CN104061588B - 基于二次风门调风控制的低氮燃烧控制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于二次风门调风控制的低氮燃烧控制方法和系统。其中智能调风服务器根据采集到的煤质参数，确定当前正在燃烧的煤质状况，根据煤质状况和磨煤机运行方式选择相对应的配风方案，并将配风方案发送给控制器；控制器根据智能调风服务器发送的配风方案，对燃煤锅炉的各二次风门进行控制；智能调风服务器根据当前采集到的氮氧化物排放浓度与当前的氮氧化物基准值，确定相应的二次风门校正方案，并将相应的控制指令发送给控制器；控制器根据接收到的控制指令对二次风门进行校正，以降低氮氧化物的排放。通过根据燃煤锅炉的运行状况对二次风门进行控制，从而有效实现低氮燃烧控制。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉优化燃烧控制领域，特别涉及一种基于二次风门调风控制的低氮燃烧控制方法和系统。
背景技术
大型燃煤电厂锅炉的氮氧化物(NOx)排放特性日益受到关注。根据传统的“大三区”(主燃区、还原区和燃尽区)配风格局，国内外业界取得了显著的成绩。然而，在进行进一步的深度脱氮时，却出现了一系列突出的问题，主要包括碳的燃尽率下降，一氧化碳CO排放量升高，锅炉效率降低；炉内局部出现强还原性气氛，导致炉膛结渣，水冷壁的高温腐蚀趋势增加。由此，传统粗放型的二次风配风方式，已经遭遇进一步深度脱氮的障碍。
目前国内外同类技术中，比较先进的实现方法有正交试验法、基于统计模型的控制方法、神经网络/遗传算法等人工智能技术，以及基于数据挖掘的历史工况寻优方法。
1)正交试验法
这是一种由组合理论推导的多因素试验方法，适用于多因素、多指标、因素间存在交互作用及具有随机误差的试验，具有试验工作量小、信息量丰富、试验方案程序化的特点，能够实现对各影响因素进行组合简化试验。
2)基于统计模型的控制方法
采用数据统计方法建模，典型的是将烟气含氧量、排烟温度等作为输入数据，运用贝叶斯统计和加权非线性回归分析相结合的统计方法，建立锅炉燃烧特性模型，并在最优化原理指导下快速寻找到最佳的控制量组合。
3)基于数据挖掘的历史工况寻优方法
通过对历史数据的挖掘及人工分析，解析运行的历史行为，找出每个工况下的最优操作结果和用于优化操作的规律，获得运行模式知识库。依据提取的控制方法，达到各种工况参数组合下被控参数的最优操作方式，实现对现场设备控制，达到降低NOx和提高锅炉效率的目标。
4)神经网络、遗传算法等人工智能技术
采用神经网络建模、遗传算法寻优、预测控制等技术，优化的目标可以是NOx排放、锅炉效率、飞灰含碳量或者几者的综合，选择负荷、总风量、给煤量、二次风挡板开度、二次风摆角、氧量、磨煤机运行方式等作为输入参数，通过分配权重，在线分析并迅速得出不同负荷、不同煤种中最佳的配风配煤运行方式，指导运行。
通过分析发现，上述现有技术中存在以下缺陷：
传统的正交试验法需要在典型负荷下，对影响因素进行分析和筛选，确定因素和水平，虽然已经简化了试验数量，但依然还需要大量的试验，调整时间长，适用性差，无法适应目前国内电厂煤质变化频繁这一实际情况。并且，设备改造后需要重新进行试验。种种问题，使得这种方法越来越难以适应当前的需求。
再者，采用统计模型或者数据挖掘的历史工况寻优方法，由于没有在线控制的核心策略，仅通过历史数据统计给出运行参数规律和设备操作方式，而燃烧的非线性、强耦合性，在这种情况下，决定了工况无法重现。彻底分析和了解电厂燃烧过程中的物理和热动态性质，才是进行燃烧控制的基础。同时，基于统计模型的建模工况组合繁多，单是磨煤机组合已达十余种，如果考虑其他辅机设备，组合会呈现爆炸式增长，难以应对负荷、煤质多变的国情。
另外，神经网络模型等人工智能技术同样缺乏成熟的燃烧热力学机理的支撑。污染生成机理极为复杂并且很多运行参数之间均存在着复杂的耦合关系，这种“黑匣子”式的数学理论分析很难表达影响NOx排放因素之间的关系和热力学反应机理。其次，神经网络建模的准确程度很大依赖于训练数据的准确、全面性。相较于国内机组，国外机组可测参数更多，且测量准确。因此，神经网络技术应用于我国时，需要考虑建模过程中，其采用的数据，尤其是风量等数据的准确性。本身建模所用数据的误差很可能造成模型偏离实际运行工况，抑制产品功能的发挥。
发明内容
本发明实施例提供一种基于二次风门调风控制的低氮燃烧控制方法和系统。通过根据燃煤锅炉的运行状况对二次风门进行控制，从而有效实现低氮燃烧控制。
