤量進行調整、對風煤比進行調整或對爐膛壓力進行調整的集合。
處理器記錄專家或有經驗的司爐人員在一定時期內針對不同工況點參數對 鍋爐做相應的操作信息，以工況點的參數為自變量，對應的操作為因變量處理得 到函數關系；在自動司爐狀態時，由處理其根據傳感器傳來的工況點信息，參照 函數關系對執行機構發出動作指令。
對于相鄰工況點，參數即自變量和操作因變量的對應關系是比例或反比例關 系。在一定時期內，對同一參數即自變量，對應的多個操作即因變量取平均值， 該平均值是多個操作即因變量的算數平均數。對于因變量為對能源消耗量即進煤 量進行調整、對風媒比進行調整或對爐膛壓力進行調整的集合的情況下，各個調 整方式取算數平均數。
所述在后獲取的函數關系覆蓋在前獲取的函數關系。例如對于新鍋爐，由于 比較穩定，在先的函數關系適用于最初的半年；但是隨著使用，鍋爐本身或運行 發生變化，就需要重新確定函數關系；由于鍋爐由新到舊的不可逆性，在先的函 數關系就不適用了。同樣，隨煤種和季節等的變化，也需要重新確定函數關系。
本例中，如圖l，所述自動控制裝置裝置包括處理器、存儲器、傳感器、執 行機構和預/報警裝置。處理器選擇LPC2100系列ARM7微控制器，該微控制器自 帶存儲器。微控制器通過繼電器控制執行機構的工作。
本方法中，可以通過鍵盤輸入來確定自動控制裝置裝置時處于獲取控制參數 狀態還時處于自動司爐狀態。
具體調整方法如下 1、能源消耗量(進煤量)自動選優調整；
由于鍋爐運行的負荷要求及煤種常有變化，要使得鍋爐合理和節能運行，必 須對能源消耗量(進煤量)進行動態調節，現有的調節手段都是依賴于司爐工手 動調節，人不去或不及時的進行，或調節經驗有誤，不正確、不精確都會造成鍋 爐效率的下降和能源的浪費。本處理器可以根據的能源需求量(上煤量)的計算方法(即所述函數關系)， 自動進行軟件程序計算，發出工作指令，自動控制上煤機械(即執行機構)的運 行和精確調整，從而有效的控制最佳能源消耗量(進煤量)。
2、 風煤比調整；
煤的燃燒是需要氧氣的，而氧氣的來源是通過送風機械直接補充空氣或補充 加過熱的熱空氣，煤燃燒與所需要的空氣量是有一定比例關系的，過多或過少都 不利于煤的充分燃盡。對此； 一是要正確選擇，二是伴隨著煤種、負荷量等情況 發生的改變，必須及時的給予調整，正確的選擇風煤比是燃燒的關鍵，目前的絕 大多數燃煤工業鍋爐尤其是層燃爐，都是司爐工憑經驗，采用不同形式的手動控 制和調節，這種方式往往是滯后和不精確的。
本處理器可以根據的專家對風煤比提供的經驗參數得到的計算方法(即所述 函數關系)，自動進行軟件程序計算，發出工作指令，對送風機械的調節(即執 行機構)發出調節指令，正確選擇和調節送風量的大小，使得風煤比保持最佳狀 態，從而使鍋爐的燃燒工況處于最佳。
3、 爐膛壓力自動調整
煤在燃燒的過程中會有一部份的物質氣化析出，結合送風機械送進的空氣
形成大量的高溫煙氣，對爐膛外壁產生壓力；現有的機械化燃煤工業鍋爐絕大多 數采用機械引風的方法，將燃燒過程產生的煙氣強制的排向大氣層。送風量和引 風量之間也存在一定的比例關系，由此而產生對爐膛壁的不同壓力，我們稱之為 負壓燃燒、微正壓燃燒、正壓燃燒等工況，而采用什么樣的燃燒工況，是由鍋爐 設計人員設計確定并且不可違背和隨意更改的。否則會影響到鍋爐的正常燃燒導 至熱效率的下降，由于送風量需要適時性調節，引風量也就需要進行隨動性調整， 這種調整目前也是司爐工憑經驗手動完成的。
本處理器可以根據的專家對爐膛壓力提供的經驗參數得到的計算方法(即 所述函數關系)，自動進行軟件程序計算，選擇好送風量和引風量的比例，向引 風機風量調節執行機械發出調節指令，準確的執行專家給定的爐膛工作壓力的選 取范圍，從而自動的隨動性調整好引風量，使爐膛工作壓力狀況處于最佳。保持 鍋爐的高效節能運行。在專家或有經驗的司爐人員具體操作時，可以參考鍋爐效率值和燃輝段煤 層的溫度中的一種或兩種，做上面的三種調整調整中的一種或幾種。本例中，把 考鍋爐效率值和燃燼段煤層的溫度作為自變量的集合，可以涵蓋多種操作可能 性，同樣把上面的三種調整調整中的一種或幾種作為因變量的集合。
自變量和因變量的函數關系比較簡單，在編寫軟件時非常容易，也易于維 護，尤其在工業控制中非常適合。由于函數關系以及處理器對各個器件控制的編 程方法在現有技術中比較常見，本例中，就不對函數關系以及處理器對各個器件 控制的具體編程方法作進一步限制了 。
