專利名稱：基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于燃煤火電廠控制技術領域，是ー種基于對現(xiàn)場設備操作記錄中，尋找到最優(yōu)的操作方式 ，將其歸納總結后形成的控制規(guī)則，并在控制裝置中實現(xiàn)的基于規(guī)則的控制方法和一整套相對應控制裝置。
背景技術：
當前，隨著燃煤機組的發(fā)展和應用，對燃煤機組的控制深度也提出更新的要求，如對燃煤火電發(fā)電廠節(jié)能和降低NOx排放的控制。而這些參數(shù)的控制存在多參量、控制模型復雜等的特點，用常規(guī)的PID控制方式已經(jīng)很難擔負這些任務，而基于模型的控制方法以及像神經(jīng)網(wǎng)絡等涉及到高水平的人力資源，而且維護困難?；谝?guī)則的控制方法可以很好的解決上述這些問題，通過對歷史數(shù)據(jù)的挖掘及人エ分析，找出每個エ況下的最優(yōu)操作結果，通過規(guī)則控制方法，直接控制現(xiàn)場設備，完全可以有效的實現(xiàn)對節(jié)能降耗等用常規(guī)方法無法完成的控制。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明公開了ー種基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制方法，內(nèi)容主要以エ況優(yōu)化為基本優(yōu)化手段，通過數(shù)據(jù)的深層次分析和挖掘，解析運行的歷史行為，獲得運行模式知識庫，對電廠進行全廠節(jié)能綜合評估和診斷，分析節(jié)能潛力，提供用于優(yōu)化操作的知識庫和規(guī)律，形成降低NOX和提高鍋爐效率的規(guī)則，通過本發(fā)明實現(xiàn)對現(xiàn)場設備控制，達到降低NOX和提高鍋爐效率的目標。本發(fā)明具體采用以下方案。一種基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(I)基于對現(xiàn)場設備的被控參數(shù)進行操作的歷史操作記錄，針對提高鍋爐效率和降低NOx排放兩個不同控制目標，尋找各種エ況參數(shù)組合下對所述現(xiàn)場設備的被控參數(shù)的最優(yōu)的操作方式，并將這些最優(yōu)的操作方式匯總形成兩套控制規(guī)則；其中現(xiàn)場設備包括磨二次風門，燃燼風門，エ況參數(shù)包括機組功率、煤質(zhì)系數(shù)和磨運行配風方式；(2)將步驟(I)中形成的相對于控制節(jié)煤及降氮兩個不同控制目標的兩套控制規(guī)則加載到PLC控制站中；(3)在操作員站選擇提高鍋爐效率或降低NOx排放不同的控制目標指令下發(fā)給PLC控制站；(4) PLC控制站在接到操作員站下發(fā)的控制目標指令后選擇該控制目標對應的控制規(guī)則，根據(jù)當前エ況參數(shù)組合，從所述控制規(guī)則中選擇對應的對被控參數(shù)的控制值，并實時形成相應的當前操作指令下發(fā)給分散控制系統(tǒng)DCS ；(5)當分散控制系統(tǒng)DCS接收到PLC控制站下發(fā)的當前操作指令后，在分散控制系統(tǒng)DCS內(nèi)部與原有的自動邏輯進行切換，用當前操作指令替換原有的自動邏輯指令，并通過分散控制系統(tǒng)DCS原有的設備手操站等，最終控制現(xiàn)場設備，即磨二次風門及燃燼風門。本發(fā)明還公開了ー種實現(xiàn)上述基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制方法的裝置，包括計算站、操作員站、交換機、PLC維護站、PLC控制站，以及各DCS系統(tǒng)，其特征在于計算站、操作員站以及PLC維護站通過交換機與PLC控制站網(wǎng)絡相連；PLC控制站與各分散控制系統(tǒng)DCS通過控制線和網(wǎng)絡相連；計算站用于完成實時煤質(zhì)系數(shù)和機組功率的計算，為PLC控制站提供當前的煤質(zhì)系數(shù)及機組功率；操作員站用于運行人員進行提高鍋爐效率或降低NOx排放的不同的控制目標指令的投切，并監(jiān)視相關的エ況參數(shù)、被控參數(shù)的控制值；PLC維護站用于維護工程師維護PLC控制站的控制邏輯；PLC控制站用于實現(xiàn)整個控制功能，實現(xiàn)實時邏輯判斷，并接受操作員站下發(fā)的控制指令，井根據(jù)計算站上傳的當前エ況參數(shù)和相應的控制規(guī)則形成當前操作指令下發(fā)給各分散控制系統(tǒng)DCS，完成對現(xiàn)場設備的控制。