CN101619859B - 锅炉煤粉分层燃烧在线优化控制系统及其优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锅炉煤粉分层燃烧在线优化控制系统，包括气体采样系统、数据处理系统，所述气体采样系统包括烟气取样探头和烟气成分连续监测系统，其特征在于：所述烟气取样探头包括位于A空预器出口的第一烟气取样探头、位于B空预器出口的第二烟气取样探头和位于炉膛的第三烟气取样探头，所述数据处理系统包括与烟气成分连续监测系统相连接的设置分层燃烧在线优化计算模型的工控机，所述工控机和发电机组DCS数据经数据采集器相连接。本发明通过以上系统及方法利用支持向量机理论建立在线优化模型进行自动训练和寻优，获得燃烧优化工况参数指导运行，使锅炉保持良好的运行安全性，提高运行经济性，降低污染物排放浓度和总量。
Description
技术领域
本发明涉及一种火力发电厂的锅炉控制方法，尤其是涉及一种锅炉煤粉分层燃烧在线优化控制系统及其优化方法，属于电力及动力工程技术领域。
背景技术
火电机组装机容量的快速增长造成燃煤资源的相对短缺，电厂煤源复杂，煤质变化较大，威胁锅炉运行的安全性和经济性。基于此原因，采用分层燃烧这一灵活简便的配煤技术可增强煤质和炉型之间的耦合。分层燃烧是根据燃烧机理在不同层燃烧器配置不同煤质以适应锅炉燃烧特性。
锅炉运行的优化工况一般通过燃烧调整试验获得，并用于指导电厂日常运行，但在试验中要求煤质和负荷稳定，这大大制约了试验的指导意义。在分层燃烧中，不同的来煤品质和不同的负荷均对应着不同的分层方式，亦对应着各自的优化运行工况，这无法通过燃烧调整试验来穷尽。
在锅炉分层燃烧方式下，目前没有一种较好的方式来获取优化运行工况，使锅炉保持良好的运行安全性，提高运行经济性，降低污染物排放浓度和总量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对以上现有技术存在的缺点，提出一种新型煤粉分层燃烧在线优化系统及其优化方法，采用该方法后可以针对不同的煤质分层燃烧工况进行实时优化，使锅炉保持在安全、高效、低污染的燃烧方式。
为解决上述技术问题，本发明提供一种锅炉煤粉分层燃烧在线优化控制系统，包括气体采样系统、数据处理系统，所述气体采样系统包括烟气取样探头和烟气成分连续监测系统，其特征在于：所述烟气取样探头包括位于A空预器出口的第一烟气取样探头、位于B空预器出口的第二烟气取样探头和位于炉膛的第三烟气取样探头，所述数据处理系统包括与烟气成分连续监测系统相连接的设置分层燃烧在线优化计算模型的工控机，所述工控机和发电机组DCS数据经数据采集器相连接。
前述的锅炉煤粉分层燃烧在线优化控制系统，所述烟气成分连续监测系统包括：分别与第一烟气取样探头、第二烟气取样探头、第三烟气取样探头相连接的A空预器烟气取样切断阀、B空预器烟气取样切断阀及炉膛烟气取样切断阀，所述A空预器烟气取样切断阀和B空预器烟气取样切断阀的出口管相合并接入样气切换电磁阀，炉膛烟气取样切断阀的出口管接入样气切换电磁阀的另一进口端，所述样气切换电磁阀的出口依次连接快速冷凝器、样气采样泵、标定/采样三通电磁阀、0.1μm陶瓷过滤器、样气调节针阀及流量计、四通道O2/CO/NO/CO2烟气分析仪表，所述烟气分析仪表与工控机相连接，压缩空气切换三通电磁阀分别与A空预器烟气取样切断阀、B空预器烟气取样切断阀及炉膛烟气取样切断阀的进口管相连通，PLC控制器分别通过控制线与的A空预器烟气取样切断阀、B空预器烟气取样切断阀、炉膛烟气取样切断阀、样气切换电磁阀、压缩空气切换三通电磁阀、标定/采样三通电磁阀、0.1μm陶瓷过滤器相连。