由于所述自變量和因變量的選取取決于具體操作人員主觀因素，所以具體的 參數值和相應的操作差別很大。但是，準確找出其效率下降的原因和提出合理有 效的節能運行控制方法，通過智能化的燃煤工業鍋爐節能控制機械去實現自動控 制和調節，從而保證鍋爐長期持續有效的節能運行，是本方法的實質性內容。
權利要求
1、一種燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法，其特征是該方法由自動控制裝置完成，所述裝置包括處理器、存儲器、傳感器和執行機構；步驟包括1)獲取控制參數先記錄專家或有經驗的司爐人員在一定時期內針對不同工況點對鍋爐做相應的操作，處理器處理所述工況點參數和相應的操作，得到工況點參數和操作之間的對應關系，并存儲在存儲器里；2)根據獲得參數自動司爐處理器通過傳感器獲取的鍋爐運行工況點參數，根據步驟1)得到的對應關系，對執行機構發出指令，對鍋爐進行自動司爐。
2、 根據權利要求l所述的燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法，其 特征是所述傳感器包括鍋爐的效率儀。
3、 根據權利要求l所述的燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法，其 特征是對于層燃式鍋爐，傳感器包括燃燼段煤層的溫度傳感器和/或鍋爐的效率 儀。
4、 根據權利要求2所述的燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法，其 特征是工況點是指鍋爐的效率儀的指示，工況點參數即為效率值。
5、 根據權利要求3所述的燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法，其 特征是所述對于層燃式鍋爐，工況點是指燃燼段煤層的溫度，工況點參數即為溫度；或工況點是指鍋爐的效率儀的指示，工況點參數即為效率值；或工況點是指燃燼段煤層的溫度和鍋爐的效率儀的指示，工況點參數即為所述溫度和效率值的隹A朱n o
6、 根據權利要求4或5所述的燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法，其特征是相應的操作包括對能源消耗量即進煤量進行調整、對風煤比進行調整或 對爐膛壓力進行調整中的一種或幾種的集合。
7、 根據權利要求6所述的燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法，其 特征是處理器記錄專家或有經驗的司爐人員在一定時期內針對不同工況點參數 對鍋爐做相應的操作信息，以工況點的參數為自變量，對應的操作為因變量處理 得到函數關系；在自動司爐狀態時，由處理其根據傳感器傳來的工況點信息，參 照函數關系對執行機構發出動作指令。
8、 根據權利要求7所述的燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法，其 特征是對于相鄰工況點，參數即自變量和操作因變量的對應關系是比例或反比例 關系。
9、 根據權利要求8所述的燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法，其 特征是在一定時期內，對同一參數即自變量，對應的多個操作即因變量取平均值， 該平均值是多個操作即因變量的算數平均數。
10、 根據權利要求7所述的燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法，其 特征是所述在后獲取的函數關系覆蓋在前獲取的函數關系。
全文摘要
一種燃煤工業鍋爐節能運行智能化自動控制方法，該方法由自動控制裝置完成，所述裝置包括處理器、存儲器、傳感器和執行機構；步驟包括1)獲取控制參數先記錄專家或有經驗的司爐人員在一定時期內針對不同工況點對鍋爐做相應的操作，處理器處理所述工況點參數和相應的操作，得到工況點參數和操作之間的對應關系，并存儲在存儲器里；2)根據獲得參數自動司爐處理器通過傳感器獲取的鍋爐運行工況點參數，根據步驟1)得到的對應關系，對執行機構發出指令，對鍋爐進行自動司爐。與現有技術相比，本發明解決了現有技術中存在的問題，可以簡單、可靠的自動調節燃煤工業鍋爐運行，最重要的是實現鍋爐的高效率運行。
文檔編號G05B19/04GK101576739SQ200910033850
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月18日 優先權日2009年6月18日
發明者王曦寧 申請人:王曦寧