專利名稱：鍋爐生物質燃料控制dcs系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于生物質燃料發(fā)電技術領域，具體涉及一種生物質發(fā)電廠的鍋爐生物質燃料控制DCS系統(tǒng)。
背景技術：
隨著國家對新型能源大力推廣，生物質燃料發(fā)電技術以其節(jié)能環(huán)保，將在國家新能源開發(fā)發(fā)展戰(zhàn)略中占駐足輕重的作用。雖然目前分布式控制系統(tǒng)(簡稱DCS)在火力發(fā)電行業(yè)中已經成熟利用，燃煤機組和循環(huán)硫化床(燒劣質煤和煤矸石)機組的DCS燃料控制都十分的成熟可靠；而生物質燃料發(fā)電廠中燃料的DCS還沒有成功的案例，糾其原因是生物質燃料隨季節(jié)、時間、地域等因素引起的生物質燃料多樣性和隨天氣、人為因素引起的燃料含水量變化造成的。由此帶來了生物質發(fā)電鍋爐其他自動控制系統(tǒng)也無法投入，只能依靠運行人員的在線實時操作。最終會造成由于燃料問題引起的鍋爐主蒸汽超壓、超溫等若干問題，帶來電廠負荷變化過大、設備損耗大、運行人員增力口、燃料的無形浪費等問題，更嚴重的可能會帶來突然跳機等危害電廠安全運行、運行人員安全的事故，造成發(fā)電廠經濟效益上、運行人員安全上的重大損失，增加了生物質發(fā)電企業(yè)的運行成本。目前，大多數(shù)火力發(fā)電廠使用的燃料控制系統(tǒng)控制流程圖如附圖1所示，在該流程圖中:Y表示機組負荷及主蒸汽壓力等被控量、N表示各種負荷指令、Mb表示靜態(tài)設計燃料量、Db表示鍋爐燃料指令、Rb表示負荷變化過程中鍋爐燃料量前饋調整信號、Λ P表示主蒸汽壓力的偏差、Rp表示主蒸汽偏差PID調節(jié)量；整個控制過程為:Db指令與鍋爐總燃料量信號Ff在燃料量調節(jié)器PID中進行比較及運算，然后去控制各給料量和爐膛風量，從而使Ff跟隨Db。圖1中，總的燃料量Ff是由給料機測得的實際給料量Fe乘以燃料系數(shù)R，再加上經過熱值折算后的輕油燃料量Fl。即:Fc= (Ff-Fl)/R ;式中的R為手動設定值，用于異常情況下對機組控制系統(tǒng)的人工干預。它能直接改變系統(tǒng)的實際燃料量Fe，并對系統(tǒng)其它參數(shù)施加影響。因此它對整個控制系統(tǒng)的品質有著至關重要的作用。例如，在R=1.0時，如果燃料的實際燃值比設計燃值高的時候，則相當于在多投入了燃料。此部分多余的熱量就會通過主汽壓力正偏差和超溫表現(xiàn)出來，然后再由壓力調節(jié)回路逐步消除偏差。而對于直吹式鍋爐，壓力調節(jié)回路的時間慣性較大，因而它是一種滯后的、波動的作用過程。而且在參數(shù)協(xié)調控制系統(tǒng)中，為了防止系統(tǒng)出現(xiàn)大幅振蕩，一般在變負荷時將壓力調節(jié)回路中的積分作用(I)設置的偏弱，調節(jié)器的作用主要為比例作用(P)。所以在大幅度變負荷過程的后期，主汽壓力及主汽溫度往往存在較長時間的、較大幅度的偏差。反之，如果燃料值為設計燃料值時，而R值設置不合理，則也會造成上述影響。上述兩種情況對機組的安全運行是不利的。在機組升至滿負荷時，由于汽輪機發(fā)電機組負荷上限的限制，多余的熱能會使主汽壓進一步上升，可能會引起安全門動作，甚至跳機。主蒸汽超壓的同時也會引起主蒸汽超溫。當然也可以通過修正R的值來調整系統(tǒng)，但其方法同樣是滯后、被動的。