鍋爐燃燒技術論文
鍋爐燃燒技術論文
鍋爐燃燒過程，是一個極其復雜的物理化學反應過程。下面是學習啦小編整理了鍋爐燃燒技術論文，有興趣的親可以來閱讀一下!
鍋爐燃燒技術論文篇一
火電鍋爐燃燒優(yōu)化技術
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)化技術進行探討。
關鍵詞：火電鍋爐燃燒優(yōu)化技術
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)庫的應用等。不僅技術方面有了很大的提高，在設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)測電廠設備現(xiàn)行的狀況，為進行設備調(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)化技術包括與燃料相關參數(shù)的檢測、相關設備的改造等等，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的技術應用的基礎上，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、先進控制邏輯等實現(xiàn)鍋爐的燃燒優(yōu)化。隨著該類技術的進步，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)，這種技術被稱作閉環(huán)均衡燃燒控制系統(tǒng)。
這些燃燒優(yōu)化技術中，基于模型預測和多目標尋優(yōu)技術的燃燒優(yōu)化閉環(huán)控制技術不需要對鍋爐設備進行任何的改造，能夠充分利用鍋爐運行數(shù)據(jù)，在DCS控制基礎上，通過先進的建模、優(yōu)化、控制技術的應用，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。常用的模型預測技術有神經(jīng)網(wǎng)絡技術，貝葉斯概率統(tǒng)計技術等。一些歐美的公司己經(jīng)在此基礎上開發(fā)了燃燒優(yōu)化軟件產(chǎn)品，如Ultramar公司的基于貝葉斯統(tǒng)計和加權非線性回歸分析相結合的燃燒優(yōu)化技術，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)絡技術設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)化軟件結構
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備權限的管理限制，只有運行人員登錄鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)后進行管理權限進行設置，比如可以對系統(tǒng)目標，各個控制變量以及相關操作變量的上下限進行設置等。
圖2 鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)架構圖
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，計算的結果需要進行動態(tài)控制，以免優(yōu)化計算的結果與目前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)化設定值寫入DCS系統(tǒng)。
只有通過建立一個網(wǎng)關與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，對計算的結果必須進行動態(tài)的控制，以避免其計算的結果與當前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。該軟件的開發(fā)原理主要是基于神經(jīng)網(wǎng)絡的鍋爐燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)。它是利用先進神經(jīng)網(wǎng)絡技術和預測控制技術，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)絡的動態(tài)預測控制。
模型預測技術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)絡預測模型，實現(xiàn)了動態(tài)預測和多目標優(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)預測的能力，這樣建立的神經(jīng)網(wǎng)絡模型具有很強的實時適應性，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備就可以優(yōu)化那些通常由運行人員調(diào)整的DCS設定值和偏置。
2) POWER PERFECTER TM主要是基于神經(jīng)網(wǎng)絡多變量動力學、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)，其模型預測技術是預測控制的核心，很多核心技術在POWER PERFECTER TM鍋爐燃燒神經(jīng)網(wǎng)絡建模中使用，例如，數(shù)據(jù)預處理技術、及系統(tǒng)時滯辨識技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術、動力學過程辨識技術等，使得模型具有很好的預測精度與適應性。
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、滾動預測技術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是一個技術比較先進、而且技術也很成熟的產(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
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鍵指標。
ULTRAMAX技術主要是采用了貝葉斯統(tǒng)計以及其十分獨特的加權回歸計算方法，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，二者具有很好的結合于一體。
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尋找到運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，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)絡技術的模型預測技術相比，其主要是基于貝葉斯概率統(tǒng)計的模型預測技術與最優(yōu)化技術，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)絡的優(yōu)化控制技術，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，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，燃燒過程的預測模型的建立是其前提條件。預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。預測模型通過給定的輸入來預測輸出結果，而控制模型則是通過給定的輸出來預測輸入。該模型適合比較復雜的結構才能做出有效地預測輸入。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，其關鍵就是對各種各樣的可控或不可控的輸入?yún)?shù)及關聯(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)絡技術的燃燒優(yōu)化產(chǎn)品。該產(chǎn)品目前在國內(nèi)還沒有得到應用，但在歐美國家的應用案例比較的多。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，軟件設計的好壞十分關鍵。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)化結果輸出到DCS系統(tǒng)中。因此，今后我們也要加強對合理的設計鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)的軟件功能與架構方面的研究。
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