根据本发明的一个方面，提供一种基于二次风门调风控制的低氮燃烧控制方法，包括：
智能调风服务器根据采集到的煤质参数，确定当前正在燃烧的煤质状况；
智能调风服务器根据煤质状况和磨煤机运行方式选择相对应的配风方案，并将配风方案发送给控制器；
控制器根据智能调风服务器发送的配风方案，对燃煤锅炉的各二次风门进行控制；
智能调风服务器根据当前采集到的氮氧化物排放浓度与当前的氮氧化物基准值，确定相应的二次风门校正方案，并将相应的控制指令发送给控制器；
控制器根据接收到的控制指令对二次风门进行校正，以降低氮氧化物的排放。
在一个实施例中，智能调风服务器将配风方案发送给控制器后，还包括：
智能调风服务器根据实时采集到的第i个经济性指标参数的参数值Fci，计算参数值Fci的指标偏差Bi，其中Bi＝Fci－FcLi，FcLi为与第i个经济性指标参数相对应的参数阈值，1≤i≤N，N为经济性指标参数总数；
智能调风服务器判断是否存在大于预定偏差值的指标偏差；
若存在大于预定偏差值的指标偏差，则智能调风服务器利用第i个经济性指标参数的增量与氮氧化物排放增量的对应关系，根据指标偏差Bi确定第i个经济性指标参数的修正值Ci，并根据氮氧化物排放基准值R和修正值Ci，预测当前的氮氧化物排放基准值R′；
智能调风服务器根据预测的当前氮氧化物排放基准值R′，确定相应的二次风门校正方案，并将相应的控制指令发送给控制器，以便控制器根据接收到的控制指令对二次风门进行校正，以降低氮氧化物的排放。
在一个实施例中，控制器根据接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤包括：
控制器接收到控制指令后，判断当前是否处于低氮智能调风模式；
若当前处于低氮智能调风模式，则控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正；
若当前不处于低氮智能调风模式，则控制器拒绝执行接收到的控制指令。
在一个实施例中，控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便调节主燃区内一次风和二次风的掺混时间，以便使因局部缺氧燃烧产生的焦炭在析出后能够及时与二次风中的氧气接触并着火燃烧。
在一个实施例中，控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便利用二次风的抽吸作用提高热烟气与一次风的混合速度，从而抑制生成氮氧化物的前驱物与氧气反应，促进已生成的氮氧化物进行同相和异相还原。
在一个实施例中，控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便使二次风进入焦炭聚集的区域，从而阻止灰颗粒附壁，延长冷却路径的流场结构。
在一个实施例中，控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤还包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在还原区的二次风门进行控制，以便调节氧气的逐步掺混时间和烟气温度，从而提高气固相返混率，提高飞灰燃尽度。
在一个实施例中，控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤还包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在燃尽区的分离式燃尽风SOFA风门进行控制，以便调节SOFA总风量和各层SOFA风量的分配，从而强化气固混合率，提高焦炭燃尽率，减少氮氧化物的再生成。
根据本发明的另一方面，提供一种基于二次风门调风控制的低氮燃烧控制系统，包括智能调风服务器和控制器，其中：
智能调风服务器，用于根据采集到的煤质参数，确定当前正在燃烧的煤质状况；根据煤质状况和磨煤机运行方式选择相对应的配风方案，并将配风方案发送给控制器；根据当前采集到的氮氧化物排放浓度与当前的氮氧化物基准值，确定相应的二次风门校正方案，并将相应的控制指令发送给控制器；
控制器，用于根据智能调风服务器发送的配风方案，对燃煤锅炉的各二次风门进行控制；根据接收到的控制指令对二次风门进行校正，以降低氮氧化物的排放。
