火力发电厂节能减排技术

火力发电厂节能减排技术,华北电力大学韩璞教授TELanpu102,华北电力大学杰德控制系统工程研究中心学术带头人：韩璞教授主任：董泽教授/博士副主任：王东风副教授/博士翟永杰副教授/博士成员：焦嵩鸣副教授/博士孙海蓉副教授/博士张悦讲师/博士黄宇讲师/博士生张妍讲师/博士生孙明讲师/博士生王旭光讲师/博士冉鹏讲师/博士生程海燕讲师/博士生,在读硕士：70人在读博士：19人,火力发电厂,火力发电厂优化运行目标,1、控制系统优化,常规控制器：PID最优控制自适应控制预测控制鲁棒控制,智能控制器：专家控制模糊控制神经网络控制,目标函数衰减率：限制条件：,建模与优化方法：经典：飞升曲线法建模、广义频率特性法优化PID参数现代：智能建模与优化遗传、蚁群、粒子群、混沌,智能建模与PID控制器参数优化,CAE2000计算机辅助工程系统,功能,数据采集与分析处理,控制系统仿真,现代控制器研究,经典控制理论分析,控制系统CAD常用算法,控制系统计算机辅助教学,应用实例某电厂300MW热电机组主汽温系统试验方法：利用机组变负荷数据辨识算法：PSO算法求得数学模型优化算法：,外回路kp=1.27Ti=235内回路kp=10Ti=220(原参数：外回路kp=0.1Ti=220内回路kp=1Ti=450),绿色曲线负荷从274.836MW264.899MW(9.937MW)汽温波动(设定值540)：534.048549.204(15.156)负荷从285.336MW258.278MW(27.058MW)汽温波动(设定值540)：542.692537.955(4.737),2、优化协调控制,火电单元机组负荷控制原理框图,控制算法：解耦、PID优化算法：神经网络,最小煤耗量,最小排放量,（1）厂级负荷优化分配,3、负荷优化分配,最小煤耗量,最小排放量,（2）机组级负荷优化分配,4、仿真训练,运行人员培训设计改造方案论证控制系统研究事故再现,5、运行监控,生产过程信息监测和统计实时性能计算分析和操作指导设备寿命监测和管理设备状态监测和故障诊断厂级优化负荷分配,RD6DB,6、燃烧优化运行系统,优化目标最高的燃烧效率节煤最低的氮氧化物排放量减排最佳的防结渣运行方式降耗最小的炉膛出口烟温偏差以防止受热面爆管降耗,1）监控炉膛出口温度防止过热器结焦和管壁过热防止启动时升温太快和烧坏再热器管（干烧）监控炉膛水冷壁的吸热量情况，指导吹灰和调整风量减少过热器和再热器喷水量（300MW，再热喷水减少10t/h，降低煤耗1.91g/kwh）,炉膛温度测量的重要性,2）矫正燃烧不均衡防止两侧烟温、汽温偏差防止一侧水冷壁磨损、结焦防止汽包水位两侧严重偏差防止局部过热而流渣3）提高燃烧效率均衡风量分配优化风煤比，减少过量空氣控制火焰中心高度,4）降低污染物排放防止局部火焰过热，降低NOX生成（1482时NOX成指数级增加）减少脱硝系统运行成本,激光测量系统温度、O2、CO,声波测温系统,2310F,Transmitter发射器,Receiver接收器,FurnaceCavity炉膛,2290F,2316F,2411F,2303F,2535F,燃烧优化系统组成结构,燃烧优化步骤,1）利用历史数据站存储的大量来自DCS的运行数据以及新的机组特性试验数据，分析建立锅炉燃烧优化操作变量、干扰变量与反应锅炉燃烧经济性、安全运行、污染物排放的控制目标量之间的多变量非线性动力学人工智能模型。