（模式识别与智能系统专业论文）450th循环流化床锅炉运行特性分析与建模.pdf

# e 电力大学颐 。学1 0 沦文 摘要 小爻堪于两台4 5 0 t l h 艏蚪流化床锅炉的运仃数槲，一要做了以f j j f 究： 循环【i _ 丑路各温度和胝力的数值、分佑和变化觇律；给煤、一次风、次风、氧 量、j 二汽参数、减温水、排烟黼嗖、飞灰含碳量等i ：要参数在不同工：圮卜的变化觇 津：运行过程中出现的主要问题手【| 处理方法。 在运行特性分析的基础1 ，旌于神经嗍络力法建立了反映大型循环流化床锅炉 床温动态变化规律的非线胜数。产f 廷型。该模型j 要考虑了给煤量和一次肛l 齄对床温 的影响，将这两个量作为馍型的鹾本输入。还将给煤量、一次风量和床温的历史数 据进行离散化处理，并用离散聒柑关时问芋列的数据扩充了神经网络的输入维数， 使神经网络模型可以反映床温的动态变化特性，从而建立了床温非线性动态模型。 关键词：循环流化床，运行特性，动态建模，神经网络 a b s t r ac t 0 nt h eb a s i so fo p e r a t i o nd a t ao ft w o4 5 0 j hc o m m e r c i a lc f b b o i l e r s ，t h ea u t h o r h a sm a d eas t u d yo fc f bb o i l e r t h en u m e r i c a lv a l u e s ，d i s t r i b u t i o nl a w sa n d c h a n g el a w so ft e m p e r a t u r ea n d p r e s s u l ei nt h ec i r c u l a t i n gl o o pa r es t u d i e d t h ec h a n g el a w so ff u e ls u p p l y ，p r i m a r ya i r ， s e c o n d a r ya i r ，o x y g e nc o n c e n t r a t i o n ，m a i ns t e a mp a r a m e t e r s ，a t t e m p e r a t i n gw a t e r ，a n d e x h a u s t g a st e m p e r a t u r ea td i f f e r e n to p e r a t i n gc o n d i t i o n sa r ea l s op r e s e n t e d f u r t h e r m o r e i no p e r a t i o nt h em a i nf a u l t sa n ds o l u t i o n sa r ea l s od i s c u s s e d t h r o u g h t h em e t h o do fn e u r a ln e t w o r k ，t h ea u t h o rd e v e l o p st h em o d e lo fb e d t e m p e r a t u r ew h i c h c a nr e f l e c tt h ed y n a m i c c h a n g el a w so f b e dt e m p e r a t u r eo fl a r g e s c a l e c f bb o i l e r d e v e l o p i n g t h em o d e l ，t h ea u t h o rt h i n k st h a tf u e ls u p p l ya n d p r i m a r ya i rh a v e d o m i n a t ee f f e c to nb e d t e m p e r a t u r et o r e f l e c td y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fb e d t e m p e r a t u r e t h ei n p u t so fn e u r a ln e t w o r ka r e e x p a n d e db ya d d i n gt h eh i s t o r i c a ld a t ao ff u e s u p p l y ， p r i m a r ya i ra n db e dt e m p e r a t u r e d u c h a o b o ( p a t t e r nr e c o g n i t i o na n di n t e l l i g e n ts y s t e m s ) d ir e c t e