在线煤质辨识与优化系统(OFIOS)

在线煤质辨识与优化系统OFIOS北京华圣金程科技有限公司一、发展趋势11、中国电力企业发展12、煤质变化对火电厂运行所带来的影响33、及时掌握煤质变化对火电厂经营发展的重要性3二、煤质检测技术的发展41、国外应用概况42、国内燃煤电厂的应用现状53、制约在线煤质分析系统发展因素54、基于全光谱全息火焰检测技术的在线煤质辨识5三、在线煤质辨识与优化系统OFIOS61、在线煤质辨识模块62、机组性能计算93、耗差分析系统114、控制优化系统及特点15四、OFIOS经济效益分析261、OFIOS系统性价比262、OFIOS系统安装、系统安装、运维成本对比273、OFIOS系统可预见的经济效益分析274、不可预见经济性阐述29五、华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室35六、北京航空航天大学精密光机电一体化技术教育部重点实验室37七、北京华圣金程科技有限公司介绍38在线煤质辨识与优化系统1一、发展趋势1、中国电力企业发展11中国将实施五大措施推进节能减排加大科技研发力度，提升节能减排和新能源技术领域科技实力；加快推广应用先进技术产品，支撑产业振兴，推动资源节约与环境友好型社会建设；完善政策机制，为节能减排和新能源科技创新提供保障；高度重视全球气候变化，推进应对气候变化领域科技创新与技术转让；加强国际科技交流与合作，共同构筑全球能源资源和生态环境的技术合作平台。12中国的煤炭消耗是世界其他国家的总和还多30。13中国新能源规划图解总装机19亿千瓦水电总投资13万亿元总装机15亿千瓦风电总投资（9000）亿元发电新增173万千瓦新能源总投资1300亿元太阳能光伏总装机2000万千瓦总投资亿元热水器新增2亿平方米总投资4000亿元能源新增总装机2800万千瓦生物发电总投资2000亿元农村沼气新增6200万户风电发展的重点将是大型风电基地的建设，利用2020年，将在甘肃、内蒙古、河北、东北以及江苏沿海等地建设若干个千瓦风电基地重点发展对向为启动光伏市场，扩大至十万千瓦规模，包括屋顶光伏补贴，建设太阳能发电站在线煤质辨识与优化系统2总投资1900亿总装机8000万瓦核电投资传统能源包括煤炭清洁的高效利用，车用新型燃料，智能电网等14中国发电企业节能降耗的压力国家电监会主席尤权日前公布今年月，全国发电千瓦时煤耗下降克。事实上，年上半年国内电力行业的绝大多数“动作”都可以和“煤耗”一词相连节能减排、关停小火电、超超临界机组运行等。在火力为主的电力结构下，千方百计降低煤耗既是国家政策的着力点，也是电力企业比拼实力和技术水平的一个重要指标。根据来自中国电力企业联合会的数据，上半年，全国MW以上电厂发电煤耗为克千瓦时，比去年同期下降克，标志着我国发电生产结构调整等作用初步显示。截至2008年底，全国共有30家发电公司装机容量超过200万千瓦，其装机总容量达到55702万千瓦，占全国总装机容量7028，较2007年上升203个百分点，比2007年排名前30家公司总容量增加了7019万千瓦，同比增长1442，高于全国装机容量增长率408个百分点。其中，火电和清洁能源（均含天然气和生物质发电）发电装机容量分别为45548万千瓦和11523万千瓦。15中国煤炭消费增长过快在线煤质辨识与优化系统32003年以来，全国煤炭消费量由1579亿T快速增加到2007年的258亿T，年均增加25亿T。其中，电煤消耗由2003年的825亿T增加到2007年的14，3亿T，年均增加151亿T，累计增长了7333；冶金行业煤炭消耗由231亿T增加到415亿T，年均增加4600万T，增长了7965；建材行业煤炭消耗由29亿T增加到352亿T，年均增加1550万T，增长了2138；化工行业煤炭消耗由104亿T增加到131亿T，增长了2596。我国煤炭消耗强度大，加大了煤炭有效供应保障的难度。2、煤质变化对火电厂运行所带来的影响近年来，由于煤炭供应市场的变化，煤炭质量对安全生产的影响凸现出来，尤其是对煤粉炉的燃烧系统和锅炉受热面影响较大。11煤质变化对锅炉效率的影响煤质是锅炉设计的基础，过滤只有在燃用接近设计煤种才能取得较好效益。12煤质变化对锅炉受热面的影响煤质变化使得锅炉受热面结焦、积灰、磨损，严重时造成受热面超温爆管。13煤质变化造成锅炉除灰除渣量增大，影响经济性。14煤质变化对锅炉制粉系统影响加大了制粉系统各设备磨损。15增大生产运行的管理压力。16常规机组性能优化产品因煤质检验手段滞后，无法达到预期效果。在线煤质辨识与优化系统43、及时掌握煤质变化对火电厂经营发展的重要性针对目前形势，必须面对现实，采取切实有效措施，更加重视煤质变化带来的影响，由此提升生产管理手段，将安全事故掌握在工作细节中。煤质变化直接影响电厂的生产指标及经营成本，根据下图我们可以看到在美国一台1000MW机组在煤质发生变化后对经营成本的影响将达到94591万美金的成本影响。在中国煤质变化已成不可更改的事实，如何应对、如何向精细化管理要效益。这是当代发电企业共同寻找的经营方针。及时掌握当前机组燃用的煤质，可通过控制系统，快速的进行运行调整、及时的进行调整检修，将为企业节省大笔成本支出。火力发电企业在企业经营发展过程，除上网电价、发电量为市场调节决定以外，其余变动成本能够很好的进行控制，尤其是燃料成本。