基于氮氧化物排放指标约束条件下的燃烧优化控制方法

摘要

本发明属于燃气工业锅炉领域，具体涉及一种燃烧控制方法。本发明中的一种基于氮氧化物排放指标约束条件下的燃烧优化控制方法，包括如下步骤：1.通过连接环保主管部门或查阅当地环保要求，设定气态污染物浓度排放标准值Ah；2.采集氮氧化物浓度值Ai，考虑燃气工业锅炉类型和烟气分析仪的采样周期TNOx，根据现场设置氮氧化物采样次数设定为M，并做均值处理。本发明的有益效果：通过所述烟气在线分析系统提供的烟气信息流对燃气工业锅炉进行约束性控制和柔和性控制，既确保燃气工业锅炉排放达到国家标准，又使得锅炉的燃烧效率达到最高。

权利要求

1.一种基于氮氧化物排放指标约束条件下的燃烧优化控制方法，包括如下步骤：a)通过连接环保主管部门或查阅当地环保要求，设定气态污染物浓度排放标准值Ah；

b)采集氮氧化物浓度值Ai，考虑燃气工业锅炉类型和烟气分析仪的采样周期TNOx，根据现场设置氮氧化物采样次数设定为M，并做均值处理；

Ai为第i次氮氧化物浓度采样值，表示M次采样均值，TNOx表示氮氧化物的采样周期；

采集烟气氧浓度值Oi，考虑燃气工业锅炉类型和烟气分析仪的采样周期TO2，根据现场设置氧量采样次数设定为N，计算过量空气系数α，并做均值处理；

αi表示第i次过量空气系数，

c)燃烧调节控制算法：

采用增量型燃烧控制，具体算法如下：燃烧控制输出u(k)＝u(k-1)+Δu(k)，Δu(k)＝Kp*e(k)+Ki*e(k-1)+Kd*e(k-2)，e(k)为负荷目标值P目标减去负荷P实际值，Kp、Ki、Kd为常规PID经过运算变异后的系数；

d)氮氧化物约束条件下的燃烧优化调节控制①建立查表系统：在没有氮氧化物约束锅炉燃烧运行的条件下，提取负荷P、燃烧器风门开度Y、氮氧化物 和过量空气系数 的对应运行数据样本，建立查表系统；

②氮氧化物约束条件下的燃烧优化控制：设定氮氧化物排放的安全宽度阈值A0，负荷为P，负荷目标值为P目标；

当锅炉正常运行之后，负荷调节如下：a、 则燃烧控制输出如下：

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)，b、 负荷偏差ΔP＝P-P目标设定允许负荷偏差值为K0

当Δp>＝K0时，燃烧输出

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)当Δp＜K0时，燃烧输出

u(k)＝u(k-1)+ε

其中Yh1为风门开度的上限值，Yl1为风门开度的下限值，ΔA为设定的氮氧化物排放变更步长。

2.根据权利要求1所述的一种基于氮氧化物排放指标约束条件下的燃烧优化控制方法，其特征在于，ΔA为氮氧化物的测量精度值Am。

说明书

基于氮氧化物排放指标约束条件下的燃烧优化控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于燃气工业锅炉领域，具体涉及一种燃烧控制方法。

背景技术

[0002] 煤改气工程从2000年开始，至目前已有十多年，现有控制设备中没有对氮氧化物进行控制；另外氮氧化物与燃烧负荷在燃气工业锅炉实际运行过程中，为反向指标，当燃烧火力越大，氮氧化物的生成速率越快；当燃烧火力越小，氮氧化物的生成根据燃烧温度非线性下降，因此现有锅炉燃烧控制方法容易造成氮氧化物排放超标。

发明内容

[0003] 为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种控制氮氧化合物的燃烧控制方法。

[0004] 本发明中的一种基于氮氧化物排放指标约束条件下的燃烧优化控制方法，包括如下步骤：

[0005] 1.通过连接环保主管部门或查阅当地环保要求，设定气态污染物浓度排放标准值Ah；

[0006] 2.采集氮氧化物浓度值Ai，考虑燃气工业锅炉类型和烟气分析仪的采样周期TNOx，根据现场设置氮氧化物采样次数设定为M，并做均值处理；

[0007]