db ya s s o c i a t ep r o f w a n gy i n s o n ga n da s s o c i a t ep r o f g a o j i a n q i a n g k e y w o r d s ：c i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d ，o p e r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c ，d y n a m i c m o d e l i n g ，n e u r a ln e t w o r k 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文 一次风的调节通常随着给煤量的变化而变化，此时一次风对调节床温的作 用表现不明显，但当给煤量维持基本不变时，一次风增加，床温下降，一 次风减少，床温上升； 氧量变化可以反映炉内的燃烧工况，并且滞后比给煤调节床温时的滞后要 ，j 、： 料层厚度增加，床温下降，料层厚度减小，床温上升； 负荷上升，床温的整体水平也上升，但高负荷不一定对应高床温，低负荷 时床温也不一定最低；给煤改变时，负荷总是先于床温到达峰值，负荷到 达波峰以后，床温可能继续上升，反之亦然； 从锅炉连续一个月的运行数据来看，上层床温和下层床温的变化趋势趋于 一致，但下层床温的波动幅度较大，上层平均床温比下层平均床温高3 0 5 0 c ：上层床温分布比下层床温分布更均匀，各测点温度与该层平均床温 之差在一2 5 2 5 之间，并且炉膛前部区域床温比后部区域床温低，前后 相差1 0 4 0 c ：而下层床温波动比上层大，各测点床温与该层平均床温之 差一般在一5 0 5 0 之间，前后相差1 0 5 0 。 此外，炉膛下部温度、炉膛上部温度、炉膛出口温度、分离器入口温度、分 离器出口温度、回灰温度在不同工况下的变化趋势基本一致，与设计基本相符。 但炉膛下部温度和床温的变化却比较复杂，这两个温度都低于炉膛上部温度，但 两者温度的大小和流化风量有很大关系。在一定给煤量下，如果流化风量较小， 则床温高于炉膛下部温度；增加流化风量，稀相区燃烧份额增加，炉膛下部温度 开始等于或大于床温；两者的差值一般在o 4 5 。 些j ! 皇塑查堂堡主兰垡堕塞 ( 2 ) 分析了循环回路各主要测点压力的数值、分布和变化规律。 循环回路压力重点分析了密相区和稀相区的压力特性： 影响密相区压力的主要因素是床料蓄积量和床层的流化状态：给煤量和排 渣量是影响床料蓄积的两个重要操作量，而一次风量对流化状态影响较 大；给煤量和排渣量对密相区压力的影响趋势是不同的；一次风量对密相 区压力的影响比较复杂，增加了密相区压力调节的难度，当给煤量和排渣 量不变时，一次风量增加，密相区压力减小，反之亦然；排渣量和一次风 量对密相区压力的影响趋势是相同的，当两个量出现不同方向变化时，即 一个量增加而另一个量减少，排渣量对密相区压力的影响较明显。 稀相区各压力中炉膛下部压力变化很小，分布在0 0 6 0 1 k p a 之间，炉膛 中部压力变化也很小，分布在o 0 0 3 k p a 之间，这两个压力在运行中变化 一直不大；二次风口附近的压力由于二次风的大量进入使周围区域气固混 合物的动压头增大不少，因此带来了压力的较大升高，此处压力数值一般 分布在o 5 k p a 之间。 综合密相区和稀相区的压力分布来看，炉内轴向压力沿炉膛高度大体是衰 减的，且在密相区衰减较快，而在稀相区压力减小很少但稀相区压力在 二次风口附近有很大的上升。 此外，分离器入口、出口烟压变化趋势一致；分离器入( 出) 口烟压随负荷 变化的趋势比较明显，负荷升高或降低时，入( 出) 口烟压随之降低或升高：入 口烟压一般分布在1 7 o k p a 之间，出口烟压一般分布在2 8 o 8 k p a 之间：进、 出口压差随工况的不同而发生变化，一般分布在0 ，3 1 4 k p a 之间。 ( 3 ) 分析了各主要参数在不同工况下的变化规律： 给煤量、一次风量和负荷近似成正比关系； 较高负荷时所需的二次风量比低负荷时的二次风量要大，二次风量在较高 负荷时变化不大； 低负荷时有较高的氧量，较高负荷时氧量较低； 运行中减温水随负荷的变化特性和设计要求有一定差别，一方面可能是由 于入炉煤粒径的偏差，另一个原因可能是设计时换热系数估算不准； 较低负荷时随负荷增加，主汽温也增加，之后在很大的负荷范围内主汽温 可以基本维持不变； 随负荷的上升，排烟温度也上升，但在不同的运行工况下，排烟温度均高 于设计值；在较大负荷范围内，一、二次风率变化不大。 。兰! ! 皇塑奎堂堡主堂垡笙壅一 _ 一 此外，结合运行过程，对底渣含碳量、飞灰含碳量和排烟温度较高的原因进 行了分析： 飞灰和底渣中可燃物含量较高的原因主要是入炉煤质差、燃煤粒径偏小、 分离器效率低、高负荷下引风机出力不足而造成缺氧燃烧、运行调整不当； 排烟温度高的原因主要是入炉煤质差、燃煤粒径偏小、受热面积灰严重和 一、二次风配比不当。 ( 4 ) 介绍了运行过程中出现的主要问题和处理方法。 其中重点对冷渣器故障的原因进行了分析： 冷渣器风帽安装不合理，施工质量差造成浇注料、可塑料脱落； 煤质和粒径不合格造成冷渣器内的二次燃烧而发生结焦； 炉内调整不当造成结焦，排渣时将焦块带入冷渣器，造成堵渣； 炉内调整不当造成渣的含碳量相对较高，容易出现冷渣器内的二次燃烧； 冷渣器进渣量不易控制、自流严重和排渣量不易控制。 ( 5 ) 利用神经网络辨识方法，建立了循环流化床锅炉床温的动态模型。 由于循环流化床的复杂性，对于一些过程来说，常规方法难于建模，所以根 据对象的输入、输出信息利用神经网络对床温进行建模。为了反映床温的动态特 性，在静态b p 网络的基础上引入了动态信息，本文利用给煤量、一次风量和床温 的历史时间序列的数据来扩充神经网络的输入维数，从而建立了床温的非线性动 态模型。为了使神经网络尽可能多地学习到系统的动态特性，选用了对象特性变 化较大的1 1 段升负荷数据作为学习和校验的样本。建模过程中根据输入、输出变 量在运行中可能出现的最大值和最小值进行归一化处理；给煤量、一次风量是影 响床温最主要、最直接的操作量，因此被选为神经网络的输入变量；由于给煤调 整对床温延迟比较大且作用时间长，而一次风调整对床温延迟小且作用时间短， 为了兼顾两者，n a r m a 模型中采样周期定为3 0 s ，给煤量的时间序列阶次取7 阶， 一次风取3 阶，历史时刻的床温取2 阶，从而建立了床温的动态神经网络模型。 结果表明：本文建立的神经网络动态模型可以正确反映大型循环流化床锅炉 床温变化的规律。 4 2 后续工作的展望 由于时间和条件的限制，许多工作还有待于今后进一步完成，如下所述： 1 ) 运行特性分析中主要以定性分析为主，今后要根据更多的运行数据进行走量化 的研究。 华北电力大学硕士学位论文 2 ) 神经网络建模中还要对网络结构进行改进，寻找更加适合的网络结构和算法： 需要对样本的选取进行认真研究，用尽量少但覆盖面很宽的样本训练网络，减 少训练时间和预测误差。 华北电力大学硕士学位论文 参考文献 1 吕俊复，张建胜，岳光溪循环流化床锅炉运行与检修北京：中国水利水电出 版社，2 0 0 3 ，1 7 2 林宗虎，魏敦菘，安恩科，等循环流化床锅炉北京：化学工业出版社，2 0 0 3 ， 2 4 5 - 2 5 2 3 阎维平，于希宁循环流化床锅炉床温控制过程分析锅炉技术，2 0 0 1 ，3 2 ( 1 2 ) ： 2 0 - 2 5 4 岑可法，倪明江，骆仲泱，等循环流化床锅炉理论、设计与运行北京：中国电 力出版社，1 9 9 8 5 张冀，马永光，高建强，等循环流化床锅炉燃烧系统动态特性分析锅炉技术 2 0 0 1 ，3 2 ( 1 0 ) ：3 l 3 4 6 范从振锅炉原理北京：中国电力出版社：1 9 8 6 ，3 2 4 l 7 冯俊凯，岳光溪，吕俊复循环流化床燃烧锅炉北京：中国电力出版社，2 0 0 3 8 叶海文，倪维斗，李政燃煤循环流化床锅炉模型化的人工神经网络方法清华 大学学报( 自然科学版) 3 7 ( 2 ) ：1 9 2 3 9 马宝萍模糊建模与神经网络控制的研究及其在循环流化床锅炉中的应用： 博 士学位论文 南京：东南大学，2 0 0 0 1 0 徐丽娜神经网络控制哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1 9 9 9 1 1 李晓祥人工神经网络及混沌理论在气固循环流化床中的应用： 博士学位论 文 成都：四j i i 大学，2 0 0 3 1 2 陈双叶模糊和神经网络方法在一类复杂工业过程辨识和控制中的应用研究： 博士学位论文 北京：北京工业大学，2 0 0 3 1 3 俞金寿，刘爱伦，张克进软测量技术及其在石油化工中的应用北京：化学 工业出版社，2 0 0 0 1 4 何晓群，刘文卿应用回归分析北京：中国人民大学出版社，2 0 0 1 1 5 张乃尧，阎平凡神经网络与模糊控制北京：清华大学出版社：1 9 9 8 1 6 张广莹前馈神经网络在非线性系统辨识中的应用： 博士学位论文 哈尔滨： 哈尔滨工业大学，2 0 0 2 1 7 赵晓辉热电厂循环流化床锅炉热工自动控制： 硕士学位论文】济南：山东大 学，2 0 0 2 1 8 路建循环流化床锅炉计算机监控系统：【硕士学位论文】p - , j , j 、i ：华南理工大学， 2 0 0 3 堂! ! 