就可从燃料这一项变动在线煤质辨识与优化系统5成本中挖掘出可控利润。最直接的办法就是做好燃料管理，间接的办法就是利用好燃料中每一卡的热量。其次就是降低发电煤耗等节能手段。、煤质检测技术的发展通过采制样化验煤质的方法尽管具有很高的分析精度，但存在较大的采制样误差，而且至少要数小时才能分析出结果，对实时燃烧调整和优化运行的促进作用非常有限。此外，燃料资源的质量不稳定性和多样性也会影响到制粉系统和锅炉燃烧的安全性，直接关系到电厂的安全经济运行。为保持和控制燃料质量而进行配煤，并对整个燃烧过程进行有效监测，以便确定混煤对燃烧效率和污染物排放的影响。因此，在线分析煤质的新技术和新产品的研制开发就变得尤为重要。迫于市场需要，市场出现多种煤质在线实时检测技术。这些技术可以快速、准确地对入炉煤进行实时分析测量，达到有效把握和控制煤炭质量的目的，使燃煤质量更具科学性和可靠性，在提高电力生产的安全性和经济性、实现过程控制方面具有极其重要的意义和巨大的经济潜力。这些技术从80年代中期开始就在美国、澳大利亚和欧洲得到了较快地发展，近10年才引入国内。设备多为进口，价格较高，多用于选煤厂和洗煤厂，在电厂的应用业绩较少。1、国外应用概况80年代中期，煤质的在线分析开始在电厂进行试验，但并未获得商业应用。促进这项技术发展的动力是环境保护的要求。80年代后期，美国联邦政府公布了一系列法规，对污染大气的排放标准作了严格的限制，迫使发电厂和电力公司想办法使排放符合新标准。1990年，美国印地安那州的GIBSON电厂率先安装了5台在线煤质辨识与优化系统6GAMMAMETRICS煤质在线分析仪，其应用对电厂运行的主要改进体现在三方面一是排放符合环保要求,避免了SO2超标而引起的罚金；二是扩大了可以燃烧的煤种；三是优化燃烧过程,提高了电厂的性能。此外，电厂对该系统的应用还体现在获得混煤的灰熔融性数据方面。如美国犹他州的PACIFICORPSHUNTER电厂，燃煤由汽车从犹他州的几个煤矿运输，煤质变化较大，有些来煤灰熔点较低，成为锅炉结焦和非计划停机的主要原因。为控制混煤的灰熔点温度，电厂应用美国GAMMAMETRICS公司的CQM分析仪在线分析入场煤质，控制混煤的灰熔点温度满足锅炉安全运行的要求，减少了因混煤煤质不稳定造成锅炉结焦而被迫停炉的损失。鉴于煤质在线分析技术的发展,各国的标准委员会已经着手制定煤质在线分析仪的有关标准。美国ASTM5委员会的煤质在线分析仪工作小组起草了标准导则的草案并得到批准。设在伦敦的IEA煤炭技术研究院IEACOALRESEARCH出版了专著“煤质在线分析仪”,详细地阐述在线分析仪的技术发展、应用和效果。可以肯定，今后数年内，这项技术将在世界上得到更长足的进展。2、国内燃煤电厂的应用现状目前国内电厂应用在线测量系统的方式主要有两种（1）安装于入炉皮带上，检测入炉煤质，指导燃烧调整；（2）固定于入厂皮带上，检验来煤质量。3、制约在线煤质分析系统发展的因素在线煤质辨识与优化系统7在线煤质分析系统可以实现燃用煤质的快速分析，在提高电力生产的安全性和经济性、实现过程控制方面具有极其重要的意义和巨大的经济潜力。但另一方面，该系统尚存在主要元件的寿命、放射源的危险性、较大的系统投资等多方面问题。4、基于全光谱全息火焰检测技术的在线煤质辨识入炉煤质在线检测已成为节能管理及燃烧优化调整的关键因素。传统的基于化学分析的煤质检测方法由于具有检测结果准确度高、使用简单的特点，在火力发电厂普遍采用。但这种方法几小时才能完成一次检测，不能及时反映煤质变化情况，难以满足实时性能计算及优化的要求。由北京华圣金程科技有限公司携手北京航空航天大学、华北电力大学等研制开发的基于全光谱全息火焰检测的新型在线煤质辨识系统，具有安全、高效、准确、实时的特征，该技术在国际上处于领先地位。这一技术克服了靠中子核反应辐射激活煤元素再进行元素确认这一技术路线的弊端，没有核辐射、核泄露的隐患及核废料的处理。是真正安全可靠的煤质辩识技术，且性价比高。在电力、石化、冶金工业领域极具推广价值。将在线煤质辨识系统与优化运行系统相结合，一方面使在线煤质辨识系统得出的煤种数据直接用于指导运行，另一方面大大提高了运行优化系统的准确性和有效性，克服了以往运行优化系统由于采用几小时或者一天前煤质数据所造成的优化结果可信度变差的问题。在线煤质辨识与优化系统8、在线煤质辨识与优化系统（OFIOS）在线煤质辨识与优化系统（ONLINEFUELIDENTIFICATIONOPERATIONOPTIMIZATIONSYSTEM,以下简称OFIOS）实时在线识别入炉煤质，指导运行，优化燃烧，为电力生产企业提供了一套基于在线煤质辨识的性能优化系统，主要包括在线煤质辨识、性能计算、耗差分析、磨煤机抗启停及抗煤质扰动、压力定值优化、再热汽温控制、循环水泵优化调度以及工况分析等八大模块。1、在线煤质辨识模块OFIM在线煤质辨识模块ONLINEFUELIDENTIFICATIONMODULE,（以下简称OFIM）是根据不同煤种燃烧后发出的光波特性差异，利用先进的小波分析、主元分析等信号处理方法及神经网络建模技术，开发出的新型在线煤质辨识技术。OFIM由全光谱全息传感器、现场控制箱、数据采集与处理单元、OFIM机柜等组成，安装简便、对外部环境和系统安全没有影响。通过不断丰富煤种数据库的煤种数据，训练神经网络，简历并完善煤质辨识模型，实现煤种及煤质的准确在线测量。