本發(fā)明公開裝置的操作指令最后在DCS系統(tǒng)切換后，送到現(xiàn)場進行控制。本發(fā)明可以獲得鍋爐效率與氮氧化物排放多目標優(yōu)化的運行方案，實現(xiàn)鍋爐污染物排放最低(預設值)時的鍋爐優(yōu)化運行方案，或者獲得鍋爐效率最大時的優(yōu)化運行方案。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有以下有益效果I、找ー種最新的有效的對于復雜控制對象控制方法的途徑；對于復雜的控制對象，如鍋爐效率和Ν0Χ，由于受到多因素(煤質(zhì)，負荷，運行狀態(tài))的影響，采用常規(guī)的方法無法完成，而采用本專利的方法，通過對最優(yōu)操作方式的挖掘，并對參數(shù)理論分析后，形成控制規(guī)則，方便的完成對控制目標的控制。2、減少在系統(tǒng)維護過程中高智力人力的投入；對于復雜的控制對象，現(xiàn)常常采用如神經(jīng)網(wǎng)絡，狀態(tài)觀察器等現(xiàn)代控制理論和方法，需要非常高的智力投入，本專利的控制方法取之于運行經(jīng)驗，非常容易被現(xiàn)場運行人員及維護人員接受，所以減少了高水平人力資源的投入。3、降低控制系統(tǒng)運行風險；由于本專利采用的控制方法取之于以往的運行經(jīng)驗，各個エ況下的控制均得到過有效的驗證，相對于傳統(tǒng)控制方法，本方法幾乎沒有風險。4、有效的融合了理論知識和現(xiàn)場經(jīng)驗。、本專利采用了對以往運行最優(yōu)操作方式的挖掘，并對相關的エ況參數(shù)進行理論分祈，很好的融合的理論知識和現(xiàn)場經(jīng)驗。


圖I基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制方法流程圖；圖2為基于規(guī)則的基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制裝置結構組成示意圖。
具體實施例方式
下面結合說明書附圖，對本發(fā)明的技術方案進ー步詳細介紹。圖I為電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制方法流程圖，
本申請公開的基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制方法，包括以下步驟(一)根據(jù)控制節(jié)煤及降氮的控制目標，基于對被控參數(shù)進行的對現(xiàn)場設備的歷史操作記錄，相對于控制鍋爐效率的提升及降氮兩個不同控制目標，尋找各種負荷，煤質(zhì)，及磨運行組合下對所述提升鍋爐效率和降低NOX的最優(yōu)的操作方式，并將這些最優(yōu)的操作方式下得到磨二次風門控制值以及燃燼風門控制值匯總形成兩套控制規(guī)則；其中エ況參數(shù)，包括負荷，煤質(zhì)，及磨運行組合，具體處理為負荷采用區(qū)段的方式，工程中以30麗為ー個區(qū)段對負荷進行劃分，[300, 330] [330,360]……[600，630]，可以涵蓋整個負荷區(qū)間;對于煤質(zhì)系數(shù)，在計算站中計算出煤質(zhì)后也進行區(qū)段劃分，并將區(qū)分標記送給PLC;對于磨運行組合采取的方法是，采用兩類控制方式，一類是單磨的二次風配風控制方式，一類是整體配風方式，原則上當所有運行磨全部投入規(guī)則控制吋，自動采用整體配風方式，其他情況采用單磨配風方式；但當在整體配風方式?jīng)]有的運行組合情況出現(xiàn)吋，就切換到單磨配風規(guī)則方式；整體配風方式主要是通過控制鍋爐各層二次風的不同進風量，可以改變進入爐膛燃料的燃燒，從而控制NOX的生成和鍋爐效率的改變；單磨配風主要是考慮磨運行后能保證從該磨進入爐膛燃燒的二次風量。 (ニ)將上述的規(guī)則下裝到PLC，在PLC內(nèi)部進行功能判斷，包括運行人員在操作員站上得功能選擇，及控制功能投入/切除判斷，控制功能在計算站及分散控制系統(tǒng)DCS出現(xiàn)通訊故障下自動切除判斷，規(guī)則功能判斷等，選擇出最終的指令，送給分散控制系統(tǒng)。