2025煤电机组智能燃烧实时控制关键技术

煤电机组智能燃烧实时控制关键技术目录TOC\o"1-3"\h\u17474煤电机组智能燃烧实时控制关键技术 121689一、项目概述 313973（一）企业简介 36317（三）项目建设情况 422291二、应用场景及建设方案 515044（一）场景描述 53123（二）技术架构 522223（三）建设方案 723792三、项目效果 828830（一）项目效益 831635（二）鉴定评价（如有） 98230（三）推广前景 1023495四、下一步计划 10一、项目概述（一）企业简介XXX电力试验研究院坚持“以服务为基础，以研发为动力”的发展思路，承担集团公司京津唐地区发电企业的技术监督、技术服务工作，致力于向集团各公司发电字长提供完整严密的技术保障。华北院重点研发方向以“新型电力系统建设”为中心，涵盖煤电机组清洁高效技术、数字化和智慧化能源、综合能源系统高效运行、储能技术、新型电力系统主动支撑、先进低碳技术等领域，开展技术研发、技术攻关、光剑设备研制和工程实施。

（二）项目背景近年来国内燃煤发电企业面临着生产经营困境，一方面，燃煤电厂节能降耗压力巨大，而大气排放标准日益严苛；另一方面，随着能源电力体制改革深入推进，电网调度灵活调峰要求越来越高。因此，作为电站节能减排的重点和难点，燃煤机组锅炉整体的控制优化和性能提升更为重要和迫切。但目前锅炉性能严重偏离优化值，主要有以下瓶颈亟待突破：一是炉膛内的燃烧复杂多变，无法实时监测炉膛的温度场分布、火焰中心位置、受热面结渣和超温等燃烧状态，锅炉的优化控制缺乏精准依据；二是目前锅炉燃烧优化严重依赖人工经验，难以实现自动控制，且传统控制技术无法解决锅炉燃烧多变量耦合、惯性滞后大等问题；三是当前人工智能技术成为解决传统工业领域难题的有力工具，然而现有DCS系统难以支持海量数据分析和智能运算，无法实现人工智能技术在电力行业的工程应用。项目针对燃煤机组锅炉炉内缺乏有效监测手段、燃烧难以实现多目标实时优化、智能算法受制于现有DCS无法大规模应用等技术难题开展研究，提出了数据驱动与专家知识深度融合的燃烧实时闭环控制技术路线，研发了包括燃烧状态智能感知、燃烧优化智能控制、智能控制平台的锅炉智能燃烧实时闭环控制技术，并成功完成工程应用，实现了显著提高锅炉效率，同时降低NOx生成量。（三）项目建设情况煤电机组智能燃烧实时控制系统已经于2014年9月1日-2016年12月31日在内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司7号机组，2019-2021年在广东大唐国际潮州发电有限公司3号机组和天津大唐国际盘山发电有限责任公司4号机组成功投运，炉型涉及600MW亚临界对冲锅炉，1000MW超超临界双切圆锅炉和600MW亚临界四角切圆供热机组，应用范围广泛。投资额按锅炉容量及功能扩展不同约为500万～1000万，承建单位为中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院，系统投运后依据煤电机组设备性能及运行人员能力水平等不同，预期在氮氧化物不超标的情况下可提高锅炉效率0.3%～0.5%，同时解放人工并带来减少脱硝系统压力及尿素购买、制备、储存等一系列成本。二、应用场景及建设方案（一）场景描述1、创建了以炉膛红外测温阵列和壁温测点等多数据源为基础、以梯度定位算法为核心的锅炉燃烧状态智能感知方法，实时构建了炉膛三维动态温度场，较为准确地反映了燃烧状态，突破了无法实时准确获取炉膛三维温度场和炉内火焰中心的技术瓶颈。