在线煤质辨识与优化系统9FLAMESIGNALSAMPLIFICATIONFILTERINGI1I2IN全光谱技术GAINADJUSTDATAACQUISITIONFLAMESIGNALSDATAPROCESSINGSOFTCOMPUTINGTYPEOFFUELFLAMEFEATURESABC11OFIM专利保障（1）全光谱全息火焰检测技术全光谱全息火焰检测装置具有全息扫描、全光谱特征测量、痕迹跟踪的先进功能。可用于识别燃煤种类、监测火焰稳定性和燃烧工况等。在线煤质辨识与优化系统10COALACOALBCOALDFEATURESINPUTLAYEROUTPUTLAYERHIDDENLAYER12NPURELINEARLOGSIGMOIDLOGSIGMOID（2）实时高效自适应的神经网络模型从煤的燃烧机理入手，开发出火焰特征与煤种/煤质模型，通过建模、立体数据分析、数据库管理等方式进行入炉煤种的辨识。在线煤质辨识与优化系统1112OFIM系统组成OFIM由以下部分组成1全光谱全息火焰检测器2信息、信号处理单元3火焰特征处理单元4自适应神经网络模型单元5分析结果的数据库火焰检测器安装在原有的火检测量口，不需要做任何改变，安装成本低。火焰喜喜悲转化成光电信号，进入采集系统，通过放大过滤后送到光分析及建模软件单元，通过神经网络自学习自适应过程，得出煤种特性。火焰探头现场控制箱机柜控制电缆电源线专用连接线火焰探头现场控制箱专用连接线控制电缆在线煤质辨识与优化系统122、机组性能计算性能计算依据ASME、国标和行标等电厂性能计算标准，利用高效有序的数值计算引擎，对面向具体设备、系统、机组搭建的性能数学模型进行在线计算，量化其各项性能参数，从而达到性能监测的目的，为运行优化及考核管理奠定基础。21性能计算的主要内容（1）机组级性能计算机组级性能计算和分析的项目主要包括锅炉效率、汽轮机热耗率、高压缸效率、中压缸效率、主汽压力、主汽温度、再热汽温度、再热汽压力、再热器压损、锅炉排烟温度、烟气含氧量、飞灰含碳量、驱动给水泵汽轮机的用汽量、厂用电率、凝汽器真空、凝结水过冷度、最终给水温度、各加热器端差、过热器减温水流量、再热器减温水流量、燃料发热量、辅汽用汽量、机组补水率、轴封漏汽量等。（2）厂级性能计算厂级性能计算的项目主要包括全厂运行性能因子、全厂运行成本、全厂供电煤耗率、全厂发电煤耗率、全厂供电量、全厂发电量、全厂厂用电率、发电机电压品质、全厂发电机氢压、全厂燃料量、全厂燃油量、全厂补给水量、全厂汽水品质指标、全厂辅助用汽量、全厂设备可靠性指标等。22性能计算模块特点使用性能计算模块可以完成机组级和厂级性能计算功能。在线煤质辨识与优化系统13我方提供的厂级性能计算功能是建立在各机组性能计算的基础上，利用各机组性能计算结果结合其它经济指标来完成。提供交互式输入手段，供试验研究及参数调整时人工输入参数。提供热力系统计算常用系数、通用数学计算式及函数库，介质物理性质图表（水、蒸汽、空气、烟气的湿度、焓、熵、比容等）及典型计算模块（锅炉热平衡计算模块、换热器热平衡计算模块、机组效率计算模块等），用户可以方便地利用这些工具完成特殊运算功能。计算结果写回数据库能够用于经济指标分析、显示器画面显示、报表统计、并能根据需要进行打印记录等，为MIS的商业化运营提供成本核算依据和数据。性能计算模块所有的计算均具有数据的质量检查，若发现计算所用的任何一点输入数据出现问题，将根据组态选项，采用替代标签或常数，并在计算结果上给予标明。性能计算具有判别机组运行状况是否稳定的功能，使性能计算对运行有指导意义。在变负荷运行期间，性能计算将根据稳定工况的计算值，标上不稳定运行状态。在线煤质辨识与优化系统143、耗差分析系统“耗差分析”模块与“性能计算”模块相配合，将实际运行状态下的主要参数与其期望值进行计算比较，分析，活的由于参数偏离最佳值所造成的能耗损失，指导运行人员调整操作或闭环控制，是的机组运行运行达到最优的运行工况，降低生产中可控成本，提高机组效率和降低机组煤耗。耗差分析是热力系统经济分析与指导的核心。目前我国绝大部分耗差分析系统均采用等效焓降法，是苏联学者库兹涅佐夫于六十年代提出的一种定流量计算的方法。该方法在机组负荷及汽轮机初终参数不变的情况下可以对系统结构及辅助设备进行定量能损分析，虽然属于静态系统分析法，但其可以直接分析计算系统局部改变即小扰动对热经济性的影响，有利于定量查找系统的能损分布及系统在线煤质辨识与优化系统15的局部改造。但是，负荷变化必然引起通流参数的变化，当负荷变化较大时不能或只能近似使用等效焓降法。我们经过十余年的深入研究，用系统工程的观点，从系统的本质出发，揭示了热力系统拓扑结构与数学结构间一一对应的客观规律，提出了一整套全新的分析方法，即热力系统拓扑结构矩阵分析法。热力系统拓扑结构矩阵分析法主要包括热力系统完整的汽水状态分布方程的建立、汽轮机排汽焓的在线计算、顺序扰动解除法实现能损分布的准确确定等几方面。31耗差分析的主要内容机组经济性指标分析项目包括可控耗差和不可控耗差。可控耗差包括主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热汽温度、锅炉排烟温度、烟气含氧量、飞灰含碳量、驱动给水泵汽轮机用汽量、厂用电率、凝汽器真空、最终给水温度、各加热器端差、过热器减温水流量、再热器减温水流量。