(三)選擇后的指令送入分散控制系統(tǒng)DCS系統(tǒng)，為保證生產(chǎn)安全，在DCS側(cè)增加對輸入指令的限值判斷，這樣當PLC發(fā)生故障時引起的指令變動被限制在ー個安全值之內(nèi)，從而能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。(四)由于原磨二次風及燃燼風的控制在DCS側(cè)控制，但在優(yōu)化控制方案中也需要對二次風及燃燼風進行控制，為減少對現(xiàn)場設備的硬件改造，控制方案采用將控制指令送給DCS系統(tǒng)，通過在與DCS中原有該設備的自動邏輯在DCS系統(tǒng)中進行控制指令的切換，實現(xiàn)優(yōu)化控制方案可控制或DCS控制，在優(yōu)化實現(xiàn)控制功能的同時對原來系統(tǒng)的改變不大，在控制切換過程中，控制系統(tǒng)(PLC)控制值通過基于DCS系統(tǒng)當前值進行有速率變動，使整個系統(tǒng)在切換過程沒有擾動。(五)在DCS系統(tǒng)切換后的指令經(jīng)過原有的DCS系統(tǒng)手操器算法，及原有的生產(chǎn)保護算法，最終將風門控制指令送給現(xiàn)場設備。在本系統(tǒng)中當優(yōu)化系統(tǒng)出現(xiàn)故障吋，如通訊故障，方案中將優(yōu)化系統(tǒng)的控制權轉(zhuǎn)回到DCS系統(tǒng)手動控制；同時方案在負荷大于300MW以上才能投入優(yōu)化控制，且控制值在DCS側(cè)對最優(yōu)化信號的限值做了限制；當PLC系統(tǒng)切除控制時，優(yōu)化控制的響應自動將DCS側(cè)的優(yōu)化切除，同時在DCS側(cè)給出聲音報警，從而保證在各類エ況下都能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。圖2為基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制裝置結構組成示意圖，其中計算站、操作員站以及PLC維護站通過交換機與PLC控制站網(wǎng)絡相連；其中，計算站用于完成實時煤質(zhì)參數(shù)和鍋爐效率的計算后，通過MODBUS TCP的方式送入PLC控制站，為PLC控制站提供當前的煤質(zhì)參數(shù)及鍋爐效率；操作員通過操作員站通過畫面操作的方式，將提高鍋爐效率或降低NOX的控制指令通過MODBUS TCP的方式送入PLC控制站，供PLC控制實現(xiàn)控制節(jié)煤及降氮的控制目標指令的邏輯投切，同時操作員也可以通過操作站監(jiān)視相關的エ況參數(shù)、被控參數(shù)的實時值；PLC維護站通過PLC可視化的編程工具維護PLC控制站的控制邏輯，完成PLC控制站中的邏輯修改及下裝，控制站數(shù)據(jù)庫下裝，PLC控制站邏輯在線參數(shù)監(jiān)視等功能。PLC控制站與各分散控制系統(tǒng)DCS通過控制線和網(wǎng)絡相連；PLC控制站實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制功能，完成邏輯切換，并根據(jù)操作員站的操作指令及計算站上傳的當前煤質(zhì)系數(shù)和相應的控制規(guī)則以及通過MODBUS RS485通訊方式得到的發(fā)電廠AGC指令，各個磨煤機運行狀態(tài)等形成當前操作指令通過PLC系統(tǒng)模擬量輸出卡件將4-20mA控制指令傳送給各分散控制系統(tǒng)DCS，完成對現(xiàn)場設備的控制。PLC同時完成在通訊故障自動切除控制功能，保證在各類 エ況下系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
權利要求
1.一種基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 (1)基于對電站鍋爐現(xiàn)場設備的被控參數(shù)進行操作的歷史操作記錄，針對提高鍋爐效率和降低NOx排放兩個不同控制目標，尋找各種エ況參數(shù)組合下對所述現(xiàn)場設備的被控參數(shù)的最優(yōu)的操作方式，并將這些最優(yōu)的操作方式匯總形成兩套控制規(guī)則；其中エ況參數(shù)包括機組功率、煤質(zhì)系數(shù)和磨運行組合方式； (2)將步驟(I)中形成的相對于控制節(jié)煤及降氮兩個不同控制目標的兩套控制規(guī)則加載到PLC控制站中； (3)在操作員站選擇提高鍋爐效率或降低NOx排放不同的控制目標指令下發(fā)給PLC控制站; (4)PLC控制站在接到操作員站下發(fā)的控制目標指令后選擇該控制目標對應的控制規(guī) 