在一个实施例中，智能调风服务器还用于将配风方案发送给控制器后，根据实时采集到的第i个经济性指标参数的参数值Fci，计算参数值Fci的指标偏差Bi，其中Bi＝Fci－FcLi，FcLi为与第i个经济性指标参数相对应的参数阈值，1≤i≤N，N为经济性指标参数总数；判断是否存在大于预定偏差值的指标偏差；若存在大于预定偏差值的指标偏差，则利用第i个经济性指标参数的增量与氮氧化物排放增量的对应关系，根据指标偏差Bi确定第i个经济性指标参数的修正值Ci，并根据氮氧化物排放基准值R和修正值Ci，预测当前的氮氧化物排放基准值R′；根据预测的当前氮氧化物排放基准值R′，确定相应的二次风门校正方案，并将相应的控制指令发送给控制器，以便控制器根据接收到的控制指令对二次风门进行校正，以降低氮氧化物的排放。
在一个实施例中，控制器具体在接收到控制指令后，判断当前是否处于低氮智能调风模式；若当前处于低氮智能调风模式，则利用接收到的控制指令对二次风门进行校正；若当前不处于低氮智能调风模式，则拒绝执行接收到的控制指令。
在一个实施例中，控制器还用于利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便调节主燃区内一次风和二次风的掺混时间，以便使因局部缺氧燃烧产生的焦炭在析出后能够及时与二次风中的氧气接触并着火燃烧。
在一个实施例中，控制器还用于利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便利用二次风的抽吸作用提高热烟气与一次风的混合速度，从而抑制生成氮氧化物的前驱物与氧气反应，促进已生成的氮氧化物进行同相和异相还原。
在一个实施例中，控制器还用于利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便使二次风进入焦炭聚集的区域，从而阻止灰颗粒附壁，延长冷却路径的流场结构。
在一个实施例中，控制器还用于利用接收到的控制指令，通过对设置在还原区的二次风门进行控制，以便调节氧气的逐步掺混时间和烟气温度，从而提高气固相返混率，提高飞灰燃尽度。
在一个实施例中，控制器还用于利用接收到的控制指令，通过对设置在燃尽区的分离式燃尽风SOFA风门进行控制，以便调节SOFA总风量和各层SOFA风量的分配，从而强化气固混合率，提高焦炭燃尽率，减少氮氧化物的再生成。
本发明通过智能调风服务器根据煤质状况和磨煤机运行方式选择相对应的配风方案，并将配风方案发送给控制器，以便控制器根据配风方案对燃煤锅炉的各二次风门进行控制；智能调风服务器根据当前采集到的氮氧化物排放浓度与当前的氮氧化物基准值，确定相应的二次风门校正方案，并将相应的控制指令发送给控制器，以便控制器根据控制指令对二次风门进行校正。通过根据燃煤锅炉的运行状况对二次风门进行控制，从而有效实现低氮燃烧控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明低氮燃烧控制方法一个实施例的示意图。
图2为本发明低氮燃烧控制方法另一实施例的示意图。
图3为氮释放及转化模型示意图。
图4为本发明低氮燃烧控制系统一个实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1为本发明低氮燃烧控制方法一个实施例的示意图。如图1所示，本实施例的方法步骤如下：
步骤101，智能调风服务器根据采集到的煤质参数，确定当前正在燃烧的煤质状况。
步骤102，智能调风服务器根据煤质状况和磨煤机运行方式选择相对应的配风方案，并将配风方案发送给控制器。
优选的，可预先通过试验，确定与煤质状况和磨煤机运行方式相对应的配风方案，即在特定煤质状况和磨煤机运行方式下，通过选择相对应的配风方案，可确保氮氧化物的排放最小。
步骤103，控制器根据智能调风服务器发送的配风方案，对燃煤锅炉的各二次风门进行控制。
步骤104，智能调风服务器根据当前采集到的氮氧化物排放浓度与当前的氮氧化物基准值，确定相应的二次风门校正方案，并将相应的控制指令发送给控制器。
优选的，智能调风服务器判断当前采集到的氮氧化物排放浓度与当前的氮氧化物基准值之间的差值是否大于预定浓度门限，若该差值大于预定浓度门限，则选择与该差值相对应的二次风门校正方案。
优选的，可预先通过试验，确定与氮氧化物排放浓度与当前的氮氧化物基准值之间的差值相关联的二次风门校正方案，即在特定的差值下选择相应的二次风门校正方案可降低氮氧化物的排放。
步骤105，控制器根据接收到的控制指令对二次风门进行校正，以降低氮氧化物的排放。
基于本发明上述实施例提供的低氮燃烧控制方法，通过根据燃煤锅炉的运行状况对二次风门进行控制，从而有效实现低氮燃烧控制。