,2）利用遗传算法和模拟退火方法等全局寻优算法对锅炉的最佳燃烧工况进行寻优，获得不同煤种下各燃烧参数的最佳设定值,3）把优化出的结果进行分离，送回DCS，作为相应控制系统的设定值,燃烧优化内容,烟气氧量的优化飞灰含碳量的优化一次风优化分配不同的负荷和煤种具有不同的最佳一次风风速和风温。系统根据锅炉的负荷和煤种，实时优化各层一次风风压和风温二次风优化分配层二次风的配风方式对燃烧工况有很大影响。系统根据锅炉的负荷和煤种，实时优化层二次风的风量分配吹灰优化根据炉膛排烟温度等参数的历史数据和实时参数确定合理的吹灰周期,系统实施,系统分为如下几个阶段实施：1）与DCS连接读取DCS数据2）锅炉燃烧调整试验与数据采集3）建立燃烧优化模型4）模型的评估与调整5）系统运行与模型的在线调整,、来自DCS数据(注：其中x29-x33可以没有)x1锅炉效率hx2氮氧化物NOxx3机组负荷x4主汽压x5蒸汽流量x6排烟温度x7飞灰含碳量LOIx8主汽温x9再热汽温x10入炉总煤量x11入炉总空气量x12循环水温度x13环境温度x14磨煤机A开度给煤量给粉机转速x15磨煤机B开度给煤量给粉机转速x16磨煤机C开度给煤量给粉机转速x17磨煤机D开度给煤量给粉机转速x18磨煤机E开度给煤量给粉机转速x19磨煤机F开度给煤量给粉机转速x20磨煤机A通风量一次风量Ax21磨煤机B通风量一次风量Bx22磨煤机C通风量一次风量Cx23磨煤机D通风量一次风量Dx24磨煤机E通风量一次风量Ex25磨煤机F通风量一次风量Fx26煤低位发热量Qnet,arx27挥发分Varx28灰分Aarx29碳Car,x30氢Harx31氧Oarx32氮Narx33全硫分x34全水分x35二次风A流量x36二次风B流量x37二次风C流量x38二次风D流量x39二次风E流量x40二次风F流量x41燃尽风A流量x42燃尽风B流量x43氧量Ax44氧量Bx45燃烧器摆角x46炉膛风箱差压x47磨煤机A开度给煤量给粉机转速偏置x48磨煤机B开度给煤量给粉机转速偏置x49磨煤机C开度给煤量给粉机转速偏置x50磨煤机D开度给煤量给粉机转速偏置x51磨煤机E开度给煤量给粉机转速偏置x52磨煤机F开度给煤量给粉机转速偏置x53减温水流量Ax54减温水流量Bx55再热汽温Ax56再热减温水流量Ax57再热汽温Bx58再热减温水流量B,2、来自炉膛监测点数据y00-y15炉膛高度1(中部)处D0-D16点温度y16-y31炉膛高度2/出口处D16-D31点温度,3、送至DCS数据z二次风门A开度流量定值z2二次风门B开度流量定值z3二次风门C开度流量定值z4二次风门D开度流量定值z5二次风门E开度流量定值z6二次风门F开度流量定值z7燃尽风门A开度流量定值z8燃尽风门B开度流量定值z9氧量定值z10燃烧器摆角,预期效果,锅炉效率提高0.5%-1%全年节省燃煤1%负荷响应速率由1%提高到3%（20MW/min），且主汽压力波动小于0.5MPa锅炉NOX的平均排放量降低25%。主汽温度控制在5401.5波动范围内其他：(1)减少非停而产生的效益(2)延长检修周期而产生的效益(3)污染物减排带来的效益,安全性分析,系统在预先确定的最大值最小值范围内寻找最佳的配风配煤方式，使优化结果保持在允许的安全范围内，确保锅炉运行的安全性。最大值最小值范围的限定是动态的，一般随负荷的不同而变化。锅炉运行优化控制系统仅仅是在原DCS控制系统的设定值上增加一个偏置值，为DCS指明一个优化的控制目