2、开发了基于燃烧状态智能感知的火焰中心监控系统，实时诊断火焰中心位置防止受热面结渣和燃烧偏差，并动态参与燃烧控制，实现了受热面结渣预警和燃烧偏差的即时消除，改善了锅炉燃烧效果。3、创建了基于数据挖掘的高温部件状态诊断和劣化分析机制，开发了受热面超温预警系统，提高了锅炉运行的可靠性和安全性，为防止锅炉四管泄露提供了技术支撑。（二）技术架构大型电站煤粉锅炉是电站节能减排的重点和难点，其燃烧过程复杂，是一个多变量、多目标的强耦合系统。锅炉燃烧状态好坏、变量目标协调、控制水平高低是决定锅炉总体性能提升的关键。然而，传统技术难以对燃烧状态实时监测，无法对多变量、多目标、强耦合、大迟延的锅炉进行有效控制，依赖人工经验为主的控制方式成为制约锅炉效率提高的瓶颈，而人工智能技术快速发展为解决这些问题提供了新途径，但现有DCS性能无法满足智能控制大规模运算。项目提出了数据驱动与专家知识深度融合的燃烧实时闭环控制技术路线，研发了包括燃烧状态智能感知、燃烧控制智能优化、模块化智能扩展平台在内的锅炉整体协调实时智能控制技术并完成了工程应用。具体建设内容和功能如下：1）锅炉运行模式的动态识别方法，研发了基于连续时间贝叶斯网络算法的锅炉燃烧动态过程模型，构建了基于惯性权重动态调整粒子群多目标优化算法的锅炉分级燃烧智能控制策略，开发了“适应动态变负荷调节、分级燃烧精细配风、煤耗与环保协调优化、实时监控保障安全”的锅炉智能燃烧实时闭环控制系统。将专家知识与智能算法相结合，突破了传统控制无法对多变量、多目标、强耦合、大迟延系统进行有效控制的局限，实现了锅炉效率显著提升的同时降低NOx生成量。2）炉膛红外测温阵列和壁温测点等多数据源为基础、以梯度定位算法为核心的锅炉燃烧状态智能感知系统，突破了无法实时准确获取炉膛三维温度场和炉内火焰中心的技术瓶颈，通过对炉膛温度场分布、火焰中心位置、高温部件状态的在线监测，准确地反映了燃烧状态，实现了基于锅炉燃烧状态的实时优化控制、受热面结渣及超温预警。3）智能运算及闭环控制模块化扩展平台，该平台采用主备服务器无扰切换的冗余架构，可实现与任何DCS系统安全无扰交互的闭环控制，突破了传统DCS无法实现智能控制的局限，制定了针对煤电机组各子系统智能控制的模块化集成策略，为工业智能化的整体设计与应用提供了有效的解决途径，通过预留接口可实现其他功能模块如气温控制、喷氨优化等的扩展。（三）建设方案项目以建设融合专家知识的煤电机组智能燃烧实时控制系统，在兼顾环保指标的前提下实现炉内燃烧优化并解放人工为目标，关键创新点如下：创新点一：建立了锅炉运行模式的动态识别方法，开发了“适应动态变负荷调节、分级燃烧精细配风、煤耗与环保协调优化、实时监控保障安全”的锅炉智能燃烧实时闭环控制系统，将专家知识与智能算法的精确量化调整相结合，突破了传统控制无法对多变量、多目标、强耦合、大迟延的系统进行控制的局限，实现了NOx生成量减少的同时锅炉效率显著提升。创新点二：创建了以智能算法为核心的锅炉燃烧状态智能感知系统，对炉膛温度场分布、火焰中心位置、受热面结渣状态等进行在线监测与分析，实现了锅炉燃烧状态的精确感知，并参与燃烧优化的实时闭环控制，还实现了高温部件的状态监测及故障预警。创新点三：开发了可实现智能运算及闭环控制的模块化扩展平台，该平台采用主备服务器无扰切换的冗余架构，可实现与任何DCS系统安全交互的闭环控制，突破了传统DCS无法实现智能控制的局限，制定了针对煤电机组各子系统智能控制的模块化集成策略，为工业智能化的整体设计与应用提供了有效的解决途径。