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鍋爐燃燒技術(shù)論文

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鍋爐燃燒技術(shù)論文

  鍋爐燃燒過程,是一個極其復雜的物理化學反應(yīng)過程。下面是學習啦小編整理了鍋爐燃燒技術(shù)論文,有興趣的親可以來閱讀一下!

  鍋爐燃燒技術(shù)論文篇一

  火電鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)

  摘要:目前我國仍以火電為主,火電在電力裝機比重分別高達70%多,發(fā)電量比重分別高達50%多,火電廠耗煤占全國煤炭消耗量的50%以上,這就直接導致火電企業(yè)排放二氧化硫占全國排放量45%,排放的二氧化碳占全國碳排放量的40%。因此,火電企業(yè),在低碳經(jīng)濟發(fā)展中面臨著嚴峻的節(jié)能減排壓力。鍋爐燃燒過程,是一個極其復雜的物理化學反應(yīng)過程。在火力發(fā)電廠的運行中,由于電網(wǎng)負荷、燃料成分含量等各種實際因素的影響,所以鍋爐和機組的實際運行狀態(tài)在不斷的進行調(diào)整。本文重點針對火電鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)進行探討。

  關(guān)鍵詞:火電鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)

  中圖分類號:C35文獻標識碼: A

  一、鍋爐燃燒優(yōu)化現(xiàn)狀

  當然,各項技術(shù)的發(fā)明及運用,使得電廠的自動化水平在不斷地提高,例如DCS系統(tǒng)以及實時數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用等。不僅技術(shù)方面有了很大的提高,在設(shè)備方面也有很大的更新變化。例如,先進的監(jiān)測裝置的使用,可以監(jiān)測電廠設(shè)備現(xiàn)行的狀況,為進行設(shè)備調(diào)整提供了參考數(shù)據(jù),使鍋爐燃燒優(yōu)化也成為了可能。

  鍋爐燃料優(yōu)化技術(shù)包括與燃料相關(guān)參數(shù)的檢測、相關(guān)設(shè)備的改造等等,但一般可以分為三種:第一種是最主要的一種,在優(yōu)化技術(shù)改造中占主導地位的,是通過在線檢測鍋爐燃燒的重要參數(shù),來指導運行人員進行調(diào)節(jié)。第二種主要是進行燃燒設(shè)備的更新改造,通過對燃燒器、受熱面等的改造來實現(xiàn)鍋爐的燃燒優(yōu)化調(diào)整。第三種主要是在DCS的技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上,運用其監(jiān)督控制系統(tǒng)通過采用控制算法或者人工智能技術(shù)、先進控制邏輯等實現(xiàn)鍋爐的燃燒優(yōu)化。隨著該類技術(shù)的進步,第三種方法發(fā)展十分迅速。

  正交實驗法、風粉平衡檢測系統(tǒng)和耗差分析以及針對運行氧量的單因素優(yōu)化等式國內(nèi)最早運用的燃燒優(yōu)化方法,主要是為鍋爐煙氣含氧量的優(yōu)化控制研究。另外還有一種是以主蒸汽壓力為被調(diào)量、總給粉量為調(diào)節(jié)手段的主調(diào)節(jié)系統(tǒng)和以煤粉濃度為被調(diào)量、給粉機轉(zhuǎn)速為調(diào)節(jié)手段的若干個副調(diào)節(jié)系統(tǒng)所組成的一個閉環(huán)控制系統(tǒng),這種技術(shù)被稱作閉環(huán)均衡燃燒控制系統(tǒng)。