不可控耗差包括再热器压损、燃料发热量、高压缸效率、中压缸效率、辅汽用汽量、机组补水率、凝结水过冷度、轴封漏汽量。在线煤质辨识与优化系统1632耗差分析模块特点采用高准确度机组能耗指标的在线监测方法。传统热力试验确定机组能耗是以测量主凝结水流量为基础的，由于流量测量误差很大，造成计算出的煤耗率可信度降低。本模块采用先进的计算方法，彻底解决了这一问题。实际验证表明，在50工况下，计算出的焓升与原设计资料给出的焓升之差小于4KJ/KG，相对误差约为016，这一误差引起的计算煤耗率偏差小于0165G/KWH，满足实用准确的要求。建立了变负荷下机组运行方式对热经济性影响的数学模型。改进了汽轮机变工况经典理论中著名的弗留格尔公式，给出了汽轮机排汽焓的计算方法。引入系统工程的分析方法，使单项原因能耗率偏差指标准确度大于95，能耗偏差找出率大于95。本方法为我方的原创性成果，在理论与应用实践中处于国际先进，国内领先水平，是同类系统中唯一获得省部级奖励的产品。本系统在国内多台机组获得成功应用。33耗差分析模块的现场实施（1）现场条件A机组在线运行数据能够从DCS或SIS中获取；在线煤质辨识与优化系统17B测点完整且精度满足性能计算要求；C能够提供热力系统图及锅炉、汽轮机热力计算书；D确定计算服务器安装位置及显示器放置位置；E“性能计算”模块运行正常。2搜集信号1锅炉连续排污量488号加热器疏水温度2左侧再热器喷水量49排烟温度3右侧再热器喷水量50排烟温度4左侧一级过热器减温水流量51再热蒸汽温度5右侧一级过热器减温水流量52送风温度6左侧二级过热器减温水流量53送风温度7右侧二级过热器减温水流量54调节级温度8左侧三级过热器减温水流量551号加热器出口温度9右侧三级过热器减温水流量562号加热器出口温度10负荷573号加热器出口温度11炉膛出口氧量58除氧器出口温度12排烟氧量59给水泵出口温度13排烟氧量605号加热器出口温度14主蒸汽压力1616号加热器出口温度151段抽汽压力627号加热器出口温度在线煤质辨识与优化系统18162段抽汽压力638号加热器出口温度173段抽汽压力64凝结水温度184段抽汽压力65循环水出口温度195段抽汽压力66循环水出口温度206段抽汽压力67循环水入口温度217段抽汽压力68循环水入口温度228段抽汽压力69主给水流量23凝汽器压力70小汽机流量24再热蒸汽压力71厂用电率25调节级压力72凝汽器补给水流量261号给水泵入口压力电泵73厂高变（有功功率）272号给水泵入口压力A74励磁变（有功功率）283号给水泵入口压力B75启备变（有功功率）293号给水泵出口压力B76收到基碳302号给水泵出口压力A77收到基氢31给水泵出口母管压力78收到基氧32凝结水泵出口压力79收到基氮33主蒸汽温度80收到基硫341抽温度81灰分352抽温度82水分363抽温度83大渣含碳量374抽温度84飞灰含碳量385抽温度85干燥无灰基挥发分在线煤质辨识与优化系统19396抽温度86收到基低位发热量407抽温度87排烟中CO含量418抽温度88排烟中CH4含量421号加热器疏水温度89排烟中H2含量432号加热器疏水温度443号加热器疏水温度455号加热器疏水温度466号加热器疏水温度477号加热器疏水温度4、控制优化系统及特点41磨煤机抗启停及抗煤质扰动控制优化模块电厂的控制系统运行中存在着磨煤机启停和煤质波动两个主要扰动，影响了协调控制系统的可用性和快速性。协调控制系统在磨煤机启停时刻，存在着较大的扰动，尤其是在顶层磨煤机启停时。考虑到磨煤机存在着较大的磨煤机最小出力扰动（可能高达几十吨/小时的流量），磨煤机启停可引起主蒸汽压力巨幅波动，因此在协调控制系统中对该扰动进行补偿显得尤为重要，需要增加具有自适应性磨启停扰动补偿前馈信号进行动态补偿；另一方面，电厂的煤质也存在着较大的波动，导致机炉热量供求不平衡，影响了协调系统对主蒸汽压力等重要参数的控制品质，因此需要增加锅炉热负荷前馈信号以保证协调系统的控制品质。（1）磨煤机抗启停及抗煤质扰动控制模块的主要内容磨煤机抗启停及抗煤质优化控制，可有效的调整磨煤机在启停及煤质发生波在线煤质辨识与优化系统20动所引起的扰动。避免引起主蒸汽压力发生波动及炉机热量供求不平衡影响主蒸汽压力等重要参数的控制品质。（2）磨煤机抗启停前馈信号设计方案磨煤机启停和煤质波动对协调系统的影响通过在锅炉基本协调子系统中添加前馈信号进行补偿。由于磨煤机启停过程中燃料量的扰动较大，因此，针对磨煤机启停过程设计一个反向微分可以减小这种扰动，增加系统的可控性；这部分前馈包括磨台数变化值乘以一定的系数值，以及磨台数变化的微分乘以一定的系数值。磨台数变化的微分主要是考虑到这种磨台数的变化仍然要比因为磨台数变化引起的真正的燃料量的变化要慢，所以加一个动态微分，以加快燃料的补偿速率。