本发明同时提供一种锅炉煤粉分层燃烧在线优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在锅炉A、B空预器出口各开一个烟气取样孔，在炉膛高温区域水冷壁鳍片上开烟气取样孔，安装烟气成分连续监测系统，监测O2、CO、CO2、NO等气体浓度；
2)利用数据采集软件从烟气分析仪表和电厂实时数据库中取运行监测数据，采样频率从1秒至10分钟调节；
3)以CO、O2、CO2、NO气体浓度和实时运行参数为样本，应用支持向量机建立分层燃烧优化模型，实时推荐优化运行参数并自动校正模型；
4)运行人员依据优化运行参数进行工况调整，在不同的煤粉分层燃烧方式下均保持优化工况运行，提高锅炉运行安全性、经济性和环保效益。
前述的锅炉煤粉分层燃烧在线优化方法，其特征在于：在所述步骤1)中，具体包括下述步骤：
(a)在锅炉A、B空预器出口各开一个φ100mm烟气取样孔；
(b)将第一烟气取样探头和第二烟气取样探头安装在取样孔上；
(c)将空预器烟气电伴热管分别与第一烟气取样探头、第二烟气取样探头以及样气切换电磁阀连接；
(d)在炉膛高温区域水冷壁鳍片上开φ8mm取样孔；
(e)将烟气取样探管焊接在取样孔周的鳍片上；
(f)将炉第三气取样探头固定支撑在锅炉平台上；
(g)将炉膛烟气电伴热管与第三烟气取样探头以及样气切换电磁阀连接；
(h)安装烟气成分连续监测系统。
前述的锅炉煤粉分层燃烧在线优化方法，其特征在于，在所述步骤2)中，包括以下步骤：
(a)依据烟气分析仪表制造厂提供的通讯协议，编写仪表与计算机交换数据程序；
(b)依据电厂DCS数据库程序通讯协议，编写数据库与计算机交换数据程序；
(c)将通讯传来的数据按一定采集频率写入输入数据库，采集频率从1秒至10分钟调节，由系统管理员设定。
前述的锅炉煤粉分层燃烧在线优化方法，其特征在于：在所述步骤3)中，包括以下步骤
(a)基于支持向量机理论建立煤粉分层燃烧在线优化模型；
(b)通过现场试验进行模型校准；
(c)煤粉分层燃烧在线优化模型根据输入数据库传来的实时运行监测数据进行计算，预测优化工况参数；
(d)运行人员依据模型预测参数进行工况调整，系统将自动将实时监测的锅炉效率、炉膛高温腐蚀速率和NOx排放浓度与模型预测值进行比对，同时自动校正模型相关参数以提高预测准确度。
前述的锅炉煤粉分层燃烧在线优化方法，其特征在于：在所述步骤4)中，包括以下步骤
(a)将在线监测计算的锅炉效率、炉膛高温腐蚀速率以及NOx排放浓度输出供运行人员监测，了解锅炉运行状况；
(b)将在线优化模型输出的优化工况运行参数输出供运行人员进行优化工况调整；
(c)将在线优化模型输出的优化工况运行参数输出至电厂控制系统CCS，自动控制工况调整，实现锅炉运行自动优化控制。
本发明所达到的有益效果：
本发明通过以上系统及方法利用支持向量机理论建立在线优化模型进行自动训练和寻优，获得燃烧优化工况参数指导运行，使锅炉保持良好的运行安全性，提高运行经济性，降低污染物排放浓度和总量。
附图说明
图1是本发明的煤粉分层燃烧在线优化系统结构示意图。
图中各编号部件的名称如下表：
| 序号 | 部件名称 | 序号 | 部件名称 |
| 1 | B空预器烟气取样切断阀 | 12 | 标准气体五切一切换装置 |
| 2 | A空预器烟气取样切断阀 | 13 | 工控机(含分层燃烧在线优化计算模型) |
| 3 | 压缩空气切换三通电磁阀 | 14 | 数据采集器 |
| 4 | A空预器出口烟气取样探头 | 15 | 烟气分析仪表(四通道O2/CO/NO/CO2) |
| 5 | B空预器出口烟气取样探头 | 16 | 样气调节针阀及流量计 |