而且各運行人員對系數(shù)的調整幅度和時機的把握也是因人而異，因而存在著不確定性，降低了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是:針對生物質燃料的多樣性問題及現(xiàn)有火電廠燃燒控制系統(tǒng)無法適用的問題，提供一種適于生物質發(fā)電的鍋爐生物質燃料控制DCS系統(tǒng)。為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:鍋爐生物質燃料控制DCS系統(tǒng)，其特征在于:主要包括前端配料模塊，中端檢測模塊以及后端DCS系統(tǒng)；前端配料模塊設置取料機，取料機上設置稱重儀；中端檢測模塊包括含水量檢測裝置和設置在給料機上的重量檢測裝置，給料機與鍋爐進料口對接；取料機和給料機分別設置速度檢測裝置；后端DCS系統(tǒng)主要包括電源模塊、DPU控制器、輸入/輸出模塊、通訊模塊、人機界面；稱重儀和重量檢測裝置的輸出端與后端DCS系統(tǒng)輸入/輸出模塊信號連接，各速度檢測裝置分別與后端DCS系統(tǒng)輸入/輸出模塊信號連接；含水量檢測裝置輸出端與后端DCS系統(tǒng)輸入/輸出模塊信號連接。按上述技術方案，所述重量檢測裝置為稱重給料機，所述含水量檢測裝置為微波水分析儀。按上述技術方案，前端配料模塊的通訊模塊和后端DCS系統(tǒng)通訊模塊之間雙向信號連接。上料時，前端配料模塊根據(jù)設定燃料配比取料并把測得的實際燃料量反饋到前端配料模塊，前端配料模塊根據(jù)此反饋信號和指令取料信號進行偏差計算，然后根據(jù)計算值修正取料速度和取料量以達到設定燃料配比；同時，前端配料模塊將實時燃料配比傳送至后端DCS系統(tǒng)；在燃料進入爐膛前，中端檢測模塊中分別檢測燃料重量和燃料含水量，后端DCS系統(tǒng)依據(jù)燃料重量和含水量檢測結果計算等效燃料熱值和實際燃料量，并根據(jù)計算結果控制給料機的轉速從而控制燃料量；燃料燃燒時，后端DCS系統(tǒng)通過比較實際給料量和指令給料量，結合鍋爐運行 參數(shù)調節(jié)各燃料供給量以及爐膛風量。后端DCS系統(tǒng)進行燃料量調節(jié)的具體流程為:根據(jù)設定熱值計算指令鍋爐燃料量Db，將指令鍋爐給料量Db與鍋爐總燃料量Ff在燃料量調節(jié)器PID中進行比較，然后控制給料量和爐膛風量，使Ff跟隨Db ；鍋爐總燃料量Ff=Fc XV+F1 ；各參數(shù)為:鍋爐實際給燃料量Fe、熱值系數(shù)V、經過熱值折算后的輕油燃料量Fl ；鍋爐實際給燃料量Fe = FCx(l — RH%);其中，F(xiàn)C:燃料稱重給料量；RH%:燃料量含水百分值；熱值系數(shù)V=V1+B ；V1為利用二價慣性環(huán)節(jié)F⑴對VO的動態(tài)值進行濾波及抑制后的燃料等效相對熱值；二階慣性環(huán)節(jié)F(t)所對應的傳遞函數(shù)為:W(s)=kf (s2 + 2ω εε + ωη2);上式中s為拉氏變換運算符號；k為常數(shù)；A為二階環(huán)節(jié)無阻尼自然震蕩頻率；ε為二階環(huán)節(jié)無阻尼系數(shù)(f芎I) ;二階慣性環(huán)節(jié)的動態(tài)過程持續(xù)時間參數(shù)^ Hf -1j"'' ■'，系統(tǒng)中F(t)的時間參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場實施試驗結果設定；[0019]B為異常情況下進行干預的手動偏置系數(shù)；燃料等效相對熱值系數(shù)V0=C1/C2，其中，C2=Fc表示實際給料量；Cl=Mb+Rb_Fl表示靜態(tài)設計燃料量加上變負荷燃料量前饋信號再減去輕油燃料量。由此，本實用新型的鍋爐生物質燃料精準控制系統(tǒng)從生物質電廠前端燃料輸送-中端燃料檢測-后端燃料進入爐膛燃燒控制三個方面分析處理，達到對生物質電廠燃料燃燒的DCS自動精準控制，實現(xiàn)生物質電廠經濟效益和人身安全上提高的目的。