在线煤质辨识与优化系统2183500AM83819AM84139AM84459AM84819AM85139AM83500AM370380390400410420430主主328主主主主主MW主83500AM83819AM84139AM84459AM84819AM85139AM83500AM0246810FF328主主FF83500AM83819AM84139AM84459AM84819AM85139AM83500AM1541545155155515615651571575主主主主主主主主主328主主主主主主MPA主主主主主主主83500AM83819AM84139AM84459AM84819AM85139AM83500AM140150160170180主主主主主主主主328主主主主主主主3040506070主主主主主主主主1541545155155515615651571575主主主主主主主主主328主主主主MPA主主主主主主主83500AM83819AM84139AM84459AM84819AM85139AM83500AM140150160170180主主主主主主主主328主主主主主主主3040506070主主主主主主主主（3）抗煤质波动前馈信号设计方案主要考虑燃煤发热量这项指标。对于协调控制系统对象，燃煤发热量主要体现在的静态增益上。其解决思路为（1）在线检测煤质的发热量，通过增加自适应块，在线修改炉跟机协调方式下的锅炉主控制器的比例增益；（2）构造合适的信号来准确反映煤质变化后的热量动态信号。基本思路是在机组负荷保持稳定的情况下，汽机一级压力加上汽包压力微分与锅炉蓄热系数的乘积构成实际热量信号；总煤量除以机组发电功率两者相除得到燃料发热量变化在线煤质辨识与优化系统22的修正系数，该修正系数再与实际热量信号相乘并经过一定转换后作为抗煤质波动的前馈信号。（4）协调控制系统优化为保证协调控制系统在磨煤机启停和煤质发生较大波动的情况下仍具有较好的控制性能，有针对性地添加两个前馈信号磨启停扰动补偿前馈优化和锅炉热负荷前馈设计优化。（5）磨煤机抗启停及抗煤质扰动优化控制模块特点试验调试简单，可明显改善控制系统抗磨煤机启停及煤质变化的效果；本方案产生的前馈信号可以被机组控制中的其他回路所利用，如气温控制系统等。42压力定值控制优化模块主蒸汽压力设定值一般通过机组设计滑压曲线得到。设计滑压曲线是以机组设计初、终参数及机组设计理论值为基准，为负荷的非线性函数，通常为一个具有中段负荷区间固定斜率的斜线加上低负荷和高负荷的限制特性。随着机组运行时间的延长，机组老化不可避免，机组的特性发生了很大的变化，再加上实际运行时机组的初、终参数不可避免的和设计值存在一定的偏差，因此急迫对主蒸汽压力定值进行优化工作，以得出机组的动态滑压曲线，以提高机组循环热效率。（1）压力定值优化的主要内容压力定值优化模块充分考虑当前机组运行环境及运行工况，按照一定目标（如在线煤质辨识与优化系统23供电煤耗最小）实时计算压力给定值，计算值与滑压曲线综合后作为蒸汽压力的真正给定值。计算的压力定值经过适当处理后可直接送往单元机组协调控制系统（CCS），实现压力优化的闭环控制。（2）压力定值优化的原理综合考虑主蒸汽压力的变化对调节级内效率、节流损失和给水泵耗功等主要原因的基础上，通过汽轮机变工况计算，在线确定不同工况下对应的最优压力定值。给定负荷下，根据滑压曲线得到主蒸汽压力给定值，保持运行环境不变，以此为基础主蒸汽压力设定值变化。在05MPA05MPA范围内，以01MPA为每次变化幅度，计算机组的效率，寻找在该范围内的主蒸汽压力最佳设定值。X表示汽轮机热力系统运行环境中除NSP，PSP两个因素之外的其它所有因素。实际闭环应用中，为了安全起见，可将压力定值限制在滑压曲线附近，如下图所示在线煤质辨识与优化系统24一种闭环控制框图如下一种闭环控制框图如下3）压力定值优化模块特点在线计算压力定值，可用于运行指导或闭环控制；充分考虑了安全性与经济性的平衡，闭环运行时不会导致大幅度压力波动；充分利用了性能计算及耗差分析结果，优化效果可从现实画面及实际运行在线煤质辨识与优化系统25中立即体现出来。43再热汽温控制优化模块机组再热汽温控制系统中一般都设计有燃烧器摆角（或烟气挡板）及事故喷水控制系统，由于种种原因，很多机组仅使用喷水来调节再热汽温，使机组经济性大大降低。从控制角度来看，燃烧器摆角（或烟气挡板）对再热汽温影响具有很大的迟延，使自动闭环控制难度大大增加。然而手动调整燃烧器摆角对于运行人员要求很高，调节强度也很大，特别是在负荷大范围变动以及启停顶层磨煤机时，存在调节质量问题。通过再热汽温优化控制系统，一方面保证了再热汽温系统的正常投入，同时还减少了再热汽温控制中的喷水量，提高了机组经济性。（1）再热汽温控制模块的主要内容再热汽温是机组运行的主要指标之一，但国内运行机组受煤质变化等诸多因素的影响，多数机组存在超温或温度过低的现象。多数运值人员已经将事故减温水的操作变成了正常减温应用。这种某种意义上来说就是一种能耗的浪费。这里我们重点改善控制手段，将未投用、少投用的燃烧器摆角（或烟气挡板）与事故喷水系统结合，通过闭环控制手段。根据煤质变化，监控各测点的温度变化，自动调节火焰中心高低，使入炉煤得到充分的燃烧。从而达到提升机组经济性的目的。2再热汽温控制模块的优化原理内模控制器与采用再热器减温水调节再热蒸汽温度的控制系统相比，采用调整燃烧器摆角来控制再热蒸汽温度存在严重的滞后和惯性，采用普通PID已经无法达到控制在线煤质辨识与优化系统26目的。项目中燃烧器摆角的自动控制系统采用内模控制（INTERNALMODELCONTROL，简称IMC）。内模控制是一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略。