| 6 | 炉膛烟气取样探头 | 17 | 0.1μm陶瓷过滤器(含湿度报警器) |
| 7 | 炉膛烟气取样切断阀 | 18 | 标定/采样三通电磁阀 |
| 8 | 炉膛烟气电伴热管 | 19 | 样气采样泵 |
| 9 | 快速冷凝器 | 20 | PLC |
| 1O | 蠕动排水泵 | 21 | 样气切换电磁阀 |
| 11 | 烟气旁路排空调节针阀及流量计 | 22 | 空预器烟气电伴热管 |
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。图1是本发明的煤粉分层燃烧在线优化系统结构示意图。
为解决上述技术问题，本发明提供一种锅炉煤粉分层燃烧在线优化控制系统，包括气体采样系统、数据处理系统，所述气体采样系统包括烟气取样探头和烟气成分连续监测系统，其特征在于：所述烟气取样探头包括位于A空预器出口的第一烟气取样探头4、位于B空预器出口的第二烟气取样探头5和位于炉膛的第三烟气取样探头6，所述数据处理系统包括与烟气成分连续监测系统相连接的设置分层燃烧在线优化计算模型的工控机13，所述工控机13和发电机组DCS数据经数据采集器14相连接。
前述的锅炉煤粉分层燃烧在线优化控制系统，所述烟气成分连续监测系统包括：分别与第一烟气取样探头4、第二烟气取样探头5、第三烟气取样探头6相连接的A空预器烟气取样切断阀1、B空预器烟气取样切断阀2及炉膛烟气取样切断阀7，所述A空预器烟气取样切断阀和B空预器烟气取样切断阀的出口管相合并接入样气切换电磁阀21，炉膛烟气取样切断阀的出口管接入样气切换电磁阀21的另一进口端，所述样气切换电磁阀21的出口依次连接快速冷凝器9、样气采样泵19、标定/采样三通电磁阀18、0.1μm陶瓷过滤器17、样气调节针阀及流量计16、四通道O2/CO/NO/CO2烟气分析仪表15，所述烟气分析仪表15通过数据线与工控机13相连接，压缩空气切换三通电磁阀3分别与A空预器烟气取样切断阀、B空预器烟气取样切断阀及炉膛烟气取样切断阀的进口管相连通，PLC控制器分别通过控制线与的A空预器烟气取样切断阀、B空预器烟气取样切断阀、炉膛烟气取样切断阀、样气切换电磁阀21、压缩空气切换三通电磁阀3、标定/采样三通电磁阀18、0.1μm陶瓷过滤器17相连。
前述的锅炉煤粉分层燃烧在线优化控制系统，所述快速冷凝器9与蠕动排水泵10相连，所述样气采样泵19出口连接烟气旁路排空调节针阀及流量计11，所述标定/采样三通电磁阀18与标准气体五切一切换装置12相连。
另外在A空预器烟气取样切断阀(1)、B空预器烟气取样切断阀(2)进口与样气切换电磁阀(21)之间通过不锈钢气管连接，在及炉膛烟气取样切断阀(7)进口与样气切换电磁阀(21)之间通过不锈钢气管连接。
系统原理为：
锅炉燃烧的主要优化目标为锅炉效率、炉膛高温腐蚀速率和NOx排放浓度。与优化目标紧密相关的监测参数有：炉膛和空预器出口CO、O2、CO2、NO等气体浓度，锅炉负荷，排烟温度，燃烧器配风方式，灰渣含碳量，煤质成分分析等。
本实例通过在线监测炉膛和空预器出口CO、O2、CO2、NO等气体浓度以及排烟温度等数据，从电厂DCS实时采集锅炉负荷、运行氧量、一/二次风速和风温、蒸汽温度和压力、给水温度等参数，从电厂化学车间获得煤质成分分析数据和灰渣含碳量数据，利用支持向量机理论建立在线优化模型进行自动训练和寻优，获得燃烧优化工况参数指导运行。
系统流程为：
2.1气体流程