[0008] Ai为第i次氮氧化物浓度采样值，表示M次采样均值，TNOx表示氮氧化物的采样周期；

[0009] 2.采集烟气氧浓度值Oi，考虑燃气工业锅炉类型和烟气分析仪的采样周期TO2，根据现场设置氧量采样次数设定为N，计算过量空气系数α，并做均值处理；

[0010]

[0011] αi表示第i次过量空气系数，

[0012] 3.燃烧调节控制算法：

[0013] 采用增量型燃烧控制，具体算法如下：

[0014] 燃烧负荷输出u(k)＝u(k-1)+Δu(k)，

[0015] Δu(k)＝Kp*e(k)+Ki*e(k-1)+Kd*e(k-2)，

[0016] e(k)为为负荷目标值P目标减去负荷P实际值，

[0017] Kp、Ki、Kd为常规PID经过运算变异后的系数；

[0018] 4.氮氧化物约束条件下的燃烧优化调节控制

[0019] ①建立查表系统：在没有氮氧化物约束锅炉燃烧运行的条件下，提取负荷P、燃烧器风门开度Y、氮氧化物 和过量空气系数 的对应运行数据样本，建立查表系统；

[0020] ②氮氧化物约束条件下的燃烧优化控制：

[0021] 设定氮氧化物排放的安全宽度阈值A0，负荷为P，负荷目标值为P目标；烟气分析仪的精度为Am

[0022] 当锅炉正常运行之后，负荷调节如下：

[0023] a、 则燃烧控制输出如下：

[0024] u(k)＝u(k-1)+Δu(k)，

[0025] b、 负荷偏差ΔP＝P-P目标

[0026] 考虑检测负荷的设备本身存在的精度和设备运行概况，设定允许负荷偏差值为K0[0027] 当Δp＞＝K0时，燃烧控制输出

[0028] u(k)＝u(k-1)+Δu(k)

[0029] 当Δp＜K0时，燃烧控制输出

[0030] u(k)二u(k-1)+ε

[0031]

[0032] 其中Yh1为风门开度的上限值，Yl1为风门开度的下限值，ΔA为设定的氮氧化物排放变更步长；

[0033] 为防止风门开度输出变化太快引起氮氧化物的急剧变化，因此，ε的设计控制步伐需尽可能小。在中小型燃气工业锅炉的燃烧系统一般采用一个燃烧器来完成。燃烧器的风门执行机构正常调节范围为25％～100％，调节幅度为75％，根据燃烧器的风门执行机构从25％～100％测试的走程时间计算为30S，因此，燃烧器的走程精度＝75％÷30＝2.5％/s。
另外，根据烟气在线分析仪的性能参数，作为优选，ΔA为氮氧化物的测量精度值Am。

[0034] ε＜2.5％时，则ε＝2.5％

[0035] ε≥2.5％时，则

[0036] 因此，当Δp＜K0时，燃烧控制输出：

[0037]

[0038] 本发明的有益效果：通过所述烟气在线分析系统提供的烟气信息流对燃气工业锅炉进行约束性控制和柔和性控制，既确保燃气工业锅炉排放达到国家标准，又使得锅炉的燃烧效率达到最高。

具体实施方式

[0039] 下面对本发明作进一步详细说明，但不应将此理解为本发明的上述主题的范围仅限于上述实施例。

[0040] 一种基于氮氧化物排放指标约束条件下的燃烧优化控制方法，包括如下步骤：

[0041] 燃气工业锅炉中天然气成分中含氮的比例很低，因此，氮氧化物生成中燃料型产生的比例很低。因燃气工业锅炉中燃烧温度很高，主要考虑为热力型生成的氮氧化物。在启动锅炉过程中，火焰温度很低，基本在1000℃以下，而一般在1300℃以下时氮氧化物生成较少，因此，本发明专利只考虑再锅炉负荷在稳燃后从小负荷至满负荷的调节过程中的氮氧化物的约束控制；