圖1為現(xiàn)有技術中火力發(fā)電廠使用的燃料控制系統(tǒng)控制流程圖；圖2為本實用新型鍋爐生物質燃料控制DCS系統(tǒng)的控制原理框圖；圖3為本實用新型的鍋爐生物質燃料控制DCS系統(tǒng)控制流程圖。圖4為本實用新型的后端DCS系統(tǒng)結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖2-4以及具體實施方式
對本實用新型作進一步說明:參照附圖2，本實用新型的鍋爐生物質燃料控制DCS系統(tǒng)主要包括前端配料模塊，中端檢測|旲塊以及DCS系統(tǒng)后端調節(jié)控制單兀；如端配料I旲塊在上料時按重量比決定燃料成分及燃料量，中端檢測模塊分別對要進入爐膛的燃料進行在線重量檢測和在線含水量檢測；后端DCS系統(tǒng)調根據(jù)檢測得到的實際燃料重量和含水量，參照各燃料的等效相對熱值調節(jié)燃料控制系統(tǒng)各燃料的重量。前端燃料配重:在上料時，前端配料模塊會根據(jù)設定的燃料配比給出相應的燃料上料指令至各取料機，各取料機根據(jù)此指令取料，各取料機上的稱重儀會把測得的實際燃料量反饋到重量配比模塊，配比模塊會根據(jù)此反饋信號和指令信號做相應的偏差計算，燃后根據(jù)此計算值修正取料機的取料速度，以達到理想的燃料配比。最后配比模塊會將實時燃料配比傳送至DCS系統(tǒng)。我們知道生物質電廠的燃料隨著季節(jié)、地域的變化，生物質的種類也在發(fā)生著變化，即使在同一季節(jié)，生物質燃料也有很多種。這時候供給到生物質電廠的燃料種類也就存在了多樣性。由于生物質的種類不同，以及生物質電廠根據(jù)燃料的部分特點也會選擇幾種生物質燃料摻燒的情況，在這些情況下，生物質燃料多樣性帶來的生物質燃燒時燃燒熱值不唯一性造成了 DCS燃料控制的難題。為了解決好在多種生物質同時參與燃燒時所帶來燃燒值不唯一性的問題，嚴格的燃料配比就顯得尤為重要。所謂的燃料配比，嚴格意義上說就是讓同時參與燃燒的各種生物質燃料按照重量以一定的比例摻配。比如實時需要10噸燃料，實際摻燒的燃料有三種，我們就可以按照燃料的重量配比為5:4:1或4:4:2等等。具體的燃料重量配比比例由運行人員結合燃料特性和現(xiàn)場實際情況自行決定。嚴格的做好燃料配比，是后端燃料控制的前提，其關鍵性是不言而喻的！中端燃料檢測:在燃料進入爐膛前，本系統(tǒng)安裝了燃料中端檢測模塊，中端檢測模塊主要分為稱重單元和燃料在線水分監(jiān)測單元，稱重單元(皮帶秤)是對燃料重量的檢測，最終通過燃料重量檢測信號反饋控制輸送機的轉速來達到控制燃料量的目的。在線水分單元是對燃料含水量的檢測，含水量的檢測是對燃料重量和燃料燃值的修正，此部分的函數(shù)運算在DCS系統(tǒng)完成。通過燃料水分和重量來得到燃料量的實際等效燃料熱值，由生物質燃料熱值分析表得到具體的燃料量，從而根據(jù)計算結果控制給料機的轉速從而控制燃料量;引入在線水分分析的檢測，主要是生物質會隨著不同的天氣、地域等原因，其含水量會發(fā)生變化。生物質含水量變化直接影響生物質燃料的重量，最后實際影響的是燃料的燃值。