图2为本发明低氮燃烧控制方法另一实施例的示意图。在图1所示实施例中，智能调风服务器将配风方案发送给控制器后，还可包括：
步骤201，智能调风服务器根据实时采集到的第i个经济性指标参数的参数值Fci，计算参数值Fci的指标偏差Bi，其中Bi＝Fci－FcLi，FcLi为与第i个经济性指标参数相对应的参数阈值，1≤i≤N，N为经济性指标参数总数。
优选的，经济性指标参数可包括减温水量、锅炉省煤器出口氧量、尾部烟气中一氧化碳的含量、主再热汽温、飞灰含碳量等。
步骤202，智能调风服务器判断是否存在大于预定偏差值的指标偏差。
步骤203，若存在大于预定偏差值的指标偏差，则智能调风服务器利用第i个经济性指标参数的增量与氮氧化物排放增量的对应关系，根据指标偏差Bi确定第i个经济性指标参数的修正值Ci。
步骤204，智能调风服务器根据氮氧化物排放基准值R和修正值Ci，预测当前的氮氧化物排放基准值R′。
优选的，智能调风服务器利用公式
R′＝R+ψ1C1+…+ψiCi+…+ψNCN
预测当前的氮氧化物排放基准值R′，其中ψi为修正值Ci的权重值。
由于不同的经济指标所反映出的对经济性的重要程度是不同的，因此当考虑的经济性指标较多时，需要衡量不同经济性指标的权重。特别是电厂对某一经济性指标较为重视，对其超限的幅度及时间有严格要求时，需要增加此经济性指标的权重。
例如，若系统选取过热器减温水、再热器减温水、尾部烟气CO含量等三个经济性指标参数，而电厂对于再热器减温水很重视，对其超限较为敏感，则增加此项的权重，取其权重系数为1.2，其他的权重系数则变为0.9。权重系统的具体取值需要参考热态试验结果。
优选的，权重值ψi均为1。这也就意味着各经济性指标参数同等重要。
优选的，对采用滤波函数，对指标偏差Bi进行过滤，以便去除外界干扰对指标偏差计算的影响。
优选的，可选择易于工程实现的滤波器结构形式，滤波器的传递函数可为G(s)＝1/(Ts+1)。其中G(s)为滤波器的传递函数，s为拉氏变换的复变量，T为惯性时间(s)。
步骤205，智能调风服务器根据预测的当前氮氧化物排放基准值R′，确定相应的二次风门校正方案，并将相应的控制指令发送给控制器。
步骤206，控制器根据接收到的控制指令对二次风门进行校正，以降低氮氧化物的排放。
优选的，智能调风服务器预先建立第i个经济性指标参数的增量与氮氧化物排放增量之间的对应关系。
这里需要说明的是，深度脱氮与机组的高效高燃尽往往是相互制约的。在保证锅炉经济性能的前提下，动态修正通过热态试验得到的NOx基准值，形成最终的NOx目标值。这些经济制约因素包括与NOx有强相关耦合性的参数和经济性指标参数，如CO、汽温和减温水。对于汽温、减温水流量等经济性指标参数，通常与NOx燃烧调整方向成反向关系，当这些指标超过限值时，根据超出的程度，换算为对NOx基准值的修正量，最终的NOx目标量是在原基准值基础上加上每一个经济性指标对应的NOx基准值修正量。
优选的，在上述各实施例中，控制器根据接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤可包括：
控制器接收到控制指令后，判断当前是否处于低氮智能调风模式。若当前处于低氮智能调风模式，则控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正；若当前不处于低氮智能调风模式，则控制器拒绝执行接收到的控制指令。
通过上述处理，可进一步提高控制的灵活度。
下面对二次风门调风控制进行具体说明。
如图3所示，在氮释放及转化模型中，炉内燃烧与NO生成还原有近百个基元反应，这些反应伴随着煤的热解-着火-燃烧-燃尽全过程。通过二次风精细配风，将调试对象从全炉分为多个节点功能小区，将反应过程按在炉内空间不同区域分为主次反应，建立尽可能“精细”的节点功能区链环，相关煤热解到燃尽全过程中氮的析出与转化，使主燃区、还原区和燃尽区的特性利于各个节点功能区主反应的实现。
在一个实施例中，控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便调节主燃区内一次风和二次风的掺混时间，以便使因局部缺氧燃烧产生的焦炭在析出后能够及时与二次风中的氧气接触并着火燃烧。
其中，可在主燃区布置多层一次风喷口和多层二次风喷口，一次风和二次风喷口沿炉膛高度交替排列，并在最上层二次风上部布置多层紧凑型二次风喷口，部分二次风喷口外布置有贴壁风。
