专利名称：测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的方法及实现该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的方法及实现该方法的装置，属于热工自动控制技术领域。
背景技术：
目前，火力发电机组主要是以燃煤锅炉汽轮机发电机组为主，燃煤锅炉汽轮机发电机组占目前电网装机总量的90%以上。燃煤锅炉的入炉燃料量直接决定了火力发电机组的能量供给，及至最终决定了火力发电机组的功率输出，因此燃煤锅炉的入炉燃料量的测量与控制是机组设计和运行的一个关键参数。为了测量燃煤锅炉的入炉燃料量，通常采用的方法是通过测量磨煤机、或给煤机的转速，间接估计进入锅炉的燃料量，这些方法均存在两方面的弊端一方面由于煤种、煤质变化，使得进入锅炉的燃料流量难以真实反映进入锅炉的燃料能量；另一方面由于锅炉燃料系统还存在着煤粉自流等现象，使得通过磨煤机或者给煤机的转速来估计入炉燃料量的精度难以保证。为了解决上述问题，在实际工程中常以燃料燃烧传给锅炉的热量，简称热量信号作为锅炉入炉燃料量的测量量。所述的热量信号是构造信号，它用汽轮机第一级汽压加上锅炉汽包蓄热的动态变化，代表了单位时间内燃料燃烧传给锅炉的热量。它可反映燃料数量的改变同时也反映出燃料成分的改变，包括其发热量的改变，也可反映燃料输送系统的机械故障。因此热量信号能有效克服克服煤种、煤质变化，以及炉膛结焦、积灰、结垢等因素的影响，提高锅炉入炉燃料量测量的准确性。然而由于锅炉对象存在很大的惯性和延迟特性，而热量信号对燃料能量变化的响应较慢，响应时间常数达2-4分钟，随负荷变化纯滞后时间达0. 5-1分钟，因此限制了热量信号的应用及其产生的效果。燃料在炉内燃烧时立即释放出能量，这个过程是很快的。例如，煤粉炉内煤粉在炉膛内的停留时间一般只有^左右，即燃烧完全，表征燃料在炉膛内燃烧状况的参数，如炉膛烟气温度、火焰辐射温度、炉膛断面辐射能以及炉膛内蒸发段管外壁温度等参数对燃料能量变化的响应很快，从而可以快速反应入炉燃料量的变化，这是这些参数具有的独到的优点。但是这些参数信号又很易受烟气再循环量变化、炉膛受热面结焦积灰(吹灰)和火焰中心上下移动等因素的干扰，又会造成测量的准确度较差。概括起来，问题集中在如何去找到一个对入炉燃料量的变化能够既准确又快速地响应的测量量，现有的测量方法不能兼顾对测量结果的准确性和快速性的要求炉膛烟气温度、火焰辐射温度、炉膛断面辐射能以及炉膛内蒸发段管外壁温度等参数受烟气再循环量变化、炉膛受热面结焦积灰(吹灰)及火焰中心上下移动等因素的干扰，使得测量的稳态精度不高，高频干扰大，稳态精度较差；热量信号在稳态时能精确地表征燃料能量，但由于锅炉对象的大惯性和大延迟特性，以及锅炉蓄热的分布性等因素的影响，热量信号对燃料能量变化的响应较慢，动态精度
3较差。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有对燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的测量结果存在不能兼顾准确性和快速性的问题，提供一种测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的方法及实现该方法的装置。本发明所述测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的方法，所述方法为采用传感器测量燃煤锅炉炉膛断面的辐射能，得到炉膛断面辐射能信号Si，炉膛断面辐射能信号Si经高通滤波器滤除低频信号后，获得炉膛断面辐射能信号Sl的高频分量S2 ；同时采用传感器测量锅炉的热量，得到锅炉的热量信号S3，锅炉的热量信号S3经低通滤波器滤除高频信号后，获得锅炉的热量信号S3的低频分量S4 ；采用加法器将高频分量S2和低频分量S4相加，得到锅炉入炉燃料能量S5，采用燃料能量处理单元将锅炉入炉燃料能量S5除以燃料低热值LHV，得到锅炉入炉燃料量S6。本发明所述实现上述方法的测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的装置，它由测量锅炉炉膛辐射能的传感器、高通滤波器、测量锅炉热量信号的传感器、低通滤波器、 加法器和燃料能量处理单元组成，测量锅炉炉膛辐射能的传感器用于测量燃煤锅炉炉膛断面的辐射能，测量锅炉炉膛辐射能的传感器的炉膛断面辐射能信号Sl输出端连接高通滤波器的炉膛断面辐射能信号Sl输入端，高通滤波器的高频分量S2信号输出端连接加法器的高频分量S2信号输入端，测量锅炉热量信号的传感器用于测量锅炉的热量，测量锅炉热量信号的传感器的锅炉的热量信号S3输出端连接低通滤波器的锅炉的热量信号S3输入端，低通滤波器的低频分量S4信号输出端连接加法器的低频分量S4信号输入端，加法器的锅炉入炉燃料能量信号S5输出端连接燃料能量处理单元的锅炉入炉燃料能量信号S5输入端，燃料能量处理单元的输出端为锅炉入炉燃料量信号S6输出端。