  這些燃燒優(yōu)化技術(shù)中,基于模型預(yù)測和多目標尋優(yōu)技術(shù)的燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制技術(shù)不需要對鍋爐設(shè)備進行任何的改造,能夠充分利用鍋爐運行數(shù)據(jù),在DCS控制基礎(chǔ)上,通過先進的建模、優(yōu)化、控制技術(shù)的應(yīng)用,可以直接提高鍋爐運行效率,降低NOX的排放,具有投資少、風險小、效果明顯等優(yōu)點,因而成為很多電廠的首選燃燒優(yōu)化技術(shù)。常用的模型預(yù)測技術(shù)有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),貝葉斯概率統(tǒng)計技術(shù)等。一些歐美的公司己經(jīng)在此基礎(chǔ)上開發(fā)了燃燒優(yōu)化軟件產(chǎn)品,如Ultramar公司的基于貝葉斯統(tǒng)計和加權(quán)非線性回歸分析相結(jié)合的燃燒優(yōu)化技術(shù),這種優(yōu)化性能夠得以實現(xiàn)的核心就在于運用了貝葉斯統(tǒng)計的建模方法,該系統(tǒng)的優(yōu)化實際上是一個在模型實時更新基礎(chǔ)上的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化,目前全世界己經(jīng)有近30多個電廠運用了此系統(tǒng)。另外還有美國的Pegasus公司基于人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計的燃煤電廠燃燒優(yōu)化控制的NeuSIGHT系統(tǒng)、PowerPerfect系統(tǒng)等。

  圖1鍋爐燃燒系統(tǒng)圖

  二、鍋爐燃燒優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)

  鍋爐優(yōu)化系統(tǒng)要完成一個閉環(huán)控制過程,首先要從電廠的DCS系統(tǒng)上入手,從中采集數(shù)據(jù),最后再將優(yōu)化運算的結(jié)果返回到系統(tǒng)中。該系統(tǒng)的實施主要是運用在集控室的運行人員中。DCS系統(tǒng)的操作界面中多了一個組態(tài)畫面,安裝了鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng),通過組態(tài)畫面運行人員可以決定是否啟動該系統(tǒng),也可以選擇啟動每個控制回路,或者決定是啟動開環(huán)控制還是啟動閉環(huán)控制等。當然,也可以對運行人員進行設(shè)備權(quán)限的管理限制,只有運行人員登錄鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)后進行管理權(quán)限進行設(shè)置,比如可以對系統(tǒng)目標,各個控制變量以及相關(guān)操作變量的上下限進行設(shè)置等。

  圖2 鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)圖

  圖3數(shù)據(jù)流向示意圖

  圖3為系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向圖。系統(tǒng)執(zhí)行程序安裝在一臺微機上,為了實現(xiàn)與DCS系統(tǒng)之間的雙向通信,需要通過.一個網(wǎng)關(guān)與DCS系統(tǒng)相聯(lián)。系統(tǒng)首先需要從DCS系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)站提取大量的歷史數(shù)據(jù),經(jīng)過對數(shù)據(jù)的處理后,進行離線建模。建模結(jié)束后,才能利用建立的模型進行優(yōu)化。優(yōu)化時,系統(tǒng)首先從DCS系統(tǒng)中獲取實時過程數(shù)據(jù),在優(yōu)化前對這些數(shù)據(jù)進行有效性驗證,然后進行優(yōu)化計算,計算的結(jié)果需要進行動態(tài)控制,以免優(yōu)化計算的結(jié)果與目前DCS的運行數(shù)據(jù)偏差過大,造成系統(tǒng)振蕩,最后將經(jīng)過動態(tài)控制的優(yōu)化設(shè)定值寫入DCS系統(tǒng)。

  只有通過建立一個網(wǎng)關(guān)與DCS系統(tǒng)相連,才能實現(xiàn)與DCS系統(tǒng)之間的雙向通信。這就需要進行離線建模,首先從DCS系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫中提取大量的數(shù)據(jù),再進行處理才能建模。完成建模后在進行系統(tǒng)優(yōu)化。進行系統(tǒng)優(yōu)化也要經(jīng)過好幾個步驟:

  首先,從DCS系統(tǒng)中提取實時的過程數(shù)據(jù),接著對這些數(shù)據(jù)進行有效性驗證,再進行優(yōu)化計算。但是,在進行優(yōu)化計算時,對計算的結(jié)果必須進行動態(tài)的控制,以避免其計算的結(jié)果與當前DCS的運行數(shù)據(jù)偏差過大容易造成系統(tǒng)振蕩,最后一步就是將經(jīng)過動態(tài)控制優(yōu)化的設(shè)定值寫入DCS系統(tǒng)。