精细调节这些喷口的开度大小，可以改变各层喷口的风量分配。开大或者减小两层一次风中间的二次风，可控制此区域内一、二次风的掺混时间，使局部缺氧燃烧产生的焦炭析出后及时与二次风中的氧接触并着火燃烧，保证降低NOx的同时，焦炭及时燃尽。
在一个实施例中，控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤可包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便利用二次风的抽吸作用提高热烟气与一次风的混合速度，从而抑制生成氮氧化物的前驱物与氧气反应，促进已生成的氮氧化物进行同相和异相还原。
其中，在主燃区中，采用多种射流组合方式(如一次风逆向射流、二次风正向射流)，利用二次风的抽吸作用，使得热烟气迅速与一次风混合，从而形成“高温低氧浓煤粉节点功能区”，使“浓煤粉”在“高温”条件下快速反应，实现“低氧”条件，抑制HCN、NHi等前驱物与氧气反应，同时促进已生成的NO进行同相和异相还原。
在一个实施例中，控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤可包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便使二次风进入焦炭聚集的区域，从而阻止灰颗粒附壁，延长冷却路径的流场结构。
其中，在主燃区中，采用空气与燃料射流组合形成“中心区”和“近壁区”，精细调节二次风喷口的开度大小，减少进入“中心区”和炉膛四角挥发份析出燃烧区的二次风量，而使二次风适量适时进入焦炭聚集的“近壁区”，使“近壁区”具有较低温度、较低CO浓度和较高氧气浓度，形成有利于防渣的近壁节点功能区，能够有效阻止灰颗粒附壁和延长壁区冷却路径的流场结构。
在一个实施例中，控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤还可包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在还原区的二次风门进行控制，以便调节氧气的逐步掺混时间和烟气温度，从而提高气固相返混率，提高飞灰燃尽度。
其中，可在还原区四角布置贴壁二次风(一般占二次风总风量的1～5％)喷口和各类气固分离式喷口。
还原区发生的主要过程为焦炭的继续燃烧，以及气相HCN、NHi、CHi、CO与焦炭进入该区后还原NO的过程。精细调节此区域二次风开度，使得二次风空气射流外层空气经由还原区靠近近壁区火焰边部进入焦碳密集区，而较少进入中心区。形成适宜的复合驻涡，控制氧气的逐步掺混和烟气温度，有助于改善还原区固相停留时间分布概率密度，提高气固相返混率，并通过适量氧气逐步掺混进入焦碳密相区，弥补由于分级燃烧焦炭反应活性降低带来的飞灰燃尽度差等问题。
在一个实施例中，控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤还可包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在燃尽区的SOFA(Separate Over Fire Air，分离式燃尽风)风门进行控制，以便调节SOFA总风量和各层SOFA风量的分配，从而强化气固混合率，提高焦炭燃尽率，减少氮氧化物的再生成。
其中，可在燃尽区四角布置多层SOFA喷口，每个喷口向上向下-20～20°可调。
通过控制各层SOFA开度大小来加大或者减小各层SOFA风量，SOFA总风量(一般占锅炉总风量的20～25％)随之变化。喷出的SOFA风使得燃尽区烟气上游上升的大涡变成很多小涡，即建立“分区涡节点功能区”。调节SOFA总风量和各层SOFA风量的分配(如共四层SOFA，上三层全开和下三层全开，SOFA风量的分配不同)，可以调节分区涡节点功能区内空气分布均匀度，使得焦炭与适量空气均匀混合，实现流场内更高湍动度，强化此区段气固混合率，从而提高焦炭燃尽率，减少NOx再生成。
需要进行详细的二次风精细配风优化试验，来摸索并确定上述主要的节点功能区。节点功能区的特征由该区域的三场特性予以辨识。二次风精细配风的过程就是依据长期积累的理论研究，结合大量工程经验，通过优化试验将已经布置好的喷口参数与辨识出的三场特性参数予以匹配，得到各个主要节点功能区利于降氮的最优格局(格局，即所有二次风的开度分配)。