本发明的优点是本发明将现有技术中分别采用测量炉膛内燃烧状况的参数信号与测量燃煤锅炉的热量信号进行入炉燃料量的测量的方式进行了融合，由于这两类信号的特性具有互补性，因此通过高通滤波器和低通滤波器将这两类信号在空间或时间上的冗余或互补信息，通过融合算法来进行组合，改善了锅炉入炉燃料量的测量精度，其测量结果兼顾了燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量测量结果的准确性和快速性。
图1为本发明的原理框图；图2为高通滤波器和低通滤波器的特性曲线图，图中②为高通滤波器的特性曲线，④为低通滤波器的特性曲线。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的方法，所述方法为采用传感器测量燃煤锅炉炉膛断面的辐射能，得到炉膛断面辐射能信号Si，炉膛断面辐射能信号Si经高通滤波器滤除低频信号后，获得炉膛断面辐射能信号Sl的高频分量S2 ；同时采用传感器测量锅炉的热量，得到锅炉的热量信号S3，锅炉的热量信号S3经低通滤波器滤除高频信号后，获得锅炉的热量信号S3的低频分量S4 ；采用加法器将高频分量S2和低频分量S4相加，得到锅炉入炉燃料能量S5，采用燃料能量处理单元将锅炉入炉燃料能量S5除以燃料低热值LHV，得到锅炉入炉燃料量S6。本实施方式中高通滤波器和低通滤波器形成一个互补滤波器对，所述互补滤波器对分别提取炉膛断面辐射能信号Sl的高频分量S2和锅炉的热量信号S3的低频分量S4,将高频分量S2和低频分量S4进行频域融合，最终得到锅炉入炉燃料量的测量结果。
具体实施方式
二 本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述高通滤波器和低通滤波器的频率特性具有互补性，满足关系式LS+Lis= 1，其中1^表示高通滤波器的频率特性，Lis表示低通滤波器的频率特性。
具体实施方式
三本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，所述采用传感器测量锅炉的热量的方法为采用传感器同时测量汽轮机第一级汽压信号P1和锅炉蓄热的动态变化信号 Cb(dpd/dt)，根据测量获得的两个信号计算获得锅炉的热量信号S3为S3 = Pl+CB(dPd/dt)，其中Cb为锅炉蓄热系数，dpd/dt为锅炉汽包压力对时间的微分。
具体实施方式
四下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述实现实施方式一至三所述方法的测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的装置，它由测量锅炉炉膛辐射能的传感器1、高通滤波器2、测量锅炉热量信号的传感器3、低通滤波器4、加法器5 和燃料能量处理单元6组成，测量锅炉炉膛辐射能的传感器1用于测量燃煤锅炉炉膛断面的辐射能，测量锅炉炉膛辐射能的传感器1的炉膛断面辐射能信号Sl输出端连接高通滤波器2的炉膛断面辐射能信号Sl输入端，高通滤波器2的高频分量S2信号输出端连接加法器5的高频分量S2 信号输入端，测量锅炉热量信号的传感器3用于测量锅炉的热量，测量锅炉热量信号的传感器 3的锅炉的热量信号S3输出端连接低通滤波器4的锅炉的热量信号S3输入端，低通滤波器 4的低频分量S4信号输出端连接加法器5的低频分量S4信号输入端，加法器5的锅炉入炉燃料能量信号S5输出端连接燃料能量处理单元6的锅炉入炉燃料能量信号S5输入端，燃料能量处理单元6的输出端为锅炉入炉燃料量信号S6输出端。
具体实施方式
五本实施方式为对实现实施方式四的进一步说明，所述高通滤波器2和低通滤波器4的频率特性具有互补性，满足关系式Ls+Lis= 1，其中1^表示高通滤波器2的频率特性，Lis表示低通滤波器4的频率特性。
具体实施方式
六本实施方式为对实现实施方式四或五的进一步说明，所述测量锅炉热量信号的传感器3用于同时测量汽轮机第一级汽压信号P1和锅炉蓄热的动态变化信号CB(dpd/dt)，所述锅炉的热量信号S3为
S3 = Pl+CB(dPd/dt)，其中Cb为锅炉蓄热系数，dpd/dt为锅炉汽包压力对时间的微分。
权利要求