A、B侧空预器出口烟气分别通过A空预器出口烟气取样探头4和B空预器出口烟气取样探头5抽出进入空预器烟气电伴热管22后混合成第一路样气，炉膛内烟气通过炉膛烟气取样探头6抽出进入炉膛烟气电伴热管8成为第二路样气，样气通过各自电伴热管保持温度在150℃，两路样气经样气切换电磁阀21轮换进入烟气处理及测量系统。经样气切换电磁阀21选通样气在快速冷却器9中脱水，冷凝水由蠕动排水泵10排至系统外，干燥样气经过样气采样泵10后由标定/采样三通电磁阀18选通进入0.1μm陶瓷过滤器(含湿度报警器)17进一步除尘，然后由样气调节针阀及流量计16调节至合适的样气流量进入烟气分析仪表15在线测量其中O2、CO、CO2、NO等气体浓度。另外，为确保烟气分析仪表测量准确度，已知浓度的标准气体(N2、O2、CO、CO2、NO)可定期经标准气体五切一切换装置12切换成其中一种标气，然后经标定/采样三通电磁阀18选通后进入烟气分析仪表进行相应测量通道校准以消除仪表漂移误差。为防止系统运行中A空预器出口烟气取样探头4和B空预器出口烟气取样探头5堵塞，压缩空气由压缩空气切换三通电磁阀3选通对采样探头进行反吹洗，将积聚的灰吹回烟道，此时A空预器烟气取样切断阀2和B空预器烟气取样切断阀1关闭防止压缩空气进入烟气处理和测量系统；同样，为防止系统运行中炉膛烟气取样探头6堵塞，压缩空气由压缩空气切换三通电磁阀3选通对采样探头进行反吹洗，将积聚的灰吹回炉膛，此时炉膛烟气取样切断阀7关闭防止压缩空气进入烟气处理和测量系统。
2.2数据处理流程
烟气分析仪表15输出的气体浓度数据和机组DCS数据经数据采集器14处理后送入工控机(含分层燃烧在线优化计算模型)13，通过分层燃烧在线优化模型计算后输出优化工况参数。
2.3控制流程
PLC 20通过控制线可控制系统的反吹时间和频率、校准时间、采样泵的运行，并能接受湿度报警器发出的信号，以保证系统正常工作。
以上已以较佳实施例公布本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种锅炉煤粉分层燃烧在线优化控制系统，包括气体采样系统、数据处理系统，所述气体采样系统包括烟气取样探头和烟气成分连续监测系统，其特征在于：所述烟气取样探头包括位于A空预器出口的第一烟气取样探头(4)、位于B空预器出口的第二烟气取样探头(5)和位于炉膛的第三烟气取样探头(6)，所述数据处理系统包括与烟气成分连续监测系统相连接的设置分层燃烧在线优化计算模型的工控机(13)，所述工控机(13)和发电机组DCS数据经数据采集器(14)相连接。
2.根据权利要求1所述的锅炉煤粉分层燃烧在线优化控制系统，其特征在于：所述烟气成分连续监测系统包括：分别与第一烟气取样探头(4)、第二烟气取样探头(5)、第三烟气取样探头(6)相连接的A空预器烟气取样切断阀(1)、B空预器烟气取样切断阀(2)及炉膛烟气取样切断阀(7)，所述A空预器烟气取样切断阀和B空预器烟气取样切断阀的出口管相合并接入样气切换电磁阀(21)，炉膛烟气取样切断阀的出口管接入样气切换电磁阀(21)的另一进口端，所述样气切换电磁阀(21)的出口依次连接快速冷凝器(9)、样气采样泵(19)、标定/采样三通电磁阀(18)、0.1μm陶瓷过滤器(17)、样气调节针阀及流量计(16)、四通道O2/CO/NO/CO2烟气分析仪表(15)，所述烟气分析仪表(15)通过数据线与工控机(13)相连接，压缩空气切换三通电磁阀(3)分别与A空预器烟气取样切断阀、B空预器烟气取样切断阀及炉膛烟气取样切断阀的进口管相连通，PLC控制器分别通过控制线与A空预器烟气取样切断阀、B空预器烟气取样切断阀、炉膛烟气取样切断阀、样气切换电磁阀(21)、压缩空气切换三通电磁阀(3)、标定/采样三通电磁阀(18)、0.1μm陶瓷过滤器(17)相连。