  1、 Power Perfecter鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)

  POWER PERFECTERTM是美國PEGASUS公司開發(fā)的擁有40多項國際專利技術(shù)。該軟件的開發(fā)原理主要是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)。它是利用先進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和預(yù)測控制技術(shù),通過建立多目標的動態(tài)優(yōu)化控制器,進行動態(tài)調(diào)整DCS設(shè)定參數(shù)與偏置,以實現(xiàn)鍋爐燃燒優(yōu)化控制,不僅能夠降低污染物排放,還能提高鍋爐熱效率,具有很好的經(jīng)濟效益和社會環(huán)保效益。

  POWER PERFECTERTM軟件主要是通過對氧量、風、粉等能夠顯著影響鍋爐燃燒特征的變量進行動態(tài)的優(yōu)化調(diào)整,以實現(xiàn)多目標鍋爐的經(jīng)濟、安全、低排放量運行,其核心思想是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)預(yù)測控制。

  模型預(yù)測技術(shù)實施的好壞直接影響優(yōu)化控制的品質(zhì),POWER PERFECTERTM建立的是鍋爐燃燒的經(jīng)濟性、安全性、污染物排放和鍋爐操作和干擾變量的鍋爐神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型,實現(xiàn)了動態(tài)預(yù)測和多目標優(yōu)化的控制系統(tǒng)。他利用DCS實時采集的數(shù)據(jù)實現(xiàn)動態(tài)預(yù)測的能力,這樣建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有很強的實時適應(yīng)性,即魯棒性比較好。POWER PERFECTERTM有兩種工作狀態(tài):開環(huán)知道和閉環(huán)控制。

  他可以和DCS系統(tǒng)進行有效的連接,實現(xiàn)這兩種功能,而且不會影響鍋爐運行的安全性和穩(wěn)定性,更重要的是它能使機組在低負荷時具有穩(wěn)定且安全的燃燒特性。

  系統(tǒng)的主要特點有:

  1)系統(tǒng)配置相對于其他系統(tǒng)比較簡單。改軟件只需要一臺WINDOWS NT服務(wù)器,和一些能與DCS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊的模塊即可,無需新增加其他硬件設(shè)備。而且使用軟件產(chǎn)品,沒有別的硬件損耗,其維護的工作量也比較小,工作起來也相對簡單。該軟件只需要能與DCS控制系統(tǒng)進行通訊,不需要增加其他任何設(shè)備就可以優(yōu)化那些通常由運行人員調(diào)整的DCS設(shè)定值和偏置。

  2) POWER PERFECTER TM主要是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)多變量動力學、非線性的模型。POWER PERFECTER TM的中心思想就就是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合鍋爐燃燒的多變量非線性動力學模型。鍋爐燃燒是一個非常典型的多變量非線性動力學系統(tǒng),其模型預(yù)測技術(shù)是預(yù)測控制的核心,很多核心技術(shù)在POWER PERFECTER TM鍋爐燃燒神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模中使用,例如,數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)、及系統(tǒng)時滯辨識技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、動力學過程辨識技術(shù)等,使得模型具有很好的預(yù)測精度與適應(yīng)性。

  3)具有動態(tài)優(yōu)化的特征。在POWER PERFECTER TM與DCS系統(tǒng)的通訊中可以每10w30秒進行一次,因此具有很強的動態(tài)優(yōu)化控制性。這樣就使得該系統(tǒng)可以很快排除各種各樣的不可控制的干擾,使運行參數(shù)可以維持在優(yōu)化的整定值上,從而達到多重優(yōu)化的目標。

  4)該系統(tǒng)還具有多目標優(yōu)化控制的特征。POWER PERFECTER TM在根據(jù)用戶需求以及機組的實際情況下,在機組污染物排放與鍋爐燃燒經(jīng)濟性之間進行綜合很好的實現(xiàn)了多目標預(yù)測優(yōu)化控制。