在进行二次风精细配风优化试验的过程(即确定二次风精细配风方案的过程)中，不仅考虑了氮氧化物排放，还充分考虑了机组性能，可以保证锅炉效率不降低或者略有升高。这里的机组性能指标，包括飞灰含碳量、大渣含碳量、排烟温度、减温水流量等，是影响锅炉效率的主要指标。根据运行规程或者运行人员要求，为每个指标确定明确的限值。优化试验过程中，实时监测各个指标，满足这些性能指标不超过限值。这样即可以保证锅炉效率不降低或者略有升高。
在锅炉内的空间沿高度方向上，二次风精细配风直观表现为过量空气系数α的差异。其中，过量空气系数为燃烧1kg燃煤实际所供给的空气质量与完全燃烧1kg燃煤所需的理论空气质量之比。过量空气系数不大于1.65，由燃料性质和燃烧方法决定。在现有技术中，主燃区、还原区和燃尽区的过量空气系数相对固定，例如，主燃区大部分区域α≈0.8，还原区α≈0.9，燃尽区α≈1.15。
而经过二次风精细配风，优化了全炉空气送入量和送入方式，采用多点、多区、多角度靶向送风，高度方向上分区优化波动给风，“强化还原”与“强化燃烧”过程交替分布深度分级，此时主燃区、还原区和燃尽区的过量空气系数α均呈曲线变化，使得局部区域空气过量系数均调整到较佳合理范围，不同区段有不同的掺混率，总体上抑制NOx的生成和强化还原。
在形成利于脱氮节点功能小区链环的过程中，即得到了单一负荷下的二次风精细配风格局。锅炉负荷提高，一方面会引起氧量减少，抑制NOx的生成，另一方面意味着炉内燃烧温度水平的提高，又将促进NOx生成，而往往温度提高引起的NOx增加量不抵氧量减少引起的NOx的减少量。在不同稳定负荷下，针对二次风进行精细配风，得到单一负荷下的配风格局，再利用合适的插值方法将其生成折线或者曲线的函数形式，形成二次风跟随负荷实时变化的最佳配风格局，即构成了“二次风精细配风方案”。
图4为本发明低氮燃烧控制系统一个实施例的示意图。如图4所示，该系统包括智能调风服务器401和控制器402。其中：
智能调风服务器401，用于根据采集到的煤质参数，确定当前正在燃烧的煤质状况；根据煤质状况和磨煤机运行方式选择相对应的配风方案，并将配风方案发送给控制器402；根据当前采集到的氮氧化物排放浓度与当前的氮氧化物基准值，确定相应的二次风门校正方案，并将相应的控制指令发送给控制器402。
控制器402，用于根据智能调风服务器401发送的配风方案，对燃煤锅炉的各二次风门进行控制；根据接收到的控制指令对二次风门进行校正，以降低氮氧化物的排放。
基于本发明上述实施例提供的低氮燃烧控制系统，通过根据燃煤锅炉的运行状况对二次风门进行控制，从而有效实现低氮燃烧控制。
在一个实施例中，智能调风服务器401还用于将配风方案发送给控制器后，根据实时采集到的第i个经济性指标参数的参数值Fci，计算参数值Fci的指标偏差Bi，其中Bi＝Fci－FcLi，FcLi为与第i个经济性指标参数相对应的参数阈值，1≤i≤N，N为经济性指标参数总数；判断是否存在大于预定偏差值的指标偏差；若存在大于预定偏差值的指标偏差，则利用第i个经济性指标参数的增量与氮氧化物排放增量的对应关系，根据指标偏差Bi确定第i个经济性指标参数的修正值Ci，并根据氮氧化物排放基准值R和修正值Ci，预测当前的氮氧化物排放基准值R′；根据预测的当前氮氧化物排放基准值R′，确定相应的二次风门校正方案，并将相应的控制指令发送给控制器402，以便控制器402根据接收到的控制指令对二次风门进行校正，以降低氮氧化物的排放。
在一个实施例中，智能调风服务器401具体利用公式
R′＝R+ψ1C1+…+ψiCi+…+ψNCN
预测当前的氮氧化物排放基准值R′，其中ψi为修正值Ci的权重值。
需要说明的是，由于低氮燃烧控制系统完全独立于分散控制系统(DCS)，因此低氮燃烧控制系统的调试、修改不影响机组的正常运行，DCS原有控制逻辑完全保留，仅增加最少量切换逻辑，有效提升了控制系统的调试效率和机组运行的安全性。
在一个实施例中，控制器402具体在接收到控制指令后，判断当前是否处于低氮智能调风模式。若当前处于低氮智能调风模式，则利用接收到的控制指令对二次风门进行校正；若当前不处于低氮智能调风模式，则拒绝执行接收到的控制指令。
通过设置低氮智能调风模式，可进一步提高控制的灵活度。
优选的，控制器402利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便调节主燃区内一次风和二次风的掺混时间，以便使因局部缺氧燃烧产生的焦炭在析出后能够及时与二次风中的氧气接触并着火燃烧。