具有设计简单、控制性能好等优点。内模控制在工业过程控制中已获得成功应用，在控制系统稳定性和鲁棒性方面具有明显的优势。内模控制还与许多其他控制算法，诸如动态矩阵控制（DMC）、模型算法控制（MAC）、线性二次型最优控制（LQOC）等之间存在很大的内在关系，尤其是多变量内模控制可以直接调整闭环系统的动态性能，并对模型误差具有良好的鲁棒性。内模控制的基本结构框图如图所示。图中，FS为滤波器，一般为一阶惯性环节，GS为估计模型。YSRS1/GSGSFSGSDS与经典PID控制相比，内模控制仅有一个整定参数，参数调整与系统动态品质和鲁棒性的关系比较明确，而且设计方法简单、调节性能好、鲁棒性强并能消除不可测干扰的影响，较适用于时滞系统的控制。燃烧器摆角自动调节方案燃烧器摆角调节系统被设计成一个单回路控制系统。控制器采用IMC内模控制器，可以很好的解决大迟延，大惯性的被控对象，并具有足够的模型鲁棒性。采用总风量作为燃烧器摆角控制系统的前馈信号，但是该信号通常不精确，在线煤质辨识与优化系统27且波动较大，使得燃烧器摆角调节阀门动作频繁，无法投入自动运行。因此增加两个前馈信号磨组合前馈信号和考虑煤质变化的热量前馈信号。前者可以补偿磨启停时最小出力扰动并可以克服因磨组合变化对再热蒸汽温度的扰动，后者可以克服煤质变化引起的热值改变。由于各层燃烧器的投入对再热蒸汽温度影响的差别较大，对上层磨煤机和下层磨煤机分别采用不同的偏置，以达到更好的控制效果。优化再热喷水减温控制再热喷水减温控制系统作为事故喷水调节手段，将最终保证再热汽温的定值控制。优化改造的目的是解决再热喷水阀门的频繁调节问题，达到少喷甚至不喷减温水的目的，最终达到节能的目的。燃烧器摆角调节和减温水调节联合设计方案分别设计了稳定工况、负荷大范围变化工况及异常工况下的控制策略。根据再热蒸汽温度的变化趋势和变化速度，改变喷水减温调节控制器设定值。再热蒸汽温度快速升时，降低喷水减温设定值，达到提前喷水的目的；再热蒸汽温度快速降时，提高喷水减温设定值，达到提前关闭喷水减温阀的目的。（3）再热汽温控制的模块特点采用先进控制算法，提高了大迟延系统的控制品质；燃烧器摆角与事故喷水联合控制，既提高了经济性，又防止出现超温等安全事故；考虑了磨煤机启停、煤质变化等对再热汽温的影响。在线煤质辨识与优化系统2844循环水泵优化调度控制模块循环水泵是大功率耗电设备，不合理的运行将造成较大的经济损失。根据机组负荷及环境条件的变化，优化调度循环水泵的启停，是降低厂用电率、提高机组运行经济性的手段之一。（1）循环水泵优化调度的主要内容循环水泵的优化调度涉及到汽轮机、凝汽器和循环水泵三大部分。通过理论分析和试验校正，综合得出不同冷却水温和不同机组负荷下循环水泵的最佳运行方式，绘制循环水泵最佳运行工况图，实现将循环水泵的优化调节转化为可行的工程指导。（2）循环水泵优化调度的原理由汽论机原理可知，已投运机组的凝汽器真空存在最佳值。这是因为，已投运机组的汽轮机末级尺寸是一定的，当凝汽器真空提高时，汽轮机排汽容积流量增大，余速损失也增大，结果，汽轮机功率增量随真空提高而减小。而另一方面，如果冷却水温一定，凝汽器真空的提高必须通过冷却水量的增加来实现，增加冷却水量必须按比例的消耗更多的泵功，如果为提高真空而消耗的泵功无法被汽轮机功率增加量补偿，再提高真空就是不利的。上述情况表明，循环水量的大小存在最佳值。如果能按照最佳（或接近最佳）循环水量的要求来调整循环水泵的运行，循环水系统便处于最优运行方式，机组的运行效果最佳。当然，最佳真空值随汽轮机负荷和冷却水温度的改变而改变，因此循环水系统的最优方案也随汽轮机负荷和冷却水温度的改变而改变。在凝汽器工作状态一定的情况下，增大循环水流量可以获得更高的真空。在在线煤质辨识与优化系统29不同负荷、不同循环水进水温度条件下，通过凝汽器的热平衡可计算出机组循环水流量增大后能够达到的真空，再结合循环水泵的特性试验数据，对真空升高带来的煤耗降低和增开循环水泵引起的厂用电增加，根据煤价和当时的上网电价，计算增开循环水泵的收益，如收益大于0，则提示运行人员合理安排循环水泵的运行。即在不同负荷条件下，随着循环水进水温度的不同，改变循环水泵运行台数，来获得最大的经济效益，以指导运行人员根据机组负荷及循环水温度选择合适的循环水泵运行方式。循环水泵运行方式优化为广义经济调度问题。在某一时刻当循环水泵运行方式或循环水量发生变化后，利润变化为DCMDNBR其中N为机组负荷，为循环水泵运行方式变化前后的发电煤耗增量；B为标煤电价；MD为循环水泵运行方式变化后厂用电负荷增量；CN为上网电价。D当时，表明循环水泵变化后能够获得利润。0R循环水泵运行方式优化过程中，还涉及到发电煤耗增量的计算问题，可通过机组功率增量转换而来，可由制造厂提供的排汽压力对功率的修正曲线或N试验求得。（3）循环水泵优化调度的模块特点理论分析与试验研究相结合；可在线进行发电厂循环水系统优化调度，确定机组在不同季节、不同负荷最经济的循环水泵运行编组方式，随时向运行人员提供咨询服务。在线煤质辨识与优化系统3045工况分析模块单元机组运行是一个十分复杂的工业过程，特别是燃烧过程，很难建立其精确的数学模型，在这种情况下，实现运行优化更加困难。运行优化依赖于大量的设计数据、试验数据及运行数据。