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鍋爐燃燒優化技術綜述.doc

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?燃燒優化控制技術綜述刖言從鍋爐燃燒優化技術角度看,鍋爐燃燒優化技術可以分為三類:第一類通過在線檢測鍋爐燃燒的重要參數,指導運行人員調節鍋爐燃燒,這類燃燒優化技 術口前在國內占據著主導地位。第二類燃燒優化技術是在的基礎上,作為鍋爐運行的監督控制系統,通過采用先進的控制 邏輯、控制算法或人工智能技術,實現鍋爐的燃燒優化。隨著先進控制和人工智能技術的逐步 成熟和在工業上成功的應用,這類燃燒優化技術發展迅猛。第三類燃燒優化技術在設備層面,通過對燃燒器、受熱面等的改造實現鍋爐的燃燒優化調 整。上述三類技術在實際中各有優點和應用。但其屮第二類技術不需要對鍋爐設備進行任何改 造,能夠充分利用鍋爐的運行數據,在控制的基礎上,通過先進建模、優化、控制技術的應用, 直接提窩鍋爐運行效率,降低X排放,具有投資少、風險小、效果明顯的優點,因而成為很多 電廠首選的燃燒優化技術。國外的燃燒優化控制技術及其應用UltraMax公司的燃燒優化技術美國俄亥俄州Ultramax公司開發的UltraMax系統又稱為先進過程管理系統,是一個對生 產操作述行日常管理的系統,能應用于各種生產過程。其屮的燃燒優化系統是將一系列代表鍋 爐燃燒工況的參數,比如煙氣、氧暈、排煙溫度、煙氣排放物等,作為系統的輸入數據,當系 統取得這些樣本數據后,建立鍋爐燃燒特性模型,并經過軟件分析,給運行人員一個優化燃燒 的操作指導,運行人員根據這些操作指導進行手動操作,或將操作指導納入到自動控制系統屮 進行優化調整。UltraMax燃燒優化系統實現的核心就在于運川了貝葉斯統計的建模方法。該系 統的優化實際上是一個在模型實時更新基礎上的穩態優化。我國鄒縣電廠有其應用。Pegasus公司的燃燒優化技術NcuSIGHT系統為應用人工智能神經網絡技術設計的燃煤電廠燃燒優化控制系統,其主要 功能是以提高鍋爐熱效率和降低NOx排放為目標的穩態優化。NeuSIGHT系統利用本身具有的 數據庫的數據作為數據分析的基礎,經過神經網絡模型在線分析,迅速得出運行參數的最優值, 然后輸出到,系統通過控制偏移量,進而實現對鍋爐燃燒的優化控制。但是,這種燃燒優化控 制技術并沒有考慮機組運行的動態特件和過程,所以這種優化也只是穩態優化。NeuSIGHT系 統在美國市場的占有率為40%。沙角B電廠曾有總引進該套系統。PowerPerfecter系統是美國Pegasus公司另一個鍋爐運行優化控制軟件,國外也稱它為 DeItaE3系統。它基于與NeuSIGHT系統類似的神經網絡技術,并増加了模型預測控制(MPC) 技術和離線仿真功能,能通過建立多口標的動態優化控制器,動態調整設定參數與偏置,實現 鍋爐燃燒優化動態閉環控制。該系統在已應用于我國山東省的華電萊城電廠1號鍋爐和華能天 津楊柳青電廠5號鍋爐(300機組)上,測試報告表明應用效果良好。'內燃燒優化控制技術的研究和應用情況鍋爐煙氣含氧量的優化控制技術一般情況下,鍋爐的效率與煙氣含氧量成凸的二次曲線關系。因此這些運行優化控制的研 究祁是采用這一關系曲線對鍋爐的煙氣含氧量進行在線的尋優控制,以保證鍋爐的最佳燃燒效 率。由于鍋爐效率不可在線測量,因此很多研究采用了煙氣中含量與鍋爐效率的關系作為間接 尋優煙氣氧暈的依據。這類控制系統簡單、有效,但是比較粗糙,實際應用很少。這主要是受 早期鍋爐川控性較差、各種分析測量儀表尚沒冇成熟的影響。閉環均衡燃燒控制系統傳統的燃燒控制系統的主要任務是保證進入鍋爐爐膛的燃料總量與機組所需的燃料量相符,但這并不能確保燃料能平均分配至鍋爐的每個燃燒器。