1.一种测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的方法，其特征在于，所述方法为采用传感器测量燃煤锅炉炉膛断面的辐射能，得到炉膛断面辐射能信号Si，炉膛断面辐射能信号Si经高通滤波器滤除低频信号后，获得炉膛断面辐射能信号Sl的高频分量 S2 ；同时采用传感器测量锅炉的热量，得到锅炉的热量信号S3，锅炉的热量信号S3经低通滤波器滤除高频信号后，获得锅炉的热量信号S3的低频分量S4 ；采用加法器将高频分量S2和低频分量S4相加，得到锅炉入炉燃料能量S5，采用燃料能量处理单元将锅炉入炉燃料能量S5除以燃料低热值LHV，得到锅炉入炉燃料量S6。
2.根据权利要求1所述的测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的方法，其特征在于所述高通滤波器和低通滤波器的频率特性具有互补性，满足关系式LS+Lis= 1，其中1^表示高通滤波器的频率特性，Lis表示低通滤波器的频率特性。
3.根据权利要求1或2所述的测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的方法，其特征在于所述采用传感器测量锅炉的热量的方法为采用传感器同时测量汽轮机第一级汽压信号P1和锅炉蓄热的动态变化信号cB(dpd/ dt)，根据测量获得的两个信号计算获得锅炉的热量信号S3为S3 = Pl+DB(dPd/dt)，其中Cb为锅炉蓄热系数，dpd/dt为锅炉汽包压力对时间的微分。
4.一种实现权利要求1所述测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的方法的测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的装置，其特征在于它由测量锅炉炉膛辐射能的传感器(1)、高通滤波器( 、测量锅炉热量信号的传感器C3)、低通滤波器(4)、加法器(5)和燃料能量处理单元(6)组成，测量锅炉炉膛辐射能的传感器(1)用于测量燃煤锅炉炉膛断面的辐射能，测量锅炉炉膛辐射能的传感器(1)的炉膛断面辐射能信号Sl输出端连接高通滤波器O)的炉膛断面辐射能信号Sl输入端，高通滤波器O)的高频分量S2信号输出端连接加法器(5)的高频分量S2信号输入端，测量锅炉热量信号的传感器(3)用于测量锅炉的热量，测量锅炉热量信号的传感器 ⑶的锅炉的热量信号S3输出端连接低通滤波器(4)的锅炉的热量信号S3输入端，低通滤波器⑷的低频分量S4信号输出端连接加法器(5)的低频分量S4信号输入端，加法器(5) 的锅炉入炉燃料能量信号S5输出端连接燃料能量处理单元(6)的锅炉入炉燃料能量信号 S5输入端，燃料能量处理单元(6)的输出端为锅炉入炉燃料量信号S6输出端。
5.根据权利要求4所述的测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的装置，其特征在于所述高通滤波器⑵和低通滤波器⑷的频率特性具有互补性，满足关系式LS+Lis = 1，其中1^表示高通滤波器⑵的频率特性，Lis表示低通滤波器(4)的频率特性。
6.根据权利要求4或5所述的测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的装置，其特征在于所述测量锅炉热量信号的传感器C3)用于同时测量汽轮机第一级汽压信号P1和锅炉蓄热的动态变化信号CB(dpd/dt)，所述锅炉的热量信号S3为S3 = Pl+CB(dPd/dt)，其中Cb为锅炉蓄热系数，dpd/dt为锅炉汽包压力对时间的微分。
全文摘要
测量燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的方法及实现该方法的装置，属于热工自动控制技术领域。它解决了现有对燃煤锅炉汽轮机发电机组入炉燃料量的测量结果存在不能兼顾准确性和快速性的问题。它采用传感器测量燃煤锅炉炉膛断面的辐射能信号S1，经高通滤波器滤除低频信号后，获得炉膛断面辐射能信号S1的高频分量S2；采用传感器测量锅炉的热量信号S3，经低通滤波器获得锅炉的热量信号S3的低频分量S4；采用加法器将高频分量S2和低频分量S4相加，得到锅炉入炉燃料能量S5，采用燃料能量处理单元将锅炉入炉燃料能量S5除以燃料低热值LHV，得到锅炉入炉燃料量S6。本发明适用于测量燃煤锅炉汽轮机发电机组的入炉燃料量。
文档编号G01F1/68GK102305649SQ20111013481
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者于达仁, 徐志强, 范轶 申请人:哈尔滨工业大学