优选的，控制器402还用于利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便利用二次风的抽吸作用提高热烟气与一次风的混合速度，从而抑制生成氮氧化物的前驱物与氧气反应，促进已生成的氮氧化物进行同相和异相还原。
优选的，控制器402还用于利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便使二次风进入焦炭聚集的区域，从而阻止灰颗粒附壁，延长冷却路径的流场结构。
优选的，控制器402还用于利用接收到的控制指令，通过对设置在还原区的二次风门进行控制，以便调节氧气的逐步掺混时间和烟气温度，从而提高气固相返混率，提高飞灰燃尽度。
优选的，控制器402还用于利用接收到的控制指令，通过对设置在燃尽区的分离式燃尽风SOFA风门进行控制，以便调节SOFA总风量和各层SOFA风量的分配，从而强化气固混合率，提高焦炭燃尽率，减少氮氧化物的再生成。
本发明以燃烧过程中的物理和热动态性质为基础，将调试对象从全炉分为多个节点功能小区，基于煤中氮析出转化各个节点的认识和燃烧过程，通过二次风精细配风，满足各种运行方式情况下利用降氮的三场(温度场、速度场、气固与烟气成份浓度场)特性，进而直接控制二次风门(包括SOFA风门)，从而达到降低氮氧化物和提高锅炉效率的目标。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (14)
1.一种基于二次风门调风控制的低氮燃烧控制方法，其特征在于，包括：
智能调风服务器根据采集到的煤质参数，确定当前正在燃烧的煤质状况；
智能调风服务器根据煤质状况和磨煤机运行方式选择相对应的配风方案，并将配风方案发送给控制器；
控制器根据智能调风服务器发送的配风方案，对燃煤锅炉的各二次风门进行控制；
智能调风服务器根据当前采集到的氮氧化物排放浓度与当前的氮氧化物基准值，确定相应的二次风门校正方案，并将相应的控制指令发送给控制器；
控制器根据接收到的控制指令对二次风门进行校正，以降低氮氧化物的排放；
其中，智能调风服务器将配风方案发送给控制器后，还包括：
智能调风服务器根据实时采集到的第i个经济性指标参数的参数值Fci，计算参数值Fci的指标偏差Bi，其中Bi＝Fci－FcLi，FcLi为与第i个经济性指标参数相对应的参数阈值，1≤i≤N，N为经济性指标参数总数；
智能调风服务器判断是否存在大于预定偏差值的指标偏差；
若存在大于预定偏差值的指标偏差，则智能调风服务器利用第i个经济性指标参数的增量与氮氧化物排放增量的对应关系，根据指标偏差Bi确定第i个经济性指标参数的修正值Ci，并根据氮氧化物排放基准值R和修正值Ci，预测当前的氮氧化物排放基准值R′；
智能调风服务器根据预测的当前氮氧化物排放基准值R′，确定相应的二次风门校正方案，并将相应的控制指令发送给控制器，以便控制器根据接收到的控制指令对二次风门进行校正，以降低氮氧化物的排放。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
控制器根据接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤包括：
控制器接收到控制指令后，判断当前是否处于低氮智能调风模式；
若当前处于低氮智能调风模式，则控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正；
若当前不处于低氮智能调风模式，则控制器拒绝执行接收到的控制指令。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便调节主燃区内一次风和二次风的掺混时间，以便使因局部缺氧燃烧产生的焦炭在析出后能够及时与二次风中的氧气接触并着火燃烧。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便利用二次风的抽吸作用提高热烟气与一次风的混合速度，从而抑制生成氮氧化物的前驱物与氧气反应，促进已生成的氮氧化物进行同相和异相还原。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便使二次风进入焦炭聚集的区域，从而阻止灰颗粒附壁，延长冷却路径的流场结构。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的方法，其特征在于，