燃料分配的非均衡性造成了燃燒的 不穩足、爐膛火焰中心的偏移以及水冷壁的結焦等現彖。均衡燃燒控制系統能在風粉濃度在線監測系統基礎上,通過對每個給粉機轉速進行控制, 較好地解決上述問題。若鍋爐以四角切圓方式進行燃燒,均衡燃燒控制系統能保證流經同層的 每個燃燒器的煤粉濃度相等,并能夠控制各個工況下總的煤粉量以最優的比例分配給各層燃燒 器。均衡燃燒控制系統己經在多家電廠得到應用,起到了燃燒優化控制的效果,提高了鍋爐燃 燒的效率和安全性。但由于該系統以燃燒器煤粉濃度測量為基礎。而這一測量技術的研究口前 進展很慢,只是在熱風送粉的鍋爐屮得到實際應用,并且可靠性也不是很高,嚴重影響了均衡 燃燒控制系統的實際使川效果和廣泛推廣。電站鍋爐燃燒優化控制軟件0CP3清華人學熱科學與動力工程教育部重點實驗室經過多年的研究和開發,研制了具有自主知 識產權的電站鍋爐燃燒優化控制軟件OCP3o與國外燃燒優化控制軟件相比,該軟件包是專門 針對我國電站鍋爐機紐的運行特點而研究的,具有很好的適應性。在軟件包的研究、開發和應 用過程中,著重針對我國電站鍋爐的燃燒特點進行了研究,并解決了下述問題:(1) 鍋爐燃燒煤質的自動辨識問題。煤質多變是我國電站鍋爐的特點,不同的煤質下鍋爐 表現出不同的燃燒特性,必須首先辨識出不同的煤質,進而進行相應的優化控制。(2) 鍋爐運行特性的非線性動態建模問題,并研究了模型的自適應更新問題。鍋爐燃燒是 一個非線牲的動態過程,如果只是建立線件模型或者穩態模型,往往不能進行很好的燃燒優化 控制。并且模型自適應也是成功進行燃燒優化控制的關鍵。(3) 基于多口標優化的鍋爐運行優化控制問題。針對我國口前電力市場特點,研究了多種 優化口標下的優化控制算法。燃燒優化口標包括鍋爐效率最佳,NOx排放最低 鍋爐運行成本 最低等。(4) 鍋爐機組負荷人范圍快速變化屮的燃燒優化實現算法。由于電力市場的原因,使得很 多燃煤機組參與調峰,因此僅僅考慮鍋爐燃燒的穩態優化是不夠的,一個能夠長期投運冇效的 燃燒優化控制軟件必須能夠實現機組動態變化過程屮的燃燒優化控制??谇霸撥浖航浽趪a20萬機組和進口 35萬機組上得到應用。初步測試表明,采用該 軟件包能夠使鍋爐運行效率提高0.5%左右,NOx排放降低10%~20%左右。應用中的難點分析測量問題飛灰含碳的測暈是鍋爐效率計算的關鍵點,但口前國內的此類設備的測暈滯后比較人,導 致在線計算的鍋爐效率不準確,成為鍋爐運行優化控制的一大障礙。要實現NOx的閉環控制, 同樣也要求NOx的精確和快速測量,這種煙氣分析儀表雖然技術和應用祁比較成熟,但是設備 的價格比較貴,運行維護工作量大,成為燃燒優化控制的又一個難題?,F場一般都安裝了氧化 鉆氧量計來進行煙氣含氧量的實時測量,但是普遍存在測量謀差大、短時間內波動人的問題, 這嚴重影響了鍋爐效率計算的準確性和閉環控制的效果。自適應建模入爐煤種的不穩定,再加上鍋爐檢修、積灰、結渣等因索的影響,使得在性能試驗數據基 礎上建立的鍋爐模型失配嚴重,所以如何利用最新的燃燒數據進行模型的在線自適應修正顯得 格外重要。如何保證燃燒穩定下實現最大范圍的尋優燃燒優化控制的尋優范圍太窄,優化后效果可能會不明顯,尋優范圍太廣,將可能影響燃 燒的穩定性。由于近年煤炭資源的緊缺,煤質經常得不到保證,因此燃燒穩定性往往被優先考慮。 這使得燃燒優化控制軟件需要對燃燒的穩定性進行充分考慮,而不只是簡單的性能口標的尋優 問題。以上資料節選自:孔亮,張毅,丁艷軍,吳占松,電站鍋爐燃燒優化控制技術綜述,電力設備,Vol.7, No.2, 2006 年。
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