  5)該系統(tǒng)還可以進行強魯棒性控制。魯棒性在POWER PERFECTER TM預(yù)測控制系統(tǒng)對鍋爐燃燒過程的不確定因素的擾動和特性變遷等得到了很好的應(yīng)用。而且在系統(tǒng)擾動與鍋爐特性變遷中POWER PERFECTER TM的反饋校正技術(shù)、滾動預(yù)測技術(shù)也得到了很好的運用。

  6)該系統(tǒng)具有良好的閉環(huán)反饋控制的特性。POWER PERFECTER TM和常規(guī)的鍋爐穩(wěn)態(tài)工況燃燒調(diào)整不同,它能真正實現(xiàn)以鍋爐燃燒優(yōu)化為目的的閉環(huán)反饋控制,鍋爐燃燒經(jīng)濟性的動態(tài)信息能夠從POWER PERFECTER TM實時反饋反映出來,從而根據(jù)鍋爐運行的實際狀況,利用預(yù)測控制方法,實時調(diào)整操作變量,完成一個完整意義上的反饋控制系統(tǒng)。

  7)POWER PERFECTER TM是一個技術(shù)比較先進、而且技術(shù)也很成熟的產(chǎn)品。在國外POWER PERFECTER TM擁有多項專利,而且己經(jīng)擁有20余套成功的應(yīng)用案例。在國內(nèi)的山東、天津、我國香港地區(qū)等地區(qū)也有成功的案例,現(xiàn)在北方的幾個火電廠也正在實施這套系統(tǒng)。

  2、ULTRAMAX生產(chǎn)過程的在線辨識與最優(yōu)化技術(shù)

  在美國,從1994年到1995年美國ULTRAMAX公司以降低NOX排放來滿足EPA規(guī)定的凈空標準和提高熱效率等為目標的鍋爐燃燒優(yōu)化中開發(fā)了ULTRAMAX系統(tǒng)。ULTRAMAX系統(tǒng)運行效率很高,從該系統(tǒng)的運行案例中可以看出,ULTRAMAX能提高0.5%到3%的熱效率,減少10%到40%的NOX的排放,而且同時又不影響其他的關(guān)鍵指標。

  ULTRAMAX技術(shù)主要是采用了貝葉斯統(tǒng)計以及其十分獨特的加權(quán)回歸計算方法,可以快速而且精確地辨識出電站生產(chǎn)過程的運行特性,并且能夠在最優(yōu)化原理的指導下快速找到最佳的燃燒參數(shù)。ULTRAMAX系統(tǒng)主要技術(shù)具有以下特點:

  1)不僅具有最優(yōu)化原理而且也具有系統(tǒng)辨識技術(shù),二者具有很好的結(jié)合于一體。

  2)該系統(tǒng)進行優(yōu)化時可以直接啟動快捷,不必要依賴于歷史數(shù)據(jù)。

  3)該系統(tǒng)具有十分強大的數(shù)據(jù)分析能力,通過數(shù)據(jù)分析可以進行更好的優(yōu)化。

  4)該系統(tǒng)對參數(shù)的選擇十分方便、靈活,而且很友好,一般不會出現(xiàn)差錯。

  5)該系統(tǒng)還具有“What-if”功能。

  6)該系統(tǒng)在運行過程中也可以實現(xiàn)多重優(yōu)化目標。

  7)該系統(tǒng)在優(yōu)化過程中確保保證系統(tǒng)的安全,而且各項運行都能達到要求。

  8)該系統(tǒng)可以通過其獨特的方法夠?qū)ふ业竭\行歷史范圍之外的最優(yōu)運行方式。

  9)該系統(tǒng)難于控制的輸入?yún)?shù)可以進行較好自動補償。

  10)該系統(tǒng)能夠很好的考慮變量的禍合效應(yīng),適用于相對復雜的多輸入多輸出系統(tǒng)。

  ULTRAMAX系統(tǒng)與基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的模型預(yù)測技術(shù)相比,其主要是基于貝葉斯概率統(tǒng)計的模型預(yù)測技術(shù)與最優(yōu)化技術(shù),優(yōu)勢在于建立模型與學習的過程較短短。目前該系統(tǒng)在國內(nèi)外的多個行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用,而且取得了良好的效果。