貝1J，根據(jù)當前エ況參數(shù)組合，從所述控制規(guī)則中選擇對應的對被控參數(shù)的控制值，并實時形成相應的當前操作指令下發(fā)給分散控制系統(tǒng)DCS ； (5)當分散控制系統(tǒng)DCS接收到PLC控制站下發(fā)的當前操作指令后，在分散控制系統(tǒng)DCS內(nèi)部與原有的自動邏輯進行切換，用當前操作指令替換原有的自動邏輯的指令，并通過分散控制系統(tǒng)DCS原有的DCS手操站最終將當前操作指令發(fā)送到電站鍋爐現(xiàn)場設備。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制方法，其特征在于 在步驟(I)中，機組功率和煤質(zhì)系數(shù)采用區(qū)段的方式進行劃分，將機組功率、煤質(zhì)系數(shù)的不同區(qū)段與兩種磨運行配風方式組合得到不同的エ況參數(shù)組合，相對于不同的エ況參數(shù)組合，每ー套控制規(guī)則均有兩種不同的配風方式。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制方法，其特征在于 在步驟(4)中，還進一歩包括計算站，對エ況參數(shù)中的煤質(zhì)系數(shù)和機組功率進行計算，并對煤質(zhì)系數(shù)和機組功率進行區(qū)段劃分，將當前エ況下的煤質(zhì)系數(shù)和機組功率的區(qū)分標記傳送給PLC控制站。
4.根據(jù)權利要求I所述的基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制方法，其特征在于 在步驟(5)中，在將當前操作指令與原有的自動邏輯進行切換之前，還包括對分散控制系統(tǒng)DCS側(cè)進行限值判斷，保證當前操作指令在限值之內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制方法，其特征在于 在步驟(5)中，所述電站鍋爐現(xiàn)場設備包括磨二次風門及燃燼風門，所述當前操作指令包括風門擋板控制指令。
6.ー種實現(xiàn)權利要求1-5中任ー權利要求所述基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制方法的裝置，包括計算站、操作員站、交換機、PLC維護站、PLC控制站，以及各分散控制系統(tǒng)DCS，其特征在于 計算站、操作員站以及PLC維護站通過交換機與PLC控制站網(wǎng)絡相連； PLC控制站與各分散控制系統(tǒng)DCS通過控制線和網(wǎng)絡相連； 計算站用于完成實時煤質(zhì)系數(shù)和鍋爐效率的計算，為PLC控制站提供當前的煤質(zhì)系數(shù)及鍋爐效率； 操作員站用于運行人員進行提高鍋爐效率或降低NOx排放的不同的控制目標指令的投切，并監(jiān)視相關的エ況參數(shù)、被控參數(shù)的控制值；PLC維護站用于維護工程師維護PLC控制站的控制邏輯； PLC控制站用于接受操作員站下發(fā)的控制目標指令，井根據(jù)計算站上傳的當前エ況參數(shù)和相應的控制規(guī)則形成當前操作指令下發(fā)給各分散控制系統(tǒng)DCS，完成對現(xiàn)場設備的控制。
全文摘要
一種基于規(guī)則的電站鍋爐燃燒節(jié)煤降氮控制方法，在燃煤火電廠機組控制技術領域中，基于對被控參數(shù)進行的對現(xiàn)場設備操作記錄中，尋找到對該參數(shù)最優(yōu)的操作方式，并將其歸納總結后形成控制規(guī)則，在控制裝置中實現(xiàn)的基于規(guī)則的控制方法和一整套相對應控制裝置。本發(fā)明的主要成果在對燃煤火力發(fā)電機組的鍋爐效率和NOx排放的作為控制目標，基于規(guī)則的控制方法是通過對歷史數(shù)據(jù)的挖掘，找出每個工況下的最優(yōu)操作結果，直接控制現(xiàn)場設備，實現(xiàn)常規(guī)方法無法完成的節(jié)能降耗增效控制效果。
文檔編號G05B19/418GK102654768SQ201210141660
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權日2012年5月9日
發(fā)明者吉云, 王繼明, 祝敬偉, 黃孝彬, 黃振江 申請人:北京華電天仁電力控制技術有限公司