三、项目效果（一）项目效益经济效益：大唐托克托发电公司7号机组（600MW）投运后锅炉效率提高0.5%以上，降低煤耗约1.5g/kWh计算同时NOx生成量降低约10%，2017年和2018年发电小时数分别为4562h和5962h，则两年分别减少标准煤耗4104吨和5141吨，两年分别节省燃料成本约166万元和189万元，分别降低脱硝系统物料消耗成本约27万元和34万元。由此两年分别共计产生经济效益月193万元和223万元。社会效益：1）由于采用本项目成果，每台机组每年可节省约几千吨的标准煤消耗量，对燃煤发电企业的碳减排具有明显的效果。2）由于采用本项目成果，燃煤发电企业锅炉运行实现了智能化、自动化，提高了运行的工作效率，大大降低了运行人员的工作量。3）由于采用本项目成果，燃煤发电企业设备及机组的安全性和稳定性得到了提升，对保障电网稳定、供电供热安全具有重要意义。4）由于采用本项目成果，燃煤发电企业的自动化水平和运营能力都得到一定提升，提升了发电企业的社会形象。（二）鉴定评价（如有）（1）西安热工研究院有限公司作为第三方对内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司7号锅炉投用本技术前后的锅炉效率和NOx生成量进行了性能对比试验，试验选取了600MW、450MW、300MW三个负荷进行测试，结论如下：“1）600MW负荷习惯运行工况锅炉效率92.18%，SCR入口NOx浓度282mg/m3；优化后工况锅炉效率92.70%，较优化前提高0.52%，SCR入口NOx浓度257mg/m3，较优化前降低25mg/m3。2）450MW负荷习惯运行工况锅炉效率93.00%，SCR入口NOx浓度365mg/m3；优化后工况锅炉效率93.42%，较优化前提高0.42%，SCR入口NOx浓度353mg/m3，较优化前降低12mg/m3。3）300MW负荷习惯运行工况锅炉效率92.79%，SCR入口NOx浓度490mg/m3；优化后工况锅炉效率93.13%，较优化前提高0.34%，SCR入口NOx浓度480mg/m3，较优化前降低10mg/m3。”（2）中国电机工程学会对本项目组织召开了技术鉴定会，鉴定结论如下：“研究成果攻克了煤电机组锅炉状态感知和智能控制的技术难题，为电力行业智能化工程应用提供了可行的技术路径和实践方法，具有良好的经济、社会效益和推广应用前景，整体技术达到国际先进水平，其中‘以大数据技术和贝叶斯网络为核心、适应动态变负荷调节的煤粉锅炉智能实时优化控制技术’达到国际领先水平。”（三）推广前景项目成果已成功应用于不同容量、不同类型的煤电机组，其中在内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司7号机组的整体应用效果如下：1）炉膛内三维温度场、火焰中心等状态感知系统为锅炉燃烧提供了强有力的指导，并实现了对火焰中心的实时控制，炉内结焦预警等功能；2）基于人工智能的锅炉整体协调优化控制技术实现了锅炉燃烧的实时自动调整，避免了人为因素对锅炉优化调整的影响，使锅炉始终运行在较优水平；3）开发并应用的DCS模块化扩展控制平台在投资成本和工作量极低的情况下实现了对锅炉运行的实时智能优化和闭环控制，提升了锅炉的自动控制水平；4）锅炉燃烧优化系统在NOx下降的前提下提升了锅炉热效率，实现了对节能降耗和环保排放的综合优化控制；5）整套技术降低了煤耗，对锅炉运行的经济性提升明显；6）整套技术的应用同时提升了锅炉运行的安全性和经济性。内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司7号机组在600MW负荷工况下，NOx生成量降低8%的同时，锅炉热效率提高0.83%；取得了显著的经济