  3、GNOCIS PLUS燃燒優(yōu)化系統(tǒng)

  GNOCIS PLUS系統(tǒng)是起源于英國Powergen發(fā)電公司的智能NOX控制系統(tǒng)。GNOCIS PLUS系統(tǒng)在投入使用前輸入電站的歷史數(shù)據(jù)就可以使用了,它通過給鍋爐的數(shù)字控制系統(tǒng)提供優(yōu)化程序,獲得不同于控制參數(shù)的優(yōu)化設(shè)定,從而有效控制NOX的排放和優(yōu)化鍋爐性能。其原理主要是其基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化控制技術(shù),是對機組DCS系統(tǒng)的在線延伸。

  GNOCIS PLUS的燃燒模型基于輻射功能型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),對每個模型的輸出都使用了獨立的模型,從而擴展了模型,增加了輸出的變量。系統(tǒng)的優(yōu)化目標就可以通過輸出地參數(shù)表示,如NOX, SOX, CO、燃燒損失、黑度、鍋爐效率、熱耗和蒸汽溫度等。

  GNOCIS PLUS燃燒模型的建立一般需要兩個步驟。首先,燃燒過程的預(yù)測模型的建立是其前提條件。預(yù)測模型的建立要使用部分過程變量中可測的輸入和輸出參數(shù),其中輸入?yún)?shù)可由可控參數(shù)和不可控參數(shù)兩部分組成。接著就是建立燃燒過程的控制模型,這就是模型建立的核心部分了。預(yù)測模型通過給定的輸入來預(yù)測輸出結(jié)果,而控制模型則是通過給定的輸出來預(yù)測輸入。該模型適合比較復雜的結(jié)構(gòu)才能做出有效地預(yù)測輸入。因為燃燒模型的輸入?yún)?shù)有的可控有的不可控,有的還可能受其他條件的制約,不一定具有獨立性,其關(guān)鍵就是對各種各樣的可控或不可控的輸入?yún)?shù)及關(guān)聯(lián)度的選擇和分配。另外,還要要考慮在閉環(huán)模式下安裝時DCS中的這些參數(shù)的可用性。

  GNOCIS PLUS系統(tǒng)也是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的燃燒優(yōu)化產(chǎn)品。該產(chǎn)品目前在國內(nèi)還沒有得到應(yīng)用,但在歐美國家的應(yīng)用案例比較的多。從己有的成功案例來看,GNOCIS PLUS對節(jié)省成本、降低NOX排放、減少飛灰含炭量等方面都有著明顯作用。

  結(jié)語:

  首先,要實現(xiàn)該目標首要解決的就是通信問題。只有實現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)之間的雙向通信才可能實現(xiàn)閉環(huán)控制?,F(xiàn)在國內(nèi)不同的電廠使用的DCS系統(tǒng)的產(chǎn)品也各不相同。不同的產(chǎn)品,就即使是同一個產(chǎn)品,不同的版本其實現(xiàn)方式也不一樣。因此,如何針對不同DCS系統(tǒng)實現(xiàn)雙向通信,而且保證通信時的安全性,穩(wěn)定性和高效性,這是一個以后需要我們研究的問題。

  其次,要想實現(xiàn)系統(tǒng)的可用性,軟件設(shè)計的好壞十分關(guān)鍵。如果軟件本身穩(wěn)定性較好,實時性也較好,就能很好的進行優(yōu)化控制;如果軟件設(shè)計中,對數(shù)據(jù)輸入輸出的處理能力較好,便可以有較好的優(yōu)化結(jié)果輸出到DCS系統(tǒng)中。因此,今后我們也要加強對合理的設(shè)計鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的軟件功能與架構(gòu)方面的研究。

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