[0042] 1.采集氮氧化物浓度值Ai，考虑燃气工业锅炉类型和烟气分析仪的采样周期TN0x，根据现场设置氮氧化物采样次数设定为M，并做均值处理；

[0043]

[0044] Ai为第i次氮氧化物浓度采样值，表示M次采样均值，TN0x表示氮氧化物的采样周期；

[0045] 2.采集烟气氧浓度值Oi，考虑燃气工业锅炉类型和烟气分析仪的采样周期TO2，根据现场设置氧量采样次数设定为N，计算过量空气系数α，并做均值处理；

[0046]

[0047] αi表示第i次过量空气系数，

[0048] 3.燃烧调节控制算法：

[0049] 采用增量型燃烧控制，具体算法如下：

[0050] 燃烧控制输出u(k)＝u(k-1)+Δu(k)，

[0051] Δu(k+1)＝Kp*e(k)+Ki*e(k-1)+Kd*e(k-2)，

[0052] e(k)为为负荷目标值P目标减去负荷P实际值

[0053] Kp、Ki、Kd：分别为常规PID经过运算变异后的系数；

[0054] 4.氮氧化物约束条件下的燃烧优化调节控制

[0055] ①在没有氮氧化物约束锅炉燃烧运行的条件下，提取负荷P、燃烧器风门开度Y、氮氧化物 和过量空气系数 的对应运行数据样本，建立查表系统。

[0056] ②氮氧化物约束条件下的燃烧优化控制：

[0057] 根据氮氧化物生成机理，对燃烧分级控制，进行优化管理，为避免氮氧化物排放的超调，根据烟气分析仪的精度设置适量偏差值A0；负荷为P，负荷目标值为P目标[0058] 当锅炉正常运行之后，负荷调节如下：

[0059] a、 则燃烧控制输出如下：

[0060] y(k)＝u(k)＝u(k-1)+Δu(k)

[0061] b、 负荷偏差ΔP＝P-P目标

[0062] 锅炉运行的最理想状态为A0→0，且ΔP→0，系统既满足环保要求，又达到节约能源的目的。但是在实际运行过程中，因有氮氧化物含量的约束，常规PID调节已无法根据当前的增量型控制算法来达到最佳负荷的需求。为了无限逼近燃烧最佳匹配点，当锅炉运行稳定后，系统脱开PID调节，采用人工逼近控制算法+查表系统进行燃烧优化控制。

[0063] 考虑检测负荷的设备本身存在的精度以及设备运行概况，因此，将负荷偏差最终的值确定为K0

[0064] 当|Δp|≤K0时，燃烧控制输出

[0065] y(k)＝u(k)＝u(k-1)+Δu(k)

[0066] 当Δp＞K0时，根据PID运算趋势，燃烧控制输出将逐步减小，根据氮氧化物生成机理，氮氧化物的浓度也将逐步减小，因此，燃烧控制输出

[0067] y(k)＝u(k)＝u(k-1)+Δu(k)

[0068] 当Δp＜K0时，负荷没有达到目标值，为了使得燃烧控制输出和氮氧化物能平滑过渡到最佳值，系统采用柔和性控制算法，燃烧控制输出：

[0069] y(k)＝u(k)+ε

[0070] 依据温度与氮氧化物曲线关系和查表系统，在氮氧化物(Ah-Ao)～Ah区间和风门开度YL1～YH1区间建立近似比例关系，则

[0071]

[0072] 为防止燃烧器的风门开度变化太快引起氮氧化物的急剧变化，因此，ε的设计控制步伐需尽可能小。在中小型燃气工业锅炉的燃烧系统一般采用一个燃烧器来完成。燃烧器的风门执行机构正常调节范围为25％～100％的开度，调节幅度为75％，根据燃烧器的风门执行机构从25％～100％测试的走程时间计算为30S，因此，风门执行机构的走程精度＝75％÷30＝2.5％/s。另外，根据烟气在线分析仪的性能参数，将氮氧化物的精度值设置为Am。

[0073] ε＜2.5％时，则ε＝2.5％

[0074] ε≥2.5％时，则

[0075] 因此，当Δp＜K0时，燃烧控制输出：

[0076]