3.根据权利要求2所述的锅炉煤粉分层燃烧在线优化控制系统，其特征在于：所述快速冷凝器(9)与蠕动排水泵(10)相连，所述样气采样泵(19)出口连接烟气旁路排空调节针阀及流量计(11)，所述标定/采样三通电磁阀(18)与标准气体五切一切换装置(12)相连。
4.根据权利要求2所述的锅炉煤粉分层燃烧在线优化控制系统，其特征在于： A空预器烟气取样切断阀(1)、B空预器烟气取样切断阀(2)进口与样气切换电磁阀(21)之间通过不锈钢气管连接，在及炉膛烟气取样切断阀(7)进口与样气切换电磁阀(21)之间通过不锈钢气管连接。
5.一种锅炉煤粉分层燃烧在线优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在锅炉A、B空预器出口各开一个烟气取样孔，在炉膛高温区域水冷壁鳍片上开烟气取样孔，安装烟气成分连续监测系统，监测O2、CO、CO2、NO气体浓度；
2)利用数据采集软件从烟气分析仪表和电厂实时数据库中取运行监测数据，采样频率为1秒至10分钟；
3)以CO、O2、CO2、NO气体浓度和实时运行参数为样本，应用支持向量机建立分层燃烧优化模型，实时推荐优化运行参数并自动校正模型；
4)运行人员依据优化运行参数进行工况调整，在不同的煤粉分层燃烧方式下均保持优化工况运行，提高锅炉运行安全性、经济性和环保效益。
6.根据权利要求5所述的锅炉煤粉分层燃烧在线优化方法，其特征在于：在所述步骤1)中，具体包括下述步骤：
(a)在锅炉A、B空预器出口各开一个φ100mm烟气取样孔；
(b)将第一烟气取样探头(4)和第二烟气取样探头(5)安装在取样孔上；
(c)将空预器烟气电伴热管(22)分别与第一烟气取样探头(4)、第二烟气取样探头(5)以及样气切换电磁阀(21)连接；
(d)在炉膛高温区域水冷壁鳍片上开φ8mm取样孔；
(e)将烟气取样探管焊接在取样孔周的鳍片上；
(f)将炉第三气取样探头(6)固定支撑在锅炉平台上；
(g)将炉膛烟气电伴热管(8)与第三烟气取样探头(6)以及样气切换电磁阀(21)连接；
(h)安装烟气成分连续监测系统。
7.根据权利要求5所述的锅炉煤粉分层燃烧在线优化方法，其特征在于，在所述步骤2)中，包括以下步骤：
(a)依据烟气分析仪表(15)制造厂提供的通讯协议，编写仪表与计算机交换数据程序；
(b)依据电厂DCS数据库程序通讯协议，编写数据库与计算机交换数据程序；
(c)将通讯传来的数据按一定采集频率写入输入数据库，采集频率从1秒至10分钟调节，由系统管理员设定。
8.根据权利要求5所述的锅炉煤粉分层燃烧在线优化方法，其特征在于：在所述步骤3)中，包括以下步骤
(a)基于支持向量机理论建立煤粉分层燃烧在线优化模型；
(b)通过现场试验进行模型校准；
(c)煤粉分层燃烧在线优化模型根据输入数据库传来的实时运行监测数据进行计算，预测优化工况参数；
(d)运行人员依据模型预测参数进行工况调整，系统将自动将实时监测的锅炉效率、炉膛高温腐蚀速率和NOx排放浓度与模型预测值进行比对，同时自动校正模型相关参数以提高预测准确度。
9.根据权利要求5所述的锅炉煤粉分层燃烧在线优化方法，其特征在于：在所述步骤4)中，包括以下步骤
(a)将在线监测计算的锅炉效率、炉膛高温腐蚀速率以及NOx排放浓度输出供运行人员监测，了解锅炉运行状况；
(b)将在线优化模型输出的优化工况运行参数输出供运行人员进行优化工况调整；
(c)将在线优化模型输出的优化工况运行参数输出至电厂控制系统CCS，自动控制工况调整，实现锅炉运行自动优化控制。
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