由于制造、安装、运行条件的不同，实际运行工况与设计工况相比往往有较大差距，单纯利用设计数据，通过热力计算与分析进行优化指导并不是在任何时候都是有效的。热力试验能够部分地解决上述问题，但存在着试验工况有限，很多运行工况与试验工况差别较大的情况。在SIS中，机组历史数据长期存在。一般来说，我们总能从历史数据中找到与当前工况接近的工况，通过与同一工况下的历史最佳相比较，可以发现运行操作中的问题，进而对当前操作进行指导。这正是“工况分析”模板的出发点。（1）工况分析模块的主要内容A工况划分根据机组负荷、外界环境、投运设备等对工况进行划分，划分越细致，所得到的结论可操作性越强。在线煤质辨识与优化系统31B确定可控参数常见的可控参数包括各喷燃器给煤量；各一、二、三次风量、主汽参数等。C确定优化目标优化目标可能为经济性最好、环保性最好或综合指标最好等。D数据挖掘从历史数据库中搜索与当前运行工况相近似的工况，从中找出目标最优的一次，将该时刻的可控参数与当前可控参数相比较，进而实现优化指导。（2）工况分析的原理数据挖掘的定义是从大量的、不完全的、有噪声的、随机的数据中，提取隐含在其中的，人们事先不知道的，但又是潜在有用的信息和知识的过程。数据挖掘的主要功能为关联分析、分类、聚类、时序模式、偏差检测、预测等。数据挖掘的典型方法有决策树法、人工神经网络法、遗传学算法、统计学方法、粗集方法、规则推理方法及可视化技术等。对于运行优化而言，关键的问题是很难找到操作量与被控指标间的准确关系。特别是锅炉燃烧系统的优化，影响因素众多，不同型号、不同煤种、不同工况、不同环境对模型的影响都很大，难以保证模型的实用化。然而机组运行数据中蕴涵着大量潜在规律，从机组实时及历史数据中发现规律，并进一步实现优化控制或操作指导，是一条切实可行的策略。（3）工况分析模块特点以数据挖掘原理，从大量历史数据中搜索相似工况于相关变量，建立各种工况下的数据模型，采用历史最佳方法来指导操作。在线煤质辨识与优化系统32A建立40MCR、50MCR、60MCR、70MCR、80MCR、90MCR、100MCR典型工况数据库。B记录典型工况状态（包括主要参数、设备、效率等）C自动建立典型工况优化运行方案与经济性评价（风媒比、一次两次风比、设备运行配置）。D根据优化方案，对当前过程进行评估与指导。E通过数据积累达到全工况建模。（4）“工况分析”模块的现场实施41现场条件（1）必须安装有厂级监控信息系统（SIS）；（2）测点完整且精度满足性能计算要求；在线煤质辨识与优化系统33四、OFIOS经济效益分析1OFIOS系统性价比对比项目在线煤质辨识及优化系统OFIOS核法检验备注价格万元3007004001000核法需要购置多种设备，分别完成微量元素测量、水分测量及工业分析值准确率9599995OFIOS受煤种数量及学习频率影响，可逐步提升核法水分多少，中子捕捉率影响准确率测量周期00505MIN110MIN功能组成在线煤质辨识性能计算耗差分析磨煤机抗启停及抗煤质扰动控制测量及屏蔽系统水分仪测量监控及信号处理系统平台应用软件OFIOS及时掌握煤质变化，通过精准控制优化，在能耗上可带来不少在线煤质辨识与优化系统34压力定值优化控制再热汽温控制循环水泵优化调度工况分析（寻优）注OFIOS各功能模块视电厂情况选配。于1G/KWH的节能效果核法煤质检验2OFIOS系统安装、运维成本对比对比项目在线煤质辨识及优化系统OFIOS核法检验备注安装条件火检安装在燃烧器喷口主控机柜安装在电子间内布置在输煤皮带上就地控制DCS安装时间7天测量周期00505MIN110MIN安全性无安全风险需进行防辐射保护环境要求对环境无要求对环境有要求OFIOS主机布置在电子间核法需要室外安装，对温湿度等均有要求，另需额外增加土建工程重量（吨）0415核法需要防辐在线煤质辨识与优化系统35射防护3OFIOS系统可预见的经济效益分析31在线煤质辨识模块经济性分析安装基于全光谱全息火焰检测的在线煤质辨识模块的优点已基本被认可，优化磨煤机设备操作将提高各种煤质及生物燃料的燃烧效率，主要体现在如下三点（以下技术经济指标均来自美国电力公司TURREYPOWER电站的机组运行数据）（1）减少CO排放主要应用于发电厂，未优化的设备处于全负荷状态时容易生成CO。在控制状态下设置优化磨煤机显示每隔1秒会节省空气19KG，同时便会防止磨煤机里CO的产生。基于1000PPMCO的产生速度（等同于每秒丢失377MJ），如果使用OFIOS优化磨煤机设备，那么每年每套设备便会节约183，16000美元的生产成本。6套磨煤机每年共可节约183，1600061，098，96000美元。同时，了解煤种后，对后续燃烧的风粉比调节，将会有巨大的指导作用。对优化锅炉燃烧，节能减排有直接的指导作用和意义。（2）减少飞灰含碳量22000000美元/（年台）6台132000000美元/年32磨煤机抗启停及抗煤质扰动优化控制模块经济性分析磨煤机抗启停扰动优化控制模块。由于启停磨总是在升降负荷阶段进行操作，运行人员需要关注的参数、需要操作的设备很多，而新设计的磨煤机抗启停抗扰动优化回路可以极大地减少这部分操作，提高安全性。另外，主蒸汽压力定值涉及初参数运行水平，这关系到机组的循环热效率，磨煤机抗启停抗扰动优化减少在线煤质辨识与优化系统36了主蒸汽压力的波动。抗煤质扰动优化。煤质扰动是相当现实的一个问题。