控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤还包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在还原区的二次风门进行控制，以便调节氧气的逐步掺混时间和烟气温度，从而提高气固相返混率，提高飞灰燃尽度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
控制器利用接收到的控制指令对二次风门进行校正的步骤还包括：
控制器利用接收到的控制指令，通过对设置在燃尽区的分离式燃尽风SOFA风门进行控制，以便调节SOFA总风量和各层SOFA风量的分配，从而强化气固混合率，提高焦炭燃尽率，减少氮氧化物的再生成。
8.一种基于二次风门调风控制的低氮燃烧控制系统，其特征在于，包括智能调风服务器和控制器，其中：
智能调风服务器，用于根据采集到的煤质参数，确定当前正在燃烧的煤质状况；根据煤质状况和磨煤机运行方式选择相对应的配风方案，并将配风方案发送给控制器；根据当前采集到的氮氧化物排放浓度与当前的氮氧化物基准值，确定相应的二次风门校正方案，并将相应的控制指令发送给控制器；
控制器，用于根据智能调风服务器发送的配风方案，对燃煤锅炉的各二次风门进行控制；根据接收到的控制指令对二次风门进行校正，以降低氮氧化物的排放；其中，智能调风服务器还用于将配风方案发送给控制器后，根据实时采集到的第i个经济性指标参数的参数值Fci，计算参数值Fci的指标偏差Bi，其中Bi＝Fci－FcLi，FcLi为与第i个经济性指标参数相对应的参数阈值，1≤i≤N，N为经济性指标参数总数；判断是否存在大于预定偏差值的指标偏差；若存在大于预定偏差值的指标偏差，则利用第i个经济性指标参数的增量与氮氧化物排放增量的对应关系，根据指标偏差Bi确定第i个经济性指标参数的修正值Ci，并根据氮氧化物排放基准值R和修正值Ci，预测当前的氮氧化物排放基准值R′；根据预测的当前氮氧化物排放基准值R′，确定相应的二次风门校正方案，并将相应的控制指令发送给控制器，以便控制器根据接收到的控制指令对二次风门进行校正，以降低氮氧化物的排放。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
控制器具体在接收到控制指令后，判断当前是否处于低氮智能调风模式；若当前处于低氮智能调风模式，则利用接收到的控制指令对二次风门进行校正；若当前不处于低氮智能调风模式，则拒绝执行接收到的控制指令。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，
控制器还用于利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便调节主燃区内一次风和二次风的掺混时间，以便使因局部缺氧燃烧产生的焦炭在析出后能够及时与二次风中的氧气接触并着火燃烧。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，
控制器还用于利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便利用二次风的抽吸作用提高热烟气与一次风的混合速度，从而抑制生成氮氧化物的前驱物与氧气反应，促进已生成的氮氧化物进行同相和异相还原。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，
控制器还用于利用接收到的控制指令，通过对设置在主燃区的二次风门进行控制，以便使二次风进入焦炭聚集的区域，从而阻止灰颗粒附壁，延长冷却路径的流场结构。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的系统，其特征在于，
控制器还用于利用接收到的控制指令，通过对设置在还原区的二次风门进行控制，以便调节氧气的逐步掺混时间和烟气温度，从而提高气固相返混率，提高飞灰燃尽度。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，
控制器还用于利用接收到的控制指令，通过对设置在燃尽区的分离式燃尽风SOFA风门进行控制，以便调节SOFA总风量和各层SOFA风量的分配，从而强化气固混合率，提高焦炭燃尽率，减少氮氧化物的再生成。
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