火力发电厂节能减排技术.pptx

华北电力大学华北电力大学 杰德控制系统工程研究中心杰德控制系统工程研究中心学术带头人：韩学术带头人：韩 璞璞 教教 授授主主 任：任：董董 泽泽 教教 授授/博士博士副主任：副主任：王东风王东风 副教授副教授/博士博士 翟永杰翟永杰 副教授副教授/博士博士成成 员：员：焦嵩鸣焦嵩鸣 副教授副教授/博士博士 孙海蓉孙海蓉 副教授副教授/博士博士 张张 悦悦讲讲 师师/博士博士 黄黄 宇宇讲讲 师师/博士生博士生 张张 妍妍 讲讲 师师/博士生博士生 孙孙 明明讲讲 师师/博士生博士生王旭光王旭光 讲讲 师师/博士博士冉冉 鹏鹏 讲讲 师师/博士生博士生程海燕程海燕 讲讲 师师/博士生博士生在读硕士：70人在读博士：19人 火力发电厂火力发电厂火力发电厂优化运行目标火力发电厂优化运行目标长期安全长期安全节能降耗节能降耗低排放低排放控制控制系统系统优化优化优化优化协调协调控制控制负荷负荷优化优化分配分配仿真仿真训练训练运行运行监控监控燃烧燃烧优化优化运行运行1 1、控制系统优化、控制系统优化常规控制器：常规控制器：PID最优控制最优控制自适应控制自适应控制预测控制预测控制鲁棒控制鲁棒控制智能控制器：智能控制器：专家控制专家控制模糊控制模糊控制神经网络控制神经网络控制 目标函数目标函数 衰减率：限制条件：建模与优化方法：建模与优化方法：经典：经典：飞升曲线法建模、广义频率特性法优化飞升曲线法建模、广义频率特性法优化PID参数参数 现代：现代：智能建模与优化智能建模与优化遗传、蚁群、粒子群、混沌遗传、蚁群、粒子群、混沌智能建模与智能建模与PID控制器参数优化控制器参数优化CAE2000CAE2000计算机辅助工程系统计算机辅助工程系统功能数据采集与分析处理数据采集与分析处理控制系统仿真控制系统仿真现代控制器研究现代控制器研究经典控制理论分析经典控制理论分析 控制系统控制系统CADCAD常用算法常用算法控制系统计算机辅助教学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=1.27 Ti=235 内回路kp=10 Ti=220(原参数：外回路kp=0.1 Ti=220 内回路kp=1 Ti=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285.336 MW258.278MW (27.058MW)汽温波动(设定值540)：542.692537.955 (4.737)2 2、优化协调控制、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煤耗量 最小排放量最小排放量（1）厂级负荷优化分配）厂级负荷优化分配3 3、负荷优化分配、负荷优化分配最小煤耗量最小煤耗量 最小排放量最小排放量（2）机组级负荷优化分配）机组级负荷优化分配4 4、仿真训练、仿真训练运行人员培训运行人员培训设计改造方案论证设计改造方案论证控制系统研究控制系统研究事故再现事故再现5 5、运行监控、运行监控生产过程信息监测和统计生产过程信息监测和统计实时性能计算分析和操作指导实时性能计算分析和操作指导设备寿命监测和管理设备寿命监测和管理设备状态监测和故障诊断设备状态监测和故障诊断厂级优化负荷分配厂级优化负荷分配RD6DB6 6、燃烧优化运行系统、燃烧优化运行系统优化目标优化目标 最高的燃烧效率最高的燃烧效率节煤节煤最低的氮氧化物排放量最低的氮氧化物排放量减排减排 最佳的防结渣运行方式最佳的防结渣运行方式降耗降耗最小的炉膛出口烟温偏差以防止受热面爆管最小的炉膛出口烟温偏差以防止受热面爆管降耗降耗1 1）监控炉膛出口温度）监控炉膛出口温度）监控炉膛出口温度）监控炉膛出口温度 防止过热器结焦和管壁过热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）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（减少过热器和再热器喷水量（300MW，再热喷水减少，再热喷水减少 10t/h，降，降低煤耗低煤耗1.91g/kwh）炉膛温度测量的重要性炉膛温度测量的重要性2 2）矫正燃烧不均衡）矫正燃烧不均衡）矫正燃烧不均衡）矫正燃烧不均衡 防止两侧烟温、汽温偏差防止两侧烟温、汽温偏差 防止一侧水冷壁磨损、结焦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汽包水位两侧严重偏差 防止局部过热而流渣防止局部过热而流渣3 3）提高燃烧效率）提高燃烧效率）提高燃烧效率）提高燃烧效率 均衡风量分配均衡风量分配 优化风煤比，减少过量空氣优化风煤比，减少过量空氣 控制火焰中心高度控制火焰中心高度4 