抗煤质扰动优化可以在线辨识煤质做功能力的变化，并自适应修正控制系统增益，这可以有效地改进当大幅煤质扰动下控制系统的动态性能。33再热汽温控制模块经济性分析再热喷水减温是机组能量损失的一个相当重要的环节。再热汽温优化的目的就是要依靠喷燃器摆动火嘴的调节基本实现再热汽温的有效控制，再热喷水减温真正作为事故喷水方式，从而有效降低再热喷水减温流量，提高机组的热效率。此项技术预期效果将大大改善现有运行控制，通过小闭环优化控制手段，可降低供电煤耗15G/KWH。34循环水泵优化调度控制模块经济性分析循环水泵运行方式优化为广义经济调度问题。在某一时刻当循环水泵运行方式或循环水量发生变化后，利润变化为DCMDNBR其中N为机组负荷，为循环水泵运行方式变化前后的发电煤耗，为BM标煤电价，为循环水泵运行方式变化后厂用电负荷增量，为上网电价。CD当时，表明循环水泵变化后能够获得利润。0R循环水泵运行方式优化过程中，还涉及到发电煤耗增量的计算问题，可通过机组功率增量转换而来，可由制造厂提供的排汽压力对功率的修正曲线N或试验求得。此方案要求正常运行方式辅机的台数要符合设计规定，澄清不是多投设备就安全的模糊认识。例如循环泵设计2台运行1台备用，而目前基本都是3台运在线煤质辨识与优化系统37行；比如低负荷时磨煤机是否可由4台变为3台运行。其次，机组辅机出力按照额定负荷设计考虑，而机组参与电网调峰，在负荷50100范围内变化，负荷低于额定负荷，辅机耗电率上升。因此降低辅机厂用电率的关键是降低机组低负荷时的辅机耗电率，降低厂用电的潜力在0103。4不可预见经济性阐述OFIOS在线煤质辨识与优化系统在火力发电厂生产、经营及管理过程中具有突出的效果。为此，该系统不能单单考虑或关注经济性这一单独指标。在此，我们提供以12个主产品为核心的集成化销售模式，从而避免多系统之间兼容、冲突、协调的问题。大大优化减少电厂的工作压力。同时，在售后服务的问题上也将多面接触、沟通，简化至单点沟通。大大提高员工的工作效率。OFIOS可独立运行，充分利用现有电厂燃煤数据，通过神经网络自学习系统的优势。长期实时在线监督、监控、学习、记录及统计机组发电燃料数据，逐步建立适用于电厂长期经营且具有该厂经营特性的燃料数据库。为日常经营分析及生产管理、技术提升储备充足的信息依据。同时，在先进的超临界、超超临界大型机祖上可为任何燃烧优化技术提供准确的、实时的（入炉煤）各项分析数据。改变优化系统必须依靠校核煤种或飞灰含碳量反推等技术手段进行标定的设计，从而真正改变“定值”的优化策略。保障电厂投资得到完全的应用。OFIOS成功应用后，可大大改善现有的工作模式。生产运值人员更加快速的知道燃用的煤质。进行必要的安全性调试、调整，可从根本上改善生产及运维过程中的掌控力度。此项经济性是无法估算的。在线煤质辨识与优化系统38TECHNICALPARAMETERS技术参数1全光谱全息火焰检测单元（WALSNFLAMEDETECTION）MOUNTINGG3/4“（M）SIGHTPIPEFITTINGMATERIALSCASTSTEELHOUSING,POTTEDELECTRONICSELECTRICALSUPPLIEDBYAMPLIFIER,50VDCAND12VDCELECTRICALCONNECTIONSMSBAYONETCONNECTORSUPPLIEDWITHCABLE,1/2”FLEXIBLECONDUITREQUIRECOOLINGAIRREQUIREMENTSFRONTMOUNTAPPLICATIONSMINIMUMCOOLINGAIRFLOWOF10SCFM17M3/HRATAMAXIMUMTEMPERATUREOF120F48CTEMPERATURERATINGS32FTO140F0CTO60CWITHCOOLINGCHAMBERFORAMBIENTTEMPERATURESOF140FTO200F60CTO93CTHEWALSNFLAMEDETECTIONCOOLINGCHAMBERMUSTBEUSEDHUMIDITY095RHNONCONDENSINGSENSOR/WAVELENGTHWALSNFLAMEDETECTION2003300NM2火焰信息采集（含放大及滤波）系统TEMPERATURE0TO55C32TO131FHUMIDITY5TO95NONCONDENSINGRACKMOUNTPOWERREQUIREMENTS110/220VAC,50/60HZ12VADIMENSIONS262CMX207CMX102CM103”X83”X40”WEIGHT25KG5LBS8OZOUTPUTRELAYRATINGFORMCSPDT35AAT125VACOR250VAC5AAT30VDCMINIMUMPICKUPTIME10SECNONVOLATILERAM10YEARBATTERY在线煤质辨识与优化系统39COMPATIBLEFLAMEDETECTORSWALSNFIREIR/UV/VISIBLEDETECTORFORLIGNITE3光谱分析及建模软件系统、软测量技术及正交数据处理系统32位研华工业计算机主频12G80G硬盘机柜尺寸HXWXD6006001400MMIP54IP65为可选项。电气安全符合EN610102EMC符合EN50081EN50082电源参数220249VAC，50HZ功耗300W4其他模块技术参数FIE