皇塑丕鲎堡主兰焦丝苎一 1 9 康雷人工神经网络在辨识与控制中的应用研究： 博士学位论文 南京：东 南大学，1 9 9 9 2 0 杨波，吕清刚循环流化床锅炉稳态燃烧模型中密相区高度的确定锅炉技术， 2 0 0 0 ，3 1 ( 8 ) ：5 - 7 2 1 鲁钟琪两相流与沸腾传热北京：清华大学出版社：2 0 0 2 【2 2 陈汉平循环流化床气固分离的理论与应用： 博士学位论文 武汉：华中理 工大学，2 0 0 1 2 3 路春美，程世庆，王永征循环流化床锅炉设备与运行北京：中国电力出版 社，2 0 0 3 2 4 党黎军循环流化床锅炉的启动调试与安全运行北京：中国电力出版社，2 0 0 2 2 5 金振齐，王平循环流化床锅炉床层与受热面间传热系数的选取武汉大学学 报( 工学版) ，2 0 0 l ，3 4 ( 2 ) ：5 8 6 1 2 6 刘德昌流化床燃烧技术的工业应用北京：中国电力出版社，1 9 9 9 2 7 章名耀蔡宁生，沈湘林，等增压流化床联合循环发电技术南京：东南大 学出版社，1 9 9 8 2 8 程乐鸣循环流化床与压力循环流化床传热研究： 博士学位论文 杭州：浙 江大学，1 9 9 6 2 9 李政循环流化床通用整体数学模型、仿真、与性能预测： 博士学位论文 北京：清华大学，1 9 9 4 3 0 潘笑热工控制系统北京：中国电力出版社，2 0 0 4 3i 】c h r i s t i a n eg l a s m a c h e r - r e m b e r g ，f r a n z n f e t t ad y n a m i cs i m u l a t i o nm o d e lf o r p o w e rp l a n tw i t ha t m o s p h e r i ca n dp r e s s u r i z e dc i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d c o m b u s t i o n - - i n t e r a c t i o n so f p l a n tc o m p o n e n t sa n dd e s i g ns t u d i e s c ，p r o c e e d i n g so f 1 5 “i n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo nf l u i d i z e db e dc o m b u s t i o n ，1 9 9 9 【3 2 js t e v eg o i d i c h ，i n t e g r a t i o no f t h eb e n s o nv e r t i c a io t ut e c h n o l o g ya n dt h e c o m p a c tc f bb o i l e r c ，p o w e r g e ni n t e r n a t i o n a l ，o r l a n d o ，f l o r i d a ，n o v e m b e r2 0 0 0 【3 3 】s t e p h e nj ，g o i d i c h ，t i m oh y p p a n e n a n dk a r ik a u p p i n e n ，c f bb o i l e r d e s i g n a n d o p e r a t i o nu s i n g t h ei n t r e x t mh e a te x c h a n g e r c ，6 t hi n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo n c i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d s ，a u g u s t2 2 2 7 ，i9 9 9 ，w 0 r z b u r g ，g e r m a n y 3 4 s c o t tl ，d a r l i n ga n ds c a nl i ，f o s t e rw h e e l e re x p e r i e n c ew i t hc l e a nc o a l t e c h n o l o g yi nc h i n a ，w w w f w c c o m w e b p u b l i c a t i o n 3 5 】f r a n c e s c om i c c i o ，g e r h a r dl o f f l e r ，v e r i n aj w a r g a d a l a m ，e t c t h ei n f l u e n c eo f s 0 2l e v e la n do p e r a t i n gc o n d i t i o n so nn o xa n dn 2 0e m i s s i o n sd u r i n gf l u i d i z e db e d c o m b u s t i o no f c o a