4）降低污染物排放）降低污染物排放）降低污染物排放）降低污染物排放 防止局部火焰过热，降低防止局部火焰过热，降低NOX生成（生成（1482时时NOX成指数成指数级增加）级增加）减少脱硝系统运行成本减少脱硝系统运行成本激光测量系统激光测量系统温度、温度、O2O2、COCO声波测温系统声波测温系统声波测温系统声波测温系统2310 FTransmitter发射器Receiver接收器Furnace Cavity炉膛炉膛2290F2316F2411F2303F2535F燃烧优化系统组成结构燃烧优化系统组成结构燃烧优化步骤燃烧优化步骤1 1）利用历史数据站存储的大量来自）利用历史数据站存储的大量来自DCSDCS的运行数据以及新的机组特性试验数据，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、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。非线性动力学人工智能模型。2 2）利用遗传算法和模拟退火方法等全局）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优，获得不同煤种下各燃烧参数的最佳设定值设定值 3 3）把优化出的结果进行分离，送回）把优化出的结果进行分离，送回DCSDCS，作为相应控制系统的设定值，作为相应控制系统的设定值燃烧优化内容燃烧优化内容 烟气氧量的优化烟气氧量的优化 飞灰含碳量的优化飞灰含碳量的优化 一次风优化分配一次风优化分配 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种，实时优化层二次风的风量分配 吹灰优化吹灰优化 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 系统实施系统实施系统分为如下几个阶段实施：系统分为如下几个阶段实施：1 1）与）与DCSDCS连接读取连接读取DCSDCS数据数据2 2）锅炉燃烧调整试验与数据采集）锅炉燃烧调整试验与数据采集3 3）建立燃烧优化模型）建立燃烧优化模型4 4）模型的评估与调整）模型的评估与调整5 5）系统运行与模型的在线调整）系统运行与模型的在线调整OPCAOOPCOPC来自DCS数据x1x2x60炉膛监测数据y1y2y102优化结果送至DCSz1z2z10多多目目标标优优化化软软件件锅炉效率NN模型NOxNN模型MaxMin、来自、来自DCS数据数据(注：其中注：其中x29-x33可以没有可以没有)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Carx30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B2、来自炉膛监测点数据、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预期效果锅炉效率提高锅炉效率提高0.5%-1%0.5%-1%全年节省燃煤全年节省燃煤1%1%负荷响应速率由负荷响应速率由1%1%提高到提高到3%3%（20MW/min20MW/min），），且主汽压力波动小于且主汽压力波动小于0.5MPa0.5MPa锅炉锅炉NOXNOX的平均排放量降低的平均排放量降低25%25%。主汽温度控制在主汽温度控制在5401.55401.5波动范围内波动范围内其他：其他：(1)(1)减少非停而产生的效益减少非停而产生的效益 (2)(2)延长检修周期而产生的效益延长检修周期而产生的效益 (3)(3)污染物减排带来的效益污染物减排带来的效益安全性分析安全性分析 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。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锅炉运行优化控制系统仅仅是在原DCSDCS控制系统的设定值上增加一个偏置值，控制系统的设定值上增加一个偏置值，为为DCSDCS指明一个优化的控制目标和方向，以提高机组运行性能，并不参与指明一个优化的控制目标和方向，以提高机组运行性能，并不参与DCSDCS的实际控制过程。的实际控制过程。锅炉运行优化控制增加到锅炉运行优化控制增加到DCSDCS控制系统设定值上的偏置值，需要经过多个安全控制系统设定值上的偏置值，需要经过多个安全逻辑检查和安全限判断，才能加入到逻辑检查和安全限判断，才能加入到DCSDCS控制的设定值上，从而保证原控制系控制的设定值上，从而保证原控制系统的安全性。统的安全性。系统优化方案不影响或干扰任何电厂的安全系统、联锁逻辑、报警和系统优化方案不影响或干扰任何电厂的安全系统、联锁逻辑、报警和DCSDCS中预中预设的停机系统。设的停机系统。谢 谢！