鍋爐燃燒技術(shù)論文

　　鍋爐燃燒過程，是一個極其復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程。下面是學(xué)習(xí)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(dá)70%多，發(fā)電量比重分別高達(dá)50%多，火電廠耗煤占全國煤炭消耗量的50%以上，這就直接導(dǎo)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(yán)峻的節(jié)能減排壓力。鍋爐燃燒過程，是一個極其復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程。在火力發(fā)電廠的運行中，由于電網(wǎng)負(fù)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(jìn)行調(diào)整。本文重點針對火電鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)進(jìn)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(xiàn)標(biāo)識碼： A

　　一、鍋爐燃燒優(yōu)化現(xiàn)狀

　　當(dāng)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(jìn)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(jìn)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(dǎo)地位的，是通過在線檢測鍋爐燃燒的重要參數(shù)，來指導(dǎo)運行人員進(jìn)行調(diào)節(jié)。第二種主要是進(jìn)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(jìn)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(jìn)步，第三種方法發(fā)展十分迅速。

　　正交實驗法、風(fēng)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(biāo)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(jìn)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(jìn)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(fēng)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(dāng)然，也可以對運行人員進(jìn)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(jìn)行管理權(quán)限進(jìn)行設(shè)置，比如可以對系統(tǒng)目標(biāo)，各個控制變量以及相關(guān)操作變量的上下限進(jìn)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(jìn)行離線建模。建模結(jié)束后，才能利用建立的模型進(jìn)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(jìn)行有效性驗證，然后進(jìn)行優(yōu)化計算，計算的結(jié)果需要進(jìn)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(jìn)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(jìn)行處理才能建模。完成建模后在進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。進(jìn)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(jìn)行有效性驗證，再進(jìn)行優(yōu)化計算。但是，在進(jìn)行優(yōu)化計算時，對計算的結(jié)果必須進(jìn)行動態(tài)的控制，以避免其計算的結(jié)果與當(dāng)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(jìn)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(biāo)的動態(tài)優(yōu)化控制器，進(jìn)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(fēng)、粉等能夠顯著影響鍋爐燃燒特征的變量進(jìn)行動態(tài)的優(yōu)化調(diào)整，以實現(xiàn)多目標(biāo)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(biāo)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(jìn)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(fù)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(jìn)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(hù)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(jìn)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(xué)、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(xué)模型。鍋爐燃燒是一個非常典型的多變量非線性動力學(xué)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(xué)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(jìn)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(dá)到多重優(yōu)化的目標(biāo)。

　　4)該系統(tǒng)還具有多目標(biāo)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(jìn)行綜合很好的實現(xiàn)了多目標(biāo)預(yù)測優(yōu)化控制。

　　5)該系統(tǒng)還可以進(jìn)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(jìn)、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(biāo)準(zhǔn)和提高熱效率等為目標(biāo)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(biāo)。

　　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(dǎo)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(jìn)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(jìn)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(biāo)。

　　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(dá)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(jìn)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(fù)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(xué)習(xí)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(biāo)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(fù)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(biāo)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(jìn)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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