所以在中端燃料檢測中我們需要對燃料含水量進行檢測，然后在DCS控制系統(tǒng)對燃料的重量進行修正，來得到實際的燃料重量。后端燃料控制:主要由DCS系統(tǒng)構成；DCS系統(tǒng)包括電源模塊、DPU控制器(多用途控制器)、輸入/輸出模塊、通訊模塊、人機界面。整個系統(tǒng)的控制信號輸入、控制函數(shù)的計算、控制邏輯計算、控制指令的輸出都由DCS系統(tǒng)實現(xiàn)。人機界面是實現(xiàn)人與系統(tǒng)的“對話”系統(tǒng):其中包括參數(shù)的設定、參數(shù)的反饋、參數(shù)的歷史信息、系統(tǒng)的運行狀態(tài)等。在DCS系統(tǒng)中建立燃值庫文件和相應的計算函數(shù)、引入等效相對熱值的鍋爐控制系統(tǒng)、結合生物質發(fā)電廠特點的控制方法等手段來達到對燃料的控制。建立燃值數(shù)據(jù)庫和相應的計算函數(shù)，其目的是讓燃料的燃值變成唯一；等效相對熱值的鍋爐控制系統(tǒng)實際就是用實際給料量和設計給量料的比例函數(shù)，以及結合與燃料有關的鍋爐運行參數(shù)進一步修正燃料量。最終實行精準給料控制的目的。庫文件的數(shù)據(jù)如下表1:表1:生物質燃料熱值分析表
權利要求1.鍋爐生物質燃料控制DCS系統(tǒng)，其特征在于:主要包括前端配料模塊，中端檢測模塊以及后端DCS系統(tǒng)；前端配料模塊設置取料機，取料機上設置稱重儀；中端檢測模塊包括含水量檢測裝置和設置在給料機上的重量檢測裝置，給料機與鍋爐進料口對接；取料機和給料機分別設置速度檢測裝置；后端DCS系統(tǒng)主要包括電源模塊、DPU控制器、輸入/輸出模塊、通訊模塊、人機界面；稱重儀和重量檢測裝置的輸出端與后端DCS系統(tǒng)輸入/輸出模塊信號連接，各速度檢測裝置分別與后端DCS系統(tǒng)輸入/輸出模塊信號連接；含水量檢測裝置輸出端與后端DCS系統(tǒng)輸入/輸出模塊信號連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的鍋爐生物質燃料控制DCS系統(tǒng)，其特征在于:所述重量檢測裝置為稱重給料機，所述含水量檢測裝置為微波水分析儀。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的鍋爐生物質燃料控制DCS系統(tǒng)，其特征在于:前端配料模塊的通訊模塊和后端DCS系統(tǒng)通訊模塊之間雙向信號連接。
專利摘要本實用新型涉及鍋爐生物質燃料控制DCS系統(tǒng)，主要包括前端配料模塊，中端檢測模塊以及后端DCS系統(tǒng)；前端配料模塊設置取料機，取料機上設置稱重儀；中端檢測模塊包括含水量檢測裝置和設置在給料機上的重量檢測裝置，給料機與鍋爐進料口對接；取料機和給料機分別設置速度檢測裝置；后端DCS系統(tǒng)主要包括電源模塊、DPU控制器、輸入/輸出模塊、通訊模塊、人機界面。依據(jù)燃料重量和含水量檢測結果計算燃料熱值和實際燃料量，并根據(jù)計算結果控制給料機的轉速從而控制燃料量。達到對生物質電廠燃料燃燒的DCS自動精準控制，實現(xiàn)生物質電廠經濟效益和人身安全提高的目的。
文檔編號F23N1/00GK202938341SQ20122059485
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月13日 優(yōu)先權日2012年11月13日
發(fā)明者謝先鋒, 鄭韜, 張莉, 杜俊, 王曉軍 申請人:武漢凱迪電力工程有限公司